河南省人类活动净氮输入量与参数影响研究

为探究平原地区粮食主产区人类活动净氮输入量特征及其参数对估算结果的影响,以河南省为研究区,收集整理1990~2015年县级统计数据及NANI模型参数,对NANI的时空分布特征、变化趋势以及参数对估算结果的影响进行分析.结果表明：（1）时间尺度上看,1990~2015年河南省NANI呈升高趋势,1990、1995、2000、2005、2010、2015年NANI分别为14347、19146、21466、24251、23711、26156kg/（km²·a）,化肥施用为主要贡献因子,占比为63.56%,其次是食品/饲料净氮输入量,占比14.81%;空间尺度上看,河南省NANI较高的县市主要分布在中部和东部的平原地区,而西部山地丘陵地区县市NANI较低.（2）NANI模型输入组分中受参数影响最大的是食品/饲料净氮输入量,与选用适宜参数估算结果相比较,该项变化范围在-23.1%~71.3%,作物固氮量变化范围在-31.2%~41.2%,化肥氮输入量变化范围在-2.8%~4.5%.     

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.     

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.     

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.     

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.      

鄱阳湖流域人为氮磷输入演变及湖泊水环境响应

人类活动导致的氮磷营养盐富集是我国湖泊富营养化问题形成的重要驱动力.鄱阳湖是我国最大的淡水湖泊,随着流域经济社会的迅速发展,湖体营养盐水平上升,降低了鄱阳湖及长江中下游地区的水环境质量.然而,人类对鄱阳湖流域氮磷输入的影响程度尚不明确,湖体氮磷浓度与流域人为氮磷输入的关系也缺乏定量研究.因此,本研究基于人为净氮输入模型(NANI)、人为净磷输入模型(NAPI)和多元统计回归模型,评估了鄱阳湖流域1949—2013年人类活动导致的氮磷输入量,构建了人为氮磷输入与湖泊氮磷浓度的响应模型.结果表明,研究期内鄱阳湖流域的人为净氮输入和人为净磷输入分别增长6倍和15倍,化肥施用是20世纪80年代以来的主要增长因子;鄱阳湖氮磷浓度与流域人为氮磷输入显著相关,根据多元回归模型的可决系数,NANI可解释88%的湖体TN浓度变化,NAPI和湖泊平均水位可解释64%的TP浓度变化.提高氮磷的循环利用率同时维持湖泊生态水位对于降低鄱阳湖富营养化水平具有重要意义.     

基于Google Earth Engine分析黄土高原植被覆盖变化及原因

为探明黄土高原植被覆盖时空变化及其原因,基于Google Earth Engine（GEE）,采用Landsat Surface Reflectance data（陆地卫星地表反射率数据）分析了黄土高原1987~2015年间植被覆盖度的时空变化规律,并借助累积量斜率变化率方法对引起植被覆盖度变化的气候和人为因素进行了量化分析.结果表明：黄土高原年均植被覆盖度由1987年的41.78%增加到2015年的53.23%,增速为0.38%/a（P<0.05）.其中,1987~1999年年均植被覆盖度变化趋势不显著（P>0.05）;而退耕还林还草工程实施以来（2000~2015年）,年均植被覆盖度显著增加（P<0.05）,增速达到0.59%/a.由像元尺度分析,黄土高原72.93%的区域植被覆盖度呈增加趋势,其中38.31%的区域增加趋势显著（P<0.05）.植被覆盖度的变化受气候和人为因素的共同影响,以1987~1999年为基准期,气候变化和人类活动对黄土高原2000~2015年间植被覆盖度变化的相对贡献率分别为23.77%、76.23%,人类活动为引起黄土高原植被覆盖度变化的主要原因.退耕还林还草工程极大地改善了黄土高原的植被覆盖状况,但是城市的扩张使得部分地区的植被覆盖呈显著退化现象.     

邯郸市区PM2.5污染特征及来源解析

对邯郸市区内邯郸钢铁集团（邯钢）、邯郸市环境监测中心（环保局）、河北工程大学（矿院）3个点位4个季节代表月大气PM_2.5样品进行采集,并对其离子、元素、碳质组分进行测试分析;利用基于排放清单、受体模型与空气质量模型相结合的综合来源解析方法,对邯郸市区大气PM_2.5贡献来源进行分析.结果表明：邯郸市区PM_2.5年均浓度为85.5μg/m³,秋冬季浓度明显高于春夏季,邯钢点位浓度略高于矿院和环保局;PM_2.5中占比较高的组分为NO₃^-、SO₄^2-、POA、SOA和NH₄⁺,分别占15.7%、14.5%、13.2%、12.2%和12.4%,具有明显的二次污染和有机污染特征,冬季二次组分和有机组分占比略高于其他季节,环保局点位一次有机气溶胶（POA）和二次有机气溶胶（SOA）占比略高于矿院和邯钢;冶金和扬尘是PM_2.5最主要的贡献来源,贡献率分别为27.0%和18.7%,冶金源在春夏季的贡献比例高于秋冬季,在邯钢点位的贡献率明显高于环保局和矿院.     

基于卫星遥感数据和污染控制政策分析河南省2001—2018年SO2浓度变化特征

为研究河南省长时间序列的ρ（SO₂）变化特征,运用MERRA-2卫星遥感资料并结合《大气污染防治行动计划》的实施,对河南省2001—2018年ρ（SO₂）的时空分布特征进行分析.结果表明:①河南省2001—2018年ρ（SO₂）的空间分布呈东北高、西南低的特征,高值、低值区域分别位于焦作市-新乡市-郑州市北部一带和洛阳市-三门峡市-南阳市交界一带;秋季、冬季ρ（SO₂）高于春季、夏季,冬季ρ（SO₂）比春季、夏季高50%~70%.②2011年前,河南省年均ρ（SO₂）不断上升,北部较南部增速快,年均增速为3.5~4.0 μg/（m3·a）;2011年后,西北部大部分地区ρ（SO₂）呈下降趋势,焦作市-新乡市-安阳市一带下降最快.③2013年《大气污染防治行动计划》实施后,河南省北部ρ（SO₂）呈递减趋势,濮阳市及其周边下降最快,降速超过0.4 μg/（m3·a）;但中南部仍呈缓慢增长趋势,增速高达0.6 μg/（m3·a）.研究显示,主要污染物总量的减排和《大气污染防治行动计划》的实施促进了河南省ρ（SO₂）的下降,但不处于京津冀大气污染传输通道“2+26”城市的地区ρ（SO₂）下降速度较慢甚至略有增长,应进一步加大非传输通道城市大气污染防治力度.      

长春市餐饮源PM2.5和VOCS排放清单

采用自下而上的四种不同清单编制方法（以人口、就餐次数、用油量和灶头为核算基准）,评估了长春市辖区2014年不同餐饮活动（家庭餐饮、社会餐饮和食堂餐饮）的大气污染物PM_2.5和VOC_S的排放量,编制了餐饮源大气污染物PM_2.5和挥发性有机物（VOC_S）排放清单,并分析了餐饮源排放的时空分布特征.结果表明：2014年长春市辖区餐饮源PM_2.5总排放量183~770t,VOC_S总排放量9~586t;长春市辖区餐饮源PM_2.5和VOC_S的最大排放源是家庭餐饮,其贡献率分别为74%~81%和28%~78%,食堂餐饮的贡献率分别为8%~22%和3%~26%,社会餐饮的贡献率分别为2%~17%和2%~69%;排放强度空间分布表明,长春市辖区餐饮源污染物在排放区域上：朝阳区 > 南关区 > 绿园区 > 二道区 > 宽城区 > 双阳区;时间变化特征显示,日变化峰值为07：00~08：00,11：30~12：30,18：00~20：00;周变化中周三、周六和周日排放量较大;季节变化中,冬季排放强度高于其他季节,其中十二月份贡献率最大（9.98%）;不同方法计算的大气污染物排放清单中,以人口为基准的不确定性最大,VOC_S的不确定性为302%,以用油量为基准的不确定性最小,PM_2.5和VOC_S的不确定性分别为31%和61%,可以作为区域餐饮源大气污染物清单推荐方法.未来的工作将侧重于典型餐饮源本地排放因子的测定,从而有效减少排放清单的不确定性.     

中国人为热变化及其对地表能量平衡的影响

利用人口统计、分布数据及能源消费统计资料,对中国1980~2015年人为热通量（Q_a）的时空变化进行了研究,并将其与地表净太阳辐射（R_n）进行了对比分析,以探讨人为热对不同尺度地表能量平衡的影响.结果表明,在研究时段内,全国平均Q_a呈显著升高趋势（0.11W/m²/10a,P<0.001）,从1980年的0.07W/m²上升到2015年的0.45W/m²,已经约相当于全球工业革命以来CO₂排放引起辐射强迫（1.68W/m²）的27%;其中Q_a高值区（≥ 1.00W/m²）已由1990年的点状分布变为2015年的面状分布,占到全国面积的10%;全国平均R_n的趋势率（0.18W/m²/10a）略大于Q_a,但未通过显著性检验（P=0.381）.对于参与计算的31个省会城市,2015年市区Q_a平均值在1~32W/m²之间,平均达17W/m²,相当于R_n平均值（147W/m²）的12%;在栅格尺度上（0.5min×0.5min）,除拉萨外,其余城市的Q_a像元最大值均超过了120W/m²,已经导致局地的热平衡发生了本质变化.研究认为,人为热释放因素不但需要在城市气候模拟研究中给予更多考虑,而且在全球和区域气候模拟与评价中以及制定气候变化应对策略时也有必要给予充分考虑,以促进全面认识并减缓气温升高.     

浙江省2013~2020年人为源氨排放清单

采用排放因子法建立了浙江省2013~2020年人为源NH₃排放清单,利用ArcGIS软件对NH₃排放量进行空间分配,并与浙江省部分城市PM_2.5组分中的NH₄⁺浓度进行对比,探究了人为源NH₃排放对NH₄⁺浓度变化的影响.结果表明,2013~2020年浙江省人为源NH₃排放量呈逐年下降趋势,2020年人为源NH₃排放量为13.5万t,较2013年下降23.1%.人为源NH₃排放以农业源为主,2013~2020年占比分布在57.2%~69.6%,其中畜禽养殖和氮肥施用NH₃排放量占比较高,且2020年排放量较2013年下降最为显著,分别为34.5%、44.1%.从空间分布来看,NH₃排放较高的地区主要分布在浙江北部和金衢盆地地区,杭州市和嘉兴市年排放量位于全省前两位.NH₃排放量较高的城市NH₄⁺浓度也较高,部分城市NH₄⁺浓度下降趋势与NH₃排放量下降趋势较为一致.     

南漪湖上覆水溶解性有机质的光谱特征

为考察南漪湖上覆水中溶解性有机质(DOM)的光谱特征与来源,采用紫外-可见光吸收光谱(UV-Vis)与三维荧光光谱(EEMs)为工具,并结合平行因子分析(PARAFAC)、荧光区域积分分析(FRI)、相关性分析、主成分分析与聚类分析对DOM进行定性与定量分析.结果显示,UV-Vis参数a(440)、E₂/E₃、E₃/E₄、S_R表明DOM具有腐殖化特征与自生源特征,且E₂/E₃、E₃/E₄与a(440)呈显著正相关关系(P<0.01,P<0.05),S_R与a(440)无显著相关关系(P>0.05),说明腐殖酸浓度越高则DOM相对分子量越大,但无法依据腐殖酸浓度大小判断DOM来源.根据a(440)计算获得溶解性有机碳(DOC)平均浓度为26.79mg/L,且该湖泊出口附近DOC浓度为10.15mg/L.荧光指数(β:α、FI、BIX、HIX、Fn (280)、Fn (355))显示该湖泊DOM具有腐殖化程度较低及强自生源特征,类蛋白组分(Fn (280))相对浓度的空间分布上由西向东逐渐增大,而腐殖酸类组分(Fn (355))相对浓度峰值出现在入湖口与出湖口.通过PARAFAC解析出3种组分,分别为类富里酸(C1)、类色氨酸(C2)和类腐殖酸(C3),且C1、C2、C3含量分别占总组分强度21.96%、13.36%、84.21%.FRI法分析显示类蛋白物质所占比例之和(区域I+II)为49.65%,该结果说明水体已受到了人为因素影响.通过相关性分析结果显示,C1、C3与β:α、BIX呈显著负相关系(P<0.001),C2与β:α、BIX、Fn (355)呈正相关系(P<0.001).通过主成分分析与聚类分析,南漪湖上覆水中DOM在16个位点间呈现不同特征,但整体上水体中DOM来源受内源输入影响较为显著,应加强该湖泊内源释放污染物控制与管理.     

河南省一次PM2.5污染过程区域性影响数值模拟

为了研究区域输送对河南省PM_2.5重污染的影响,利用中国科学院大气物理研究所自主研发的NAQPMS(嵌套网格空气质量预报)模式模拟了河南省2014年1月12─19日的一次污染事件. 污染期间,河南省所有城市ρ(PM_2.5)小时均值最大值均超过250 μg/m3,达到了严重污染水平. 利用基于NAQPMS的污染源来源追踪方法评估了本地排放和区域输送的影响. 结果表明:研究期间,本地排放和区域输送对河南省ρ(PM_2.5)的平均贡献率分别达到了50.6%和49.4%. 在区域输送方面,安徽省对河南省ρ(PM_2.5)的贡献率(10.0%)最高,山西省(9.2%)、陕西省(8.5%)次之,河北省(仅2.1%)最低. 分地区来看,河南省中部地区以本省累积(贡献率为61.4%,下同)为主,东部地区以安徽省(30.4%)输送为主,南部地区以本省累积(45.1%)、湖北省(14.1%)及安徽省 (13.7%)输送为主,西部地区以陕西省(35.4%)输送为主,北部地区则主要以本省累积(58.1%)及山西省(20.7%)输送为主. 研究表明,尽管河南省各地区同时出现高污染,但其来源不同,有必要采取区域联防联控措施.