不同源类型农业非点源负荷特征研究——以新田小流域为例

以珠江三角洲北部新田小流域为研究对象,采用源类型法,在流域范围内建立林地、果园、旱地和水田四个全封闭的农业用地单元,并对四个单元出口处的径流量进行同步采样,分析COD、BOD、氨氮、总氮和总磷等污染物的负荷特征.结果表明:(1)流域地表水存在着明显非点源污染现象,不同源类型,地表径流的污染程度不同.(2)不同源类型农业非点源污染负荷强度不同,其中水田、旱地单位面积非点源负荷强度较大,果园、林地各项污染物的负荷强度相对最小.受地表扰动、施肥等人类活动影响,流域内水田、旱地是农业非点源污染发生的关键源区.(3)流域范围内,不同源类型农业非点源负荷总量不同,其中,果园各项污染物非点源负荷总量最大,其次是林地,水田、旱地非点源负荷输出总量较小,流域范围内,源面积成为影响非点源负荷总量的主要因素.(4)相应的非点源污染治理不仅是关键源区,同时应关注大面积流失区.     

基于氮磷指数的小流域氮磷流失风险评价

识别区域氮磷流失综合风险分布状况并对氮磷流失进行综合调控是控制非点源污染的有效措施。但传统的研究往往局限于氮或磷流失风险的单独评估和调控,以密云水库沿湖集约化农区东庄小流域为例,应用氮指数、磷指数及氮磷综合指数法,对区域氮磷流失风险进行综合评价。结果表明：流域氮、磷流失风险总体上较小,80%以上的区域均处于氮、磷流失的无风险或低风险区,但氮、磷流失的空间分布存在较大差异。其中氮流失的高度风险区集中在山地中土壤侵蚀指数较大的果园;而磷流失的高风险区域主要分布在河流沿岸的农业用地。氮磷综合风险指数显示,93.1%的区域处于无风险和低风险区,中度以上风险区占总面积的6.9%,主要集中在流域中部有着较高的肥料施用、地势陡峭且处在河流沿岸的农业用地或山地中。单独考虑氮指数或磷指数都难以反映区域氮磷流失的综合风险状况,容易忽略磷指数高氮指数低、氮指数高和磷指数低以及氮、磷风险在中等的区域。因此,在氮、磷流失风险评估基础上,进行氮磷流失风险的综合评价,可为氮磷流失的综合调控提供指导。     

土地利用变化对青海湖流域生境质量的影响

以青海湖流域2005—2015年土地利用图为基础,利用InVEST模型和"3S"技术对青海湖流域生境质量进行定量估算,分析了青海湖流域生境质量的时空分布特征,以揭示土地利用变化对流域生境质量的影响。结果表明,(1)草地、湖泊、高寒荒漠、裸岩石质地、沼泽是青海湖流域主要的土地利用类型,占流域总面积的90%左右。2005—2015年,流域内各土地利用类型基本保持稳定,但主要土地利用类型均发生不同程度的变化,湖泊、交通工矿建设用地、永久性冰川雪地面积比例分别增加了0.22%、0.03%和0.03%;沼泽、滩涂、沙地、高寒荒漠分别减少了0.13%、0.04%、0.04%和0.03%。(2)青海湖流域生境质量表现为东南高、西北低。2005、2010、2015年三期生境质量第1等级与第2等级占流域总面积的53.73%—72.56%。三期生境质量第4等级与第5等级占流域总面积的23.32%—29.57%。2005—2015年,流域生境质量整体稳步趋好,局部有所降低。(3)2005—2010年,流域内草地、沼泽面积下降,居民点、交通建设用地沙地、面积增加,河流、裸土、居民点生境质量分别下降了0.09、0.04和0.02。耕地面积减少,威胁源强度降低,耕地生境质量升高了0.02。2010—2015年,河流面积略有增加,河流生境质量升高了0.11。青海湖面积增加了63.70km~2,湖泊生境质量升高了0.06,同期湖泊生境质量第1等级面积占青海湖面积的97.13%,占生境质量第1等级面积的57.65%,占流域面积的14.57%。青海湖水体面积及生境质量可作为流域生态环境质量的重要指示因子。(4)青海湖流域生境质量呈现西北冷环湖热的特点,热点区域主要位于青海湖北部和南部,冷点主要分布于流域西北部。2005—2015年,流域西北部冷热点面积的波动与裸岩石质地、高寒荒漠面积变化密切相关。青海湖北部草地面积减少、居民点及交通工矿建设用地面积增加导致热点面积下降。流域土地利用变化是导致生态环境质量变化的重要原因。     

基于氮磷指数的小流域氮磷流失风险评价

识别区域氮磷流失综合风险分布状况并对氮磷流失进行综合调控是控制非点源污染的有效措施。但传统的研究往往局限于氮或磷流失风险的单独评估和调控,以密云水库沿湖集约化农区东庄小流域为例,应用氮指数、磷指数及氮磷综合指数法,对区域氮磷流失风险进行综合评价。结果表明:流域氮、磷流失风险总体上较小,80%以上的区域均处于氮、磷流失的无风险或低风险区,但氮、磷流失的空间分布存在较大差异。其中氮流失的高度风险区集中在山地中土壤侵蚀指数较大的果园;而磷流失的高风险区域主要分布在河流沿岸的农业用地。氮磷综合风险指数显示,93.1%的区域处于无风险和低风险区,中度以上风险区占总面积的6.9%,主要集中在流域中部有着较高的肥料施用、地势陡峭且处在河流沿岸的农业用地或山地中。单独考虑氮指数或磷指数都难以反映区域氮磷流失的综合风险状况,容易忽略磷指数高氮指数低、氮指数高和磷指数低以及氮、磷风险在中等的区域。因此,在氮、磷流失风险评估基础上,进行氮磷流失风险的综合评价,可为氮磷流失的综合调控提供指导。     

基于GIS与QuickBird影像的小流域土壤侵蚀定量评价

基于GIS技术和QuickBird遥感影像,采用修正的通用土壤流失方程RUSLE作为评价模型,计算了清水沟小流域土壤侵蚀量,并结合土壤侵蚀强度分级标准,生成流域土壤侵蚀强度等级图;利用GIS的叠置分析功能,定量分析了土壤侵蚀与坡度和土地利用之间的关系,并针对不同水保措施预测了水土保持治理效果.结果表明清水沟小流域土壤侵蚀模数为75.02 t·hm-2·a-1,属强度侵蚀区,年水土流失量2.6×104 t;流域64.5%的泥沙来自于占流域面积仅28%的极强度和剧烈侵蚀区域;经分析,流域土壤侵蚀模数与坡度呈显著正相关,不同土地利用类型的土壤侵蚀模数大小排序依次为难利用地＞建设用地＞坡耕地＞园地＞草地＞林地;退耕还林是降低土壤侵蚀强度与减少水土流失量的主要途径.     

喀斯特高原山区土地潜在石漠化与地形因子的关系

选取位于贵州省普定县的后寨地下河流域中下游作为研究区,利用地理信息系统软件,解译出研究区2004年的潜在石漠化等级分布图,对海拔、坡度、坡向和坡位等地形因子同各等级潜在石漠化景观面积的相关关系进行定量分析。结果显示,研究区潜在石漠化景观在空间上呈不均匀分布;海拔、坡度和坡向等地形因子同潜在石漠化景观的多个等级斑块面积之间相关性显著(P<0.05或P<0.01);随着海拔的增加,低度和中度潜在石漠化面积所占比例逐渐增加,无石漠化和极低度潜在石漠化面积所占比例逐渐减少;随坡度的增加,无石漠化面积所占比例逐渐减少,低度、中度及极高度潜在石漠化面积所占比例逐渐增加;随着坡向由阴转阳,中度和高度潜在石漠化面积所占比例逐渐增加;而坡位与各等级潜在石漠化景观面积之间无显著相关性。     

广东土地退化及治理对策

本文概述土地退化的原因和状况。通过对广东山区土壤和东江流域低产耕地的大批土壤剖面分析数据的统计和推算,结果表明,广东的林地退化面积约占全省陆地面积的35％;旱地土地退化面积占全省旱地总面积的95％;水田土地退化面积约占全省水田总面积的25％。根据广东的省情,提出土地退化治理的对策:提高认识,增加投入,组织力量,开展调查摸底;制订整体治理规划,分步实施;明确治理的中心任务,推进面上治理利用,加强研究工作。     

基于最小累积阻力模型(MCR)和空间主成分分析法(SPCA)的沛县北部生态安全格局构建研究

沛县北部因采煤导致地形、地貌和地类变化,直接影响了整个区域的生态安全,因此需要在区域生态安全状况评价的基础上构建生态安全格局。该研究以沛县北部地区为研究对象,选取高程、坡度、土地覆盖类型、植被覆盖、距水体的距离、距道路的距离、距矿点的距离、距居民点的距离8个指标,采用空间主成分分析法(SPCA)评价研究区生态安全状况,并利用最小累积阻力模型(MCR)建立生态阻力面,借助GIS空间分析技术提取生态廊道和生态节点,从而构建研究区的生态安全格局。结果表明研究区生态安全水平不高,中度安全水平的面积为447.53 km~2,占研究区总面积的44.53%;较低安全水平的面积为344.58 km~2,占研究区总面积的34.28%;识别的31条潜在生态廊道、31个一类生态节点和20个二类生态节点与生态源地一起构成了研究区的生态安全格局,为沛县北部的生态规划和生态可持续发展提供了有效参考。     

北京密云水库上游太师屯镇非点源污染损失估算

选取密云水库上游太师屯镇为研究区,在利用输出系数法计算非点源污染负荷的基础上,运用环境经济学方法,定量估算了非点源污染损失.研究结果表明:本区养殖污染负荷最高,总氮占全镇总氮污染负荷的53.0%.其中规模化养殖占畜禽排泄污染负荷的66.5%;总磷占全镇总磷污染负荷的73.9%,其中规模化养殖占畜禽排泄污染负荷的66.5%.农村生活污染的总氮负荷占全镇总氮污染负荷的31.3%,总磷占全镇总磷污染负荷的15.8%.土地利用污染负荷最低,总磷和总氮分别占全镇总负荷的15.7%和10.3%.区域非点源污染损失折合人民币约407.57万元,其中畜禽养殖污染损失最大,约占总损失的40.7%;土地利用流失次之,占33.5%,其中63.2%的损失是耕地污染造成的;农村生活污染损失最小,但总氮损失达总损失的25%.氮、磷养分流失是主要的非点源污染形式,损失约占79.5%.土地废弃和泥沙淤积造成的污染对水库存在长期影响,也不可忽视.     

岔口小流域AnnAGNPS模型参数敏感性分析

以黄土丘陵沟壑区岔口小流域为例,选取可能对农业非点源污染模型Ann AGNPS产生影响的径流曲线数CN值、降雨侵蚀因子、饱和导水率、田间持水量、耕作管理因子、水土保持因子、土壤侵蚀因子、地形因子、沟道曼宁系数和化肥施用量等10个因子,采用修正的摩尔斯(Morris)分类筛选法,分析影响模型模拟结果的敏感性程度,在此基础上对模型进行模拟验证。结果表明:CN值与模型模拟结果呈明显正相关;沟道曼宁系数和田间持水量与模型输出结果均呈明显负相关;影响地表径流量输出最敏感的参数是CN值和田间持水量;影响模型泥沙、营养盐输出最敏感的参数主要是CN值、土壤可蚀性因子、耕作管理因子、地形因子和水土保持因子;氮磷污染物空间分布不具一致性,区域差异明显,土壤氮磷库是其流失主要来源;径流模拟结果显示R2和Ens均为0.99,模型能较好地反映流域地表径流过程;泥沙和氮磷模拟误差较大,但在一定程度上能反映流域水土流失及氮磷污染的趋势,对流域水土流失及非点源污染的治理具有一定的参考价值。     

基于GIS的龙墩水库典型小流域面源污染氮磷负荷研究

以南京市高淳区龙墩水库流域为研究对象,运用地理信息系统(GIS)和通用土壤流失方程模型(USLE)预测氮磷的污染负荷.利用SWAT模型的子流域划分模块进行流域分区,运用等标污染负荷和等标污染强度进行面源污染评价,最后通过聚类分析完成氮磷污染负荷的分级,从而确定关键源区.结果表明,研究区总磷(TP)污染强度为4.95 t·km-2,污染负荷为124.25 t;总氮(TN)污染强度为10.96t·km-2,污染负荷为274.87 t.整个流域的等标污染负荷为2.76× 109 m3,其中TN为2.75× 108 m3,等标污染负荷比为9.96％;TP为2.48× 109 m3,等标污染负荷比为90.04％,TP为流域面源污染的主要污染物.不同土地利用方式的TP和TN污染负荷和流失模数均以旱地为最高,旱地是流域内面源污染物的主要来源.     

长江经济带农田氮素平衡特征与污染风险评估分析

以长江经济带11省市作为研究对象,利用农田生态系统氮素平衡模型对研究区129个地级市氮素输入输出情况进行估算,分析了氮素盈余的空间分布特征。在此基础上耦合坡度、年度侵蚀性降雨量、侵蚀性降雨天数、距离河流距离、农田氮素盈余量等因子确定了农田氮素污染风险等级。结果表明:2015年研究区农田生态系统氮素输入总量为1.809×10~7t,输出总量1.392×10~7 t,盈余量为4.177×10~6 t,平均盈余态氮养分负荷为87.5 kg·hm~(-2);湖北、云南、四川等省盈余总量均超过5.0×10~5 t,而上海、江西、安徽等省份较小;单位面积盈余量较大区域主要分布在云南省、湖北省大部、江苏省北部及湖南省中南部地区。氮素利用效率结果显示研究区氮素利用效率较低,与世界农业发达国家相比仍停留在过去粗放式发展的模式中。从风险等级角度来看,研究区整体处于氮素污染高风险状态,高风险及极高风险区占比达64.1%,尤其以重庆、贵州、云南等省市为甚。通过与北方地区氮素污染潜势结果对比分析,可以看出研究区内由于河网密集、侵蚀性降水强度大以及坡度较大等因素的影响而导致其污染等级远高于北方地区。该研究明确了2015年长江经济带氮养分平衡状况以及污染风险等级的空间分布特征,对于解决农业面源氮污染防治具有重要的理论和现实意义。     

流域特征对南苕溪溶解有机质浓度的影响

溶解有机质(DOM)是水域生态系统中碳、氮、磷循环的重要组成部分,开展流域尺度上流域特征对河流DOM输出的调控机制研究,有助于加深对DOM经由河流向下游水体迁移的生物地球化学行为的认识,为改善河流及其下游水体富营养化状况和进行生态修复提供依据。选取南苕溪流域为研究对象,在其16个子流域开展近一年的采样调研,提取各子流域水温、流量、面积、平均坡度、平均高程以及5种土地利用类型[天然林、经济林(雷竹林)、农田、城镇、水域]面积占流域面积比例共10个流域特征变量,同时测定溶解有机碳(DOC)、溶解有机氮(DON)和溶解有机磷(DOP)浓度,分析DOM浓度的空间分布及季节动态,并结合多元分析方法,探讨流域特征对DOM浓度的影响机制。结果表明,DOC、DOP浓度呈由上游河源到下游河口递增的趋势,与流域内土地利用格局及相应的污染梯度变化一致。DON浓度受到流域内雷竹林集约经营活动的影响,就空间而言,在用地类型以雷竹林为主的子流域,DON浓度最高;就季节而言,春季DON浓度最高。夏、秋季DOP浓度小于春、冬季,此与水生生物对水中磷素吸收作用有关。主成分分析结果表明,流域地形地貌特征(土地利用类型、坡度等)对DOM浓度的影响要强于河流水文状况(流量、温度)。在主成分样点得分图中,以天然林为主的子流域与其他受人为影响的子流域(经济林、农田、城镇)分开分布,表明人为活动会引起DOM浓度的增加。多元回归分析结果表明,城镇用地占比是DOM浓度的最优预测变量,虽然城镇面积小(平均面积占比约为5%)、分布散,但却是流域内DOM重要的"源"。     

密云县密云水库流域坡耕地养分流失特征

于2005年和2006年连续2 a对密云水库流域坡耕地进行水土流失小区试验,并完全按照当地农民习惯进行农事管理.试验结果表明:(1)降雨后坡耕地产生的地表径流量、泥沙量随坡度增大而增加,并与坡度正弦值呈一定的线性关系;(2)坡度对雨后地表径流和泥沙中养分含量影响不明显,但对泥沙养分流失量有明显影响;(3)养分流失以泥沙携带为主要途径,且通过泥沙携带途径流失的养分量占流失养分总量的比例随坡度增加而增加;(4)水库周边区域内坡耕地流失养分的主要来源为施用于坡耕地的化学肥料.(5)调整水库流域内坡耕地的种植结构、对坡耕地实施改造以截留或减少泥沙流失和控制化学肥料投入等措施对于治理流域内农业非点源污染、保护水源地水质显得尤为迫切.     

阿尔泰山小东沟林区植被随地形分布规律

在高度异质性的山区景观中,地形通过不同生态因子时空分布的影响而成为植被分布的决定性因素.在野外调查的基础上,将植被遥感影像分类图基本像元分别与由DEM推算出来的坡度、坡向、海拔和剖面曲率图相叠加,定量分析新疆阿尔泰山小东沟林区不同植被类型分布与地形因子之间的关系.通过遥感影像并结合地面调查数据,可将阿尔泰山小东沟林区的植被划分为针叶林、阔叶林、针阔混交林、灌木林和草地5种类型.该区域的地形特征如下:坡度以斜陡坡为主,占总面积的64.32%;坡向以西南坡最多,其次是东北坡,分别占总面积的15.02%和14.78%,东南坡和南坡所占面积较少,分别占总面积的9.30%和10.20%;海拔以1 200-2 000 m居多,占总面积的87.19%,是整个研究区的主要海拔分布范围;剖面曲率以5-10°面积最多,占总面积33.31%,其次是剖面曲率3-5°和0-3°,分别占总面积的22.84%和22.44%.剖面曲率>10°的区域占总面积比例较小.各植被类型分布频率最高的地形生境因子组合分别为:针叶林是坡度15-35°的斜陡坡,西北坡,海拔1 800-2 000 m,剖面曲率0-3°;阔叶林是坡度15-35°的斜陡坡,西北坡,海拔1 400-1 600 m,剖面曲率5°-10°;针阔混交林是坡度15-35°的斜陡坡,北坡,海拔1 600-1 800 m,剖面曲率5-10°;灌木林是坡度15-35°的斜陡坡,西坡,海拔1 400-1 600 m,剖面曲率5-10°;草地是坡度15-35°的斜陡坡,南坡,海拔1 200-1 400 m,剖面曲率5-10°.研究不同植被类型随地形生境的变化规律可为生物多样性保育宏观规划和森林可持续经营提供重要科学依据.     

新疆和田地区土地荒漠化时空特征分析

以干旱区土地荒漠化防治和生态环境修复为目的,对新疆和田地区土地荒漠化时空演变过程进行研究。基于RS和GIS技术,利用和田地区MODIS13Q1-NDVI遥感数据,以植被覆盖度作为荒漠化评价指标,对和田地区2000—2018年土地荒漠化时空变化特征进行分析。结果表明:(1)研究区植被覆盖度呈减少趋势的区域面积占总面积的0.38%,其中极显著减少区域面积占0.10%,显著减少区域面积占0.28%;植被覆盖度呈增长趋势的区域面积占12.88%,其中极显著增长区域面积仅占1.10%,显著增长区域面积占11.78%。(2)2006—2012年重度荒漠化区面积呈减少趋势,2012—2018年呈增加趋势,总体以年均0.59%的速率递增;中度荒漠化区面积呈减少趋势,平均每年以1.43%的速率减少,而轻度和非荒漠化区面积一直保持增加趋势,年均增速分别为2.19%和3.70%。(3)由面积转移矩阵可知,近20 a来,研究区土地类型未发生变化的面积为19.841×10~4 km~2,非荒漠化区转移面积最少,中度荒漠化区转移面积相对较多。由于气温、降水和人类活动等因素的影响,近20 a来和田地区重度荒漠化区面积略有增长,轻度和非荒漠化区面积增加显著。     

土壤磷素循环及其对土壤磷流失的影响

农业非点源磷的输出是造成地表水富营养化的主要因素之一,弄清土壤磷的流失机理可为进一步控制农田径流磷的流失提供理论依据.文章总结了国内外在土壤磷素循环研究成果,并对其加以评述,在此基础上分析了土壤磷素循环对研究土壤磷的径流流失的重要作用.关健词土壤磷;循环;流失     

雷州半岛地表水体非点源污染物时空变化特征研究

以雷州半岛为研究区，利用2000-2003年问南渡河与九洲江，以及赤坎水库与鹤地水库的4年常规监测数据，结合实地调查，利用数理统计分析，对雷州半岛地表水体非点源污染物及其时空变化规律进行了初步研究。研究发现，河流与水库的水质均是以氮污染为主，水体有富营养化现象发生，同时，两河流在雨季都不同程度受到了非点源污染的影响，而只有赤坎水库明显受到了非点源污染的影响。究其原因，主要是由于土地利用方式的不同在一定程度上决定了雷州半岛地表水体非点源污染物质量浓度的时空变化特征。因此，只有合理调整流域和库区的土地利用方式、加强区域的水土流失治理工作，才能有效降低非点源污染所带来的地表水体环境污染问题。     

广州流溪河流域典型农业集水区降雨径流污染物输出特征分析

选取广州市流溪河流域典型农业集水区--新田小流域为研究对象,对研究区降雨地表径流进行定点监测,探讨降雨-径流条件下农业非点源污染物的动态变化规律和不同利用类型的地表景观对非点源污染的贡献情况.结果表明:在降雨事件下,污染物输出浓度总体上高于日常非降雨条件的污染物浓度,T-N、T-P和CODCr的平均输出浓度分别是非降雨条件下的3.8倍、7.8倍和32.1倍;整个降雨-径流过程中,降雨初期是非点源污染物流失的高峰期,污染物浓度变化总体趋势滞后于降雨强度的变化,但与径流量变化趋势总体上相似;从不同地表景观径流产污来看,经生活区的径流CODCr输出浓度显著上升,水田田面径流是引起水体环境N、P污染的主要原因.     

长三角地区典型稻作农业小流域氮素平衡及其污染潜势

江苏省句容市陈武镇水库流域是以稻作为主的农业小流域,在长三角地区颇具典型性。于2007年5月至2008年4月在该流域进行定位观测与现场调查,通过估算氮素平衡来分析预测流域农田氮污染潜势。结果表明,研究时段内流域氮素输入量为1 589.1 t,输出量为1 168.4 t。化肥氮输入是农田氮素的最主要来源,占氮输入总量的67.2%;而作物收获是农田氮输出的主要方式,占氮输出总量的46.7%。水田和旱地氮平衡均处于盈余状态,盈亏率分别为20.5%和52.4%,氮素利用率分别为33.6%和34.9%,利用率较低。水田47.8%的氮素以气态形式损失,气态氮和储存在土壤中的氮素极易导致大气和水体污染。