推进农业节能减排的技术创新——农业清洁生产

目前,农业面源污染非常严重,主要原因之一是不科学施肥造成氮、磷的大量流失.调查结果表明施入的氮素只有30%～40%被作物吸收利用,20%被土壤微生物固定在土壤中,而40%～50%不被利用而流失进入地表水.     

小流域农业面源氮污染时空特征及与土壤呼吸硝化关系分析

土壤呼吸与硝化特性是控制土壤生态系统中氮素转化和面源氮流失的关键因子,也是土壤氮循环的重要组成部分.选取位于巢湖北部的柘皋河流域作为案例研究区,应用BaPS技术测定林地和农田土壤呼吸、硝化和反硝化特性,运用SWAT模型分析农业面源氮污染输出的时空特征,并初步探讨土壤呼吸和硝化特性与农业面源氮污染的相互作用关系.结果表明,由于土地利用和施肥量的变化,1996~2012年间的年均和月均面源氮污染负荷明显大于1980~1995年间的模拟结果,不同月份的面源氮污染输出负荷均存在显著性差异,月均氮负荷受降雨量影响密切.1996~2012年流域面源总氮流失平均负荷为10.40 kg·hm-2,明显大于1980~1995年的8.10 kg·hm-2,方差分析表明两个时期面源总氮流失负荷的空间分布存在一定的差异.林地的呼吸速率远大于农田的呼吸速率.农田较高的总硝化速率和反硝化速率导致土壤氮库中的氮素减少,从而在一定程度上使得面源氮污染的输出负荷减小.农田土壤的总硝化速率大于反硝化速率,导致农田硝态氮的面源污染流失量增加,而有机氮的流失量有所减少.因此,土壤呼吸与硝化特性的研究有利于从土壤生物学角度深入分析土壤氮循环,对农业面源氮污染的防治具有重要的理论和现实意义.     

海河流域农业面源污染潜在风险识别方法

在综合分析农业面源污染风险源汇因子的基础上,筛选出影响海河流域农业面源污染的8个主要因子（年降水量、溶解态面源污染物入河系数、吸附态面源污染物入河系数、年植被覆盖度、坡度、土壤可侵蚀性因子、农田氮表观平衡量和农田磷表观平衡量）,建立了农业面源污染潜在风险识别指标体系,采用多因子综合分析法对海河流域农业面源污染潜在风险等级进行评价,并与DPeRS模型风险识别结果进行偏差分析.结果表明,海河流域有61.91%的区域存在农业面源污染潜在风险,集中分布在流域的中部和南部地区,高风险区主要分布在北京市东南部、天津市中部、流域山东段东北部和河南段南部等区域;与DPeRS模型识别结果对比验证,显示同一风险等级面积相差不超过12%,且高风险级别面积相差仅为0.12%,97.17%以上的区域均为偏差小或无偏差,表明该识别方法具有与DPeRS模型法同等水平的农业面源污染潜在风险识别精准度,可实现区域农业面源污染潜在风险的快速、高效识别.     

滇池流域农村面源污染状况分析

对滇池流域沿湖2km内、15个乡镇农村面源污染状况进行了调查研究与分析。结果表明:研究区化肥、农药的施用强度均高于全国平均水平。化肥的过量施用是农村面源氮、磷流失的主要原因,分别占95%和93%,农村生活污水对氮、磷流失的贡献率为3%,农村固体废弃物分别为2%和4%。针对存在的问题,提出了防治农村面源污染的一些具体对策和建议。     

基于同位素示踪方法的东江流域氮素分布特征和来源解析

为了探明东江流域氮素污染现状及氮素污染来源,在东江流域设置31个采样点位,于2020年枯水期（1月）和丰水期（7月）进行水体样品和主要污染源样品的采集及检测,结合氮氧双稳定同位素及SIAR模型,绘制典型污染源的δ15N、δ18O特征分布图并估算其贡献率,定量分析识别氮素来源,从而对东江流域的氮负荷进行更加有效地控制.结果表明：(1)东江流域氮素污染以支流区最为严重,其次为源头区,这两个区域的水质均达到地表水环境质量标准（GB3838-2002）氨氮浓度的Ⅲ类水平,相比之下,上游区、中游区污染较轻,且氨氮浓度能达到地表水环境质量标准的II类水平.(2)东江流域氮素以硝态氮为主要赋存形态,枯水期、丰水期各研究区域内硝态氮占总氮的比例分别为43.29%～74.83%、65.51%～80.08%.(3)东江流域枯水期生活污水是主要的污染来源,贡献率为44.45%～61.39%,丰水期降雨径流是主要的污染来源,贡献率为36.67%～46.11%,究其原因跟流域内不同水文期降雨量大小和河道水量有关.(4)氮素浓度在丰水期和枯水期之间存在明显差异,且从2009年至今,水体氮素污染程度呈现加重趋势,建...     

苏南太湖水系农业面源污染及其控制对策研究

提出并应用了差额污染负荷量的概念，建立了平原水网地区大面积集水区网络试验法，并设计了可以覆盖苏南太湖地区的７种类型水、旱田网络试验区、通过点面结合，室内外试验配合，采用１５＾Ｎ同位素示踪技术进行农田氮素流失模拟试验等研究，结果表明，农业面源氮素污染负荷量随年降水量和灌溉量的增加而增大；浅层地下水硝态氮的污染负荷量与氮肥的施用量呈正相关；稻田氮素污染负荷量显地高于旱田；农业面源磷素污染差额总负荷量     

东江湖流域农业面源污染负荷研究

水土流失是吸附态氮磷污染输出的主要方式,也是面源污染评估的重要环节。以东江湖流域为主要研究区域,采用土壤侵蚀经验模型和氮磷污染负荷经验模型对研究区的吸附态氮磷污染负荷进行了估算,重点提取并分析了耕地面源污染负荷,并划分出农业面源污染重点控制区,为流域农业面源的氮磷流失防治提供理论依据。结果表明,东江湖流域农业面源污染土壤侵蚀总量为144.7万t,吸附态氮磷的流失总量分别为2 658.3和504.1 t,其中旱地吸附态氮磷流失风险高于水田;由化肥施用而产生的吸附态氮磷流失量分别为1 561.9和215.4 t,分别占耕地吸附态氮磷流失总量的58.8%和42.7%;东江湖流域农业面源污染防治的主要区域包括沤江区、浙水区以及主要河流入湖的环湖区。     

太湖流域农田生产-畜禽养殖系统氮素流动特征

为应对太湖严峻的水体富营养化现状,从源头上降低面源污染负荷,基于物质流分析法与质量守恒原理,研究了常熟市辛庄镇农田生产-畜禽养殖系统的氮素流动通量、流动效率及环境负荷,并用实测值进行了参数校正. 结果表明:2000—2012年,辛庄镇农田生产子系统的单位面积氮素流动通量呈下降趋势,而畜禽养殖子系统的单位面积氮素流动通量则在42.5~50.9 kg/hm2范围内持续波动. 氮素利用率与氮素循环利用率均较低,氮素环境损失率较高,系统损失的氮素中有54.5%进入周围水体. 2000年以来,作物种植与畜禽养殖对辛庄镇环境氮负荷的贡献率分别在38.8%~50.2%与25.4%~35.8%之间波动. 辛庄镇农田施氮量为310.8 kg/hm2,人畜排泄氮量为61.1 kg/hm2,分别远高于全国平均值(197.2和18.6 kg/hm2). 过量施用化学氮肥与畜禽粪便的大量排放是辛庄镇环境氮负荷加重的主要原因. 辛庄镇高投入高产出的农业生产方式加大了太湖水环境修复的难度. 建议调整作物种植与畜禽养殖结构,推广科学施肥与生态养殖,将农田生产与畜禽养殖结合形成产业链,以此减轻氮素环境负荷.      

自然降雨下蔬菜地土壤侵蚀及氮素流失特征

为探究自然降雨下露天蔬菜地土壤侵蚀及氮素养分流失特征,基于径流小区原位观测试验,设置叶菜类和果菜类这2种处理,测定次降雨下不同类型蔬菜地坡面地表径流、侵蚀及其氮素(铵态氮和硝态氮)流失量,探讨露天蔬菜种植坡面土壤侵蚀及氮素流失特征及影响因素.结果表明：(1)果菜类(茄子-辣椒)蔬菜地的地表径流、侵蚀量及铵态氮、硝态氮流失量显著高于叶菜类(油麦菜-红薯叶),是后者的1.27～2.00倍.不同处理下第二季蔬菜坡面地表径流、侵蚀及其铵态氮和硝态氮流失占总流失量的50.86%～68.83%,是第一季蔬菜的1.03～2.04倍.蔬菜地坡面地表径流、侵蚀及其氮素流失集中在6月和7月,地表径流和侵蚀泥沙中氮素主要以地表径流中的硝态氮形式流失.(2)次降雨下,不同处理蔬菜地坡面地表径流、侵蚀及其养分流失在蔬菜生长期内呈波动变化,且流失量主要集中在几场典型降雨.整体上不同处理下第一季蔬菜地表径流和侵蚀泥沙中硝态氮和铵态氮流失量及含量低于第二季蔬菜,果菜类地表径流、侵蚀量及铵态氮、硝态氮流失量高于叶菜类.(3)蔬菜地坡面地表径流、侵蚀及其铵态氮和硝态氮流失量与降雨量和最大30 min降雨强度等降雨参数呈极...     

滦河流域TN浓度时空变化特征与影响因素分析

水体中氮元素浓度过高是影响河流水环境的重要因素之一.为深入了解滦河流域TN浓度时空变化特征,本研究基于2018-2022年滦河流域TN浓度逐月监测数据,通过空间聚类分析将该流域划分为源头区、中上游区和下游区,开展TN浓度时空分布特征及变化规律研究;通过探究TN浓度与降雨量、径流量、地下水埋深的关系,分析TN浓度变化的影响因素.结果表明：(1)滦河流域TN浓度源头区水质状况良好,TN浓度保持在1.86 mg/L左右;中上游区TN浓度较高,浓度最高断面超过10 mg/L,这与该区域人口聚集、畜禽养殖及农业面源污染等问题有关;下游区受到潘大水库对中上游汇水的调节,TN浓度较中上游区有所下降,稳定在5 mg/L左右.(2)滦河流域TN浓度受降雨量影响显著,月降雨量小于250 mm时,TN浓度与降雨量呈较强负相关,呈现TN浓度随降雨量增大而减少的趋势;月降雨量大于250 mm时,土壤中的氮素受到冲刷被释放,河流中TN浓度随降雨量的增大而升高.(3)潘大水库的调蓄作用对水库下游的TN浓度影响显著,水库的大量泄水会极大增加河道径流,使水库底层沉积物中的氮素释放,从而增大河流中的TN浓度.(4)滦河流...     

基于DPeRS模型的西安市农业空间面源污染特征解析

研究采用遥感分布式面源污染评估(DPeRS)模型,量化西安市2020年农业空间面源污染负荷排放量和入河量,对面源污染空间分布特征进行了解析,识别出西安市农业空间主要面源污染类型,提出了针对性的面源污染防治建议。结果表明：西安市农业空间农田氮磷盈余量较大且分布范围广;面源污染排放量空间分布差异明显,高值区主要分布在阎良区东部、高陵区东部、周至县和长安区平原地区、临潼区和蓝田县骊山丘陵地区,氮面源污染受农村生活影响较大,磷面源污染受水土流失影响较大;农业空间氮、磷面源污染入河量空间分布规律相似,但含量相差较大,高值区主要位于阎良区东部、临潼区中部和北部、蓝田县骊山丘陵地区、周至县中东部平原地区、秦岭浅山地区及部分峪道两侧。     

紫色土旱坡地油菜/玉米轮作下氮流失的年际变化特征

明确三峡库区紫色土旱坡地氮流失的年际变化特征,为库区的施肥管理措施和面源污染治理提供参考.依托中国科学院成都山地灾害与环境研究所三峡库区试验站,于2018～2020年连续3 a设置不施肥(CK)、常规施肥(F)、优化施肥(OF)、化肥减量配施生物炭(BF)和化肥减量配施秸秆覆盖(SF)5种处理,研究紫色土旱坡地在油菜-玉米轮作模式下氮流失的年际变化特征.结果表明：(1)三峡库区紫色土旱坡地地表径流主要发生在5月和8月,壤中流主要发生在6～10月. 2018～2020年降雨量逐年增加,各处理地表径流产流量逐年减少,壤中流产流量大致呈逐年增加的趋势,年尺度下,壤中流产流量和产流次数均高于地表径流.(2)2018～2020年每年各形态氮的最高流失浓度出现时间大概一致,地表径流全氮、铵态氮和硝态氮最高流失浓度分别出现在5、 8～10和7月,壤中流各形态氮最高流失浓度分别出现在10、 10和5～7月.(3)地表径流各形态氮流失通量呈逐年降低趋势,壤中流各形态氮流失通量大致逐年增加.(4)生物炭和秸秆还田第一年降低氮流失通量的效果较好,但后续两年还田反而加剧了氮素流失通量.因此,三峡库区紫色土旱坡...     

区域尺度黄河流域面源污染负荷特征与来源解析

掌握黄河流域甘肃段面源污染负荷特征及其来源,是在区域尺度上提升水环境污染治理水平的重要基础。基于DPeRS面源模型,从农田径流、城镇径流、畜禽养殖、农村生活、水土流失5大污染类型,选取TN、TP、NH₃-N和COD 4个污染指标,对甘肃黄河流域9个市(州)58个县(区)面源污染进行污染负荷估算、污染来源解析及空间分布分析。结果表明:从模型估算结果看,2018年整个流域TN、TP、NH₃-N和COD面源污染排放负荷均值分别为65.6,11.8,19.1,77.2 kg/km2。从区域尺度分析,甘肃黄河流域TN、TP面源污染负荷最高的区域均是兰州市安宁区,分别占整个流域总负荷的10.83%和5.16%;NH₃-N和COD面源污染负荷最高的区域均是临夏回族自治州临夏市,分别占整个流域总负荷的26.23%和56.56%。从污染产生来源分析,TN、TP、NH₃-N和COD的首要污染来源分别为农田径流、水土流失、农田径流和畜禽养殖。从空间分布分析,黄河流域各县(区)面源污染总负荷呈中间高两边低的分布特征,污染负荷较重的区域主要集中在黄河兰州段、大夏河临夏段、渭河天水段等局部区域。     

黄河流域生态环境问题系统识别与展望

黄河流域是我国重要的生态安全屏障,其生态环境质量对保障流域高质量发展具有十分重要的作用.为进一步提高黄河流域生态保护治理的系统性、科学性和针对性,本文围绕黄河流域水环境、水资源、生态等主要问题进行了系统剖析,提出了加强黄河流域生态保护治理的对策和展望.结果表明：(1)黄河流域近年来水环境质量持续改善,但总体差于全国平均水平;农业农村污染防控压力大,2021年黄河流域农村生活污水治理率为25%,农业源COD、总磷占比超过50%;大量化工企业沿黄分布,工业固体废物、危险废物产生量分别占全国的46.94%、41.35%,流域结构性布局性水环境风险问题较为突出.(2)水资源短缺,2000-2018年多年平均天然河川径流量较1956-2000年减少12.5%,农业用水占比为64.68%,用水效率呈现上游低下、游高的特点,非常规水资源的利用量不足供水量的6%,矿井水和再生水利用有待提高.(3)近20年黄河流域生态脆弱性水平整体呈下降趋势,草地、湖泊、湿地等生态系统局部退化;水土流失面积占流域总面积的32.15%,内蒙古自治区、陕西省、甘肃省和山西省水土流失面积占全流域水土流失总面积的75.85%;...     

近20年来广东省农业面源污染负荷时空变化与来源分析

广东省农业面源污染负荷产生量大,对区域生态环境造成严重影响.采用清单分析法分析了近20年(1999～2019年)广东省农业面源污染负荷时空变化特征,探讨了农业面源污染的来源情况,并分析了农业生产投入强度、农业面源污染负荷和农业面源污染指标的关系.结果表明,近20年广东省农业面源污染总负荷下降6.08%,其中化学需氧量(COD)、总氮(TN)和总磷(TP)的污染负荷增幅分别为-11.88%、 4.99%和26.17%,耕地化肥和农药投入强度分别上升112.19%和60.38%.珠三角地区是广东省农业面源污染负荷最高的地区,其次分别是粤北、粤西和粤东地区.畜禽养殖是COD的主要来源,化肥和畜禽养殖是TN的主要来源,畜禽养殖和水产养殖是TP的主要来源,且水产养殖污染物排放占比呈现出明显上升趋势.不同区域的污染物来源存在一定差异,粤西、粤北和粤东地区COD和TP主要来源是畜禽养殖,TN的主要来源是化肥;珠三角地区水产养殖业成为TN和TP污染负荷的主要来源.广东省面源污染负荷总量下降主要源于城镇化水平的提高和农村人口比例减少.总体而言,广东省面源污染存在时间阶段性变化与空间差异,应当采取全面治理...     

农业流域营养盐流失的关键因素及其防治途径

全面分析农业流域氮、磷等污染物质流失的关键过程,识别主要影响因素,研究探讨农业面源污染影响因素的作用方式和治理途径,对于农业面源污染控制具有重要意义。以国内外大量相关研究成果为基础,全面分析了农业面源污染的主要产生机理,以及影响农业面源污染时空分布的主要因素及相互作用关系,详细探讨了土壤性质、植被类型、土地利用格局、径流驱动因素、农业生产模式等关键因素对农业面源污染流失特征的影响作用,并从农田管理、景观结构调整、农业生产格局优化等方面有针对性的提出了适合中国农业流域特点的面源污染防控措施。     

长三角典型村域次降雨条件下氮素非点源输出特征

研究长三角典型都市农业村镇不同土地利用下的氮素非点源输出特征,以期为治理该区域的面源污染提供科学依据.通过典型次降雨径流事件中氮形态和输出负荷变化的研究发现:监测点总氮(TN)的事件平均浓度(EMC)为20.01～22.83mg/L,其中溶解态氮(DN)占TN的比例最大;研究区非点源氮流失以溶解态为主,DN又以溶解态有机氮(DON)为主.耦合各形态氮浓度与径流量特征,发现非点源氮素输出呈现2个峰值,且出现在径流峰值之前4～55min;TN、DN和硝态氮(NO3--N)浓度随降雨时间增加呈现减少趋势;氮素负荷受其浓度和径流量的共同作用,基本上呈现与氮素浓度相同的变化特征,但起伏变化较为平缓.氮素污染负荷积累曲线分析表明,村域地表径流各形态氮素均存在初期冲刷效应.     

洱海西侧氮肥下渗对地下水氮素迁移的影响

农业面源污染氮素淋滤汇集补给地表水是造成高原湖泊富营养化污染的关键因素,研究种植区季节性变化的氮素淋溶对于缓解高原湖泊湖相沉积区农业面源污染对地下水-地表水氮素污染具有重要意义。该文通过室内柱实验方法研究新型水溶氮肥(硝酸钙铵)与传统尿素在不同施肥与降雨条件下的氮素淋溶变化特征。研究结果表明：在施肥期间新型氮肥(T1)会释放较多的NO₃^--N,但其NH₄⁺-N与TN的累积排放远远小于尿素(T2)。季节性降水对T1氮素淋失有一定影响,施肥期与降雨模拟期淋失的总氮素含量在雨季、旱季分别占施用总氮量的76.60%、81.97%,而对T2氮素淋失影响较大,淋失率分别为93.18%、87.95%。雨季洱海西侧降雨强烈且频繁,新型氮肥对传统尿素的替代将对农业面源污染有一定的减缓效果,湖相沉积层中发生的反硝化作用对氮素在浅层包气带中具有滞留作用。该研究对于高原湖泊周围湖相沉积区的农业种植施肥的时间及方式具有一定指导作用。     

气候变化情景下青山湖流域的氮负荷时空分布预测研究

针对目前流域非点源污染,特别是不断增加的氮污染负荷问题,文章利用SWAT模型,将青山湖流域划分为46个亚流域、189个HRU,并使用2005-2011年的日尺度实测流量与主要降雨月份2011年7-8月的日尺度实测氮素浓度对模型参数进行率定,构建了青山湖流域氮素面源污染估算模型。利用所建模型,在气候变化情景下预测2030年氮负荷的时空分布特征,结果表明:(1)时间上,未来年均径流量提高了12.43%,且氮素流失的月变化特征明显,以NO_3~--N为主要流失形式,流失量主要集中在7-9月,占年总流失量的比例为52.67%;(2)空间上,氮素流失依然主要集中在流域中部和东南部农田比例较高的子流域。流域西北部的自然林地区的氮素流失负荷虽然保持较低的NO_3~--N流失量,但会有一个相对比较大的增幅,增幅量为13.5%。     

三峡库区不同土地利用类型氮磷流失特征及其对环境因子的响应

农业面源污染治理是库区生态环境建设亟待解决的问题.通过对三峡库区退耕还林后不同土地利用类型养分流失的监测,分析不同退耕还林模式氮磷流失特征及其对环境因子的响应.结果表明:①不同土地利用类型养分流失浓度的变异性较强,速效养分浓度的变异性远高于全养分;②退耕还林后各土地利用类型磷的年流失负荷降低了84.53%～91.61%,氮的年流失负荷则只有乔木林和板栗显著降低,各土地利用类型的氮素流失负荷是磷素流失负荷的4.85～38.62倍;③不同土地利用类型的磷主要以颗粒态流失,而硝态氮则是氮流失的主要形态;④茶园与竹林的养分流失负荷与降雨量呈较好的相关性,磷素与降雨量的相关性优于氮素,养分流失负荷与降雨强度没有明显的相关性;⑤植被的总盖度、乔木层盖度以及凋落物层盖度对TN流失的影响程度较大.NO3--N的流失负荷受土壤表层NH4+-N含量影响程度较高.土壤TP含量和沙粒含量则是磷素流失的主要影响因素.