南苕溪流域水体溶解性有机碳、氮时空变化及驱动机制

以太湖流域上游重要支流南苕溪流域河流水体为研究对象,于2019年7月—2021年5月持续监测河流溶解性有机碳(DOC)和有机氮(DON)浓度,探讨DOC和DON浓度的时空变化特征并揭示相关驱动机制.结果表明：研究期间该流域内水体DOC和DON浓度均值分别为(2.57±0.09)和(0.40±0.01) mg·L^-1,DOC/DON均值为9.43±0.46.流域内水体DOC和DON浓度均在夏季最高,DOC/DON值在春季和秋季显著高于夏季和冬季;DOC浓度与叶绿素a(Chl-a)和氮素浓度均呈正相关,DON浓度与颗粒态氮(PN)浓度呈正相关;夏季雨热条件和高氮污染物浓度促使浮游植物具有较高的初级生产力,进而释放更多的DOC和DON,这可能是夏季DOC和DON浓度最高的主要原因.研究期内农业和居民区水体DOC浓度和DOC/DON值均显著高于森林区水体,农业区水体DON浓度显著高于森林和居民区水体;森林区水体DOC以内源途径产生为主且有较高的生物可利用性,而农业和居民区水体中外源DOC所占比例增大,水体DON有更高的生物可利用性;上述空间差异主要受人为活动的影响,农业生...     

流域氮素主要输出途径及变化特征

流域农业面源输出氮素是湖泊流域水体中氮的主要来源之一,对水环境安全造成了极大威胁.不同流域间地形、水文、植被覆盖等因子的差异及气象条件的变化,造成氮的输出途径具有流域异质性及时间变化特征.本研究以高原湖泊典型流域——凤羽河流域为例,基于2011-06~2013-05期间径流水量、水质高频监测数据,应用基流分割的方法,通过分析流域产流与氮素输出途径的季节性变化,探讨了流域氮素输出的主要途径及变化特征.结果表明,基流是高原湖泊流域水量输出的主要形式和总氮输出的主要途径;基流输出水量及总氮负荷分别占流域总输出水量的80. 0%和流域总氮输负荷的71. 1%;降雨显著增加了流域水量和总氮负荷的输出量,同时改变了总氮的输出途径;降雨导致地表径流量增加,进而使流域输出水量和总氮输出负荷中地表径流途径的比重升高;当地表径流占流域输出水量的比重约达40%以上时,流域总氮输出的主要途径由基流转变为地表径流;监测周期内,地表径流输出的总氮负荷占流域总输出负荷的比重最高达65. 6%.     

高原湖泊典型农业小流域氮、磷排放特征研究——以凤羽河小流域为例

通过对凤羽河小流域出水口断面进行定位连续监测,计算流域出水量和氮磷排放量,解析了流域氮磷排放量的时间变化特征,以期为小流域氮磷排放量计算、农业管理措施调控、削减流域氮磷排放量提供科学依据.结果表明,凤羽河小流域年度水流量为0.99亿m3,7—9月雨季水流量占全年的43.70%.小流域总氮(TN)的年排放量为139.8 t,可溶性总氮(DTN)是氮的主要排放形式,占TN的71.16%,颗粒态氮(PN)占TN的28.84%.小流域总磷(TP)的年排放量为27.7 t,颗粒态磷(PP)是磷的主要排放形式,占TP的76.47%,可溶性总磷(DTP)占TP的23.53%.7—9月雨季氮磷排放量占全年总量的比例分别为55.33%和77.81%.降雨是影响流域径流过程的重要因素,同时,流域内农业管理措施对径流量和氮磷排放具有较大影响.     

人类活动净氮输入时空变化特征及其影响因素——以香溪河流域为例

为了阐明人类活动对三峡库区第一大支流香溪河流域氮输入的影响程度,基于人类活动净氮输入（NANI）模型估算了2001~2015年间香溪河流域乡镇水平的人类活动净氮输入,分析了氮输入的主要来源及其动态变化.结果表明：时间尺度上,香溪河流域人类活动净氮输入（NANI）因氮素施用的变化而呈现先上升后下降最后上升的趋势,但2015年相对2001年的NANI下降了143kg N/（km²·a）;空间尺度上,香溪河流域NANI整体呈现北低南高的分布格局,其中NANI输入强度差异较大的区域主要有昭君镇、峡口镇和黄粮镇.从人类活动净氮输入的组成上来看,氮肥施用仍然是最主要的来源（40.06%）,其次为大气氮沉降（29.98%）和食品/饲料净氮输入（27.75%）,作物固氮仅占净氮输入总量的2.21%.香溪河流域的NANI与人口密度和耕地面积比例极显著相关（P<0.001）;而NANI与河流氮输出的相关性不显著,香溪河流域河流氮输出占NANI的比例仅为24.28%.因此,可以通过减少氮素施用降低流域尺度氮素净输入量,但该流域NANI与河流氮输出无直接的响应关系.     

A2/O工艺中溶解性有机氮的分子转化与生物有效性特征

本研究探究了厌氧/缺氧/好氧(A²/O)工艺沿程溶解性有机氮(DON)浓度分布及其分子转化规律,并运用多种方法表征了各单元污水DON的生物有效性特征.结果表明,DON浓度由进水(5.3±0.3)mg/L沿厌氧池、缺氧池分别下降至(2.0±0.1),(1.8±0.2)mg/L,而有意思的是好氧池中DON浓度反而升高至(1.9±0.1)mg/L,去除率竟为(-5.6±0.6)%.傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR-MS)分析DON分子组成特征显示,各单元活性DON分子(H/C≥1.5)占比为:厌氧池(38%)<缺氧池(41%)<好氧池(42%),表明好氧池出水DON最不稳定,易被受纳水体中藻类微生物摄取利用.同时在各单元产生的DON分子中,以蛋白/氨基糖类化合物为特征的微生物源DON占比沿程上升,由厌氧池24.77%分别上升至缺氧池29.12%、好氧池33.11%,表明微生物源DON分子是导致好氧池出水DON生物有效性升高的原因.进一步地,采用藻类生物测定厌氧池、缺氧池和好氧池沿程DON生物有效性,分别为(33.2±3.0)%、(34.9±7.0)%...     

高寒山区典型小流域河流溶解性有机碳输出的年内变化及其成因

高寒山区河流溶解性有机碳(DOC)的输出可能有别于北极、亚北极地区,但却少有人研究。选取青藏高原黑河上游的典型高寒小流域——葫芦沟流域为研究对象,通过流域出口处河水DOC浓度的连续观测,分析了河水DOC输出的季节性变化规律,并探讨了流域水文过程对河水DOC输出的影响。结果表明:河水的DOC通量与河道径流量的变化趋势一致,从冬季至春季逐渐降低,夏季急剧增高,秋季又逐渐降低;河水DOC浓度的变化则恰好相反,冬季时最高,春季时略有下降,夏季时急剧降至最低值,秋季再次增高;河水DOC的输出主要集中在夏、秋两季,7~11月份的输出量占河水DOC年输出总量的80%。各水源和流动路径对河水贡献比例的变化是导致上述季节性差异的深层机制:在夏季,低DOC浓度的冰川融水和山区产流对径流有更高的贡献,故河水具有较低的DOC含量,但因其流量远高于其他季节,故DOC通量为全年最高;秋季至初冬,高DOC浓度的寒甸带冻土层上水对径流贡献比例逐渐增大,导致河水的DOC浓度增高;冬季时,河水全部源于秋季时储存在平原区含水层中的高DOC浓度的地下水,故河水的DOC浓度最高;春季中后期,除秋季时储存起来的地下水外,具有较高DOC浓度和极低溶解性无机碳(DIC)浓度的寒甸带融雪水对河水也有一定贡献,故河水DOC浓度变化不大,但其DIC浓度明显降低。     

亚热带流域人类活动净氮输入与河流输出响应——以东江为例

流域人类活动导致的过量氮输入是造成河流氮污染问题的主要原因.本研究基于人类活动净氮输入(NANI)模型,采用县级面板数据,评估了东江流域人类活动净氮输入与河流氮输出的时空变化特征及其影响因素.结果表明：(1)2013—2020年东江流域的NANI无显著时间变化趋势,多年平均值为8511 kg·km^-2·a^-1,化肥是最主要的输入源,平均贡献率为57.4%,其次是大气氮沉降,平均贡献率为17.3%;(2)东江流域的人类活动净氮输入呈现沿干流集中分布的特点,且上、下游输入强度高于中游,寻乌水、贝岭水以及公庄河的局部集水区域的氮输入强度较高,人口密度和GDP是影响NANI空间分布的关键因素;(3)人类活动净氮输入与河流氮通量之间存在显著的指数和线性双重响应关系,其中,河流通量与NANI的线性响应斜率高达34.6%,在国内外大型河流中处于高位,表明在亚热带的特殊气候环境下,东江流域相同的氮输入负荷可引发更高的氮输出风险.     

中亚热带典型人工针叶林土壤溶解性有机碳浓度变化特征研究

土壤溶解性有机碳（DOC）是土壤有机碳库的活性组分,DOC降解影响土壤有机碳的迁移转化过程、生态系统的养分平衡和微生物的能源供给。当前大气氮沉降的增加是影响我国南方森林生态系统碳固定过程的重要因素,已引起各方广泛关注。论文基于中亚热带红壤丘陵区三种人工针叶林过去5 a 的施肥试验,重点分析了不同树种土壤DOC季节及0~30 cm土壤垂直剖面上的动态变化特征,对比分析了施肥对于不同人工林土壤DOC的影响。研究发现：① DOC浓度季节变化：湿地松林为秋季 >春季 >夏季 >冬季;马尾松林为秋季 >春季 >冬季 >夏季;杉木林为秋季>夏季>冬季>春季。DOC浓度剖面变化特征如下：湿地松林为10 cm>20 cm>30 cm;马尾松林为20 cm >10 cm >30 cm;杉木林为20 cm >30 cm >10 cm。②湿地松林土壤DOC浓度：施P肥 >对照 >施N+P肥 >施N肥;马尾松林土壤DOC浓度：对照、施N+P肥>施N肥>施P肥;杉木林：对照>施P肥>施N肥、施N+P肥。论文通过研究不同施肥条件下人工林DOC浓度在季节和剖面上的变化,可为了解大气氮沉降对中亚热带人工针叶林土壤DOC的可能影响提供重要的科学依据。     

缺水地区人类活动净氮输入与河流响应特征——以海河流域为例

人类活动净氮输入(NANI)是影响河流氮输出的重要因素,研究两者的响应关系对制定氮污染的削减策略具有重要意义.基于NANI核算模型,评估了海河流域人为氮输入强度,并采用实测数据估算了同期的河流氮输出,最终得到干旱缺水区河流氮输出对NANI的响应特征.结果表明,海河流域2008—2012年均NANI输入强度为13258 kg·km~(-2)·a~1,化肥施用、食品与饲料输入、大气沉降和农作物固氮分别占76%、17%、5%和2%;在空间分布上,黑龙港运东子流域的NANI负荷最高,达到24238 kg·km~(-2)·a~(-1),最小的是永定河子流域,为5320 kg·km~(-2)·a~(-1);海河流域主要河流的氮通量与子流域NANI输入呈现显著正相关关系(p0.05),NANI变化可解释67%的河流氮通量变化.然而,仅2%的NANI由河流输出,这一比例低于其他地区研究成果,表明缺水地区河流作为氮输出的功能被削弱,河流不是流域氮输出的主要途径.     

生物绳野外原位修复干旱-半干旱地区农业面源污水——以博斯腾湖流域农排污水为例

农业面源污染带来的咸化、富营养化是干旱-半干旱地区湖泊流域亟需解决的问题。为探讨生物绳修复技术对此类农业面源污水修复效果,选取了具有代表性的博斯腾湖流域农排污水,对其进行了为期5个月(2015年6—10月)的野外原位修复实验。结果表明,生物绳在此环境下可在2周内达到较高附着生物量,并在温度适宜的情况下维持稳定的营养盐去除效果。生物绳对TN、TP和PO3-4的平均去除率分别达到(25.86±19.09)%、(32.65±23.79)%和(24.42±35.73)%,出水水质达GB 3838—2002《地表水环境质量标准》湖泊类水质的Ⅲ类水平。但是生物绳原位修复技术对污水中的氨氮和盐度并无明显效果,在干旱-半干旱地区的应用具有一定局限性。     

鄱阳湖流域面源污染负荷模拟与氮和磷时空分布特征

基于气象、土壤、土地利用、数字高程模型和农业管理等数据基础上,对输入鄱阳湖赣江、抚河、信江、饶河、修水等"五河"上的7个水文站的径流、泥沙和面源氮(N)和磷(P)污染负荷进行参数的敏感性分析,利用实测数据对参数校准和验证,通过SWAT模型对2003—2012年十年间入湖的径流、泥沙和面源N、P污染负荷进行了模拟.2003—2012年面源总氮(TN)、总磷(TP)、硝氮(NO-3-N)、有机氮(ON)和有机磷(OP)面源污染负荷入湖特征呈现出:时间变化上,年际间变化大、年内集中在4—7月入湖,鄱阳湖N、P污染负荷主要来自于面源污染,入湖面源TN组份中NO-3-N所占比重较高,TP组份中OP所占比重较高的特征;空间分布上,"五河"中赣江流量和流域面积最大,流域各项面源N、P污染物入湖量最大;修水流量和流域面积最小,流域各项面源N、P污染物入湖量最小的特征.     

天山中部流域尺度森林变化水文响应定量分析——以乌鲁木齐河流域为例

为了对天山中部流域尺度森林变化水文响应进行定量分析,论文以乌鲁木齐河流域为研究区,基于流域1980-2013年水文气象资料,在分析流域径流变化规律的基础上,使用SWAT模型,根据天山云杉分布的生境限制因素,设定了5种不同的云杉分布情景,据此,确定不同丰枯年份云杉林变化对径流的影响。结果表明：1）SWAT模型能较好地模拟乌鲁木齐河流域月径流过程,在林地状况恒定的前提下,影响模型模拟的最敏感的参数为地表径流参数CN2,率定期与验证期R²和Ens均高于0.85,相对误差|Re|均小于5%,模型模拟精度较高;2）在相同气象条件下,丰水年、平水年、枯水年云杉林变化与径流呈线性相关,云杉林面积每增加1%,三种年份径流深分别减少0.06、0.05、0.04 mm,且在丰水年和平水年径流增加更显著;3）随着云杉林面积的减少直至消失（林地覆盖率由17.73%到0%）,情景间径流差异的变异系数、波动范围变化逐渐增大,其波动范围扩大5.1倍。山区云杉林的分布,可有效减少地表径流及其波动范围,这对年内径流分配不均的流域水资源稳定、对森林水源涵养功能的定量研究以及林区水资源科学调控和管理都具有重要意义。     

干旱区内陆河流域土地利用程度变化与生态安全评价——以新疆玛纳斯河流域为例

以天山北坡玛纳斯河流域为例,在遥感与GIS支持下揭示了流域1989-2002年间土地利用程度变化状况,并进一步对流域生态安全进行了综合评价,最后分析了土地利用程度变化与生态安全的关系。结果表明：①玛纳斯河流域土地利用程度稳定上升,土地利用总体处于发展时期;②1989-2002年,流域生态安全状况整体有所好转,但局部生态环境出现恶化趋势;③流域土地利用程度综合指数在18~100间的区域生态安全等级有所提高,由1989年主体属于中警状态提高到2002年的预警状态;④不同土地利用程度下流域在较安全和预警状态面积之和有以下顺序：Ⅴ＞Ⅳ＞Ⅰ＞Ⅵ＞Ⅲ＞Ⅱ,表明Ⅴ级土地利用程度区即林草地是流域生态恢复和重建的首选和重要组成部分,而沙地则是生态环境治理的难题和关键。最后,提出了通过提高低利用程度区的土地利用程度来确保生态安全的观点。     

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...     

城市旅游区降雨径流污染特征——以武汉动物园为例

选择武汉动物园旅游区具有代表性的5种汇水单元,对降雨径流水质水量进行了同步监测,研究了城市旅游区降雨径流污染过程,对比了裸露林地、草地林地、兽类泥土场院、禽类泥土场院及屋顶这5种汇水单元的年降雨径流污染物平均浓度,并计算了污染物的年污染负荷.研究结果表明,透水地表的水土流失是其降雨径流污染的主要原因,室外动物展览馆中动物排泄物在地面累积使场馆径流受到严重污染.城市旅游区中颗粒态是N、P污染物输出的主要形态.各汇水单元中,TN、DN、TP、DP、COD、SS的年污染负荷最高值分别为165、31.2、22.5、1.03、2216、8571 kg·hm-2·a-1.城市旅游区的土地景观利用方式是影响污染物输出的首要原因.     

小流域水环境管理——以宜兴湖滏镇为例

为了进行小流域水环境管理研究,使用SWAT模型对以面源输出为主的宜兴市湖滏流域进行研究.从社会经济发展与水环境的关系出发,耦合土地演化模型和水环境模拟模型并提出管理建议.首先,使用实测数据对SWAT模型进行了验证,确定其有效性;其后,计算了区内污染物输出水平及各污染源的贡献,并依据模拟结果提出了具体管理建议;再后,在GIS技术的支持下,使用马尔科夫链模型对土地覆被的演化进行模拟;最后,耦合两大模型对社会经济发展造成的水环境影响进行研究,预测了可能的污染物输出,并评价社会经济发展的影响.     

典型山地城市河流营养元素空间分布特征及影响因素分析:以重庆市清水溪为例

城市地表水水环境问题严重制约城市的进一步发展和市民对美好生活的向往,因此广受社会各方关注.由于地形特殊,与平原城市相比,山地城市地表水水环境特征及污染问题有其自身特点.在2019年8月和10月两次通过采集位于重庆市主城区典型山地城市河流——清水溪干支流地表水和干流河底沉积物,并监测地表水、沉积物样品中碳、氮和磷等营养元素以及其它基本理化指标.结果表明,现阶段清水溪地表水属劣Ⅴ类,在综合污染指数评价体系中属严重污染级别.在所有水质指标中,NH⁺₄和TP超标最为严重.清水溪地表水水质呈现出支流优于干流、降雨期优于非降雨期的时空分布特征.污染源、尾水/支流汇入和河流自净能力共同决定了营养元素在清水溪干流地表水中的空间分布规律.源头污水直排和中下游的污水溢流等点源污染是清水溪干流地表水最主要的污染源,面源污染对水质的影响有限,河底沉积物在河流处于不同的水量条件下会发生营养元素“汇”与“源”间的相互转化,体现出内源污染的复杂性.支流/污水处理站尾水汇入的稀释作用,以及由于山地河流地表水中高DO导致其较高的自净能力,使得干流地表水水质向下游有逐步改善的趋...     

中小河流域水污染问题及治理路径——以浏阳河为例

中小河流域被视为通向田间的最后一公里,当前除了需要治理已有的污染外,还要防止新污染的发生,从根上治理污染。我国中小河流数目众多,而且从河流所处位置来看这些中小河流域与农村、农业、农民离得更近,甚至就是通向田间的最后一公里。改革开放以来,国家加大了水利投入力度,尤其是在大江大河方面。如今这些治理已见成效,而最关系到农民生活、农业生产的中小河流所存在的问题就显得尤为突出。尤其是随着经济     

干旱区水资源承载能力综合评价研究——以新疆和田河流域为例

本文以新疆和田河流域为例,重点探讨了我国西北干旱区水资源承载能力综合评价的方法,并将模糊综合评判方法应用于该研究,建立了分析评价模型。最后应用该模型对和田河流域水资源承载能力进行了评价研究。从而为该流域水资源合理利用提供了决策依据。同时,本研究也为干旱区水资源承载能力研究提供了经验和模式。     

城市污水氮污染排放特征及来源探讨——以北京市海淀区为例

污水处理厂是城市重要的氮移除系统,同时也是潜在的氮污染源.研究城市污水处理过程中的点源氮污染物排放特征及其潜在可能性来源,有助于理解城市化过程中污染性氮素的循环过程.本文选择北京市城市化程度较高的海淀区,对服务此区域的污水处理厂进行为期1年的定点采样,分析区域污水处理过程中氮污染排放规律,并探讨其可能来源.研究结果表明,研究区城市污水中氮浓度具有显著的月变化特征,城市污水TN浓度呈现缓慢增长后递减趋势,变化范围在34.975~59.987 mg·L-1之间;从四季整体来看,TN在中午11:00—13:00和傍晚18:00—21:00浓度值较高.城市污水氮污染物主要以NH+4-N形态存在,而排河尾水中以NO-3-N形态为主.月均每人导致的污水氮污染排放量为0.95kg,峰值出现在12月;污水处理过程中氮污染排放率在寒冷季较高;更为先进的污水处理技术有助于减少处理过程中产生的氮污染排放.寒冷季是1年中控制污水氮污染排放的重要时期.稳定氮同位素溯源方法初步表明,城市污水氮来源呈现季节差异,春、夏、冬季潜在来源包括生活黑水及大气降雨,而当年秋季主要来源是生活黑水.从源头上提高生活黑水的资源化率,有助于城市污水氮污染排放的实际削减.