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.     

鄱阳湖流域人为氮磷输入演变及湖泊水环境响应

人类活动导致的氮磷营养盐富集是我国湖泊富营养化问题形成的重要驱动力.鄱阳湖是我国最大的淡水湖泊,随着流域经济社会的迅速发展,湖体营养盐水平上升,降低了鄱阳湖及长江中下游地区的水环境质量.然而,人类对鄱阳湖流域氮磷输入的影响程度尚不明确,湖体氮磷浓度与流域人为氮磷输入的关系也缺乏定量研究.因此,本研究基于人为净氮输入模型(NANI)、人为净磷输入模型(NAPI)和多元统计回归模型,评估了鄱阳湖流域1949—2013年人类活动导致的氮磷输入量,构建了人为氮磷输入与湖泊氮磷浓度的响应模型.结果表明,研究期内鄱阳湖流域的人为净氮输入和人为净磷输入分别增长6倍和15倍,化肥施用是20世纪80年代以来的主要增长因子;鄱阳湖氮磷浓度与流域人为氮磷输入显著相关,根据多元回归模型的可决系数,NANI可解释88%的湖体TN浓度变化,NAPI和湖泊平均水位可解释64%的TP浓度变化.提高氮磷的循环利用率同时维持湖泊生态水位对于降低鄱阳湖富营养化水平具有重要意义.     

千岛湖流域杭州段人类活动净氮、净磷输入时空分布

为探究人类活动对流域氮磷输入的影响,基于人类活动净氮、净磷输入模型(NANI、NAPI),分析了2008～2017年千岛湖流域杭州段氮磷输入的时空变化特征及驱动因素.结果表明:年际NANI值呈上升的趋势,10a平均值为2230kg/(km2·a);年际NAPI值呈先上升后持续下降趋势(峰值出现在2011年).各子单元空...     

不同生态类型区对人类活动净氮输入的影响——以北方农牧交错带为例

为探究中国北方农牧交错带在不同生态类型区人类活动对净氮输入的影响,基于人类活动净氮输入模型(NANI),以北方农牧交错带7省、23地级市的统计数据及相关参数,分析1985～2020年NANI的时空分布特征及影响因素.结果表明:1985～2020年研究区NANI呈先上升后下降趋势,河北省贡献最高.黄土丘陵沟壑水土流失区与北方农牧交错带NANI年际变化一致、京津冀水源涵养区和长城沿线沙化退化区NANI年际变化值呈上升趋势.空间分布呈由西北向东南逐渐降低的趋势.从输入组分来看,研究区最大贡献源为氮肥施用(30.34%～56.29%),其次是大气氮沉降(31.20%～47.23%),黄土丘陵沟壑水土流失区主要输入组分为氮肥施用和食品/饲料氮输入(累计76.46%～85.14%).对北方农牧交错带NANI影响最大的两个因素为人口密度和畜禽量.因此,中国北方农牧交错带的农业结构调整需结合分区进行管控,调整氮肥使用策略和畜禽养殖模式,促进区域农牧业与生态环境之间的深度融合.     

1980~2010年浙江某典型河流硝态氮通量对净人类活动氮输入的动态响应

以浙江某典型流域为研究对象,基于1980～2010年的水质水量和氮源数据及LOADEST模型,估算了逐年河流NO-3-N通量和净人类活动氮输入(NANI),分析了河流NO-3-N通量和NANI的年际演化特征及其动态响应关系,探讨了每年NANI、滞留氮库、自然背景源对河流NO-3-N通量的贡献.结果表明,1980～2010年,河流NO-3-N通量和NANI总体上都呈现出先增后减的抛物线型变化趋势,均在1998年左右分别达到峰值5.74 kg·(hm2·a)-1和77.5 kg·(hm2·a)-1;过去31 a,河流NO-3-N通量和NANI分别净增加了～42%和～77%.化肥氮和大气氮沉降是NANI的主要来源,分别占了NANI的～48%和～40%.河流NO-3-N通量的年际变化不仅与NAIN(R2=0.27**)和化肥氮输入量(R2=0.32**)显著相关,而且与河流年均流量(R2=0.79**)或降雨量(R2=0.63**)具有更强的相关性,意味着河流NO-3-N的来源除了当年的NAIN,还受滞留氮库的影响.所建立的以NANI和流量为自变量的回归模型能很好地模拟河流NO-3-N通量变化(R2=0.94**).该模型预测结果显示,在NANI和流量分别降低30%的情况下,河流年均NO-3-N通量将分别减少～21%和～30%;每年的NANI、滞留氮库、自然背景源对河流当年NO-3-N通量的贡献率分别为～53%、～24%、～23%.河流NO-3-N通量长期的年际变化是NANI和水文要素共同作用的结果;但是,由于滞留氮库的影响,与源控制方式相比,增加"汇"景观应该能更加快速地削减河流NO-3-N通量.     

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.     

湖北省2008~2017年人类活动净氮输入状况

为探究湖北省人类净氮输入状况,本文基于湖北省14个地级市（省直辖县）行政单元统计数据,利用人类活动净氮输入（NANI）模型,核算湖北省2008~2017年的人类活动净氮输入量.结果表明,湖北省10a平均NANI值为15929.43kg/（km²·a）.湖北总NANI值随时间呈现出先增长后下降的趋势,其中2013年达到16959.93kg/（km²·a）.在空间分布上,湖北省中东部地区（襄阳、荆门、荆州、随州、孝感、武汉、鄂州、黄冈、省直辖县）的NANI值显著高于西部地区（十堰、宜昌、恩施自治州）;氮源结构上,氮肥输入（年均贡献比例60.58%）是最大输入项,其次分别为食品/饲料净氮输入（24.85%）、生物固氮（8.16%）、大气氮沉降（6.25%）和种子氮输入（0.18%）.因此,减少化肥投入,提高农业产出投入比,同时合理控制人口密度,是减少区域内净氮负荷量,降低氮素污染的有效措施.     

三峡库区人类活动净氮输入量估算及其影响因素

建立包括食品/饲料,氮肥,大气沉降和生物固氮4部分的人类活动净氮输入模型（NANI）,采用单因素方差分析法（one-way ANOVA）和灰色关联度法,研究2006~2016年三峡库区人类活动净氮输入估量的时空分布、组成特征及其贡献率、影响因素.结果表明：（1）三峡库区的NANI估量存在明显的时空差异特征,从2006年的10715.2kg/（km²·a）到2016年的11974.1kg/（km²·a）,整体呈现先线性上升后下降的年际变化趋势,以及库首,库尾高,库区腹地低且南部高,北部低的空间分布特征.（2）三峡库区的NANI的组成中,氮肥施用量所占比重最大为50%~56%,是主要输入源,其次是大气氮沉降量,所占比重为22%~24%;相关性分析中,氮肥施用量与NANI相关性最强,R²达到了0.81（P<0.0001）.（3）人口密度,粮食产量,农业生产总值和地区生产总值等与NANI的关联度均较高,分别为0.901,0.867,0.794,0.689,NANI值随人口密度的增大而增大,但当人口密度到达一定值（500人/km²）时,其值不再变化;NANI值随着耕地面积的增加而增大,随着森林面积的增加而减小.     

洱海流域乡镇尺度上人类活动对净氮输入量的影响

人类活动引起的氮素过量输入已经成为引起水体富营养化及其他生态危害的主要原因.为了研究人类活动对流域氮素的影响,本文基于洱海流域16个乡镇行政单元的统计数据,考虑流动人口的影响,利用NANI模型估算洱海流域乡镇尺度的人类活动净氮输入量(net anthropogenic nitrogen inputs,NANI).结果表明,2014年洱海流域NANI总量为29.81×10~3t,单位面积输入强度(以氮计)为10 986 kg·(km~2·a)-1,显著高于我国平均水平.当地旅游人口带入的食品氮输入为0.26×10~3t,占到了流域居民食品氮输入的8%.从氮素的输入量的构成来看,肥料输入是最大的贡献源,占到了流域净氮输入的47%,其次为食品饲料的净氮输入.在空间分布上,乡镇单元的NANI分布呈现明显区域化特征,从流域整体上看呈现北高南低的特点.耕地或人口集中的乡镇NANI强度偏高,洱海流域具有较大的氮素污染风险.     

1952-2016年长江经济带天然与人为氮输入时空演变

过量氮输入是水体氮污染的关键驱动因子，解析氮输入的结构和时空变化模式成为氮素环境管理的重要基础和难点.基于1952—2016年长江经济带各地区氮活动数据，分别构建了天然氮输入和人为氮输入模型，评估了氮输入负荷的时空变化特征.结果表明：①长江经济带氮输入负荷总体越过EKC曲线拐点进入由增长向下降的发展阶段，拐点出现在人均GDP为35777~36299元·人^-1时，发生时间为"十二五"时期，主要原因是化肥和食物输入下降；②氮输入负荷存在显著的时空差异，东部地区表现为倒U型，中部为S型，西部为J型，表明氮负荷存在从东向西的空间转移，西部地区成为氮输入负荷增长的热点地区，这与东部地区化肥施用量下降有关；③人为输入是长江经济带氮输入的主要来源，输入量及其占总输入的比例均呈现显著的增长趋势，空间上表现为从西到东部逐步递增的变化规律，与氮驱动力分布一致；④植被的多年平均固氮量为1771 kg·km^-2·a^-1，其中，非农作物的固氮速率为763 kg·km^-2·a^-1，植被固氮量的年际波动较小，天然输入对长江经济带总体氮输入影响较小.     

1980~2015年长江流域净人为氮输入与河流氮输出动态特征

为推进长江氮污染的精准防治,分析了 1980～2015年的净人为氮输入量(net anthropogenic nitrogen inputs,NANI)和大通站河流可溶性无机氮(DIN)输出通量的年际动态变化特征,构建了定量描述两者之间动态响应关系的多元回归模型,识别了河流DIN来源组成.结果表明,1980～2015年期间,长江流域NANI(以N计)从1980年的4 166 kg·(km2·a)-1持续增加至2015年的8 571 kg·(km2·a)-1,人口密度和畜禽养殖密度增加是NANI快速增加的主要原因.化肥氮和净食物/饲料氮输入是NANI的主要来源,69％的NANI进入农林地(NANIN),31％的NANI进入人居地(NANIP).长江DIN输出通量(以N计)由1980年的455 kg·(km2·a)-l持续增加到了 2015年的1 811 kg·(km2·a)-1.长江DIN输出通量的时间变化不仅与NANI及其组分密切相关,而且受到遗留氮库和建坝库容的影响.基于NANIN、NANIp和建库容量的多元非线性回归模型能解释长江DIN输出通量92％的时间变异性.该模型估算结果显示当年NANI、遗留氮库和自然背景源对长江DIN输出通量的36 a平均贡献率分别为58％、36％和6％.因此,加强NANI和遗留氮协同管理是有效控制长江氮污染的关键.     

河南省人类活动净氮输入量与参数影响研究

为探究平原地区粮食主产区人类活动净氮输入量特征及其参数对估算结果的影响,以河南省为研究区,收集整理1990~2015年县级统计数据及NANI模型参数,对NANI的时空分布特征、变化趋势以及参数对估算结果的影响进行分析.结果表明：（1）时间尺度上看,1990~2015年河南省NANI呈升高趋势,1990、1995、2000、2005、2010、2015年NANI分别为14347、19146、21466、24251、23711、26156kg/（km²·a）,化肥施用为主要贡献因子,占比为63.56%,其次是食品/饲料净氮输入量,占比14.81%;空间尺度上看,河南省NANI较高的县市主要分布在中部和东部的平原地区,而西部山地丘陵地区县市NANI较低.（2）NANI模型输入组分中受参数影响最大的是食品/饲料净氮输入量,与选用适宜参数估算结果相比较,该项变化范围在-23.1%~71.3%,作物固氮量变化范围在-31.2%~41.2%,化肥氮输入量变化范围在-2.8%~4.5%.     

气候变化对小流域氮、磷通量的影响——以延安市河流流域为例

采用外源污染物负荷模型和流域氮、磷通量核算模型,结合流域土地利用和气象数据,在延安市4条河流流域建立了流域氮、磷负荷经验模型,分析流域氮、磷通量与净人为氮、磷输入量,降水量,土地利用类型等因子之间的响应关系。结果表明:净人为氮、磷输入量,降水量和土地利用类型变化是氮、磷通量变化的主要原因,其中降水量可以分别解释流域氮、磷通量变化的25.67%和18.29%,降水量的增加会显著增加氮、磷通量;利用区域气候模式数据模拟了近期和远期不同发展情景下流域氮、磷通量的变化情况,在气候变化的驱动下,即使净人为氮、磷输入量和土地利用类型保持现状不变,氮、磷通量在远期预测中仍会呈增加趋势,林地面积的增加可以在一定程度上减缓降水对氮、磷通量的影响。气候变化和人类活动均会对流域氮、磷通量产生影响,在制定流域氮、磷削减方案时,需要考虑气候变化对方案效果的影响。     

流域溶解有机氮输出特征与迁移路径研究——以凤羽河流域为例

为研究流域溶解性有机氮的输出特征,在云南省西部大理白族自治州洱源县的凤羽河流域出口进行了水质水量连续监测,收集了2011年1月-2013年12月连续的逐日水量监测数据和777个的水质监测数据.采用了LOADEST负荷估算方法和基流分割方法研究了凤羽河流域DON输出特征与水文迁移路径.结果表明:(1)汛期与非汛期降雨量的变化对流域DON负荷的输出变化影响显著;(2) LOADEST负荷估算结果表明8月份DON负荷流失最多,达到3110.6kg,其次分别为9和7月,约2604.9和2540.2kg,表明汛期为DON负荷流失的关键期;(3)基流分割结果表明基流输出DON占流域DON总负荷的60.0%～96.0%,从而表明2011～2013年凤羽河流域DON的流失途径主要是基流.     

人类活动对流域生态健康影响风险评估方法研究:以呼伦湖流域为例

随着社会经济的快速发展,我国多数流域受到了不同程度的人类活动影响,并导致了水体污染、生物多样性退化等一系列问题,流域生态系统健康已成为制约我国经济社会可持续发展的突出因素之一.因此,开展人类活动对流域生态健康影响风险评估方法研究具有重要意义,也将对我国未来流域生态环境保护及建设的决策指导起到重要的作用.该研究以旱寒区呼伦湖流域为研究对象,基于人类活动、生态格局、生态功能和生态压力等多个角度,通过构建科学合理的流域人类活动-生态系统评价指标体系,并结合交互风险评估矩阵,开展人类活动对流域生态健康影响风险评估.结果表明:①呼伦湖流域GDP和人口主要分布在海拉尔区和满洲里市周边,其他区域GDP强度和人口强度较低;②呼伦湖流域GDP强度指标有2个子流域分别处于40~60和60~80之间,人口强度指标有1个子流域处于60~80之间,2个子流域处于40~60之间,生态系统指标有8个子流域处于60~80之间,其余子流域均大于80;③呼伦湖流域32个子流域中,有30个子流域处于低风险状态,面积占全区域的98.62%,另有2个子流域处于中等风险状态,面积占全流域的1.38%,研究区域内无高风险子流域.研究显示,该研究提出的评估方法可以有效评估人类活动对流域生态健康影响的风险,有助于明确流域生态健康主要影响因素及系统变化的内在驱动机制,从而为流域尺度生态环境保护及可持续发展提供理论依据与技术支持.      

城市化对自然河流微量元素的影响研究——以赤水河流域为例

赤水河是长江流域重要的鱼类繁殖区,也是我国白酒生产的重要基地,具有重要的生态意义。赤水河生态环境总体良好,有相对较低的环境背景值,微量元素可较为“敏感”地反映该区域自然和人为过程对水环境的影响。为了解赤水河流域人为活动对河流微量元素的潜在影响,于2017年枯、丰水期采集赤水河干流34个表层水样,分析了Li、Sr、As、Cd、Zn和Sb 6种微量元素。分别采用单因素方差分析(ANOVA)和主成分分析(PCA)探究其微量元素的时空特征和主要来源。结果表明：As在丰水期显著大于枯水期,Zn和Sb在枯水期显著大于丰水期,其它元素无显著差异。Li、Sr、Cd、Sb在赤水河上、中、下游存在显著差异,Cd在上游浓度最高,Li、Sr、Sb在中游浓度最高。Zn和Sb在中游的升高主要来自城市活动的人为输入。Li和Sr在中游的升高受天然地质背景和城市输入叠加的影响。As和Cd在上游相对较高的浓度主要受西南喀斯特地区高地质背景的控制,同时在中游伴有城市废水的贡献。城镇化进程中的人为输入是赤水河中游Zn、Sb、Li、Sr显著升高的主要原因。     

长江中下游典型硅酸盐岩流域自然风化与人类活动影响下的水化学特征-以抚河流域为例

抚河汇流于中国第一大淡水湖鄱阳湖,也是长江中下游的重要支流,其河流水化学组成代表了典型的硅酸盐岩地区河流风化特征.本研究于2019年1月对抚河流域进行了系统的采样分析,通过离子的主成分分析、离子比值分析等方法对流域河水水化学空间变化、控制因素和主要离子来源进行了研究.结果表明,K+、Na+和HCO3-为抚河流域水体的主...     

生态系统服务价值与人类活动强度关联性分析及权衡——以淇河流域为例

以淇河流域为研究对象,利用2000~2015年土地利用/覆被数据,结合当量因子法修正中国陆地不同生态系统服务价值当量表,采用双变量相关分析法和生态系统服务权衡模型分析生态系统服务权衡协同关系,引入人类活动强度指数评估模型分析人类活动影响空间特征,运用空间自相关探讨人类活动影响与生态系统服务价值的空间关联性及LISA聚类分析.结果表明：（1）2000~2015年淇河流域生态系统服务价值呈下降趋势,2010年生态系统服务最低（19.29亿元）,废物处理平均价值最大（3.68亿元）,娱乐文化平均价值最小（0.81亿元）;（2）从生态系统权衡协同关系来看,两种相关性分析均表明研究区生态系统服务以协同关系为主,由线性关系发现供给服务、调节服务与支持服务呈现为互为增益的协同关系,文化服务与支持服务、供给服务、调节服务分别表现为此消彼长的权衡关系,生态系统服务权衡协同度表明土壤保持和原材料及土壤保持和生物多样性协同度最高（4.4）,权衡度最高（-5.2）为水源涵养和原材料、水源涵养和生物多样性;（3）淇河流域人类活动强度空间分异显著,流域下游人类活动影响强度明显高于上游地区,人类活动强度与生态系统服务价值空间相关性由正相关转向负相关.     

人类活动影响下水化学特征的影响: 以西江中上游流域为例

对西江中上游3个代表性断面进行一个完整水文年每月3次的观测和取样,利用水化学、流量等数据,探讨自然过程和人为活动影响下的河流水化学演化过程.对研究区116个水样的水化学特征进行分析.研究区的类型为HCO-3-Ca2+型,化学风化类型主要属于岩石风化,Ca2+和HCO-3是主要的阳离子和阴离子,反映了岩溶地区河水化学特征主要受碳酸盐岩溶解影响.Na+、Mg2+、Ca2+、Cl-主要受自然条件控制,人类活动影响对其影响不大.K+、NO-3、SO2-4、HCO-3不同程度地受到人类活动的影响并且显示出不同的影响途径.本研究对我国南方季风区河流水化学变化、水质特征、下游珠江物质输送通量的影响、水质保护具有重要意义.