西苕溪典型小流域土地利用对氮素输出的影响

在太湖地区的西苕溪流域不同地理位置选择了11个小流域,于2004年分3次野外监测氮素输出浓度.利用多年降雨径流关系估算径流量,用于计算各小流域氮素输出负荷与强度,结合2000年TM遥感影像获得的各小流域土地利用数据,综合分析了土地利用对流域氮素输出的影响.结果表明,流域土地利用结构对氮素输出具有重要影响,流域耕地面积比例与氮素输出水平呈正比,而林地比例与氮素输出水平呈反比;各小流域面积的大小与氮素输出负荷呈正相关,而小尺度流域面积对氮素输出浓度和单位面积氮素输出强度无关.     

基于流域单元的营养盐输出与景观异质性影响研究

选择太湖上游西苕溪流域,利用GIS、RS及景观生态方法进行小流域划分和流域景观异质性分析,基于改进的输出系数模型估算小流域营养盐输出,并对流域单元主要景观类型空间异质性及多样性指数与营养盐输出的关系进行了分析.结果表明,西苕溪各小流域TN、TP输出强度变化范围分别为3.01～15.44 kg/(hm2.a)与0.049～0.355 kg/(hm2.a),营养盐输出水平空间差异性明显;小流域单元优势景观类型与营养盐输出关系明显,小流域林地面积增加10%,TN、TP输出强度分别降低0.203 1、0.015 2 kg/(hm2.a);小流域耕地面积增加10%,TN、TP输出强度分别增加0.572 6、0.027 3 kg/(hm2.a);西苕溪小流域景观多样性指数与氮磷输出水平关系呈二次多项式关系,营养盐输出强度随着SHDI增大而增大,当SHDI为1.5时,输出强度达到最大值,然后随着SHDI增大而降低.研究结果将为流域非点源污染治理提供参考.     

基于改进输出系数模型的流域营养盐输出估算

为合理估算流域非点源污染营养盐输出负荷,针对广泛使用的输出系数模型方法,通过实测数据推算获得流域主要土地利用类型氮磷营养盐输出系数,并同时考虑流域降雨的空间差异,对模型结构进行了改进,并与GIS实现融合,构建半分布式的输出系数模型.利用该模型对太湖上游的西苕溪流域氮磷营养盐输出负荷进行了估算,结果显示,西苕溪流域TN输出负荷为2 121.3 t,TP输出负荷为49.3　t,这为太湖流域非点源污染治理提供了参考,改进的输出系数模型具有很好的时空尺度适宜性和推广性.     

小流域土地利用结构对氮素输出的影响

以丹江口库区的胡家山小流域为研究区,以资源二号卫星影像图为底图,通过实地调查获取胡家山小流域土地利用图,利用ArcGIS的水文模拟、空间分析模块提取15个集水区,并分析其土地利用结构.根据2008年1～12月各个集水区的出口的总氮、硝态氮浓度的监测数据,定量地分析土地利用结构对氮素输出时空变化的影响.结果表明,胡家山小流域内旱地、居民地对氮素输出起显著源作用,与TN、NO-3-N的Pearson相关系数分别为0.869、0.856和0.826、0.867.林地、疏林地、草地等对氮素输出起汇作用,其中林地、草地汇作用显著,与TN、NO-3-N的Pearson相关系数分别为-0.820、-0.851和-0.602、-0.518.土地利用结构是氮素输出空间变化的关键因素,土地利用类型的空间分布使得汇土地利用类型旱地、居民地对小流域氮素输出影响最大;在不同时间尺度上,土地利用结构对氮素输出浓度影响有所不同.年度上,对氮素输出影响最大的是旱地,季节上,春、夏、秋、冬四季对氮素输出影响最大的分别是旱地、居民地、居民地、旱地;土地利用结构对氮素输出浓度的影响受到降雨、气温、人为等因素的作用.     

三峡库区小流域土地利用结构变化及其氮素输出控制效应:以兰陵溪小流域为例

基于三峡库区兰陵溪小流域退耕还林后土地利用结构变化分析,结合2015年汛期流域氮素养分输出监测数据,利用逐步回归定量分析土地利用结构特征对氮素输出的控制效应.结果表明:1退耕还林工程小流域土地利用结构发生改变,林地、园地面积比例分别增加到76.85%和13.87%,园地多以茶园单一类型片状分布,耕地面积比例锐减至1.16%,且零星分布于林地、园地之间.2小流域部分监测点总氮浓度超过国家Ⅴ类地表水水质标准,各监测点铵态氮(NH_4~+-N)、硝态氮(NO_3~--N)和总氮(TN)输出浓度分别为0.089~0.214 mg·L~(-1)、2.925~13.203 mg·L~(-1)以及3.561~14.572 mg·L~(-1),硝态氮输出浓度占总氮比例超过80%.3集水区氮素输出浓度与园地和住宅用地极显著正相关,与林地、未利用地则成极显著负相关,住宅用地和园地类型是主要的氮素输出源.4小流域土地利用结构调整应优先增加林地,适当控制园地发展,且将住宅用地面积比例控制在5%以下,并通过林茶、林果间作等方式改变小流域部分园地单一类型片状分布格局.     

西苕溪流域径流对土地利用变化的空间响应分析

针对流域土地利用变化所引起的径流空间变异问题,论文以太湖上游西苕溪流域为例,基于SWAT模型（Soil and Water Assessment Tool）模拟的不同土地利用情景下月尺度径流过程,通过GWR模型（Geographically weighted regression）在空间上定量评估了土地利用/覆被变化对流域径流过程的影响。结果表明：径流变化在流域空间分布上存在一定非平稳性,其与子流域内面积变化较大的土地利用类型相关性显著,其中城镇用地影响最大,林草地和耕地影响次之。径流变化对城镇用地的空间响应关系表现为由上游到下游逐渐增强,而对林草地和耕地的响应关系表现为从流域上游到下游逐渐减弱。对比发现,多因子GWR模型相对于单因子GWR模型更适合综合分析径流对土地利用/覆被变化的空间响应关系。     

太湖上游流域下垫面因素对面源污染物输出强度的影响

应用流域断面监测、GIS的流域空间分析等手段建立太湖上游地区流域基础数据,通过多元逐步回归和冗余分析(redundancy analysis, RDA)手段,研究了太湖上游流域下垫面要素对流域出口污染物输出影响特征以及不同要素影响的相对强度,提取了影响太湖上游流域面源污染产出的主要下垫面因素并分析各小流域水质控制性要素的空间特征.研究结果表明,流域面源污染与下垫面要素具有很大的相关性,其中流域土地利用对面源污染产出的影响最为显著,其次是流域土壤特征、流域坡度,流域面积的影响最小;影响流域面源污染输出变化的控制性因素为居民用地、耕地面积比例和流域平均坡度,对水质数据进行解释的显著性和重要性水平均较高,能解释59.5%的流域水质信息、98.6%的下垫面特征-水质指标关系信息,且在不同小流域中这3个因素对流域水质影响的贡献率不同.     

典型流域土地利用/覆被变化及其景观生态效应——以浙江省西苕溪流域为例

土地利用/覆被变化的环境效应是相关领域今后研究的重点。论文利用1985、1995和2000年的TM数据及调查资料,研究西苕溪流域的土地利用/覆被变化及其景观生态效应。结果表明:流域内农田不断减少,居民及工矿用地持续扩大,林地前期减少、后期缓慢增加;林地和农田是流域内的主要景观类型,空间集中性及斑块碎化、形状规则化、景观同化是景观结构和景观异质性变化的主要表现;土地利用/覆被变化产生了生境质量下降、边缘效应增强、土地退化和生态系统成分单调等景观生态效应;恢复与建设西苕溪流域的景观生态系统需对景观尺度上的土地利用方式进行必要的调整。     

城郊农业区小流域土地利用结构对氮素输出的影响

以位于湖南省长沙市城郊农业区的金脱河流域为研究区域,通过解译2009年的Spot-5卫星遥感图获取了小流域的土地利用图;结合流域的DEM图,利用ArcGIS 9.3的水文、空间分析模块将流域划分为若干个子流域,分析各子流域的土地利用结构.从2009年12月～2010年11月在各子流域出口处采取水样,分析其TN、NH4+-N、NO3--N输出浓度、输出量的时空变化特征以及与土地利用结构、施肥等因素之间的关系.结果表明,流域径流氮素污染严重,其TN、NH4+-N输出浓度呈明显的季节变化特征,为冬季>春季>夏、秋季,而NO3--N的输出浓度的季节差异较小.流域内的土地利用结构对NO3--N的输出浓度起着重要的控制作用,林地、水面表现为源作用,水田、旱地、居民地为汇作用;不同的时间尺度上土地利用结构对其影响不同,年度尺度上对NO3--N输出影响最大的为旱地,春夏季为林地,秋冬季为旱地.TN、NH4+-N的输出浓度与土地利用结构的相关性较差,各形态氮素的输出量与纯氮施用量、人口数、养猪量表现为极显著正相关.     

西苕溪支流河口水体营养盐的特征及源贡献分析

支流是干流营养物质的重要贡献源,也是流域水污染控制的关键区域.为探明西苕溪营养物质来源,有效控制该流域的水质污染,对西苕溪支流河口水质的时空变化特征及营养盐的输出通量进行了分析,利用PMF源解析模型对西苕溪10条典型支流的污染源贡献进行了定量解析.结果表明,中下游支流的TN、TP浓度高于上游支流,枯水期TN、TP浓度均值是4.25 mg·L~(-1)和0.11 mg·L~(-1),丰水期对应浓度均值为3.15 mg·L~(-1)和0.09 mg·L~(-1),枯水期高于丰水期,其时空变化较显著;支流水体的氮磷形态组成各不相同,反映支流流经区域周围土地利用的差异.污染源解析结果显示,影响西苕溪支流营养盐的污染源有农田径流、养殖废水和生活污水三类,在丰水期和枯水期,上游支流营养盐中农田径流的贡献率是40%和35%,中游养殖废水贡献率是33%和30%,而枯水期的生活污水则比丰水期贡献较多营养盐.因此,在整治改善西苕溪流域水质时,应考虑营养物的时空变化特点和支流周边环境.     

基于偏最小二乘模型的河流水质对土地利用的响应

流域土地利用类型变化是影响河流水质的重要因素之一.为探究子流域尺度土地利用与河流水质之间的相互关系,本文基于太子河流域遥感影像和水质数据,采用偏最小二乘模型(partial least squares,PLS),分析不同土地利用类型对流域水质的影响程度.选取7个不同子流域土地利用类型面积百分比作为自变量X,总氮(TN)、硝酸根离子(NO_3~-)、氯离子(Cl-)与硫酸根离子(SO_4~(2-))这4个水质参数浓度值作为因变量Y,构建了土地利用类型与河流水质数据的偏最小二乘模型,并使用其余子流域数据对构建的模型进行验证.结果表明,太子河流域不同子流域土地利用类型与河流水质指标TN与NO_3~-之间线性关系显著,决定系数R~20.62.其中,耕地面积变化对水体中TN浓度变化影响明显,居民及工矿建设用地面积变化则对水体中NO_3~-浓度变化影响强烈.但对于Cl-和SO_4~(2-)来说,土地利用类型对其浓度大小有一定影响,但并不是最主要的影响因素.虽然太子河流域未利用地面积百分比极小(1.13%),但是未利用地面积变化对水质参数有较显著影响(影响系数0.24).     

基于改进输出系数模型的云南宝象河流域非点源污染负荷估算

本文引入降雨、地形因子(α、β)对经典的输出系数模型(ECM)进行改进,基于1999~2010年云南宝象河流域气象、水文、社会经济等数据,利用改进的输出系数模型(IECM)对该地区(位于滇池的东北部,绝大部分在官渡区内,西北部少部分在盘龙区内)的非点源污染负荷进行估算.结果显示,2008年宝象河流域非点源氮、磷污染的所占比例(分别为74.2%和68.0%)要显著高于点源氮、磷污染的所占比例(分别为25.8%和32.0%).氮污染中,不同非点源的贡献率依次为土地利用类型>大气沉降>农村生活>畜禽养殖;磷污染中,不同非点源污染的贡献率为土地利用类型>农村生活>大气沉降>畜禽养殖.宝象河流域的非点源氮污染比例要高于整个滇池流域,非点源磷污染比例与滇池流域较为接近.与实际观测值比较,IECM对TN、TP负荷的估算值的平均相对偏差分别为15%和-6%,ECM对TN、TP负荷的估算值的平均相对偏差分别为54%和17%.这表明改进的输出系数模型(IECM)提高了结果的准确性,可以为滇池流域的污染(尤其是非点源污染)负荷估算提供参考方法.     

草海湿地小流域土地利用与景观格局对氮、磷输出的影响

识别主要污染物和污染源对草海湿地生态系统的保护与管理具有重要的现实意义.基于2012年5—10月6个小流域的水质观测数据、土地利用结构与景观格局指数,研究了草海湿地入湖小流域氮、磷输出的时空变化规律及其与景观格局的关系,以期为草海湿地综合治理提供参考.结果表明,草海湿地北面建设用地面积比例呈西北、东南方向逐渐降低和景观破碎度逐渐减小的趋势,具有明显的城市-城郊-农村的景观格局梯度,景观格局影响流域水质.多元统计分析表明,小流域氮磷输出受景观组成属性和空间属性综合影响,城镇建设用地百分比与TN、TP和COD呈显著正相关关系(r分别为0.995、0.978和0.996,p0.01),景观破碎度(CONTAG、ED、MPS)和多样性(SHDI)与水质(TN、TP、COD)具有显著的相关关系,CCA的第一排序轴解释了建设用地面积比例、景观指数与水质指标相关性的96.0%.可见,威宁城镇化快速发展威胁了草海湿地生态安全,需进行草海周边城镇化进程的调整和控制.     

基于ArcSWAT模型的长乐江流域非点源氮素污染源识别和分析

本研究以我国东南沿海地区的典型农业流域——长乐江流域为对象,通过实地调查、数据收集和分析,构建模型所需的各类空间数据库和属性数据库,将流域内各种非点源污染过程的概化设置和相应管理操作与模型进行有效耦合,利用近3年的流域水质监测资料进行模型参数的率定和验证,建立了该流域氮污染过程的ArcSWAT模型,模拟估算了流域不同非点源氮的入河量,并着重分析和识别不同时段土地利用类型的关键性污染源.结果表明,长乐江流域非点源氮素污染的主要来源是氮肥施用、大气沉降和土壤氮库,对河流总氮负荷的贡献率分别为35%、32%和25%.不同时段、不同土地利用类型的关键性污染源具有明显差异.从时间分布来看,土壤氮库和大气沉降所产生的非点源氮素污染的关键时期在雨季,而氮肥污染则主要发生在作物生长季节.从土地利用分布来看,园地和人居地非点源氮素的控制性污染源分别是氮肥施用和生活排污;而水田和旱地的三大污染源(氮肥施用、大气沉降和土壤氮库)入河量相差不大,需要同时控制.因此,治理流域非点源氮素污染问题,应分时、分区、分类制定控制方案.     

新安江流域土地利用结构对水质的影响

以新安江上游流域为研究区域,用该流域2010年5月TM遥感影像图作为底图,通过实地野外调查获取了新安江流域的土地利用图.运用ArcGIS的水文、空间分析功能,将流域划分为8个子流域,并分析各子流域的土地利用结构.根据2010年1～12月的水质监测数据,分析TN、TP、高锰酸盐指数、NH4+-N、粪大肠菌群的时空变化特征,以及与土地利用结构之间的定量关系.结果表明,TN和NH4+-N有明显的时间变化特征,为枯时期>丰水期>平水期,而其他几种指标没有明显的时间变化.在空间上,整体上呈现出渔梁、浦口污染最为严重.流域内土地利用结构与水质之间的相关关系表现为:耕地、水体、建筑用地起源作用,林地、草地起汇作用.在年度上看,耕地对TN、NH4+-N、高锰酸盐指数影响最大,草地对TP影响最大;不同水期上,枯水期和丰水期,对各指标影响最大的土地利用类型为耕地,在平水期,对TN、TP、粪大肠菌群影响最大的土地利用类型分别为耕地、草地、林地.     

城郊流域源汇景观格局与水体抗生素的关系

阐明城郊地区土地利用格局对水体抗生素的影响,对于维护水质安全和城乡居民健康具有重要意义.本研究以长三角典型城郊宁波樟溪流域为例,基于不同子流域定位监测,研究了城郊流域水体抗生素的组成和分布特征,基于源汇景观模型探讨了流域源汇景观格局特征对水体抗生素的影响.结果表明,不同子流域水体抗生素含量和种类存在较大差异,抗生素的浓度变化范围为1.12～53.74 ng·L~(-1).景观分析表明研究区从上游到下游"源"景观的面积逐渐增大,而"汇"景观的面积逐渐减小.不同子流域水体抗生素的非度量多维尺度分析(NMDS)发现具有相似源汇景观格局的子流域水体抗生素组成和含量具有一定的相似性.土地利用的组成及其在海拔、坡度和距离上的分布都对水体抗生素浓度有不同程度的影响.相关分析和冗余分析(RDA)表明,源汇景观负荷比指数(LWLI)与水体抗生素浓度呈正相关关系,子流域LWLI越大其水体抗生素浓度越高.通过流域景观格局优化,使"源""汇"景观在空间上合理分布,可以减少水体抗生素污染.