晋西黄土区林草复合界面雨后土壤水分空间变异规律研究

利用统计学方法对晋西黄土区林草复合系统界面上雨后表层（0～10 cm）、亚表层（10～20 cm）和20～40 cm土层土壤水分空间变异性进行研究。结果表明：草地、林地以及二者组成的林草界面的土壤水分含量、变异系数差别均不大,土壤水分含量随着深度的增加而减少,但土壤水分变异系数则相反;移动窗口法分析表明,林草界面对表层和亚表层的土壤水分影响范围均为4.0 m;草地土壤质量含水量的变异函数模型可以拟合成高斯模型,林地和林草界面则可以拟合球状模型,草地土壤水分总体空间异质性要大于林地和林草界面,草地土壤水分变异函数的平均变程为10.96 m,林草界面及林地土壤水分的平均变程分别为5.37 m和4.31 m。对于描述界面土壤水分分布情况,克立格制图直观性强,具有良好效果。     

香河县农田土壤重金属污染生态与健康风险评价

为系统研究河北省香河县农用地土壤重金属污染状况,网格法采集了288个点位的表层（0~20 cm）土壤样品,分析土壤样品中Cd、Cr、Hg、Ni、Pb、As、Cu和Zn这8种土壤重金属的分布特征,并采用单因子指数、内梅罗综合污染指数、地累积指数、潜在生态风险指数和人体健康风险指数评估其污染状况、生态风险和健康风险.结果表明：①香河县土壤重金属含量均低于筛选值,但存在较强的空间变异;富集因子分析表明有20.74%的Hg和0.33%的Cd呈显著污染,68.56%的Hg和20.40%的Cd呈中污染,其余重金属处于无~弱污染水平.②内梅罗综合污染指数超标率为8.68%,主要以点状分布在香河县西部与中部.③地累积指数评价表明土壤Cd、Pb和Zn污染相对严重,Hg污染最严重,达到中度污染及以上的点位占比为46.50%.④潜在生态风险指数表明土壤以中等和强潜在生态风险为主,占比分别为46.15%和37.46%,有1.34%点位达到极强潜在生态风险等级,达到中等及以上潜在风险程度的重金属为Cd和Hg.⑤土壤重金属健康风险较低,经任何暴露途径产生的非致癌风险大体均可以接受.相对而言,土壤Cr、As和Pb是各乡镇非致癌风险最大的3个贡献因子,土壤As是各乡镇主要的致癌风险因子.土壤重金属对儿童引起的健康风险高于成人,食物摄取为主要暴露途径.建议香河县针对各乡镇产业布局和土壤重金属含量、生态和健康风险差异,采取对应措施加强防控.     

基于改进输出系数模型的非点源污染评估及关键源区识别：以北运河上游流域为例

非点源污染对水生态环境威胁极大,定量解析非点源污染空间分布特征和准确识别关键源区是实现其高效精准治理的基础.输出系数模型广泛应用于非点源污染的模拟,但该模型忽略污染物迁移过程中的损失量,需要进一步改进.以北运河上游流域为例,通过对非点源污染物迁移物理过程的模拟,量化产流、产沙和下渗过程中污染物的损失率改进输出系数模型,并分析Johnes、常用和改进输出系数模型的模拟精度,探究3个输出系数模型对非点源污染空间分布特征和关键源区模拟结果的影响.结果表明：(1)改进输出系数模型模拟误差(-6.79%)明显低于Johnes模型(50.44%)和常用模型(-84.01%),显著提高了非点源污染模拟精度.(2)不同输出系数模型得到的非点源污染空间分布特征和关键源区存在较大差异,改进的输出系数模型模拟结果更符合流域非点源污染特征.流域非点源污染呈西北部低东南部高的空间特征,城镇用地和耕地是主要污染源.(3)基于改进输出系数模型确定的流域非点源污染关键源区主要分布在昌平、沙河、史各庄、温泉乡北部和马连洼街道西部等区域,占流域总面积6.71%.研究可为缺资料地区的非点源污染评估和治理提供更有效的工具支撑...     

黄土高原中尺度流域基流变化驱动因素分析

针对黄土高原基流的动态变化特征和驱动因素问题,以昕水河流域为例,采用数字滤波法（3次,α=0.925）分割基流,利用Mann-Kendall、Pettitt、小波分析和Hurst法分析该流域基流的趋势性、突变性、周期性和持续性特点,采用双累积曲线法对基流变化驱动因素进行分析。结果表明,昕水河流域多年平均基流量为0.45亿m³,基流指数为0.368;流域年基流量呈显著下降趋势（P<0.01）,在1985年发生突变;基流变化周期为27年,预计未来基流仍有进一步减少趋势（H>0.50）。流域降水和人类活动是基流变化的根本原因,人类活动通过植被覆盖度的变化、地下水的开发、煤矿开采和水土保持措施等方式影响基流。与第一阶段相比,第二、第三阶段降水和人类活动对基流的影响比例分别为25.89%、74.11%和0.37%、99.63%。进入21世纪,人类活动逐渐成为影响基流变化的主要因素。     

高通量测序分析黄土高原退耕还林区土壤细菌群落特征

为分析不同植被恢复模式下土壤细菌群落特征,探讨微生物在植被恢复过程中对黄土高原退耕还林区土壤生态系统的作用,采用高通量测序技术,以山西吉县典型森林生态系统人工林（人工刺槐林、人工油松林）、天然次生林和荒草地为研究对象,分析其土壤细菌α多样性、群落结构特征、功能预测以及土壤环境因子与细菌群落的相关性.结果表明,各恢复模式共得到25门、66纲、129类、240科、392属、760种和2213 OTUs;细菌群落的丰富度存在显著差异,均表现为草地 > 天然次生林 > 人工刺槐林 > 人工油松林.在门分类水平上,天然次生林和草地与人工林之间群落的相对丰度变化存在差异性,但差异性不显著.α-Proteobacteria、β-Proteobacteria和δ-Proteobacteria在天然次生林土壤中的相对丰度要高于其他4种恢复模式,而在草地中的相对丰度最低.在土壤环境因子中TN和pH对土壤细菌群落的影响较大,优势细菌门类与TN和pH具有显著相关性,其中TN与Actinobacteria （放线菌门）呈显著正相关,pH与Proteobacteria （变形菌门）呈显著正相关,与Actinobacteria （放线菌门）呈显著负相关,而Acidobacteria （酸杆菌门）与TN和pH均呈显著负相关关系.土壤细菌群落主要涉及细胞运动,信号转导机制,氨基酸转运和代谢、辅酶的运输和代谢等24个二级功能,均表现出功能上的丰富性.本研究结果可为黄土高原退耕还林区植被恢复的效益评价提供良好的数据基础,并为人工林的合理经营提供科学依据.     

基于Hydrus-1D不同气候区城市绿色屋顶径流调控效益研究

气候条件是影响绿色屋顶径流调控效益的重要因素,目前国内尚缺乏不同气候区城市绿色屋顶径流调控效益的对比研究.基于北京市区搭建的绿色屋顶在2017—2019年实测降雨-径流数据,率定和验证Hydrus-1D绿色屋顶降雨-径流模型,并采用该模型模拟分析6个不同气候区城市（兰州、北京、沈阳、合肥、上海和深圳）绿色屋顶在不同设计暴雨条件下的降雨-径流过程,定量分析气候条件对绿色屋顶径流调控效益的影响.结果表明：基于Hydrus-1D可准确模拟绿色屋顶径流过程,模型率定与验证的纳什效率系数平均值分别为0.73和0.67;不同气候区城市绿色屋顶径流削减率、洪峰削减率和产流延迟时间随暴雨重现期增加而降低,兰州绿色屋顶的峰现延迟时间随重现期增加明显降低,而其他城市绿色屋顶的峰现延迟时间较短,均在0～2 min;半干旱气候区城市兰州绿色屋顶的径流削减率（23.89%～68.73%）和洪峰削减率（44.15%～88.21%）均明显高于其他湿润、半湿润气候区城市;兰州绿色屋顶的产流延迟时间最高（37～52 min）,依次高于北京、合肥、沈阳、上海和深圳.随气候条件由湿润到干旱,绿色屋顶的径流调控效益逐渐提高....     

北沙河上游流域氮、磷污染风险空间分布特征解析

非点源污染是全球水环境污染治理面临的严峻挑战之一,氮（N）、磷（P）污染是非点源污染重要的组成部分,解析N、P污染风险空间分布特征是非点源污染治理的关键.本研究以北沙河上游流域为例,采用输出系数法综合估算区域不同土地利用类型、畜禽养殖和居民生活的N、P污染负荷,将其视为污染源因子指标以替代潜在非点源污染指数（Potential Non-point Pollution Indicator,PNPI）模型中的土地利用指标,利用改进后的PNPI模型解析该流域N、P污染风险空间分布特征.结果表明：(1)研究区N、P污染风险皆呈东南部居民区高、西北部山区低的空间分布特征;(2)P污染主要源自居民生活,N污染主要源自土地利用输出,各土地利用类型中耕地输出的N、P污染量最多;(3)N、P污染极低风险区面积占比最大,面积占比分别为59%和56%,极高风险区面积占比最小,分别为5%和3%.研究结果有望为北沙河上游流域非点源N、P污染防治提供依据,为流域综合治理提供参考.     

绿色、蓝色和蓝-绿屋顶径流水质特征

屋顶占据大量城市不透水面,实施生态屋顶建设,有利于缓解城市化造成的生态和环境问题.在北京市区搭建不同类型生态屋顶(绿色屋顶、蓝色屋顶和蓝-绿屋顶),基于对2019年雨季降雨特征、各类生态屋顶径流量以及径流中营养盐和重金属浓度的监测,计算不同生态屋顶径流污染负荷和径流水质指数(RQI),定量对比分析不同类型生态屋顶径流的综合水质差异.结果表明,在2019年雨季,各生态屋顶均表现出良好的雨水滞留能力,平均径流削减率在75.7%～78.9%之间,且不同生态屋顶的径流削减率无显著差异(P>0.05);相较雨水,各生态屋顶均为NH⁺₄-N、 DZn和DCd的汇,累积负荷削减率分别在63.8%～96.4%、68.6%～90.7%和39.8%～54.5%之间,但均为NO^-₃-N、 DCr、 DFe和DNi的释放源;蓝色屋顶是DCu的汇(累积负荷削减率为21.9%),但对雨水径流中PO^3-₄-P的累积负荷无明显影响,而绿色和蓝-绿屋顶均为PO^3-     

不同配置绿色屋顶径流水质特征及综合评价

绿色屋顶是海绵城市建设的重要措施之一,但植被和基质等配置因素对其径流水质的综合影响尚不清楚,这限制了绿色屋顶的推广.通过在北京市区搭建3种植被类型［佛甲草（Sedum lineare）、大花马齿苋（Portulaca grandiflora,马齿苋）和无植被（对照）］、3种基质类型［田园土、改良土和轻质生长基质（轻质基）］和2种基质厚度（15 cm和10 cm）的12个绿色屋顶,基于2019年雨季降雨特征、各绿色屋顶径流量以及径流中营养盐和重金属浓度的监测,构建绿色屋顶径流水质指数（RQI）定量分析不同绿色屋顶配置对径流水质的综合影响.结果表明,植被可提高绿色屋顶径流削减率和有效降低径流中NO₃^--N的浓度,佛甲草和马齿苋绿色屋顶的RQI接近,径流水质均优于对照绿色屋顶;基质材料显著影响绿色屋顶径流削减率和径流中污染物浓度,轻质基绿色屋顶的径流削减率最低且径流中NH₄⁺-N、DFe、DMn和DZn的浓度均值最高,其径流水质劣于改良土和田园土绿色屋顶;基质厚度为15 cm的绿色屋顶径流削减率更高,其径流水质优于10 cm的绿色屋顶.研究结果可为绿色屋顶设计及径流水质综合评价提供科学依据.