草海湿地小流域土地利用与景观格局对氮、磷输出的影响

识别主要污染物和污染源对草海湿地生态系统的保护与管理具有重要的现实意义.基于2012年5—10月6个小流域的水质观测数据、土地利用结构与景观格局指数,研究了草海湿地入湖小流域氮、磷输出的时空变化规律及其与景观格局的关系,以期为草海湿地综合治理提供参考.结果表明,草海湿地北面建设用地面积比例呈西北、东南方向逐渐降低和景观破碎度逐渐减小的趋势,具有明显的城市-城郊-农村的景观格局梯度,景观格局影响流域水质.多元统计分析表明,小流域氮磷输出受景观组成属性和空间属性综合影响,城镇建设用地百分比与TN、TP和COD呈显著正相关关系(r分别为0.995、0.978和0.996,p0.01),景观破碎度(CONTAG、ED、MPS)和多样性(SHDI)与水质(TN、TP、COD)具有显著的相关关系,CCA的第一排序轴解释了建设用地面积比例、景观指数与水质指标相关性的96.0%.可见,威宁城镇化快速发展威胁了草海湿地生态安全,需进行草海周边城镇化进程的调整和控制.     

青山湖流域景观格局对河流氮磷营养盐影响的时空尺度效应

景观格局对水质的影响具有时空尺度依赖性,然而不同空间尺度下景观组成、景观配置及景观坡度对季节性水质的影响程度仍然不甚明了. 基于青山湖流域26个监测点的总氮、总磷、硝态氮和铵态氮数据,采用景观格局分析、冗余分析和偏冗余分析方法定量景观格局对河流氮磷营养盐影响的时空尺度效应. 结果表明：①子流域尺度内景观格局对河流氮磷浓度的解释力比在缓冲区尺度上高6.8%~8.4%,且这种作用在干季更明显. ②在子流域尺度,林地占比和居民地的散布分裂程度对河流氮磷浓度影响较大;而缓冲区尺度上,农田和居民地分布的坡度以及林地斑块的聚集度是影响氮磷浓度的关键因子. ③景观配置对河流氮磷浓度变化的独立贡献率（20.1%~36.5%）高于景观组成（4.1%~14.5%）和景观坡度（5.5%~23.7%）的独立贡献率,且景观配置对河流氮磷浓度影响随季节变化的敏感度最高,而景观坡度对河流氮磷浓度影响具有更高的空间尺度敏感性. 因此,通过景观格局调控非点源污染应从多尺度角度考虑. 研究结果可从宏观上为制定以非点源污染控制为目标的景观格局优化措施提供科学依据.     

三峡库区土地利用与景观格局变化研究

在地理信息系统(GIS)支持下,运用ArcGis软件和景观生态学的方法,对1980～2004年三峡库区土地利用和景观结构的时空变化特征进行了研究。结果表明:24年间三峡库区1495.97km2的土地利用面积发生变化,研究区域综合土地利用变化动态度达0.13%,区域土地利用斑块数由50858增加为50998个,平均斑块面积由1.103 km2/个减小到1.10km2/个。区域土地利用空间格局指数中多样性指数增长0.14%,均匀度指数增长0.23%,破碎度指数增长0.22%,优势度指数降低0.30%。土地利用类型变化的面积大小依次是建设用地>水田>旱耕地>草地>水域>林地>未利用地,土地利用的动态转化过程以林地、草地、旱耕地的相互转化与旱耕地向水田的转化为主。     

三峡库区小流域土地利用结构变化及其氮素输出控制效应:以兰陵溪小流域为例

基于三峡库区兰陵溪小流域退耕还林后土地利用结构变化分析,结合2015年汛期流域氮素养分输出监测数据,利用逐步回归定量分析土地利用结构特征对氮素输出的控制效应.结果表明:1退耕还林工程小流域土地利用结构发生改变,林地、园地面积比例分别增加到76.85%和13.87%,园地多以茶园单一类型片状分布,耕地面积比例锐减至1.16%,且零星分布于林地、园地之间.2小流域部分监测点总氮浓度超过国家Ⅴ类地表水水质标准,各监测点铵态氮(NH_4~+-N)、硝态氮(NO_3~--N)和总氮(TN)输出浓度分别为0.089~0.214 mg·L~(-1)、2.925~13.203 mg·L~(-1)以及3.561~14.572 mg·L~(-1),硝态氮输出浓度占总氮比例超过80%.3集水区氮素输出浓度与园地和住宅用地极显著正相关,与林地、未利用地则成极显著负相关,住宅用地和园地类型是主要的氮素输出源.4小流域土地利用结构调整应优先增加林地,适当控制园地发展,且将住宅用地面积比例控制在5%以下,并通过林茶、林果间作等方式改变小流域部分园地单一类型片状分布格局.     

红壤丘陵区小流域典型土地利用的面源氮磷输出特征

科学识别不同土地利用方式下的径流污染输出特征是治理流域面源污染的前提.以南方红壤丘陵地区小流域为例,野外实地观测对比了不同降雨特征下林地、种植用地和建设用地的水文过程和面源污染物输出过程.结果表明,土地利用方式影响着地表径流的水文水质过程,典型降雨下3类用地类型产流时间及产流累积雨量的特征为：建设用地（9 min,2.0 mm）、种植用地（35 min,11.4 mm）和林地（108 min,24.0 mm）;而3种用地类型的总悬浮物（TSS）、总氮（TN）和总磷（TP）的污染物浓度、形态、氮磷比变化及输出强度等污染输出过程特征也呈现明显差异.典型降雨下不同用地类型具有相似的污染输出阶段,径流初期的TSS、TN和TP质量浓度均偏高,之后逐步趋于稳定;产流过程的前30 min贡献TSS、TN及TP负荷的范围均在23%~43%之间.年尺度下,各用地类型对TN和TP负荷的贡献率及单位面积负荷比存在明显差异,表现为种植用地污染负荷贡献最高（57%和45%）,而建设用地单位面积负荷比最高（9.50~12.50）.结果亦表明小流域面源污染关键源区的分布具有时空动态变化特征,由汇水单元内的用地类型组成和年降雨特征等综合决定;随着次降雨量的增加,主要贡献源由建设用地向种植用地动态转变,治理时需要根据关键源区的分布特征及下垫面产流过程规律进行针对性生态拦截.     

三峡库区典型小流域氮磷流失特征

为揭示三峡库区农业非点源物氮、磷流失的一般规律,以三峡库区秭归县的张家冲小流域为研究对象,自2005年1月至2006年4月,在自然降雨条件下,同步观测降雨、地表径流量,并对2次降雨径流的全过程进行了氮、磷浓度的测定,对降雨过程中径流量及污染物浓度随降雨-径流变化过程进行了监测研究.结果表明,长期干旱后的初期降雨径流中的氮、磷浓度明显高于雨季径流中的浓度,且氮、磷浓度变化与流量变化呈现出大致相同的趋势.降雨初期,氮、磷浓度随径流量的增大而升高;随着流量的继续增大,浓度呈现出下降趋势.对浓度随流量变化过程的监测表明,与基流中的浓度相比,总氮和硝态氮的浓度变化幅度较小,而氨氮和总磷浓度变化的幅度较大,其最大值分别是其最小值的10和67.5倍.溶解性的氨氮排放主要受降雨条件的制约,而径流中的磷主要是以颗粒态存在通过对径流量和氮、磷排放负荷的多项式回归分析表明,TN、TP、NH4 -N和NO3--N的排放负荷和径流量之间存在着多项式关系,R2分别为0.9545、0.9740、0.9677和0.9504.     

小流域土地利用结构对氮素输出的影响

以丹江口库区的胡家山小流域为研究区,以资源二号卫星影像图为底图,通过实地调查获取胡家山小流域土地利用图,利用ArcGIS的水文模拟、空间分析模块提取15个集水区,并分析其土地利用结构.根据2008年1～12月各个集水区的出口的总氮、硝态氮浓度的监测数据,定量地分析土地利用结构对氮素输出时空变化的影响.结果表明,胡家山小流域内旱地、居民地对氮素输出起显著源作用,与TN、NO-3-N的Pearson相关系数分别为0.869、0.856和0.826、0.867.林地、疏林地、草地等对氮素输出起汇作用,其中林地、草地汇作用显著,与TN、NO-3-N的Pearson相关系数分别为-0.820、-0.851和-0.602、-0.518.土地利用结构是氮素输出空间变化的关键因素,土地利用类型的空间分布使得汇土地利用类型旱地、居民地对小流域氮素输出影响最大;在不同时间尺度上,土地利用结构对氮素输出浓度影响有所不同.年度上,对氮素输出影响最大的是旱地,季节上,春、夏、秋、冬四季对氮素输出影响最大的分别是旱地、居民地、居民地、旱地;土地利用结构对氮素输出浓度的影响受到降雨、气温、人为等因素的作用.     

三峡库区小流域稻田空间格局对氮磷流失影响

选取三峡库区涪陵段封闭性较好的王家沟小流域,分别利用2014~2015年采集的3个稻田坡面12次自然降雨地表径流样品和2次自然降雨过程地表径流样品以及2010、2015年两个子流域日径流样品,对比分析坡面稻田空间格局差异和子流域稻田空间格局变化对地表径流氮磷流失浓度影响.结果表明,坡底布设的稻田对TN、NO_3~--N和TP去除率高于坡腰,坡底稻田田块越大TP去除效果越好;次降雨过程中,3种空间格局稻田TN、NO_3~--N和TP流失浓度在大雨事件降雨前期差异最明显,而中雨事件则为降雨后期;与2010年相比,2015年两个子流域稻田空间格局变化削弱了稻田对子流域氮磷流失拦截净化能力,主要表现为小到中雨事件和基流时期TN流失浓度明显升高,中到大雨事件TP流失浓度极易呈现跳跃性浮动.因此,合理增加流域稻田数量,优化稻田空间格局是三峡库区农业面源污染控制的有效措施.     

三峡库区兰陵溪小流域径流氮磷输出及其降雨径流过程特征

以三峡库区兰陵溪农林复合系统小流域为研究对象,对小流域氮磷流失量及其浓度进行连续监测,结合丰水期次降雨分析径流氮、磷输出变化特征及其响应过程.结果表明:(1)小流域雨季径流总量为50.92×10~4m~3,输出总氮载荷为52.43kg·hm~(-2),其中以硝态氮(30.26 kg·hm~(-2))和颗粒态氮(21.61 kg·hm~(-2))为主体,输出总磷为0.10 kg·hm~(-2);(2)降雨量分布具有阶段性特征,丰水期强降雨是土壤养分输出的主要驱动,其降雨径流贡献了雨季88%的总氮和90%的总磷流失;(3)小流域土壤养分氮、磷主要经由降雨形成地表径流过程输出,占养分总流失量的68%和74%;(4)降雨径流过程硝态氮浓度与径流量表现为负相关,养分输出主要在径流过程后期;径流的氨氮、总磷浓度与降雨量显著正相关,输出主要在径流过程前期;(5)雨季流域水体总氮浓度超标,降雨或非降雨期间均属劣Ⅴ类水质.     

淮南矿区土地利用变化对区域景观格局的影响

以淮南矿区5期遥感影像图作为基本信息源,利用土地利用转移矩阵和景观格局指数分析了淮南矿区的土地利用变化及其对区域景观格局的影响。土地利用变化相关结果表明:1980 — 2015年淮南矿区及区域土地利用变化主要表现为耕地的减少,建设用地、水域的增加。矿区耕地面积减少117.6 km~2,其中46.7%的面积转换成建设用地,51.2%转换成塌陷水域,其所在区域(流域)耕地减少了274.4 km~2,有63.1%转换成建设用地,33.1%转换成水域。将矿区增加的塌陷水域面积还原作为无采矿活动的对照,分析采矿活动对区域景观格局的影响,结果表明:采矿活动使得区域景观多样性指数增加了0.07,矿区土地利用变化使得区域景观多样性增加、优势度减小,区域景观格局更加趋于多样、均衡。     

三峡库区兰陵溪小流域养分流失特征

三峡库区蓄水后,库区部分支流速度变缓,小流域面源污染已经成为库区面临的重要环境问题.本文以兰陵溪小流域的一个封闭式集水区为研究对象,监测集水区尺度典型降雨条件下氮磷流失的过程和负荷,比较不同养分流失途径,结果表明:①TN的浓度随着径流量的增加的逐渐降低,降雨停止后缓慢上升,而TP的浓度随着径流量的增加而迅速升高,降雨停止后则迅速下降;②TN的负荷流失过程和降雨量关系较为密切,TP的负荷流失受降雨强度影响较大,N素的流失以溶解态为主,而P素则以颗粒态为主;③地表径流是研究区P素和N素流失主要途径,同时壤中流对N素流失的影响也非常大;④N和P各形态的流失负荷与径流量均呈显著的线性关系;⑤集水区TP的年流失负荷为28.94 kg·(a·km2)-1,TN的年流失负荷为1 040.41 kg·(a·km2)-1。     

三峡库区景观格局粒度效应及其对土地利用变化过程的响应

1992—2012年,受大型水利工程建设影响,三峡库区土地利用/覆被发生剧烈变化,论文选取工程建设重要时点1992、2002、2006和2012年的土地利用覆被图,探讨景观格局指数在30~1 000 m粒度范围内的粒度效应及其对土地利用变化过程的响应。结果表明：1）所选取的27个景观指数中,有14个对空间粒度变化高度敏感、3个中度敏感、7个低敏感、3个不敏感;不同类型景观（除裸地外）粒度效应规律相似。2）景观格局指数随粒度变粗呈5种变化规律：单调下降、单调上升、阶梯状上升、无明显变化、先增大后迅速下降。形状指数粒度效应对土地利用变化过程的响应明显,聚集度指数、面积-边缘指数、多样性指数随土地利用变化的特征不受粒度粗细影响。因此,景观格局分析最适宜粒度范围为30~60 m。3）1992—2012年三峡库区整体景观异质性增大、优势度降低、呈小斑块密集格局;耕地面积急剧下降、破碎化加剧,林地面积稳步提升,连通性提高。     

九龙江流域河流氮输出对土地利用模式和水文状况的响应

流域土地利用模式与水文状况影响河流氮的来源、迁移转化和输出,关乎流域健康与淡水生态系统服务的供给.本研究基于2010～2017年观测数据,采用流域模型、地理信息技术和数理统计等方法从多时空尺度探究亚热带中尺度近海流域——九龙江流域河流氮输出对流域土地利用模式和水文状况的响应机制.结果表明,N03--N是九龙江流域河流水...     

三峡库区石盘丘小流域氮磷输出形态及流失通量

小流域作为三峡库区非点源污染源头,是缓解水体水质恶化的重点防控对象.在三峡库区选取具有多种土地利用类型的石盘丘小流域为研究对象,对流域出水口断面水量水质进行连续监测,分析了小流域氮、磷污染物随降雨径流流失的浓度及形态变化特征,并计算小流域的污染物流失通量,分析影响氮、磷养分流失的主要人为和自然因素,对农业非点源污染特别是三峡库区的农业非点源污染研究具有相当重要的现实意义.结果表明,流域降雨量随季节变化明显,降雨多分布在4～6月,为小流域氮、磷流失的主要输出时期,占全年总氮、总磷负荷的58.94%和67.60%.石盘丘小流域年径流总量为8.02×10⁴ m³,总氮年流失通量为5.04 kg·hm^-2,其中以硝态氮(2.54 kg·hm^-2)为流失主体;输出总磷为0.534 kg·hm^-2,可溶性总磷(0.422kg·hm^-2)占总磷流失通量的79.00%.因此,对于石盘丘小流域来说,需要注意防范施肥和降雨期重合时水田氮磷流失.