亚热带丘陵小流域土壤有效磷空间变异与淋失风险研究

肥料过施导致的土壤磷素累积和淋失是农业面源污染的重要方面.以湖南省长沙县金井镇脱甲河小流域(52 km2)为研究区,采用高密度布点采样、Arc GIS软件和属性相似反距离加权插值法研究了亚热带丘陵小流域表层(0~20 cm)土壤有效磷(Olsen-P)含量(以P计,下同)的空间分布特征与磷素的淋失风险.结果表明,菜地、果园、稻田和茶园土壤Olsen-P平均含量为62.0、16.1、14.4和13.7 mg·kg-1,是林地(平均含量为2.36 mg·kg-1)的5.8~26.3倍.5个土地利用类型土壤Olsen-P含量均具有高等变异水平和中等程度的空间自相关性(块基比C0/(C0+C)=50%),这与区内地形地貌、土壤母质、人工施肥等具有密切关系.根据土壤0.01 mol·L-1Ca Cl2浸提态P和Olsen-P的非线性关系可确定区内红壤和水稻土P的淋失风险临界值分别为69.97和98.40 mg·kg-1,并据此对脱甲河小流域土壤磷素淋失的风险进行了定量评价,结果表明旱地土壤具有明显较高的淋失风险,其中中等以上的比例占36.4%,而稻田土壤仅有0.2%,为中等以上淋失风险.因此,控制旱地(尤其是菜地)磷肥的投入是降低亚热带丘陵小流域土壤P淋失风险和减轻农业面源污染的关键.     

亚热带红壤丘陵区浅层地下水氮淋失特征研究

土壤养分累积引起的氮素(N)淋失是导致农区地下水污染的重要原因,也是农业面源污染的重要形式.本文以湖南省长沙县典型亚热带红壤丘陵流域为研究对象,通过连续定位观测,研究了林地、稻田、菜地和茶园4种代表性土地利用类型浅层(130~150 cm)地下水中N浓度的逐月动态变化特征.连续3年(2010—2013年)的观测结果表明:4种土地利用类型下浅层地下水总氮(TN)平均浓度差异显著(p0.05),其中,林地最低(0.85 mg·L-1),茶园最高(7.64 mg·L-1);从N的形态构成来看,林地、菜地和茶园浅层地下水中N形态以硝态氮(NO-3-N)为主,分别占TN的46.7%、70.2%和72.8%,而稻田浅层地下水N形态则以铵态氮(NH+4-N)为主,占TN 43.5%,表明土壤淹水条件是影响地下水N淋失形态的关键因子.地下水各形态N浓度的动态变化在不同土地利用下也迥然不同:林地地下水各形态N的含量低、变幅小,而稻田、菜地和茶园地下水N浓度变幅较大;采用单因子方法对不同土地利用下地下水的水质进行评价,结果表明:研究区浅层地下水中TN和NO-3-N无显著污染,NH+4-N污染较为严重,而综合指数法(F值法)进一步表明研究区浅层地下水污染主要出现在稻田和茶园,因此,控制稻田和茶园N肥的施用量是预防亚热带红壤丘陵区地下水N污染的关键.     

河南省人类活动净磷输入的时空变化与影响参数

为探究河南省人类活动净磷输入状况,基于河南省18个省辖市(县辖市)行政单元统计数据,利用人类活动净磷输入量(NAPI)模型,核算河南省1990、1995、2000、2005、2010、2015和2019年人类活动净磷输入量.结果表明:在时间尺度上,1990~2015年河南省NAPI整体呈升高趋势,2015~2019年略有下降,但一直高于全国平均水平,其年均增长率为2.86%;在空间尺度上,东部高于西部,并呈放射状向北、西、南逐渐减少,影响河南省NAPI的地市主要是周口市、许昌市、商丘市、濮阳市和漯河市,占河南省NAPI的47.05%;从NAPI结构上看,化肥施用量是河南省NAPI主要贡献因子,年均贡献率在85.78%,与NAPI呈高度相关性(R²>0.8),次要贡献因子为食品/饲料,其年均贡献率在10.63%,非食品磷的年均贡献率是2.56%;NAPI估算模型中各组分受参数影响最大的是食品/饲料组分,其受参数影响的变化范围为-23.48%~66.81%,其次是化肥组分,其受参数影响的变化范围为-1.76%~3.52%;在NAPI模型中占比越高的组分其参数敏感性越强,P_fer组分中所含参数的敏感性指数均高于P_im和P_nf.     

亚热带典型小流域磷收支及流失特征对比研究

磷素（P）在环境中的过量累积是导致农业面源污染的主要因素。论文以湖南省长沙县脱甲河农区小流域（52 km²）和涧山河森林-农区小流域（50 km²）为研究单元,基于入户调查资料和连续4 a的流域把口站水文水质定位观测数据,采用物质流分析法,对比研究了亚热带丘陵区典型小流域P的收支平衡及流失特征。结果表明,农区小流域出口地表水总磷（TP）含量变化为0.03~0.68 mg·L^-1,平均含量为0.21 mg·L^-1,整体达到Ⅲ类水质标准;森林-农区小流域TP含量变化范围为0.01~0.35 mg·L^-1,平均为0.08 mg·L^-1,整体为Ⅱ类水质,表明森林-农区小流域地表水水质明显优于农区小流域。农区小流域P的环境滞留强度（32.0 kg·hm^-2·a^-1）显著高于森林-农区小流域（20.6 kg·hm^-2·a^-1）,对环境影响更大。以2013年为例,农区小流域P的主要输入项为饲料,占53.1%,森林-农区小流域则以肥料为主,占53.0%;两个流域的P输出项都以植物和畜禽产品输出为主,均占总输出量的94.0%左右。控制小流域肥料和饲料投入、增加循环利用途径以及提高P利用率是当前减轻水体富营养化的有效途径。     

降雨强度对洱海流域凤羽河氮磷排放的影响

降雨形成的径流携带各种陆面物质进入河流湖泊是导致水质变化的重要因素,而不同降雨强度下的河流氮磷输出特征均有所差异,因此,为阐明雨强对高原湖泊典型流域污染物排放的影响,本研究以洱海流域上游的凤羽河为研究对象,基于连续3 a(2011～2013年)的出口断面水质水量监测,分析了4种降雨强度(小雨、中雨、大雨、暴雨)对水体氮磷浓度和形态的影响.结果表明,降雨强度对凤羽河氮磷排放的影响显著,所有组分的氮和磷浓度平均值在小雨(10 mm)和中雨(10～25mm)时较低,在大雨(25～50 mm)和暴雨(50～100 mm)时较高;氨氮(NH_4+-N)(57. 14%～76. 85%)占总氮(TN)的质量分数大于颗粒态氮(PN)(23. 15%～42. 86%),溶解态总磷(TDP)(22. 73%～28. 00%)占总磷(TP)的质量分数小于颗粒态磷(PP)(72. 00%～77. 27%);不同形态的氮浓度比较为:TN NH_4+-N PN;不同形态的磷浓度比较为:TP PP TDP.     

亚热带典型小流域总氮最大日负荷(TMDL)及影响因子研究——以金井河流域为例

本研究以亚热带红壤丘陵区为研究区域,选取10个典型小流域,根据土地利用和畜禽养殖密度分为4种类型(森林、森林-种植、养殖和种植-养殖小流域),并基于近3年小流域把口站的原位观测数据,采用负荷历时曲线模型(LDC)计算了不同类型小流域水体总氮(TN)的最大日负荷(TMDL),运用灰度分析法定量研究了不同流量阶段小流域主要因子对TN负荷消减率的影响.结果表明,小流域TN负荷特征与流域类型密切相关,10个小流域TN年均负荷为739.0~2798.4 kg·km-2·a-1,由小到大依次为森林、森林-种植、养殖、种植-养殖小流域,其中,养殖、种植-养殖小流域水质整体超标严重,且应针对中、低流量条件下(秋、冬季节)负荷进行消减,而森林-种植小流域TN负荷超标情况略好,但高流量阶段(春、夏)超标率过高.灰度分析结果表明,TN负荷消减率在高、中流量阶段下主要受农田面积比例影响,而低流量阶段受畜禽密度影响.农田面积比例对高、中流量段TN消减率影响显著,而畜禽养殖密度在低流量段具有更大影响,小流域景观越破碎、类型越丰富、斑块分布越零散、形状越复杂,TN负荷通量则越大.     

洞庭湖源头流域典型塘库水体氮磷组分、pH、DO及水温昼夜变异特征

池塘和小水库(塘库)是洞庭湖流域分布广泛的小型水体，理解塘库氮磷水质昼夜变化规律有助于辅助制定洞庭湖流域精细的水质观测与污染防控方案。以洞庭湖农业源头流域金井小流域4种典型土地利用景观塘库为研究对象，研究塘库水体理化性质和氮磷组分昼夜变异规律。结果表明：塘库周边土地利用景观类型不仅显著影响塘库水体pH、溶氧(DO)和水温(t)的昼夜变化，而且造成了塘库氮磷组份含量及氮磷计量比差异。居民区、农田和茶园3种景观型塘库水体pH、DO及t昼夜变化明显，曲线呈现倒U型；但观测期内4种景观类型塘库氮磷组分含量昼夜变化相对不明显。居民区、农田及茶园型水体氮磷总量(TN、TP)、溶解态氮磷(TDN、TDP)和颗粒态氮磷(PN、PP)含量显著高于森林型塘库的。并且，水体不同氮磷组分的生态化学计量比值(TN∶TP、TDN∶TDP、PN∶PP)大小排序为：森林(TN∶TP:67.97,TDN∶TDP:65.12, PN∶PP:74.13)>茶园(TN∶TP:30.03,TDN∶TDP:15.10, PN∶PP:52.95)>农田和居民区(TN∶TP:19.40和16.21,TDN∶TDP:23....