三峡库区规模化顺坡沟垄果园氮、磷输出过程及流失负荷

通过对三峡库区顺坡垄沟构型的规模化柑橘园集水区次降雨过程径流氮、磷进行动态监测,分析典型降雨事件氮和磷流失负荷,并探讨了规模化柑橘种植对土壤氮磷流失及入库河流水环境的影响.结果表明:①顺坡沟垄柑橘园集水区径流氮和磷年流失负荷分别为13.43 kg·(hm~2·a)~(-1)和1.26 kg·(hm~2·a)~(-1),春季施肥及强降雨冲刷是集水区污染物高负荷的主要原因;②集水区全年总氮(TN)和总磷(TP)的EMC为8.49 mg·L~(-1)和0.87 mg·L~(-1),超过发生水体富营养化含量标准;③春季施肥后的2场典型降雨中,长历时暴雨径流硝态氮(NN)和溶解态磷(DP)负荷为4.94 kg·hm~(-2)和0.28 kg·hm~(-2),分别占TN和TP流失负荷的92.90%和64.69%;短历时大雨径流NN和DP负荷为0.52 kg·hm~(-2)和0.05 kg·hm~(-2),分别占TN和TP的65.92%和74.88%,溶解态氮和磷是顺坡沟垄坡面果园径流氮和磷流失的主要途径;④集水区氮磷流失表现出显著的"初始冲刷效应",初期20%的地表径流流失了58.0%的TN, 57.0%的DN, 58.5%的NN, 79.0%的AN, 62.0%的TP, 63.5%的DP和60.0%的PP,控制初期地表径流对降低入库径流养分具有重要作用.     

降雨径流过程中土地利用优化配置对磷流失的影响

为了探究土地利用优化配置对三峡库区小流域径流过程中磷素流失的影响,选取重庆忠县石盘丘小流域内传统农业模式集水区（CG）和土地利用优化配置后的集水区（EG）为研究对象,分别在两个集水区出口采样,监测降雨事件中径流过程和不同形态磷素,分析土地利用配置对磷流失规律的影响.结果表明：（1）监测的10场降雨径流过程中,EG的ρ[总磷（TP）]均低于CG,两者范围分别为0.09～0.75 mg·L^-1和0.13～2.82mg·L^-1;相对于CG, EG显著降低了TP浓度峰值.（2） EG的TP、可溶性磷（TDP）、无机态磷（DIP）和颗粒态磷（PP）在降雨径流过程中的浓度平均值EMC均较CG低,且EG与CG在TP、 TDP和DIP的EMC上均呈现显著差异（P<0.05）;降雨径流过程中两个集水区磷流失的主要形式均为TDP,但EG的TDP/TP平均值更大.（3） EG比CG的TP、 TDP、 DIP和PP的输出负荷降低45%、 43%、 57%和47%,EG和CG各形态磷素输出负荷均与径流总量极显著相关（P<0.01）, CG各形态磷与径流总量...     

川中丘陵区不同下垫面集水区氮磷流失特征

通过对2019~2020年不同下垫面集水区(农田集水区与复合集水区)径流及氮磷浓度的连续逐日定位监测,研究川中丘陵区不同下垫面集水区氮磷径流流失过程与强度,探讨下垫面对集水区氮磷径流流失特征的影响.结果表明:不同集水区的径流过程因下垫面不同而存在明显差异,农田集水区内的水田和坑塘的拦蓄作用滞缓了汇流过程,而复合集水区中居民点、公路等不透水下垫面缩短了汇流时间,使得复合集水区的降雨径流量峰值更高,响应速度较农田集水区快12~25min,年径流深较农田集水区多28.1%;次降雨径流过程中磷浓度变化较氮更剧烈,浓度峰值出现时间较氮早约1.2h,在降雨后期磷浓度下降速度更快,降幅更大;复合集水区的氮磷平均事件浓度(EMC)、峰值浓度均高于农田集水区,且两集水区氮流失形态均以硝酸盐氮为主,占总氮的65.9%;磷流失以颗粒态为主,占总磷的67.5%;复合集水区的氮磷流失负荷分别是农田集水区的3.01和4.03倍,氮磷流失强度分别是农田集水区的1.88和2.51倍.因此,复合集水区内氮磷随径流流失的防控可能是未来川中丘陵区面源污染治理的重点.     

长三角典型村域次降雨条件下氮素非点源输出特征

研究长三角典型都市农业村镇不同土地利用下的氮素非点源输出特征,以期为治理该区域的面源污染提供科学依据.通过典型次降雨径流事件中氮形态和输出负荷变化的研究发现:监测点总氮(TN)的事件平均浓度(EMC)为20.01～22.83mg/L,其中溶解态氮(DN)占TN的比例最大;研究区非点源氮流失以溶解态为主,DN又以溶解态有机氮(DON)为主.耦合各形态氮浓度与径流量特征,发现非点源氮素输出呈现2个峰值,且出现在径流峰值之前4～55min;TN、DN和硝态氮(NO3--N)浓度随降雨时间增加呈现减少趋势;氮素负荷受其浓度和径流量的共同作用,基本上呈现与氮素浓度相同的变化特征,但起伏变化较为平缓.氮素污染负荷积累曲线分析表明,村域地表径流各形态氮素均存在初期冲刷效应.     

三峡库区典型紫色土小流域径流及氮磷流失特征

为了解三峡库区典型紫色土小流域径流污染特征,对新政小流域典型土地利用类型下降雨-径流时间过程和小流域集水区出口径流中氮磷浓度进行动态监测,监测分析库区小流域氮磷在降雨径流中的流失规律.结果表明,小流域径流氮磷损失量分别为13. 69 kg·(hm~2·a)-1和1. 50 kg·(hm~2·a)-1.农肥所含氮磷及降雨冲刷是小流域径流污染的主要原因.小流域的总氮(TN)和总磷(TP)平均浓度达10. 05 mg·L~(-1)和1. 10 mg·L~(-1),远超过富营养化发生标准,须引起关注.本研究观测的两场降雨中,8月15日降雨中硝态氮(NN)和颗粒态磷(PP)分别为69. 47 kg和6. 83 kg,分别占TN和TP的53. 91%和53. 78%; 8月26日降雨中NN、氨氮(AN)和PP分别为6. 68、5. 61和1. 36 kg,分别占TN和TP的37. 74%、31. 69%和57. 63%,表明氮素流失主要通过可溶态的方式,而磷素迁移则以颗粒态为主.小流域强降雨对于氮磷流失的影响显著.这与紫色土土层薄、耕作频繁、土壤相对疏松等性质有关.     

基于机器学习的长江流域农田氮径流流失负荷估算

定量解析长江流域农田氮径流流失特征是实现长江及其河口氮污染有效控制的关键科学基础.基于收集的长江流域570个旱地和434个水田田间氮径流流失数据组,采用相关性分析、结构方程模型、方差分解和机器学习方法,探究了影响旱地和水田总氮径流流失强度的主要因素,建立了基于机器学习的长江流域旱地和水田总氮径流流失强度预测模型,量化了长江流域农田总氮径流流失负荷.结果表明,径流深、施氮量和土壤氮含量是影响旱地总氮径流流失强度的主要因素;径流深和施氮量是水田总氮径流流失强度的主要影响因素.与分类与回归树、多元线性回归和增强回归树方法相比,采用随机森林算法构建的长江流域旱地和水田总氮径流流失强度预测模型具有更高的精度（R²为0.65~0.94）.基于随机森林算法的预测模型估算的2013年长江流域农田总氮径流流失负荷（以N计）为0.47 Tg ·a^-1（旱地：0.25 Tg ·a^-1;水田：0.22 Tg ·a^-1）,中下游地区贡献了58%的流失负荷.模型预测5种防治情景下的长江流域农田氮流失负荷可削减2.4%~9.3%,其中减少径流量的削减效果最为显著.长江流域农田氮面源污染防治必须协同加强氮肥精准管理、减少农田径流量和提高土壤氮利用,且应将重点放在中下游地区.所发展的基于机器学习建模方法克服了氮径流流失强度与影响因素之间函数关系难以确定的问题,为估算区域或流域农田氮流失负荷提供了简便且可靠的方法.     

衡水湖沉积物营养盐形态分布特征及污染评价

以衡水湖为研究对象,于2019年3月采集具有代表性的11个点位的表层沉积物,对衡水湖沉积物中碳、氮和磷营养盐进行形态分布特征分析.结果表明,衡水湖沉积物中有机质（TOC）含量为93.226 mg·g^-1,其含量较高,导致潜在氮源释放风险可能较高.总氮（TN）含量为1.850 mg·g^-1,属中度污染;氮形态含量及其占TN比依次为：残渣态氮（Res-N,0.973 mg·g^-1,52.57%） > 弱酸可提取态氮（WAEF-N,0.531 mg·g^-1,28.69%） > 强氧化剂可提取态氮（SOEF-N,0.208 mg·g^-1,11.23%） > 离子交换态氮（IEF-N,0.088 mg·g^-1,4.77%） > 强碱可提取态氮（SAEF-N,0.051 mg·g^-1,2.75%）,进一步表明衡水湖沉积物氮释放风险相对较高.总磷（TP）含量为1.020 mg·g^-1,其中无机磷（IP）含量为0.839 mg·g^-1,占TP含量的82.27%,属中度污染;磷形态含量及占IP比依次为：钙结合态磷（Ca-P,0.440 mg·g^-1,52.44%） > 残渣磷（Res-P,0.200 mg·g^-1,23.84%） > 可还原态磷和金属氧化物结合态磷（Fe-P和Al-P,0.169 mg·g^-1,20.14%） > 弱吸附态磷（NH₄Cl-P,0.030 mg·g^-1,3.58%）,总体而言,衡水湖沉积物磷释放风险相对较低.基于C/N、C/P和N/P特征分析表明,衡水湖沉积物中有机质主要是来自陆生禾本科和莎草科陆生高等植物,沉积物中磷主要受陆源输入的影响.相关性分析表明,衡水湖沉积物中碳、氮和磷之间相关性较弱,三者的来源可能不同;各形态磷之间的相关性强于各形态氮,可能表明各形态磷具有很好的同源性,而各形态氮来源多样且复杂.通过有机指数与有机氮评价湖区污染状况表明,衡水湖沉积物营养盐污染程度严重,达到Ⅳ级标准,建议对沉积物中氮潜在风险进行有效管控.     

不同经营方式毛竹林氮流失年动态规律

为研究自然降雨条件下不同经营方式毛竹林径流养分流失的年动态变化规律及其差异,以浙江省杭州市临安区青山毛竹园为试验区,在粗放经营和集约经营区域,设置独立观察站。每次连续降雨后采集沉砂池水样,测定总氮（TN）、总磷（TP）、硝态氮（NO₃^--N）、铵态氮（NH₄⁺-N）、磷酸根离子（PO₄^3-）含量,同时在动态观测期中采集坡面土壤样品,测定pH、有机质及有效N、P含量。结果表明：（1）集约经营和粗放经营毛竹林年单位产流量分别为8086.52 m³/hm²、4850.95 m³/hm²。（2）毛竹林径流水氮流失以硝态氮为主。（3）毛竹林集约经营增加了氮磷流失风险,集约经营和粗放经营毛竹林TN年单位流失量分别为45.26 kg/hm²、25.05 kg/hm²,TP年单位流失量分别为0.31 kg/hm²、0.21 kg/hm²,与粗放经营相比,集约经营氮磷流失分别增加了80.68%、47.62%。（4）毛竹林径流水中TN浓度与土壤碱解氮含量成极显著负相关,径流水中TP浓度与土壤有效磷成极显著正相关。     

澳门城市小流域地表径流污染特征分析

在澳门半岛选取土地利用为公园绿地和商住混合的2个分流制城市小流域.于2005-08～2005-11借助自动采样器进行流域出口5场降雨地表径流水质水量监测.结果表明,商住混合分流制小流域TN、TP、COD多场降雨平均浓度值分别超出国家地表水环境V类标准4倍以上.公园绿地小流域TN、TP均超出V类水标准2倍多.从降雨-径流过程污染物浓度历时变化看,2个小流域TN和TP呈现一定的初始冲刷现象.TSS与TN、TP的判定系数R²都在0.95以上,地表径流中水土流失与总氮总磷输出显     

生活污水预沉淀-SNAD颗粒污泥工艺小试

采用人工配水,在SBR反应器中启动同步短程硝化、厌氧氨氧化耦合反硝化（SNAD）颗粒污泥工艺,随后逐渐降低进水氨氮浓度,低氨氮稳定运行一段时间后通入预沉淀后生活污水,考察SNAD颗粒污泥工艺处理生活污水的脱氮性能及稳定性.结果表明,SNAD工艺启动成功后,氨氮去除率大于98%,总氮去除率在89%左右,随着进水氨氮浓度逐渐降低,亚硝酸盐氧化菌（NOB）活性升高,总氮去除率逐渐下降至75%左右.通入预沉淀生活污水（NH₄⁺-N 52~63 mg·L^-1,COD 99~123 mg·L^-1）后,平均总氮去除率为73.2%,出水COD浓度在35 mg·L^-1以下,最大出水氨氮和总氮浓度为0.7 mg·L^-1和12.8 mg·L^-1,连续30d以上出水氨氮和总氮浓度达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A排放标准,实现了生活污水碳氮同步高效去除的目的.     

于桥水库周边农业小流域氮素流失浓度特征

选择天津市水源地于桥水库周边2个典型的农业小流域进行了长期的氮素流失研究.结果表明,地表径流的总氮浓度以村庄和果园为最高,平均浓度在20 mg·L-1左右;农田次之,山坡最低,平均浓度低于10 mg·L-1.亚表层流中氮素流失在不同地点和不同降雨事件中浓度有较大差异,总体趋势以果园最高,村庄中菜园次之,农田最低.在流域出口处.曹各庄流域地表径流总氮浓度达到18.5 m8·L-1,桃花寺流域出口处浓度为5.9 mg·L-1,流域内不同景观格局和迁移廊道地貌的差异是造成2个流域氮素流失浓度差异的主要原因.曹各庄流域中主要污染源村庄离水库较近(约200 m),且道路型季节性河流等性质特征对污染物的滞留能力较弱,增加了氮素流失到受纳水体的风险;桃花寺流域的污染源村庄和果园离受纳水体较远(约1500 m),氮素在季节性河流迁移过程中被小石坝、植被过滤带和干塘等"汇"型结构所滞留.从而降低了向水体迁移的风险.     

华北半干旱区2个农业流域地表氮素流失特征的对比研究

在2004和2005年2个水文年期间,通过野外降雨径流监测和室内分析,对位于华北半干旱地区天津市重要饮用水水源地于桥水库周边2个典型农业小流域地表径流氮素流失特征进行了对比研究.结果表明,2个农业小流域全年氮输出主要集 中在6-9月;试验期间桃花寺流域41%的地表径流和52%的总氮负荷发生在2次>60 mm降雨中,曹各庄流域输出地表径 流和总氮负荷较均匀地分布于不同降雨类型的降雨事件中;桃花寺流域和曹各庄流域地表径流氮素输出发生的最小降雨量 分别约为20 mm和10 mm;曹各庄流域和桃花寺流域年均径流系数分别为0.013 2和0.001 6,前者为后者的8.3倍;曹各庄流域 年均总氮输出量是1.048 kg·(hm2·a)-1,桃花寺流域年均总氮输出量是0.158 kg·(hm2·a)-1,前者是后者的6.6倍.2个农业流 域内的微地形地貌、景观格局和迁移廊道性质的不同是造成流域氮素流失特征差异的主要原因:受长期人为活动干扰形成的 复杂地形地貌结构降低了流域的降雨一产流能力;桃花寺流域地表径流氮素主要污染源(村庄)离受纳水体的距离约为 1 500 m,而曹各庄流域此距离约为200 m,较短的迁移距离增加氮素迁移到受纳水体的风险;曹各庄流域道路型的传输廊道可 以很快地将地表径流氮素迁移到受纳水体,而桃花寺流域地表径流氮素则可以在传输廊道中被小石坝、植被过滤带和干塘等 "汇"型结构所持留.     

三峡库区小流域不同土地利用类型对氮素流失影响

作为一个独立汇水单元,小流域是三峡库区面源污染源头.在三峡库区涪陵段王家沟小流域内选择最具有代表性3种土地利用类型布设地表径流监测点,利用2014年5~12月12场自然降雨采集地表径流样品,分析不同土地利用类型及其构成的坡面、子流域氮素流失浓度时空变化特征,揭示三峡库区小流域不同土地利用类型与氮素流失关系.结果表明,不同土地利用类型春季作物时期TN平均流失浓度差异最大,旱地分别是桑树套种地、水田的1.61、6.73倍;水田3个时期TN流失浓度变化最显著.氮素流失以NO~-_3-N为主,TN与NO~-_3-N存在显著的线性相关关系.TN、NO~-_3-N流失浓度与坡面旱地作物玉米、榨菜面积比显著正相关,与水稻、桑树面积比显著负相关;NH~+_4-N流失浓度与坡面榨菜面积比显著正相关.不同土地利用类型组成坡面中,桑树套种地与水田组成的坡面3个时期TN地表径流平均流失浓度最低,分别为2.55、11.52和8.58mg·L~(-1);玉米榨菜轮作旱地坡面最高,分别为27.51、25.11和27.11 mg·L~(-1).子流域不同土地类型和空间组合方式对其TN流失浓度影响较大,合理调整流域土地利用结构和空间布局是三峡库区面源污染源头控制有效措施.     

不同雨强下黄棕壤坡耕地径流养分输出机制研究

为揭示三峡库区坡耕地在不同雨强下氮、磷养分随地表径流和壤中流的输出规律,在香溪河流域选择具有代表性的黄棕壤坡耕地进行原位人工模拟降雨试验.结果表明,在降雨总量一定的情况下,随雨强的增大,地表径流量、径流总量、泥沙侵蚀量均呈明显的增加趋势,而壤中流流量减少.不同雨强下地表径流中TN、DN、DP均存在明显的初期径流冲刷效应,TP在整个降雨过程中波动较大,呈微弱降低的变化趋势;壤中流中TN、DN、DP随降雨持续输出浓度无明显变化,TP在径流初期出现浓度峰值,之后减少并趋于稳定.雨强对磷素的影响更直接,雨强越大,磷素径流浓度也越大,氮、磷养分的平均浓度均远超出水体富营养化阈值.随雨强的增大,TN径流流失量减小,TP流失量增大,TN随地表径流流失贡献率随雨强的增大由36.5%增加至57.6%,磷素以地表径流为主,贡献率达90.0%以上,因此,控氮关键是减少壤中流的产生,控磷则需防止土壤侵蚀.随雨强的减小,地表径流中以溶解态流失的氮素比例升高,壤中流中均以溶解态为主,磷素的流失在不同雨强和径流形式下均以颗粒态为主.     

黄土丘陵区小流域土地覆被变化对径流产沙量的影响

为探讨黄土丘陵区小流域土地覆被变化特征及其对流域径流产沙量的影响,以黄土丘陵区吕二沟、罗玉沟及其嵌套流域(桥子沟)等3个小流域为研究对象,运用数理统计学、配对流域等方法定量分析了3个小流域不同研究时段内土地覆被变化对径流产沙量的影响.结果表明,1982~2004年间,林地面积以1.07%/a的速率快速递增是吕二沟流域土地覆被变化的最明显特征,而罗玉沟流域在国家坡改梯工程影响下,坡耕地面积大幅减少,1986~1995年间约73%坡耕地转化为梯田;结合配对流域法可知,土地覆被变化是导致流域径流和产沙减少的主要原因,在相同降雨条件下,径流深、泥沙量分别减少43.76%和35.23%.流域年径流模数与年降水量和流域森林覆被率均呈指数关系,流域森林覆被率增加5%,径流模数可减少18.43%~37.58%.     

紫色土坡耕地氮淋溶过程及其环境健康效应

本研究通过观测3场不同降雨强度及不同施肥方式处理下氮素随紫色土坡耕地的壤中流迁移过程,并对氮素淋溶效应的环境健康效应进行风险评价,进而为控制紫色土地区氮素非点源污染及建立合理施肥制度提供科学依据.结果表明,不同降雨强度下,氮素随壤中流输出形态差异较大,溶解态氮(DN)的比重为53.74%~99.21%,其中硝酸盐(NO-3-N)的比重约为35.70%~93.65%,而在中雨强度下硝酸盐比重高达84.09%~93.65%;对于不同降雨强度,中雨强度下(降雨量为24.7mm)壤中流各形态氮素输出通量最高,总氮(TN)、DN、颗粒态氮(PN)、铵态氮(NH+4-N)和亚硝态氮(NO-2-N)输出通量分别可高达737.17、711.12、26.06、12.70和0.46 mg·m-2,而NO-3-N输出通量可高达686.12 mg·m-2,对地下水环境存在巨大污染隐患.通过对地下水氮素进行污染风险评价,表明秸秆还田能够有效缓解施肥带来的氮淋溶效应,降低地下水氮素污染风险,特别是有机-无机肥配施能有效减缓地下水污染状况,达到改善土壤肥力从而增加农作物产量的目的.