厦门湾流域河流氮污染综合溯源与水体达标策略

全球变化背景下海岸带地区面临多种环境压力,快速城镇化和人类活动导致河流与海湾营养盐污染和富营养化问题加重,污染溯源是水体达标方案编制与实施的重要环节.兼顾科学性与操作性,本文基于综合溯源思路,以厦门湾河流为例,于水质较差的枯水期开展水系沿程梯度调查,进行氮的生物地球化学过程解析,结合硝酸盐氮氧双位素及土地利用统计分析,探明氮污染关键源区和氨氮超标成因.结果表明,研究区63%的站位水中氨氮占无机氮的50%以上,沿下游方向氨氮污染加重,且与城镇与农村宅基地、渔塘的面积占比均呈正相关.土壤氮、粪肥及污水和化肥贡献了硝酸盐89%~91%的来源.最后,提出了污染减排(控源)、生态修复(增容)、以海定陆(统筹)的水体达标策略,为我国水污染防治与管理提供方法示范.     

我国淡水藻华长期变动特征综合分析

水体富营养化与淡水藻华（水华）是全球普遍现象,我国是一个高氮磷投入的国家,在人类活动和全球气候变化背景条件下,河流湖库富营养化问题日益突出。文章收集了近30年来我国水华事件的相关文献资料,基于综合研究和统计学分析,回顾性评估了我国水华发生的基本特征、变动规律和成因。数据表明,自上世纪80年代以来,水华发生频率从上世纪80年代每年1～2次上升到2000年以后的每年近10次（不完全统计）,总体呈现上升趋势;水华从湖泊向河流库区扩展,从点到面蔓延,且主要集中在人口密集、污染严重的长江中下游地区和东部沿海地区;在我国化肥施用、畜禽养殖、电站大坝建设等人类活动以及气候变暖的叠加影响下,河流湖库的氮磷浓度上升、氮磷比值下降,水体水化学和生态环境的长期变动加大了水华发生的风险。文章认为,在流域海域综合管理框架下进行氮磷污染的联合控制,以及多学科交叉开展特定水体的水华过程和机理研究是今后藻华防控的根本要求。     

九龙江河口区夏季反硝化作用初探

河口反硝化是削减入海河流氮污染的重要途径,为探明地处亚热带的九龙江河口混合区的反硝化作用,于2010年7月开展13个站位的面上调查,利用N2：Ar法和膜进样质谱分析仪（MIMS）直接测定反硝化产物溶解N2浓度,用吹扫捕集-气相色谱法测定溶解N2O浓度,并估算二者净增量和水气交换通量.结果表明,溶解N2和N2O净增量有明显的区域变化,从淡水端向海域减少,N2净增量为-9.9～66.8μmol.L-1,N2O净增量为4.3～31.5 nmol.L-1;N2O饱和度为170%～562%,平均352%;N2水气通量为-2.9～53.2 mmol.（m2.d）-1,N2 O水气通量为5.2～23.9μmol.（m2.d）-1,N2 O通量占总通量的0.03%～1.2%（平均0.25%）.温度和营养盐（氮、磷）是影响九龙江河口区反硝化作用的重要因子;淡水端（盐度〈0.5）反硝化作用及其空间分布主要受硝酸盐含量控制,海水端溶解N2与N2O的增加主要来自淡水端的输送,并受盐度梯度（混合作用）影响.     

九龙江流域氮的源汇时空模式与机理初探

综合运用定位监测、野外试验、模型模拟与GIS技术等手段和方法,定量研究了南亚热带地区九龙江流域和五川小流域氮的大气沉降、河流输送(地表径流)、淋失、反硝化和氨挥发等输入输出(源汇)时空模式与机理.结果表明,九龙江流域氮"源"以化肥与饲料输入为主(占总输入125.6kg·hm-2的86%).氮"汇"以氨挥发和河流输送为主(占总输出72.9kg·hm-2的82%).氮输入后50%以上进入大气和水环境,14.5%通过河流输送至河口与近海.大气氮沉降通量为14.9kg·hm-2,其中干沉降占34%,湿沉降占66%,形成1:2的干湿沉降结构;源于化肥施用与畜禽养殖引起的强烈氨挥发,氮沉降集中在春夏两季(占全年80%),且以铵态氮为主(39%以上).氮的径流输出及河流输送受人为氮输入与水文条件的双重控制,2004年九龙江向厦门海域输送无机氮11.5kg·hm-2,其中90%发生在春夏秋季(同期流量占全年89%);五川小流域总氯径流输出负荷为67.1kg·hm-2,其中85%发生在施肥量大、降雨集中的春夏两季(作物生长期);基流与降雨径流分别贡献25%和75%.总氮淋失负荷为27.5kg·hm-2,占总输入的9%;pH<5的酸性土壤带正电荷导致氮淋失以铵态氮为主(约占40%).九龙江流域反硝化通量为7.7 kg.hm-2,而氮挥发高达42.1kg·hm-2,氨挥发主要来自化肥施用与畜禽养殖(分别贡献50%和39%).减少春夏时期肥料氮的输入(养分管理),有效截留雨季的降雨径流(水文控制)是该流域氮素管理的关键.     

基于3种时间序列模型的九龙江河流库区藻华预测

湖库富营养化和有害藻华是全球性生态环境问题,藻华预测与早期预警是保障湖库水源地供水安全的关键技术.如何基于高频水生态在线监测数据进行藻华的实时动态预测成为水生态管理领域的重大需求.本研究以福建省九龙江江东库区（水源地）为例,利用3年连续观测的逐时平均总叶绿素a浓度数据,对比研究了SARIMA、Prophet和LSTM（长短期记忆神经网络）3种时间序列模型在藻华（日平均叶绿素a大于15 μg?L^-1）预测方面的效果.结果表明：①时间序列模型要求参数少,灵活性强,能清晰反映水质特征和未来变化趋势,可弥补传统藻类监测预警方法的局限性;②基于深度学习框架的LSTM模型,具有独特的迭代优化算法,对藻类非线性变化特征的识别和预测能力较强,其总叶绿素a逐日预测和7日预测效果均显著优于SARIMA模型和Prophet模型;③输入数据长度会在一定程度上影响模型预测效果,最优的输入数据时间长度为7 d;输入数据频率对预测效果也有影响,在预测非藻华日时,小时数据的预测效果优于日频率数据;在预测藻华日时,两种频率数据 无显著差异,但日频率数据能更准确识别藻华日特征.总结起来,基于LSTM模型实现总叶绿素a浓度的短期预测,可为九龙江河流库区藻华早期预警和供水安全保障提供技术支撑.     

基于陆海统筹的流域—海湾水环境测管协同模式研究

流域—海湾是推动国家陆海统筹战略和生态文明建设的主战场,基于陆海统筹构建水环境测管协同模式是实现水环境治理与海岸带可持续发展的关键。本文以福建省九龙江流域—厦门湾为例,通过梳理其水环境污染治理实践,识别了流域—海湾水环境系统监测与管理过程中存在的关键问题,进一步提出构建陆海统筹的监测—管理协同治理新模式的建议：通过健全流域—海湾监测管理评估协同机制、加强基于生态系统健康监测与管理、推动建设陆海一体化生态环境信息智慧协同平台等对策,提升九龙江流域—厦门湾水环境治理现代化水平,为新时代流域—海湾系统水环境综合治理提供科技支撑。     

海岸带陆海气氮磷污染协同治理:监测、模拟与决策

陆海统筹已成为美丽海湾建设和海岸带可持续发展的关键战略。其中,陆海气氮磷污染协同治理是持续改善近岸海域生态环境质量的关键,但其缺乏理论指导与技术支撑。梳理了陆海气环境介质与界面过程的监测、模型(流域-河流模型、河口-近海模型、大气沉降模型等)的研究现状、技术难点和发展趋势。为加快推进流域-海域综合治理,亟须建立陆海气氮磷污染监测-模型-评估-决策体系。建议加快陆海气界面氮磷通量监测技术开发与应用,构建陆海气集成或耦合模型,在不同时空尺度上探究氮磷污染来源、主要输移通道、跨界面过程和机制。提出了未来研究重点:1)基于监测与模型提升海岸带生态系统的科学认知;2)构建陆海统筹视角的富营养化评估与生态系统健康评估方法;3)创新分区分类环境容量核算与分配方法;4)研究海岸带环境污染多目标治理优化方案;5)开展海岸带社会-经济-环境系统互馈模拟与多主体协同决策,助力生态环境治理能力现代化。     

九龙江流域畜禽养殖业的生态环境问题及防治对策探讨

根据2001年畜禽养殖业统计数据，分析了九龙江流域畜禽养殖污染的现状和趋势。通过计算农田畜禽粪便负荷量，并采用猪粪当量负荷及有效农田面积，考虑各地农田畜禽粪便有机肥可消纳量，对九龙江流域畜禽粪便负荷量和承受程度进行警报与分级，系统地阐述了畜牧业发展中产生的生态环境问题，从技术和管理角度，提出消减畜禽养殖污染、促进生态环境良性循环的对策和措施。     

九龙江河流-库区系统沉积物磷特征及其生态学意义

采用沉积物磷形态的标准测试方法 (SMT)分析了九龙江北溪河流-库区系统16个站位的沉积物磷含量和形态组成,探讨了该系统沉积物磷的空间分布、形态特征及其生态学意义.结果表明,沉积物总磷(TP)的含量为387～2 092 mg.kg-1,平均1 032 mg.kg-1.以无机磷(IP)为主要赋存形态,IP占TP的48%～98%,而IP中以铁铝结合态磷(Fe/Al-P)为主,占IP的43%～99%.TP和Fe/Al-P含量呈现上游高、下游低的空间分布规律,与表层水DTP含量和陆源污染负荷的分布一致.北溪沉积物TP含量的高低主要受Fe/Al-P控制.沉积物富磷、高Fe/Al-P比例(释放潜力大)以及"上游高下游低"的空间分布特征,加上九龙江上游水体较低的氮磷比值属于藻类生长磷弱限制,极可能是九龙江水华首先在上游暴发并向下游库区蔓延的主要原因.九龙江沉积物磷的这些特征在水华过程中具有重要的调控作用和生态学意义.     

N_2:Ar法直接测定水体反硝化产物溶解N_2

为了深入开展水体反硝化过程及机理研究,利用HIDEN公司生产的HPR40溶解气体质谱分析仪,通过仪器配置和条件摸索,建立了基于N2:Ar原理直接测定水体反硝化产物溶解N2的分析方法,并总结了采样技术要点.实验结果表明,膜进样质谱仪(MIMS)在长时间(10h)连续测定情况下仍能保持良好的信号稳定性,盐度为0和2%的标样的N2/Ar(物质的量比)变异系数(CV)分别0.53%和0.17%;在最佳实验条件下(恒温槽温度设为18～25℃,磁搅拌气液平衡52h,仪器信号平稳),15d内绘制了5条校准工作曲线,其斜率的相对标准偏差为3.03%,说明该方法的重复性较好;平行水样的标准偏差小于2μmol·L-1.将N2:Ar法应用于福建省九龙江表层水样的连续观测,可观察到明显的反硝化过程,表明所建立的N2:Ar法在今后各种水体反硝化过程和机理研究中具有良好的应用前景.