千岛湖流域杭州段人类活动净氮、净磷输入时空分布

为探究人类活动对流域氮磷输入的影响,基于人类活动净氮、净磷输入模型（NANI、NAPI）,分析了2008~2017年千岛湖流域杭州段氮磷输入的时空变化特征及驱动因素.结果表明：年际NANI值呈上升的趋势,10a平均值为2230kg/（km²·a）;年际NAPI值呈先上升后持续下降趋势（峰值出现在2011年）.各子单元空间差异性较为显著,NANI、NAPI值均呈西高东低、南高北低的分布特征.NANI主要输入组分年际间差异显著,2008~2014年NANI的最大贡献源为氮肥施用（37.3%~39.9%）,2015~2017年最大贡献源则为大气氮沉降（36.4%~38.4%）;NAPI主要输入组分年际间较为一致,最大贡献源为人类食品和动物饲料磷输入（44.1%~48.1%）,其次为磷肥施用（40.3%~43.4%）.影响因子中,农作物种植强度与NANI、NAPI的相关性最显著,分别为0.851和0.806.各子单元NANI、NAPI与入湖TN、TP负荷强度显著相关,NANI变化可解释其63.9%的河流TN负荷变化,NAPI变化可解释其73.3%的河流TP负荷变化.因此,千岛湖流域杭州段面源污染实际管控中应重点关注NANI、NAPI值较高的汾口镇、威坪镇及浪川乡,加强氮磷化肥污染防治,实行污染控源减排策略.     

缺水地区人类活动净氮输入与河流响应特征——以海河流域为例

人类活动净氮输入(NANI)是影响河流氮输出的重要因素,研究两者的响应关系对制定氮污染的削减策略具有重要意义.基于NANI核算模型,评估了海河流域人为氮输入强度,并采用实测数据估算了同期的河流氮输出,最终得到干旱缺水区河流氮输出对NANI的响应特征.结果表明,海河流域2008—2012年均NANI输入强度为13258 kg·km~(-2)·a~1,化肥施用、食品与饲料输入、大气沉降和农作物固氮分别占76%、17%、5%和2%;在空间分布上,黑龙港运东子流域的NANI负荷最高,达到24238 kg·km~(-2)·a~(-1),最小的是永定河子流域,为5320 kg·km~(-2)·a~(-1);海河流域主要河流的氮通量与子流域NANI输入呈现显著正相关关系(p0.05),NANI变化可解释67%的河流氮通量变化.然而,仅2%的NANI由河流输出,这一比例低于其他地区研究成果,表明缺水地区河流作为氮输出的功能被削弱,河流不是流域氮输出的主要途径.     

成渝地区双城经济圈人类活动氮磷输入时空演变及其驱动因素

随着城市化进程的加快,高强度人类活动重塑了氮磷等的自然地球化学循环,养分的高效利用与可持续管理面临挑战. 选取地处长江经济带与“一带一路”交汇处的成渝地区双城经济圈为研究区域,基于净人为氮磷输入模型,明晰了人类活动氮磷输入(NANI和NAPI)强度及其组成结构,厘清了其时间轨迹及空间格局,辨识了主要社会经济影响因素的相对贡献度. 结果表明:①2011—2019年成渝地区双城经济圈平均NANI和NAPI分别为13 063 kg/(km2·a)(以N计,下同)和2 291 kg/(km2·a)(以P计,下同),高于长江经济带尺度和全国尺度的平均水平,但低于长三角和长江中游城市群. 非点源NANI和NAPI占比较高,农用化肥输入量为主要来源,食品/饲料养分输入量次之. ②时间尺度上,2011—2019年研究区NANI和NAPI均呈整体下降趋势,分别降低了43.2%和25.9%,其中非点源NANI和NAPI分别降低了44.9%和26.8%,但点源NANI和NAPI分别上升了7.0%和3.3%;空间尺度上,2011—2019年NANI和NAPI平均强度较高的地区大部分集中于研究区域中部以及成都市、重庆市的周边地市,其中德阳市NANI和NAPI均为最高,雅安市NANI和NAPI均为最低. ③NANI和NAPI除与其组分直接相关外,与农村人口密度、耕地面积占比均呈显著正相关,与森林覆盖率呈显著负相关(P<0.05). 研究显示,城市化驱动下的人为氮磷输入时空格局特征明显,我国相关管理措施对其具有积极作用,且区域协同治理已成为破解环境问题的关键.      

亚热带流域人类活动净氮输入与河流输出响应——以东江为例

流域人类活动导致的过量氮输入是造成河流氮污染问题的主要原因.本研究基于人类活动净氮输入(NANI)模型,采用县级面板数据,评估了东江流域人类活动净氮输入与河流氮输出的时空变化特征及其影响因素.结果表明：(1)2013—2020年东江流域的NANI无显著时间变化趋势,多年平均值为8511 kg·km^-2·a^-1,化肥是最主要的输入源,平均贡献率为57.4%,其次是大气氮沉降,平均贡献率为17.3%;(2)东江流域的人类活动净氮输入呈现沿干流集中分布的特点,且上、下游输入强度高于中游,寻乌水、贝岭水以及公庄河的局部集水区域的氮输入强度较高,人口密度和GDP是影响NANI空间分布的关键因素;(3)人类活动净氮输入与河流氮通量之间存在显著的指数和线性双重响应关系,其中,河流通量与NANI的线性响应斜率高达34.6%,在国内外大型河流中处于高位,表明在亚热带的特殊气候环境下,东江流域相同的氮输入负荷可引发更高的氮输出风险.     

人类活动净氮输入时空变化特征及其影响因素——以香溪河流域为例

为了阐明人类活动对三峡库区第一大支流香溪河流域氮输入的影响程度,基于人类活动净氮输入（NANI）模型估算了2001~2015年间香溪河流域乡镇水平的人类活动净氮输入,分析了氮输入的主要来源及其动态变化.结果表明：时间尺度上,香溪河流域人类活动净氮输入（NANI）因氮素施用的变化而呈现先上升后下降最后上升的趋势,但2015年相对2001年的NANI下降了143kg N/（km²·a）;空间尺度上,香溪河流域NANI整体呈现北低南高的分布格局,其中NANI输入强度差异较大的区域主要有昭君镇、峡口镇和黄粮镇.从人类活动净氮输入的组成上来看,氮肥施用仍然是最主要的来源（40.06%）,其次为大气氮沉降（29.98%）和食品/饲料净氮输入（27.75%）,作物固氮仅占净氮输入总量的2.21%.香溪河流域的NANI与人口密度和耕地面积比例极显著相关（P<0.001）;而NANI与河流氮输出的相关性不显著,香溪河流域河流氮输出占NANI的比例仅为24.28%.因此,可以通过减少氮素施用降低流域尺度氮素净输入量,但该流域NANI与河流氮输出无直接的响应关系.     

洱海流域乡镇尺度上人类活动对净氮输入量的影响

人类活动引起的氮素过量输入已经成为引起水体富营养化及其他生态危害的主要原因.为了研究人类活动对流域氮素的影响,本文基于洱海流域16个乡镇行政单元的统计数据,考虑流动人口的影响,利用NANI模型估算洱海流域乡镇尺度的人类活动净氮输入量(net anthropogenic nitrogen inputs,NANI).结果表明,2014年洱海流域NANI总量为29.81×10~3t,单位面积输入强度(以氮计)为10 986 kg·(km~2·a)-1,显著高于我国平均水平.当地旅游人口带入的食品氮输入为0.26×10~3t,占到了流域居民食品氮输入的8%.从氮素的输入量的构成来看,肥料输入是最大的贡献源,占到了流域净氮输入的47%,其次为食品饲料的净氮输入.在空间分布上,乡镇单元的NANI分布呈现明显区域化特征,从流域整体上看呈现北高南低的特点.耕地或人口集中的乡镇NANI强度偏高,洱海流域具有较大的氮素污染风险.     

湖北省2008~2017年人类活动净氮输入状况

为探究湖北省人类净氮输入状况,本文基于湖北省14个地级市（省直辖县）行政单元统计数据,利用人类活动净氮输入（NANI）模型,核算湖北省2008~2017年的人类活动净氮输入量.结果表明,湖北省10a平均NANI值为15929.43kg/（km²·a）.湖北总NANI值随时间呈现出先增长后下降的趋势,其中2013年达到16959.93kg/（km²·a）.在空间分布上,湖北省中东部地区（襄阳、荆门、荆州、随州、孝感、武汉、鄂州、黄冈、省直辖县）的NANI值显著高于西部地区（十堰、宜昌、恩施自治州）;氮源结构上,氮肥输入（年均贡献比例60.58%）是最大输入项,其次分别为食品/饲料净氮输入（24.85%）、生物固氮（8.16%）、大气氮沉降（6.25%）和种子氮输入（0.18%）.因此,减少化肥投入,提高农业产出投入比,同时合理控制人口密度,是减少区域内净氮负荷量,降低氮素污染的有效措施.     

不同生态类型区对人类活动净氮输入的影响——以北方农牧交错带为例

为探究中国北方农牧交错带在不同生态类型区人类活动对净氮输入的影响,基于人类活动净氮输入模型(NANI),以北方农牧交错带7省、23地级市的统计数据及相关参数,分析1985～2020年NANI的时空分布特征及影响因素.结果表明:1985～2020年研究区NANI呈先上升后下降趋势,河北省贡献最高.黄土丘陵沟壑水土流失区与北方农牧交错带NANI年际变化一致、京津冀水源涵养区和长城沿线沙化退化区NANI年际变化值呈上升趋势.空间分布呈由西北向东南逐渐降低的趋势.从输入组分来看,研究区最大贡献源为氮肥施用(30.34%～56.29%),其次是大气氮沉降(31.20%～47.23%),黄土丘陵沟壑水土流失区主要输入组分为氮肥施用和食品/饲料氮输入(累计76.46%～85.14%).对北方农牧交错带NANI影响最大的两个因素为人口密度和畜禽量.因此,中国北方农牧交错带的农业结构调整需结合分区进行管控,调整氮肥使用策略和畜禽养殖模式,促进区域农牧业与生态环境之间的深度融合.     

汉丰湖和高阳湖水体氮磷分布及影响因素研究

为了研究三峡水库蓄水及汉丰湖调节坝运行对湖库氮磷营养盐的影响,于2018年11月~2019年10月对汉丰湖和高阳湖进行逐月水样采集.结果表明：汉丰湖TN浓度为0.78~2.38㎎/L,TP浓度为0.03~0.13㎎/L;高阳湖TN浓度为0.57~2.48㎎/L,TP浓度为0.03~0.09㎎/L,两湖库全年易发生富营养化.汉丰湖和高阳湖水体氮素浓度变化趋势一致,水体氮污染主要来自径流污染、城市污水以及淹没土壤的释放;两湖库磷素时空差异显著,高阳湖水体磷浓度随水位的变化波动性显著,说明水位调节对磷循环产生更直接的影响.外源污染的输入、浮游植物生长以及气温变化是影响汉丰湖水体氮磷营养盐浓度的主要因素,而高阳湖水体氮磷浓度主要受水位波动的影响.     

香溪河流域人类活动净磷输入量及其影响因素

为了阐明三峡库区第一大支流香溪河流域人类活动对磷输入的影响程度,收集流域所涉及的2001~2019年的乡镇统计数据,运用改进的人类活动净磷输入（NAPI）模型,分析了该流域NAPI的发展趋势.结果表明：在时间尺度上,香溪河流域2001~2019年的NAPI整体呈下降趋势;在空间尺度上,NAPI呈现东北部高于西南部的趋势,影响香溪河流域NAPI的主要乡镇为黄粮镇、峡口镇和昭君镇,占香溪河流域NAPI的63.8%;河流磷输出占NAPI的百分比为10.7%~79.5%;从NAPI结构上看,影响香溪河流域NAPI主要的影响因素为磷肥施入量,占香溪河流域NAPI的46%~68%,次要影响因素为食物磷和磷化工及磷矿开采导致磷素释放量,分别占香溪河流域NAPI的14%~32%和16%~24%;从NAPI影响因素上看,NAPI与人口密度和耕地面积占比均呈极显著正相关（P<0.001）,而在小流域研究尺度上,NAPI与河流磷输出的相关性不显著（P>0.05）,不具有直接的响应关系.因此,香溪河流域磷素管理应优先考虑重点区域（黄粮镇、峡口镇和昭君镇）,控制化肥施用量,并提高工厂污染物排放标准.     

1980~2015年长江流域净人为氮输入与河流氮输出动态特征

为推进长江氮污染的精准防治,分析了 1980～2015年的净人为氮输入量(net anthropogenic nitrogen inputs,NANI)和大通站河流可溶性无机氮(DIN)输出通量的年际动态变化特征,构建了定量描述两者之间动态响应关系的多元回归模型,识别了河流DIN来源组成.结果表明,1980～2015年期间,长江流域NANI(以N计)从1980年的4 166 kg·(km2·a)-1持续增加至2015年的8 571 kg·(km2·a)-1,人口密度和畜禽养殖密度增加是NANI快速增加的主要原因.化肥氮和净食物/饲料氮输入是NANI的主要来源,69％的NANI进入农林地(NANIN),31％的NANI进入人居地(NANIP).长江DIN输出通量(以N计)由1980年的455 kg·(km2·a)-l持续增加到了 2015年的1 811 kg·(km2·a)-1.长江DIN输出通量的时间变化不仅与NANI及其组分密切相关,而且受到遗留氮库和建坝库容的影响.基于NANIN、NANIp和建库容量的多元非线性回归模型能解释长江DIN输出通量92％的时间变异性.该模型估算结果显示当年NANI、遗留氮库和自然背景源对长江DIN输出通量的36 a平均贡献率分别为58％、36％和6％.因此,加强NANI和遗留氮协同管理是有效控制长江氮污染的关键.     

1980~2010年浙江某典型河流硝态氮通量对净人类活动氮输入的动态响应

以浙江某典型流域为研究对象,基于1980～2010年的水质水量和氮源数据及LOADEST模型,估算了逐年河流NO-3-N通量和净人类活动氮输入(NANI),分析了河流NO-3-N通量和NANI的年际演化特征及其动态响应关系,探讨了每年NANI、滞留氮库、自然背景源对河流NO-3-N通量的贡献.结果表明,1980～2010年,河流NO-3-N通量和NANI总体上都呈现出先增后减的抛物线型变化趋势,均在1998年左右分别达到峰值5.74 kg·(hm2·a)-1和77.5 kg·(hm2·a)-1;过去31 a,河流NO-3-N通量和NANI分别净增加了～42%和～77%.化肥氮和大气氮沉降是NANI的主要来源,分别占了NANI的～48%和～40%.河流NO-3-N通量的年际变化不仅与NAIN(R2=0.27**)和化肥氮输入量(R2=0.32**)显著相关,而且与河流年均流量(R2=0.79**)或降雨量(R2=0.63**)具有更强的相关性,意味着河流NO-3-N的来源除了当年的NAIN,还受滞留氮库的影响.所建立的以NANI和流量为自变量的回归模型能很好地模拟河流NO-3-N通量变化(R2=0.94**).该模型预测结果显示,在NANI和流量分别降低30%的情况下,河流年均NO-3-N通量将分别减少～21%和～30%;每年的NANI、滞留氮库、自然背景源对河流当年NO-3-N通量的贡献率分别为～53%、～24%、～23%.河流NO-3-N通量长期的年际变化是NANI和水文要素共同作用的结果;但是,由于滞留氮库的影响,与源控制方式相比,增加"汇"景观应该能更加快速地削减河流NO-3-N通量.     

A 60-year sedimentary record of natural and anthropogenic impacts on Lake Chenghai, China

Recent sediments from Lake Chenghai, China, were investigated at high temporal resolution to trace both natural and anthropogenic effects on the lake using total organic carbon (TOC), total nitrogen (TN), total phosphorus (TP), organic phosphorus (P_o), inorganic phosphorus (P_i) and organic carbon and nitrogen stable isotopes (δ¹³C_org and δ¹⁵N) in a ¹³⁷Cs-dated sediment core. The results indicated that the sedimentary record covers the last 60 years, during which the lake had undergone apparent changes in nutrient sources and productivity in response to nutrient loading. Prior to the late 1980s, the nutrient contents in sediments mainly originated from algae and lake productivity was relatively stable. Since the late 1980s, increasing TOC, TN and TP concentrations together with the change of δ¹³C_org and δ¹⁵N suggested anthropogenic perturbations in nutrient loading and lake productivity. Endogenic nutrients derived from algae and anthropogenic inputs were two important sources of sedimentary nutrients. The anthropogenic nutrients mainly originated from the discharge of industrial wastewater and artificial cultivation of Spirulina after the middle 1980s, and domestic wastewater discharged from Yongsheng County since 1993.     

河南省人类活动净磷输入的时空变化与影响参数

为探究河南省人类活动净磷输入状况,基于河南省18个省辖市(县辖市)行政单元统计数据,利用人类活动净磷输入量(NAPI)模型,核算河南省1990、1995、2000、2005、2010、2015和2019年人类活动净磷输入量.结果表明:在时间尺度上,1990~2015年河南省NAPI整体呈升高趋势,2015~2019年略有下降,但一直高于全国平均水平,其年均增长率为2.86%;在空间尺度上,东部高于西部,并呈放射状向北、西、南逐渐减少,影响河南省NAPI的地市主要是周口市、许昌市、商丘市、濮阳市和漯河市,占河南省NAPI的47.05%;从NAPI结构上看,化肥施用量是河南省NAPI主要贡献因子,年均贡献率在85.78%,与NAPI呈高度相关性(R²>0.8),次要贡献因子为食品/饲料,其年均贡献率在10.63%,非食品磷的年均贡献率是2.56%;NAPI估算模型中各组分受参数影响最大的是食品/饲料组分,其受参数影响的变化范围为-23.48%~66.81%,其次是化肥组分,其受参数影响的变化范围为-1.76%~3.52%;在NAPI模型中占比越高的组分其参数敏感性越强,P_fer组分中所含参数的敏感性指数均高于P_im和P_nf.     

三峡库区人类活动净氮输入量估算及其影响因素

建立包括食品/饲料,氮肥,大气沉降和生物固氮4部分的人类活动净氮输入模型（NANI）,采用单因素方差分析法（one-way ANOVA）和灰色关联度法,研究2006~2016年三峡库区人类活动净氮输入估量的时空分布、组成特征及其贡献率、影响因素.结果表明：（1）三峡库区的NANI估量存在明显的时空差异特征,从2006年的10715.2kg/（km²·a）到2016年的11974.1kg/（km²·a）,整体呈现先线性上升后下降的年际变化趋势,以及库首,库尾高,库区腹地低且南部高,北部低的空间分布特征.（2）三峡库区的NANI的组成中,氮肥施用量所占比重最大为50%~56%,是主要输入源,其次是大气氮沉降量,所占比重为22%~24%;相关性分析中,氮肥施用量与NANI相关性最强,R²达到了0.81（P<0.0001）.（3）人口密度,粮食产量,农业生产总值和地区生产总值等与NANI的关联度均较高,分别为0.901,0.867,0.794,0.689,NANI值随人口密度的增大而增大,但当人口密度到达一定值（500人/km²）时,其值不再变化;NANI值随着耕地面积的增加而增大,随着森林面积的增加而减小.