Total pollution effect of urban surface runoff

For pollution research with regard to urban surface runo , most sampling strategies to date have focused on di erences in land usage. With single land-use sampling, total surface runo pollution e ect cannot be evaluated unless every land usage spot is monitored. Through a new sampling strategy known as mixed stormwater sampling for a street community at discharge outlet adjacent to river, this study assessed the total urban surface runo pollution e ect caused by a variety of land uses and the pollutants washed o from the rain pipe system in the Futian River watershed in Shenzhen City of China. The water quality monitoring indices were COD (chemical oxygen demand), TSS (total suspend solid), TP (total phosphorus), TN (total nitrogen) and BOD (biochemical oxygen demand). The sums of total pollution loads discharged into the river for the four indices of COD, TSS, TN, and TP over all seven rainfall events were very di erent. The mathematical model for simulating total pollution loads was established from discharge outlet mixed stormwater sampling of total pollution loads on the basis of four parameters: rainfall intensity, total land area, impervious land area, and pervious land area. In order to treat surface runo pollution, the values of MFF30 (mass first flush ratio) and FF30 (first 30% of runo volume) can be considered as split-flow control criteria to obtain more e ective and economical design of structural BMPs (best management practices) facilities.     

不同灌溉模式下水稻田径流污染试验研究

为探讨不同灌溉模式下水稻田的产流规律和污染状况,为水稻灌区的农田水管理提供科学依据,本研究在常州市金坛和溧阳两地的野外水稻田开展非点源污染源试验,分别采用深水淹灌和干湿交替节水灌溉模式.在水稻生长季内,通过安装水位计和雨量计采集田面水水位和降雨信息,针对两种灌溉模式采取不同的方法计算径流量和氮磷流失负荷.结果表明,深水淹灌模式下,27场次降雨下有5场产生出流,还有1次人工排水造成了非点源污染,该灌溉模式下水稻田TN输出系数为49.4 kg·hm~(-2),TP输出系数为1.0 kg·hm~(-2);干湿交替节水灌溉模式下,最大降雨量达到95.1 mm时仍未发生产流.水稻田产流受到水稻需水量和灌排措施的影响,与田面水水位、降雨量和最低田埂高度直接相关;相较于传统的淹灌模式,干湿交替节水灌溉模式能明显减低由于降雨或者人工排水造成的非点源污染.     

排水循环灌溉下稻田磷素时空分布特征

排水循环灌溉具有提高降水资源利用率和减少农田面源污染的潜力,为缓解我国南方地区降雨分布与水稻作物需水时间不匹配和农田磷流失污染的问题,开展了排水循环灌溉条件下稻田磷素时空分布规律研究.采用田间试验的方法,监测藕塘水和鱼塘水循环灌溉下水稻田面水和渗漏水中总磷、可溶性磷和可溶性反应磷的质量浓度,及土壤剖面总磷与Olsen-P含量的变化.结果表明,排水循环灌溉下水稻田面水和渗漏水中不同形态磷素质量浓度沿程降低,尤其渗漏水磷质量浓度的减少趋势更为显著,排水循环灌溉水源中磷质量浓度在一定范围内的变化不会增加田面水和渗漏水中的磷质量浓度.田面水和渗漏水中不同形态磷质量浓度在不同灌溉时期的变化较大,8月田面水和渗漏水的磷质量浓度明显低于其它时期.表土Olsen-P含量随距进水口的距离的增加而减少,并随排水循环灌溉水中磷质量浓度的增加而增加;土壤剖面TP含量受排水循环灌溉的影响不明显.在8月水稻需肥高峰期进行排水循环灌溉或延长灌溉水的流程,可明显改善排水循环灌溉下稻田的磷素去除效率.     

稻田水体可溶性有机碳与可溶性氮对大气CO2浓度增高的响应

为了增强对全球变化背景下湿地生态系统碳氮循环的整体认识,采用稻田FACE(Free Air CO2Enrichment)试验(位于江苏省江都市,始于2004年)方法,研究了2006年位于江都市的稻田水体中总有机碳、总氮、可溶性有机碳、可溶性氮的动态变化.结果表明:大气CO2浓度升高显著提高了稻田水体中以上各指标含量(p<0.01),其中各有机碳的增幅均大于相应的氮.与对照相比,FACE田块水体中总有机碳、总氮、可溶性有机碳和可溶性氮分别平均提高了31.2%、25.9%、28.3%和25.6%.不同生育时期各指标含量存在显著差异(p<0.01).上述结果还表明,大气CO2浓度增高不仅会通过富营养化稻田水体来影响水稻安全生产,而且还会提高其中可溶性碳氮含量,进而可能通过田间排水尤其是水稻生长前期暴雨导致的洪涝来增加稻田碳氮向周边水域的输送,从而影响到稻田生态系统的碳氮循环和土壤生产力.     

Multiple linear regression models of urban runo pollutant load and event mean concentration considering rainfall variables

Rainfall is an important factor in estimating the event mean concentration (EMC) which is used to quantify the washed-o pollutant concentrations from non-point sources (NPSs). Pollutant loads could also be calculated using rainfall, catchment area and runo coe cient. In this study, runo quantity and quality data gathered from a 28-month monitoring conducted on the road and parking lot sites in Korea were evaluated using multiple linear regression (MLR) to develop equations for estimating pollutant loads and EMCs as a function of rainfall variables. The results revealed that total event rainfall and average rainfall intensity are possible predictors of pollutant loads. Overall, the models are indicators of the high uncertainties of NPSs; perhaps estimation of EMCs and loads could be accurately obtained by means of water quality sampling or a long term monitoring is needed to gather more data that can be used for the development of estimation models.     

紫色水稻土磷素动态特征及其环境影响研究

采用单排单灌的田间试验,研究了施用化学磷肥和有机肥对水稻生长期稻田径流水和田面水中磷素动态变化的影响,并对其可能产生的环境风险进行了分析.结果表明,随着施磷水平的提高田面水磷含量升高,施肥24 h后各处理田面水磷素含量最高,总磷(TP)含量在0.928～3.824 mg/L之间;前30 d田面水磷含量波动大,TP平均含量在0.259～1.433 mg/L之间,超过水体富营养化的临界值,在此期间应避免排水和中耕等田间管理;40 d之后田面水磷含量缓慢下降,60 d后趋于稳定,且含量较低.径流水各形态磷的含量和流失负荷随着降雨强度和磷肥用量的增加而增加,径流水中溶解磷(DP)占TP的50%以上,稻田土壤磷素淋失以DP为主,磷素流失负荷在0.358～2.579 kg/hm2之间.稻田磷素流失也受施肥方式的影响,施用牛粪比施用秸秆更容易导致磷素的流失,施用牛粪处理磷素流失负荷比施用秸秆处理高40%,化学磷肥与秸秆配施稻田磷素流失负荷和表观流失率显著降低,秸秆与磷肥配合施用是减少稻田磷素流失的较好措施.     

牛粪-化肥配施对水稻田氮磷迁移转化的影响

在控制外源N输入量相同的前提下,通过田间小区实验,探讨有机肥与化肥不同施用量（牛粪施用量：5,10,20t/hm²）对稻田田间土-水界面氮磷迁移转化特征的影响.结果表明：控制稻田水中NH₄⁺-N、NO₃^--N、TN和TP输出的最佳时期分别为施肥后的第5,30,7,20d,且TN和TP浓度随时间变化符合单指数衰减方程（0.7444≤R²≤0.9724;1.1×10^-6≤F≤0.0055）.采用牛粪部分代替化肥的施肥方式,在一定范围内能降低稻田退水中TN、TP输出负荷（41.8%、36.0%、64.3%;20.3%、39.1%、48.9%）,还可以降低稻田水中N/P,降低水体富营养化风险.同时,牛粪的施用可提高土壤中脲酶和磷酸酶的含量,促进氮磷向植物可吸收形态转化.综合经济成本和生态效益核算,采用10t有机肥代替无机肥的处理是相对经济环保的施肥方法,该施肥方式下,氮磷年输出负荷分别为17.70,1.26kg/hm².     

三江平原典型灌区井灌地下水中铁的随水迁移特征

以三江平原典型水稻灌区———黑龙江省农垦总局建三江分局为例,系统调查了该区地下水的铁含量特征,并具体分析了铁通过井灌从地下水进入晒水池、稻田,再通过排水进入多等级沟渠系统的季节迁移过程及铁在相应沉积物或土壤中的分布特征.结果表明,研究区地下水总铁质量浓度为(1.73±0.41)mg.L-1,最大值为11.4 mg.L-1,最小值0.01 mg.L-1,变异系数1.29%.根据2010年水稻种植面积和当地实行的每亩额定灌水量推算,从地下进入稻田和其它地表水体中的铁可达4 976.40 t.溶解性Fe2+、溶解性Fe3+、溶解性铁和总铁都具有明显的季节变化(6、7月较高),且沿水流方向以稻田积水中的含量较高.晒水池和稻田对地下水铁的富集效应明显,二者的总铁质量浓度分别达到地下水的6.17和21.65倍.晒水池沉积物的总铁含量显著高于稻田、农渠和干渠(浓江河).不同氧化铁形态中,仍以晒水池沉积物中各形态铁氧化物的含量较高,而稻田土壤、农渠和干渠沉积物之间没有显著性差异.三江平原典型灌区地下水中的铁通过井灌进入地表水体中,大部分被蓄积在晒水池和稻田中,仅有少部分随稻田退水进入沟渠网,并逐级沉淀在稻田和沟渠沉积物中.铁在随水迁移过程中除了总量变化外,还伴随着种类和形态的转化,这些变化直接受水稻灌溉管理方式的影响,具有明显的季节特征.长期井灌或将导致铁在稻田土壤和沟渠沉积物中的富集,具有潜在的污染风险.     

水稻田非点源污染原位试验研究

为了研究野外水稻田的非点源污染,本试验采取一种新的原位观测方法:即在不改变水稻田原有出流特征前提下,在水稻生长季采集田面水水位和降雨信息,通过水位变化曲线计算水稻田每日的蒸散发和渗漏损失量,再根据水量平衡关系计算径流量.观测期间定期采集田面水测定总氮(TN)、总磷(TP)浓度,根据径流量和浓度估算非点源污染流出负荷量.试验选取北京市海淀区上庄镇某村水稻田试验田块,通过1年的试验观测得到在生长季内的37场降雨中共有9场降雨产生了出流.另外,还有2次人工排水和1次农田回归流形成了非点源污染.经计算试验区水稻田每个生长季TN输出系数为8.8 kg·hm-2,TP输出系数为0.47 kg·hm-2.该观测方法针对具有多出水口且最低田埂高度动态变化的野外水稻田的非点源污染观测具有较强的可操作性.     

Predicting the impacts of climate change on nonpoint source pollutant loads from agricultural small watershed using artificial neural network

This study described the development and validation of an artificial neural network (ANN) for the purpose of analyzing the e ects of climate change on nonpoint source (NPS) pollutant loads from agricultural small watershed. The runo discharge was estimated using ANN algorithm. The performance of ANN model was examined using observed data from study watershed. The simulation results agreed well with observed values during calibration and validation periods. NPS pollutant loads were calculated from load-discharge relationship driven by long-term monitoring data. LARS-WG (Long Ashton Research Station-Weather Generator) model was used to generate rainfall data. The calibrated ANN model and load-discharge relationship with the generated data from LARS-WG were applied to analyze the e ects of climate change on NPS pollutant loads from the agricultural small watershed. The results showed that the ANN model provided valuable approach in estimating future runo discharge, and the NPS pollutant loads.     

多径流出口水稻田非点源污染试验研究及验证

为验证一种水稻田非点源污染原位观测方法的准确性和适应性,以北京市上庄镇某试验水稻田为例,应用原位观测方法分别在水稻田进水口附近（4#观测点）和出水口附近（2#观测点）安装水位计观测稻田水深,利用同步观测的降雨数据以及田内5个采样点定期采集的水质数据,进行非点源污染试验研究,探究基于同一块水稻田不同位置的水深观测数据是否对该方法的应用产生影响.结果表明:①晒田期间,由于4#观测点处于相对低洼的位置,其水深数据显示4 d的无水期,与实际晒田时间相符,而2#观测点水深数据显示10 d无水.②基于2#、4#观测点水深数据得到总蒸散发和渗漏损失、总径流量以及灌溉量的相对偏差分别为1.3%、1.0%、1.8%;应用原位观测方法估算出该水稻田的灌溉量在2 620~2 710 m3之间.③基于2#、4#观测点水深得到的TN、NH₄+-N、NO₃--N、TP、COD_Cr输出系数的相对偏差在0.8%~8.0%之间.研究显示:水位计安装位置对原位观测方法应用的影响不大,且主要体现在晒田期的水深观测,建议将水位计安装在稻田相对低洼处,以确保能够完整地监测水稻生长季的水深变化;应用该方法能准确识别水稻田的径流量和灌溉量,对具有多个径流出口的水稻田非点源污染试验具有较好的准确性和适应性.      

环北部湾典型港湾表层沉积物中生源要素分布特征

为了解环北部湾典型港湾沉积物生源要素分布及污染状况,于2015~2016年采集了广东西部、海南省西北部以及广西沿海7个港湾的48个表层沉积物样品,分析了沉积物中总有机碳（TOC）、总氮（TN）、总磷（TP）和生物硅（BSi）的含量。TOC、TN、TP和BSi含量分别为0.27%~1.64%、0.09%~0.25%、0.02%~0.05%和0.55%~2.28%,湛江港生源要素含量较高,其次为北海港,海南沿海的4个港湾TOC、TN和TP含量相近,但BSi含量则在北部的海口港和新海港明显高于中西部的洋浦港和八所港。各生源要素之间显著正相关,说明它们来源相近;大部分站位TOC/TN小于10,说明沉积物中TOC主要源于海洋浮游植物,特别是海洋硅藻。生源要素潜在生态危害评价表明,而所有港湾的TN均受到一定程度的污染,而湛江港、北海港与八所港的TOC也已受到污染。     

江川农场旱田改水田对水环境的影响研究

黑龙江省江川农场实施旱田改水田后,粮食产量持续上升,同时也暴露了以总氮和总磷为主的非点源污染问题。农田氮磷流失主要包括以下几个方面：降雨径流（排水）过程、土壤侵蚀和泥沙输移过程、污染物迁移转化过程。文章基于美国通用土壤流失方程（USLE）和降雨径流模型（SCS）,结合调查资料,分别估算2013年江川农场水田和旱田的总氮和总磷的年输出负荷,从而得出旱改水对水环境的影响结论。     

DMPP对稻田田面水氮素转化及流失潜能的影响

采用杭嘉湖地区典型的小粉土和青紫泥土壤,进行水稻盆栽试验,研究新型硝化抑制剂3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)对稻田田面水氮素转化及径流流失潜能的影响.结果表明,小粉土和青紫泥土壤稻田应用添加DMPP抑制剂的尿素,与常规尿素处理相比,田面水中铵态氮的浓度增加24.8%和16.7%,硝态氮浓度降低47.7%和70.9%,亚硝态氮浓度降低90.6%和88.9%,总无机氮浓度下降13.5%与23.1%,能显著减轻农田氮素流失对水环境存在的污染;DMPP可使田面水的电导率下降,降低盐基离子随农田排水或暴雨径流所导致的流失风险,有助于保护河流水体等地表水环境.     

秸秆还田对双季稻产量及氮磷径流损失的影响

为探索减少稻田氮磷流失的有效耕作措施,以南方典型黄壤双季稻田为研究对象,采用田间长期定位观测试验,研究了连续7 a(2008—2014年)秸秆还田(RFS)替代38.7%的N、40.8%的P₂O₅和42.7%的K₂O晚稻化肥投入与常规化肥(RF)处理对双季稻产量、地表径流中ρ(TN)、ρ(NH₄+-N)、ρ(NO₃--N)、ρ(TP)、ρ(DP)(DP为溶解态总磷)的影响.结果表明:与常规化肥处理相比,秸秆还田处理不仅可从源头上减少晚稻化肥投入,还可降低稻田径流液中氮、磷养分含量,分别使TN和TP流失量减少12.6%、9.7%;氮流失主要以DIN(可溶性无机氮)为主,DIN/TN(DIN输出量在TN输出量中所占比例)为66.2%～70.8%;磷流失主要以DP(可溶性磷酸盐)为主,DP/TP(DP输出量在TP输出量中所占比例)为60.1%～65.9%;秸秆还田处理下早稻较常规化肥处理有增产趋势,增幅为4.5%～10.1%,晚稻有减产风险,但减产差异不显著,平均减幅为6.3%.因此,秸秆长期还田是一种秸秆资源有效利用和节肥增效减失的耕作方式.      

Effects of land use change and water reuse options on urban water cycle

The aim of this article was to study the effects of land use change and water reuse options on an urban water cycle. A water cycle analysis was performed on the Goonja drainage basin, located in metropolitan Seoul, using the Aquacycle model. The chronological e ects of urbanization were first assessed for the land uses of the Goonja drainage basin from 1975 to 2005, where the ratio of impervious areas ranged from 43% to 84%. Progressive urbanization was identified as leading to a decrease in evapotranspiration (29%), an increase in surface runo (41%) and a decrease in groundwater recharge (74%), indicating a serious distortion of the water cycle. From a subsequent analysis of the water reuse options, such as rainwater use and wastewater reuse, it is concluded that wastewater reuse seemed to have an advantage over rainwater use for providing a consistent water supply throughout the year for a country like Korea, where the rainy season is concentrated during the summer monsoon.     

稻田转变为旱地下土壤有机碳含量及其组分的变化特征

采用土壤有机碳（SOC）物理分组与¹³C自然丰度相结合技术,研究了稻田长期（19 a）转换为旱地（玉米地）后土壤有机碳及其组分的响应特征,以及不同有机碳组分的周转和更新速率.结果表明,长期种植旱地作物后,农田土壤有机碳和总氮含量显著下降.相同历史背景下,稻田土壤总有机碳（TOC）和总氮（TN）的浓度分别比玉米田高76.7%和47.6%.水稻土包裹态颗粒有机质（oPOM）和矿物结合有机质（MOM）在土壤中的浓度均是玉米田的2倍,但游离态颗粒有机质（fPOM）差异不显著.稻田土壤oPOM和MOM自身碳的浓度均显著高于玉米地,fPOM则相反.特别是oPOM组分,稻田是玉米地的近6倍.表明水稻土团聚体保护碳的能力高于旱地.稻田转换为玉米地19 a后,各组分δ¹³C值显著升高.fPOM、oPOM和MOM中来自玉米新碳的比例分别达到了54.6%、 24.7%和19.0%,平均驻留时间（MRT）依次增大,分别达到24、 67和90 a.上述结果进一步证明了稻田土壤比旱地更具固碳潜力,其优势主要体现在土壤中oPOM和MOM组分碳的富积.     

武汉汤逊湖未来水环境演变趋势的模拟

以流域为基本单元进行水质水量耦合,构建武汉汤逊湖水环境演变模型(TXHwater);借助Monte Carlo分析方法,对未来汤逊湖的水环境演变趋势进行了分析.结果表明,来水不确定条件下,COD模拟结果的不确定性较大,NH3-N和TN的不确定性中等,TP的不确定性最小.来水不确定性对流域汇流、巡司河入流过程影响较大,主要体现在汛期的5~9月份.如按现有规划,不考虑对污染物指标的削减,到2010年和2020年该湖未来水环境形势严峻,水质将演变为劣V类,主要控制指标为TN和TP,汛期6~8月浓度达到峰值.     

青岛近岸海域表层沉积物生源要素分布及污染状况评价

为了解青岛市近岸海域不同功能海区沉积物中生源要素分布及污染状况,于2017年11月在胶州湾、崂山近岸海域和青岛市文昌鱼保护区共采集了33个表层沉积物样品,分析了沉积物生源要素中总有机碳(TOC)、总氮(TN)、总磷(TP)及生物硅(BSi)的含量。青岛近岸海域TOC、TN、TP和BSi含量范围分别为0.21%～1.43%、0.02%～0.13%、0.06%～0.15%和0.26%～0.60%。胶州湾表层沉积物中TN和TP含量较高,崂山近岸海域TOC较高,而文昌鱼保护区BSi含量较高。此外,胶州湾沉积物中BSi含量呈显著下降趋势,说明海域硅藻生产力的下降。根据沉积物中TOC/TN摩尔比,崂山近岸海域沉积物中有机质为海源和陆源混合输入,而胶州湾和文昌鱼保护区有机质的主要来源为海源输入。生源要素污染评价结果显示,青岛近岸海域表层沉积物中TOC含量未受到污染,而TN和TP则处于中等污染水平。     

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.