不同植被绿色屋顶径流水质年际变化特征

绿色屋顶是海绵城市建设的重要措施之一,近年来逐渐得到广泛关注.为探究植被和使用时长对绿色屋顶径流水质的影响,于北京市区搭建了3种不同植被类型[佛甲草（Sedum lineare）、大花马齿苋（Portulaca grandiflora）和无植被（对照）]的绿色屋顶.根据2017～2019年植物生长情况、雨季雨水和绿色屋顶径流水质的长期监测,定量分析不同植被绿色屋顶径流水质的年际变化特征.结果表明,相较雨水,3种绿色屋顶在监测期内均是NH⁺₄-N的汇,浓度平均削减率在50.1%～79.2%之间,但均是PO^3-₄-P、 DCr、 DCu和DNi的源;佛甲草和大花马齿苋绿色屋顶在2017年是NO^-₃-N的汇,浓度平均削减率分别为71.4%和99.5%,在2018和2019年是NO^-₃-N的源,而对照绿色屋顶在监测期均为NO^-₃-N的源;绿色屋顶的植被类型和使用时长显著影响其径...     

植被对绿色屋顶径流量和水质影响

植被是绿色屋顶的关键组成部分,也是影响绿色屋顶径流量和水质的重要因素之一.本文基于大花马齿苋(Portulaca grandiflora)、佛甲草(Sedum lineare)、高羊茅(Festuca elata)和无植被(对照组)这4种植被覆盖类型绿色屋顶2017年植物生长特征、降雨和径流过程的监测,及对雨水和各绿色屋顶径流中营养元素(NH_4~+-N、NO_3~--N、NO_2~--N和PO_4~(3-)-P)与重金属(Cr、Cd、Cu和Ni)的浓度检测,定量分析了不同植被覆盖类型对绿色屋顶径流量和污染负荷的影响.结果表明:①大花马齿苋、佛甲草、高羊茅和对照组绿色屋顶的平均径流削减率分别为51. 3%、41. 5%、36. 3%和33. 0%,大花马齿苋绿色屋顶径流削减率显著高于高羊茅和对照组绿色屋顶(P 0. 05);②大花马齿苋和佛甲草绿色屋顶是NH_4~+-N、NO_3~--N、NO_2~--N和PO_4~(3-)-P的汇,且地上生物量更大的大花马齿苋绿色屋顶对营养元素的污染负荷削减率(分别为59. 6%、99. 9%、82. 5%和25. 7%)均高于佛甲草绿色屋顶(分别为52. 5%、89. 3%、75. 3%和7. 8%),而高羊茅和对照组绿色屋顶是NH_4~+-N和NO_2~--N的汇,是NO_3~--N和PO_4~(3-)-P的源;③大花马齿苋、佛甲草、高羊茅和对照组绿色屋顶均是DCd的汇,污染负荷削减率分别为19. 2%、41. 5%、38. 4%和31. 1%,但4组绿色屋顶均是DCr、DCu和DNi的源.     

绿色屋面降雨径流水质源汇特征及污染源解析

2016年4月—2017年10月对93场降雨事件绿色屋面径流、沥青屋面径流和干湿沉降进行采样分析,运用多元统计方法,基于径流水质浓度和污染负荷两种角度,重点揭示绿色屋面径流水质的源汇特征,识别绿色屋面对降雨径流的滞留能力及影响因素,探讨了绿色屋面径流的污染来源.结果表明：绿色屋面具有很好的径流滞留效果,平均径流滞留率达到53.4%.绿色屋面径流滞留率月变化受到降雨量的显著影响,表现为在丰水期7、8和10月径流滞留率（73.6%、80.9%和93.6%）小于枯水期4、5、11和12月滞留率（100%）.绿色屋面径流滞留率与降雨量和降雨历时表现出显著的负相关关系,与雨前干期相关性较弱.基于径流水质,绿色屋面显著增加了径流中EC、COD、TOC、K⁺、Ca²⁺、Cl^-和SO₄^2-的浓度,是它们的污染源,但显著降低了径流中NH₄⁺-N和Zn的浓度,是它们的汇;基于污染负荷,绿色屋面仅是K⁺、Cl^-和SO₄^2-的污染源,是NH₄⁺-N和Zn的汇.绿色屋面存在4类污染源,即有机物和重金属源（来自于泥炭土和沥青油毡）、离子污染源（来自于泥炭土和蛭石）、物化污染源和营养物质污染源（来自于泥炭土和大气沉降）.研究结果可为绿色屋面的科学设计,管理和控制城市暴雨径流提供科学依据.     

基于HYDRUS-1D模型的植物根系对人工基质水分特征曲线参数的影响

为了定量揭示绿色屋顶植物根系对人工基质水力特性的影响,选用两种景天属植物（垂盆草和佛甲草）及两种人工基质（珍珠岩和蛭石）进行水分及溶质运移实验,基于HYDRUS-1D模型反演人工基质水分特征曲线参数,以此分析植物根系所引起的人工基质水分特征曲线参数的变化.结果发现,植物根系使两种人工基质残余含水率θ_r降低、权重系数w增加.不同植物根系对两种人工基质饱和含水率θ_s的影响不同, 体现为垂盆草根系相较佛甲草根系对θ_s的影响范围更小.植物根系对人工基质吸力参数α₁、α₂的改变效应随人工基质种类发生变化,表现为珍珠岩基质α₁、α₂均因垂盆草根系得以提高、因佛甲草根系而降低,蛭石基质α₁、α₂则因植物根系分别降低和增加.研究结果可为绿色屋顶 植物-人工基质结构优化提供科学依据.     

简单式绿色屋顶对径流水量水质调控能力研究

通过长历时天然降雨监测以及人工模拟降雨实验研究了不同基质层及排水层材料对简单式绿色屋顶径流滞留、峰值削减、污染物浓度及负荷削减能力的影响及规律。结果表明:使用改良土作为绿色屋顶基质层材料时径流滞留能力与峰值削减能力均优于超轻量基质,而使用陶粒作为绿色屋顶排水层材料时仅会降低其峰值削减能力。3类装置对悬浮物(SS)的污染物浓度削减能力相似,但改良土装置的SS负荷削减能力更高;径流中COD负荷均高于雨水,故认为本研究中绿色屋顶是COD的源。     

不同降雨条件下植被对绿色屋顶径流调控效益影响

植被是绿色屋顶的重要组成部分,可通过截留雨水和蒸散耗水等过程影响绿色屋顶的径流调控效益.本文基于太阳花(Portulaca grandiflora)、佛甲草(Sedum lineare)、高羊茅(Festuca elata)和无植被等4种植被覆盖类型绿色屋顶2017年雨季26场降雨径流过程的监测数据,从径流和洪峰削减、产流和峰现时间延迟四方面定量分析植被在不同降雨条件下对绿色屋顶径流调控效益的影响.结果表明,绿色屋顶径流削减率与降雨量呈显著负相关(P 0. 01),降雨量10 mm时,绿色屋顶径流削减率等于或接近100%;降雨量超过30 mm,所有绿色屋顶的径流削减率降低到70%以下;当降雨量达到监测期内最大的81. 4 mm时,各绿色屋顶径流削减率都低于55%.植被覆盖类型对绿色屋顶径流调控效益的影响随降雨条件而改变,大雨条件下不同植被覆盖类型绿色屋顶的径流削减率差异最大,中雨和暴雨条件下次之,小雨条件下因各绿色屋顶几乎都不产流而无明显差异.在中雨、大雨和暴雨条件下,有植被覆盖绿色屋顶的径流削减率、洪峰削减率、产流和峰现时间延迟等4个指标都明显优于无植被覆盖的绿色屋顶.株高和单位面积地上生物量最高的太阳花绿色屋顶的径流调控效益优于佛甲草绿色屋顶.     

北京市2015年森林植被区PM10质量浓度时空变化特征

以北京市大兴区南海子公园植被区与亦庄非植被区为研究对象,对比分析了植被区与非植被区PM₁₀质量浓度日变化、月变化特征及典型天气条件下的变化.结果表明：PM₁₀浓度的日变化趋势基本相同,呈典型的双峰曲线,春、夏季的峰值出现在9：00-10：00和18：00-19：00,秋、冬季的峰值出现在8：00-9：00和18：00-19：00,且秋、冬季PM₁₀浓度高于春、夏季;植被区与非植被区的PM₁₀月变化趋势基本一致,植被区PM₁₀浓度低于非植被区,且2月份PM₁₀浓度最大;各季节优良天气排序为夏季（42.60%）> 秋季（31.10%）> 春季（26.43%）> 冬季（15.17%）,中度及以上污染天气所占比例排序为冬季（55.52%）> 春季（27.57%）> 秋季（17.77%）> 夏季（3.58%）;PM₁₀浓度随降雨强度的增加呈减小的变化趋势,雨前12 h的PM₁₀浓度均值表现为植被区（106.43 μg·m^-3）<非植被区（157.39 μg·m^-3）,雨后12 h的PM₁₀浓度均值表现为植被区（50.96 μg·m^-3）>非植被区（38.41 μg·m^-3）;PM₁₀浓度随风速的增大呈减小的变化趋势,风后12 h的非植被区PM₁₀浓度削减率均值是植被区的1.23倍,且PM₁₀浓度削减率均处于较高水平;PM₁₀浓度随空气湿度的增大呈增大的变化趋势,随温度的升高呈减小的变化趋势.研究结果对进一步治理和控制北京市大气污染有参考价值.     

三亚城区PM2.5中水溶性离子特征与来源分析

基于2019年三亚城区站点PM_2.5中水溶性离子在线观测数据,分析了水溶性离子的质量浓度水平、不同时间尺度和不同PM_2.5浓度下的特征,探讨了气象因子对离子组分的影响,通过主成分分析（PCA）解析来源.结果表明：2019年三亚城区总水溶性离子（TWSI）质量浓度为8.173 μg·m^-3,占ρ（PM_2.5）的58.4%,各离子质量浓度大小依次为：ρ（SO₄^2-） > ρ（NO₃^-） > ρ（K⁺） > ρ（NH₄⁺） > ρ（Na⁺） > ρ（Cl^-） > ρ（Ca²⁺） > ρ（F^-） > ρ（Mg²⁺） > ρ（NO₂^-）,其中二次离子SO₄^2-、NO₃^-、NH₄⁺（SNA）和K⁺为主要离子组分,占总水溶性离子的80.0%,海盐粒子Na⁺及Cl^-之和占比为14.7%,且与风速呈显著正相关;TWSI季节浓度变化特征明显,秋季最高,春冬季次之,夏季最低,主要与秋冬季风速较大、主导风向转为东北风,易受外来传输有关;SO₄^2-在各个季节均是浓度及占比最高的离子,硫氧化率（SOR）的日均值均大于0.1,存在显著的SO₂向SO₄^2-转化的过程;PCA分析结果表明三亚城区水溶性离子主要受海洋源、二次源及生物质燃烧源的影响.     

定量评估气候变化对长江中下游地区植被GPPGS变化的影响

在区域和植被类型尺度上定量厘定气候因子对长江中下游地区生长季植被GPP（GPP_GS）的直接、间接和综合影响,可为全球气候变化背景下区域植被资源管理与恢复提供科学依据.利用MODIS GPP数据、气象数据和植被类型数据,结合Theil-Sen Median趋势分析和Mann-Kendall显著性检验探究长江中下游地区植被GPP_GS时空变化特征,并通过通径分析揭示气候因子对长江中下游地区整体和不同类型植被GPP_GS变化的直接影响、间接影响和综合影响.结果表明：①2000~2021年长江中下游地区植被GPP_GS呈波动上升趋势,上升速率（以C计,下同）为2.70 g·（m²·a）^-1 （P<0.01）.不同类型植被GPP_GS均呈极显著上升趋势（P<0.01）,其中,灌丛上升速率最高,为3.31 g·（m²·a）^-1,栽培植被上升速率最低,为2.54 g·（m²·a）^-1.②长江中下游地区GPP_GS呈上升趋势的面积占比为88.11%.不同类型植被GPP_GS呈上升趋势的面积占比均大于84%.③通径分析结果表明,降水和最高气温对植被GPP_GS的直接影响呈显著正向影响（P<0.05）,而太阳辐射呈不显著正向影响（P≥0.05）.最高气温、降水和太阳辐射对植被GPP_GS的间接影响均呈非显著负向影响（P≥0.05）.在直接影响和间接影响的综合作用下,降水和最高气温对植被GPP_GS呈不显著正向影响（P≥0.05）,而太阳辐射对植被GPP_GS呈不显著负向影响（P≥0.05）;不同植被类型上,降水是影响栽培植被GPP_GS变化的主要气候因子,最高气温是影响针叶林、阔叶林、灌丛和草丛GPP_GS变化的主要气候因子.④长江中下游地区植被GPP_GS变化主要受最高气温、降水和太阳辐射的直接影响,降水的直接影响对植被GPP_GS变化的主导区域占56.72%.研究结果可为量化长江中下游地区植被固碳潜力和全球气候变化背景下制定因地制宜的生态恢复治理政策提供参考.     

宿迁市PM2.5中水溶性无机离子的季节特征和来源分析

为了研究宿迁市PM_2.5中水溶性无机离子的季节特征和来源,于2017年5月至2018年1月在宿迁市水汽通道上的3个监测点位采集了171份PM_2.5样品,分析了PM_2.5质量浓度以及9种水溶性无机离子含量.结果表明,宿迁市PM_2.5中水溶性无机离子的年均浓度为（44.08±34.61）μg ·m^-3,占PM_2.5质量的41.8%,9种水溶性离子浓度大小排序为ρ（NO₃^-） > ρ（SO₄^2-） > ρ（NH₄⁺） > ρ（Cl^-） > ρ（Na⁺） > ρ（Ca²⁺） > ρ（K⁺） > ρ（F^-） > ρ（Mg²⁺）,其中NO₃^-、SO₄^2-和NH₄⁺是主要的离子组分,占总水溶性无机离子浓度的75.6%.ρ（NO₃^-）/ρ（SO₄^2-）年均值为1.53±0.88,表明移动污染源对PM_2.5的贡献高于固定污染源.水溶性无机离子相关性分析表明,NH₄⁺与NO₃^-、SO₄^2-可能以（NH₄）₂ SO₄、NH₄HSO₄和NH₄NO₃的形式存在.结合主成分分析,水溶性无机离子主要来源于二次转化、工业源、生物质燃烧和扬尘.PM_2.5浓度与相对湿度在冬季呈显著正相关,水汽传输在冬季更容易对PM_2.5浓度增长有促进作用.     

绿色、蓝色和蓝-绿屋顶径流水质特征

屋顶占据大量城市不透水面,实施生态屋顶建设,有利于缓解城市化造成的生态和环境问题.在北京市区搭建不同类型生态屋顶(绿色屋顶、蓝色屋顶和蓝-绿屋顶),基于对2019年雨季降雨特征、各类生态屋顶径流量以及径流中营养盐和重金属浓度的监测,计算不同生态屋顶径流污染负荷和径流水质指数(RQI),定量对比分析不同类型生态屋顶径流的综合水质差异.结果表明,在2019年雨季,各生态屋顶均表现出良好的雨水滞留能力,平均径流削减率在75.7%～78.9%之间,且不同生态屋顶的径流削减率无显著差异(P>0.05);相较雨水,各生态屋顶均为NH⁺₄-N、 DZn和DCd的汇,累积负荷削减率分别在63.8%～96.4%、68.6%～90.7%和39.8%～54.5%之间,但均为NO^-₃-N、 DCr、 DFe和DNi的释放源;蓝色屋顶是DCu的汇(累积负荷削减率为21.9%),但对雨水径流中PO^3-₄-P的累积负荷无明显影响,而绿色和蓝-绿屋顶均为PO^3-     

粗放型绿色屋顶对多环芳烃的控制效果

构建4个粗放型绿色屋顶中试设施,考察不同基质组成的设施在实际降雨条件下出水中16种多环芳烃(PAHs)质量浓度并与降雨、沥青屋面径流、空白对照设施的出水进行对比.结果表明,8场监测降雨事件中,4种模拟屋面设施出流PAHs的平均质量浓度分别为145、166、151、160 ng·L~(-1),沥青屋面和空白对照设施出流PAHs的平均质量浓度分别为900 ng·L-1和270 ng·L~(-1),4个模拟设施出流PAHs质量浓度显著低于沥青屋面和空白对照设施;从质量负荷控制的角度,4个模拟设施均能有效控制屋面径流PAHs负荷,与空白屋面相比,平均负荷削减率为71.76%.绿色屋顶对PAHs的去除机制以基质材料的截留及吸附为主,同样基质配比的情况下,增加基质层厚度,能改善设施对PAHs的去除效果.将传统沥青屋面改造为粗放型绿色屋顶,有助于控制屋面径流PAHs排放.     

黄土高塬沟壑区不同坡位和植被下的土壤硝态氮特征研究

地形和植被会改变水分在土壤中的运移,进而影响土壤中硝态氮(NO_3~--N)的分布,并可能导致对水体污染的差异.在黄土高塬沟壑区黑河流域选取3个样点,采集刺槐林和草地在不同坡位(上、中和下坡位)的6 m深土样,分析了坡位和植被对NO_3~--N迁移的影响,并初步评估了其对地表水及地下水污染的潜在风险.不同坡位及植被条件下,土壤中硝态氮均没有出现累积,在表层土壤达到最大值后逐渐减小.2种植被下NO_3~--N达到稳定时的深度约为200 cm,稳定浓度均为下坡位上坡位中坡位,但在同一坡位的稳定浓度均有草地高于刺槐林的特点,说明坡位及植被覆盖类型均会影响NO_3~--N在土壤中的分布.整个流域地表水NO-3含量枯水期及汛期分别为(6.90±2.10)mg·L~(-1)和(5.84±2.86)mg·L~(-1),而坡地表层土壤(0~20 cm)中可移动态NO_3~-为(29.55±6.59)mg·L~(-1),明显大于地表水中的浓度,很有可能随径流流失造成地表水氮素污染.地下水枯水期和汛期的NO_3~-含量分别为(24.61±23.72)mg·L~(-1)和(15.70±10.78)mg·L~(-1),而坡地深层土壤(200 cm)中NO-3为(0.78±0.16)mg·L~(-1),由于浓度较低,对地下水造成污染的可能性较小.     

三峡库区小流域不同土地利用类型“土壤-水体”氮磷含量特征及其相互关系

利用长期田间监测数据,分析了三峡库区典型农业小流域不同土地利用类型土壤、浅层地下水氮磷含量分异特征,剖析了坡面土壤氮磷含量与浅层地下水、坡面地表径流氮磷浓度的相互关系.结果表明梯田的土壤TN平均含量显著(P0.05)高于坡耕地,水田梯田平均含量1.49 g·kg~(-1)最高;旱地坡耕地和桑树套种坡耕地土壤TP平均含量显著高于其它地类;旱地梯田土壤NO_3~--N平均含量最高,离散程度最大.坡面土地利用类型对浅层地下水TN、NO_3~--N浓度影响较大,但对TP浓度影响较小;流域浅层地下水TN浓度与NO_3~--N浓度呈极显著正相关,不同坡面浅层地下水NO_3~--N对TN平均贡献率在67.82%~78.51%之间;浅层地下水TN、NO_3~--N月平均浓度变化规律基本一致,春秋两季农作物施肥后均呈现明显上升趋势.坡面土壤TN平均含量与浅层地下水TN浓度呈显著指数关系,坡面土壤NO_3~--N平均含量与浅层地下水NO_3~--N浓度呈对数关系,但与坡面地表径流TN、NO_3~--N浓度无显著相关性;当坡面地表径流TP浓度0.1 mg·L~(-1)时,坡面土壤TP平均含量与其呈显著线性相关;坡面地表径流与浅层地下水TN、NO_3~--N浓度均呈显著幂函数关系,且NO_3~--N相关性更好.     

厦门市城市绿地雨洪减排效应评价

城市绿地在对雨水的渗透、滞留和调蓄方面具有非常显著的作用,能够有效削减城市的雨洪流量,缓解内涝压力.以海绵城市试点——厦门市为典型区,在日降雨数据、土地利用数据、土壤类型数据、城市绿地空间分布数据和城市建成区空间范围数据等多源数据的支撑下,系统评价了厦门市建成区城市绿地的雨洪减排效应.其中,雨洪减排效应的实物量通过SCS（Soil Conservation Service）模型进行评估,价值量则利用替代市场法进行估算.结果表明:2010年厦门市单位城市绿地削减的雨洪径流深为262.28 mm,削减的雨洪径流总量为4 385.40×104 m3,减排服务价值为2.75×108元;2015年单位城市绿地削减的雨洪径流深为335.77 mm,削减的雨洪径流总量为7 634.37×104 m3,减排服务价值为5.49×108元.城市绿地面积、降水量及其时程分配是影响城市绿地雨洪减排效应的关键因子,在其共同驱动下,2015年厦门市城市绿地的雨洪减排效应较2010年显著增加.研究显示,SCS模型在数据输入和参数率定等方面具有显著优势,能够在地理空间上连续模拟厦门市整个建成区的产流量,进而实现行政区单元和城市绿地类型单元雨洪减排效应的双重评价,3种城市绿地类型（乔木、灌木和草本）单位面积的雨洪减排效应并无明显差异,受绿地面积支配,厦门市80%的城市绿地雨洪减排效应由乔木绿地产生.      

植被缓冲带径流渗流水量分配及氮磷污染物去除定量化研究

利用构建的缓冲带现场试验基地和设计的径流流量测定装置,对植被缓冲带滞缓径流和农田氮磷污染物去除能力开展定量化试验研究.结果表明,植被缓冲带有效滞缓了径流速度,并显著提高了缓冲带土壤的水力渗透能力,19m长的百慕大、高羊茅、白花三叶草缓冲带径流出水时间分别是空白对照的2.46倍、1.72倍和2.03倍,渗流水量分别是空白对照的3.01倍、2.16倍和2.45倍;植被缓冲带能有效去除农田径流氮磷污染物,百慕大、高羊茅、白花三叶草缓冲带对NH4+-N、TN、TP的总去除率分别比空白对照提高了237%、268%和274%;植被缓冲带渗流对氮磷污染物的去除能力显著高于径流,渗流水量越大,缓冲带氮磷污染物的总去除率和单位面积去除负荷越高,试验各植被缓冲带TN、NH4+-N、TP渗流去除量与径流去除量的比值分别达到2.79、2.02和2.83.