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.     

农田氮素流失对环境的污染现状及防治对策

从地表水、地下水、大气以及农产品等方面 ,概述了农田氮素流失对环境的污染现状 ,阐述了控制农田氮素流失的防治对策 ,指出实施生态农业政策、优化氮肥管理、选育氮高效品种以及控释 /缓释肥料的应用将是今后农业生产发展的方向     

有机物料对两种紫色土氮素矿化的影响

以猪粪沼渣(PM)、牛粪沼渣(CM)、污泥堆肥(SC)、农村生活垃圾堆肥(RWC1)、农村生活垃圾与污泥的堆肥产物(堆肥过程中添加20%的污泥,RWC2)为材料,采用室内恒温好气培养试验研究了不同有机物料施入酸性紫色土和石灰性紫色土后土壤氮矿化的差异.结果表明,不同有机物料有机氮组分含量及其占全氮比例的基本顺序为:氨基酸态氮酸解未知氮酸解铵态氮非酸解氮氨基糖态氮.添加有机物料显著提高了酸性紫色土的NH~+_4-N和NO~-_3-N含量,而石灰性紫色土中猪粪沼渣和污泥堆肥显著提高了NH~+_4-N的含量,牛粪沼渣却使其NO~-_3-N含量降低.牛粪沼渣对酸性紫色土氮矿化量的影响不显著,使石灰性紫色土的氮矿化量降低,其余4种有机物料均明显提高两种土壤的氮矿化量.相关分析表明土壤氮矿化量与有机物料中的氨基酸态氮和酸解铵态氮呈显著正相关,与有机物料的有机质含量和C/N呈显著负相关.上述结果说明有机物料对土壤氮素矿化的效应因土壤和有机物料的性质不同而异,特别是有机物料中的有机质含量、C/N以及有机氮组分.     

减氮条件下不同施肥模式对稻田氮素淋溶流失的影响

稻田氮素淋溶流失是农田面源污染的主要流失途径之一.为探究洱海流域稻田合理的施肥模式,减少稻田氮素淋溶流失,通过田间小区试验,在减氮条件下设置单施化肥、单施有机肥、有机无机配施和单施缓控释肥处理,研究不同施肥模式对稻田氮素淋溶流失和水稻产量的影响.结果表明,与常规施肥处理(CF)相比,单施化肥处理(T1)和有机无机配施处理(T3)水稻籽粒和秸秆产量无显著差异;单施有机肥处理(T2)水稻籽粒产量降低13.0%,秸秆产量降低17.1%;单施缓控释肥处理(T4)水稻籽粒和秸秆产量分别增加15.7%和21.0%.与常规施肥处理(CF)相比,单施化肥处理(T1)、单施有机肥处理(T2)和有机无机配施处理(T3)土壤30 cm处总氮淋溶流失量分别降低了26.9%、18.0%和33.9%,铵态氮淋溶流失量分别降低了24.4%、36.9%和36.6%,硝态氮淋溶流失量分别降低了40.2%、4.8%和46.4%;土壤60 cm处总氮淋溶流失量分别降低了34.2%、26.3%和42.1%,铵态氮淋溶流失量分别降低了31.4%、35.7%和46.6%,硝态氮淋溶流失量分别降低了8.0%、10.1%和23.9%...     

城市污泥堆肥中氮素在土壤中的矿化特征

采用室内好氧矿化培养实验方法,研究了城市污泥堆肥应用于林地土壤后其氮素的矿化特征,考察了环境因素对其矿化的影响,并通过与尿素对比,评价了污泥堆肥的供氮能力。结果表明,在8%~20%水分含量下,污泥堆肥的潜在可矿化氮量(N0)和一级反应速率常数(k0)均随水分含量升高先增加后降低,而尿素的N0和k0则随水分升高而增加。在10~30℃温度范围内,污泥堆肥的N0和k0均随温度升高而增加,而尿素的N0随温度升高先增加后降低,尿素的k0随温度升高而增加。对于净氮释放率,污泥堆肥随水分含量升高先增加后降低,随温度升高而增加;而尿素则随水分升高而增加,随温度升高没有明显变化。在同一施肥(以氮计)水平条件下,污泥堆肥和尿素的净氮释放率表现为尿素净氮释放率(93.67%~97.04%)污泥堆肥净氮释放率(67.93%~80.15%),污泥堆肥的肥效释放较尿素缓慢。污泥堆肥和尿素通过矿化作用释放出铵态氮,经硝化作用转化为硝态氮,在水分较高和温度较高时,更多的硝态氮在土壤中的累积,可能造成潜在环境风险。     

宁南山区不同草地土壤原位矿化过程中氮素的变化特征

用顶盖埋管法对宁南山区天然草地、人工草地和自然恢复草地中有机氮、微生物生物量氮、可溶性有机氮、铵态氮、硝态氮、亚硝态氮含量和土壤氮素矿化速率在原位培养中的动态变化特征进行了研究.结果表明,微生物生物量氮、可溶性有机氮、铵态氮、硝态氮、亚硝态氮含量,总体上在培养60 d时(4~6月)基本保持不变,60~120 d(6~8月)明显降低,120 d(8月)后有所回升,各种氮素含量均在培养120 d(8月)时最低.有机氮含量在整个培养过程中基本保持不变.土壤氮净矿化速率、净硝化速率、净氨化速率均在60~120 d(6~8月)时最低.各种氮素占总氮的比例随培养时间的延长而变化:有机氮、亚硝态氮占总氮的比例相对稳定,微生物量氮、可溶性有机氮、硝态氮、铵态氮占总氮的比例在培养0~120 d(4~8月)时降低,培养120 d(8月)后升高.土壤有机碳、pH、容重与氮素含量极显著相关,各种氮素间极显著正相关.不同草地间,各种氮素含量均表现为天然草地>自然恢复草地>人工草地.     

土地利用方式对洱海流域坝区土壤氮 磷 有机质含量的影响

为了解洱海流域土地利用对土壤养分的影响,调查研究了土地利用方式、种植模式,并研究了其对洱海流域坝区土壤w(TN)、w(TP)、w(OM)(OM为有机质)、w(olsen-P)(olsen-P为速效磷)和w(NO₃--N)的影响.结果表明:①流域坝区土壤中w(OM)、w(TN)较高,平均值为52.16和2.76 g/kg;w(olsen-P)较低,平均值为6.55 mg/kg.②对比农田、林地、裸地、园地4种土地利用方式,土壤中w(TN)、w(OM)、w(TP)、w(olsen-P)均呈农田>园地、林地>裸地的变化趋势.③种植模式对农田土壤养分影响有差异,水稻-大蒜模式下土壤的养分含量总体较高,w(TN)、w(OM)平均值分别为4.21、74.22 g/kg,是玉米-蚕豆模式的1.98、1.96倍;蔬菜模式土壤中w(NO₃--N)高达103.3 mg/kg,是水稻-蚕豆模式的37.29倍.④流域坝区农田土壤养分具有空间变异性,海东地区土壤中w(TP)和w(olsen-P)较高,分别为1.23 g/kg和11.48 mg/kg,是凤仪地区的2.16和2.15倍;上关-邓川地区w(TN)较高,为4.28 g/kg,是海东地区的1.63倍;w(OM)空间差异不明显(P>0.05).研究显示,流域坝区土壤氮、磷流失总量分别为686、241 t,主要贡献来自农田.      

施肥类型和水热变化对农田土壤氮素矿化及可溶性有机氮动态变化的影响

为了揭示土壤水分、温度和添加不同氮肥对大沽河流域农田土壤氮素矿化的影响,设置对照(CK)、添加尿素N 120mg·kg~(-1)(Ur)和添加尿素N 36 mg·kg~(-1)+有机肥(相当于添加N 120 mg·kg~(-1),UM)这3个处理进行为期84 d的室内恒温培养实验,实验共设3个培养温度(15、25和35℃)和3个水分梯度[60%、75%和90%田间持水量(WHC)].结果表明,施肥类型和培养温度对土壤氮素矿化速率、累积矿化量和氮潜在矿化势(N0)均具有显著影响(P0.01).与CK处理相比,Ur和UM处理的矿化速率和累积矿化量分别增加了1.46~8.17和2.00~8.15倍.各施肥处理的土壤氮矿化速率和累积矿化氮量随温度升高而增加,且各温度梯度之间差异均达到显著水平(P0.05).与未施肥处理相比,Ur和UM施肥处理均能够显著提高土壤中可溶性有机氮(SON)的含量,且施肥处理土壤中SON含量与氮素累积矿化量之间有显著负相关关系,表明SON作为一个不可忽视的组分,参与了土壤氮素矿化过程.升高温度能显著提高土壤中SON的矿化速率和矿化强度,但水分对各处理土壤的SON无显著影响.此外,施肥处理显著降低了土壤氮矿化的温度敏感性(Q10)(P0.05),尿素配施有机肥处理的土壤的氮矿化温度敏感系数最低(Q10=1.01),说明配施有机肥显著降低了土壤氮素矿化速率对温度变化响应的强度,这有利于减缓高温条件下矿质氮的释放速率,并提升作物对氮素的利用效率.     

洱海流域城镇化对农村生活污水排放量的影响

为揭示城镇化对流域内农村生活污水排放量的影响程度,以洱海流域为研究对象,采用综合指标评价法,选取城镇人口所占比例、农民年人均纯收入、农村水冲厕普及率及建成区面积4项指标,从人口、经济、社会生活方式、空间4个维度建立洱海流域城镇化综合评价体系,综合评价了流域城镇化水平,并采用相关分析法和多元回归分析法研究洱海流域城镇化4项指标对流域农村生活污水排放量的影响. 结果表明:2006—2012年,洱海流域的城镇化水平不断提高,大理市城镇化综合水平领先于洱源县. 大理市农村生活污水的排放量与城镇人口所占比例相关关系不明显,相关系数为0.246;与农民年人均纯收入、农村水冲厕普及率和建成区面积呈显著正相关,相关系数分别为0.951、0.980、0.969;洱源县农村生活污水的排放量与这4项指标的相关性较大理市明显,相关系数分别为0.754、0.973、0.998、0.975. 4项指标对大理市农村生活污水排放量的影响权重为农村水冲厕普及率>农民年人均纯收入>建成区面积>城镇人口所占比例,对洱源县农村生活污水排放量的影响权重为农村水冲厕普及率>城镇人口所占比例>建成区面积>农民年人均纯收入. 研究显示,在现有城镇化水平下,对洱海流域农村生活污水排放量最主要的影响因素为农村水冲厕的普及率,社会生活方式城镇化对洱海流域农村生活污水排量的影响最突出.      

洱海表层沉积物溶解性有机氮生物有效性

选取9个洱海表层沉积物样品,提取了DON(溶解性有机氮)进行生物矿化培养,测定了培养过程中各形态氮含量,并运用三维荧光技术研究了DON结构变化. 结果表明:①洱海沉积物中w(DON)范围为43.52~214.71mg/kg,平均值为115.19mg/kg,DON主要由类蛋白和类腐殖质类物质构成,并且以类蛋白为主;②洱海沉积物中DON生物有效性为1.21%~72.77%,平均值为33.23%,生物可利用量平均值为50.22mg/kg;DON生物有效性空间差异明显,北部和南部较高,而中部较低;③洱海生物自身产生及形成的DON主要由类酪氨酸组成,其中有小部分类腐殖质可被生物利用,这是由于类色氨酸和类酪氨酸共存可提高DON类腐殖质生物有效性. 此外,w(DON)占w(TDN)(TDN为可溶性总氮)的比例是影响DON生物有效性的重要因素,w(DON)/w(TDN)越高,类腐殖质及类酪氨酸含量越低,沉积物中DON生物有效性越高. 可见,DON对湖泊富营养化有重要影响,控制洱海富营养化,不仅需要关注沉积物中的w(TN),也应关注w(DON)及DON组成特征.      

生态文明视角下洱海流域水环境管理思路与方案

流域综合管理是维护流域生态系统健康和实现流域可持续发展的重要保障,现代流域管理应以习近平生态文明思想为指引。阐释了生态文明视角下的流域综合管理内涵,即流域综合管理应从整个流域全局出发,统筹保护与发展,采取行政、法律、经济、科技、宣传教育等综合手段,统筹协调社会、经济、环境和生产、生活、生态用水等各方面的关系,促进流域经济社会和生态环境全面协调可持续发展;对洱海流域水环境管理现状进行了分析,生态文明视角下洱海流域水环境管理应统筹山水林田湖草各生态要素,协调上下游、水陆域及相关部门和行业间的关系,通过健全机制体制、严格执法监管、提升监测能力、加强科技支撑、夯实监管基础,全面提升流域综合管理水平,以推进流域水生态文明的实践。

     

洱海流域农业用地与入湖河流水质的关系研究

采用空间分析和统计分析方法,从综合农业用地和各类农业用地面积百分比两个层次研究洱海流域农业用地与入湖河流水质的关系.结果表明,研究区10个小流域入湖河流水质空间差异性显著,流域西部入湖河流总磷污染严重,北部和南部入湖河流(D3除外)主要污染指标为有机物和氮;流域农业用地面积百分比与入湖河流水质的关系密切,综合农业用地面积百分比与雨季入湖河流高锰酸盐指数、NH+4-N、TN、TP呈负相关,相关系数分别为-0.859、-0.565、-0.693、-0.181,与非雨季高锰酸盐指数、NH+4-N呈负相关,相关系数为-0.384、-0.328,与非雨季TN和TP呈正相关,相关系数为0.221、0.146;各类农业用地面积百分比对入湖河流水质表征作用较强,耕地与TN、TP在雨季和非雨季均呈正相关,与两者的相关系数雨季为0.252、0.581,非雨季为0.149、0.511,耕地与高锰酸盐指数、NH+4-N在雨季和非雨季分别呈正相关和负相关,与两者的相关系数雨季为0.388、0.053,非雨季为-0.137、-0.147,林地与耕地的表现则正好相反,与TN、TP、高锰酸盐指数、NH+4-N的相关系数雨季为-0.526、-0.275、-0.469、-0.155,非雨季为-0.012、-0.100、0.282、0.151,鱼塘对TN和TP的指示作用不显著,草地和园地在雨季与耕地的表现类似,非雨季与耕地的表现相反.可见,洱海流域农业面源治理时应重点加强北部和南部在雨季时耕地、草地和园地的管控.     

生态文明背景下洱海流域水环境管理政策评估

梳理了生态文明背景下洱海流域水环境管理政策体系,包含水资源空间开发与保护、水资源有偿使用和生态补偿、水环境治理和市场保护、绩效考核与责任追究四大类共20项政策。采用指标评估法对政策制定阶段和执行阶段的效力进行评估,并分析政策体系存在的问题。结果表明:20项政策中,70%的政策设置了阶段性目标,近85%的政策经省委省政府审议通过,50%左右的政策需在考核问责方面进一步完善,50%的政策需调整现行法律法规,60%的政策需在管理体制方面做出调整;目前,洱海流域政策体系存在政策制定不够完善,各项政策进展程度差异较大,部分政策有待出台执行,考核机制不够完善,流域水环境监测预警管理水平有待提高等问题。有针对性地提出了完善政策制定的内容与原则,提高政策的科学性,加快生态文明新政策出台,进一步调整现行法律法规,健全考核机制和提升流域监测预警能力及管理水平等相关建议。     

洱海流域山水林田湖草各要素特征、存在问题及生态保护修复措施

洱海作为我国水质较好湖泊的代表,也是我国“新三湖”重点保护湖泊之一,山水林田湖草生态保护修复是洱海流域生态文明建设的重要内容,也是破解当前洱海保护治理难题的必然要求。系统阐述了流域山水林田湖草各要素特征,诊断了其存在的主要问题,按照“修山育林、净田治河、修复宜居、增容保水”的思路,以提升洱海水质为核心,坚持山水林田湖草综合施策、系统治理,明确生态保护修复总体目标和绩效指标,提出优化流域生态空间,强化山体林区生态修复,发展绿色生态农业,强化入湖河流小流域综合治理,实施洱海水生态调控与修复,提升流域环境监管能力等一系列任务措施,形成洱海流域山水林田湖草一体化保护修复方案,为流域山水林田湖草保护治理工作提供总纲和指导,同时也为洱海保护治理和流域可持续发展提供科学依据。     

入洱海河流临湖段底泥氮的分布

于2013年7月在洱海流域采集了17条主要入洱海河流临湖段的底泥和上覆水样品,测定分析样品中TN、NH₃-N和NO₃--N的含量,揭示底泥中氮素的分布特征,并探讨底泥与上覆水中氮素含量的相关性. 结果表明:①17条入洱海河流临湖段底泥中w(TN)为23.10～310.60 mg/kg,平均值为141.66 mg/kg. ②对w(TN)有显著性差异的河流进行分组,并按照w(TN)由低到高排序为清碧溪、双鸳溪<白石溪<灵泉溪、龙溪、阳溪<桃溪、梅溪、隐仙溪、弥苴河<莫残溪、波罗江<永安江<锦溪<中和溪、罗时江、白鹤溪. 其中,各组之内河流间w(TN)无显著差异,而各组之间w(TN)差异显著(P=0.05). ③底泥中w(NH₃-N)、w(ON)与w(TN)呈极显著正相关,氮存在形态以ON为主. 其中,“北三江”临湖段底泥的厌/缺氧程度高,底泥中w(NO₃--N)占w(TN)的比例明显低于西部入洱海河流;上覆水中ρ(TN)与底泥中w(TN)、w(ON)呈极显著正相关.      

洱海大气氮素湿沉降特征

通过对2020年位于洱海湖区周边4个站点大气降水的实地监测，定量揭示了大气湿沉降不同形态氮素（TN、DTN、AN、NN、NIT、PN）的浓度和时空分布规律，探讨了氮素沉降通量的变化特征及其主要影响因子，进而明确了大气氮湿沉降对湖区外源性氮素输入的贡献程度，评估了氮素湿沉降入湖负荷对湖区水环境的影响。结果表明：各监测点降水中氮素浓度年内总体呈先升后降再升的趋势，总氮浓度为0.18～8.73 mg/L，平均浓度为1.34±0.686 mg/L，氮素浓度呈现干季高湿季低的变化规律；氮素湿沉降通量月际变化大致呈M双峰型，沉降通量峰值出现在浓度最低但降雨量最大的8月，最小值出现在12月，沉降通量与降雨量呈极显著正相关，沉降通量AN/NN为1.97，农业生产活动的氮素排放是湿沉降的主要来源；2020年洱海湖面湿沉降总氮直接输入负荷量约为170.11 t，其中铵态氮86.86 t，硝态氮51.58 t，总氮直接入湖负荷约占流域农业面源排放量的6.18%。     

洱海沉积物中溶解性有机氮季节性变化

选取洱海10个表层沉积物样品,研究不同季节DON（溶解性有机氮）和易分解组分DFAA（游离氨基酸）的含量变化. 结果表明:①洱海沉积物中w(DON)在10.41~59.58 mg/kg之间,平均值为27.43 mg/kg,约占w(TDN)(溶解性总氮质量分数)的40%,w(TN)的6%,其季节性变化呈春季>冬季>夏季>秋季的趋势,各季节洱海不同湖区均呈南部>北部>中部的特点;②洱海沉积物中w(DFAA)在4.11~9.89 mg/kg之间,平均值为5.96 mg/kg,约占w(DON)的22%,占w(TDN)的9%,季节性变化呈秋季相对较高、冬春次之、夏季相对较少的趋势,区域性变化呈南北高、中间低的特点,污染较严重的区域沉积物中w(DFAA)较高;③作为沉积物活性氮重要成分,w(DON)和w(DFAA)的季节性变化明显,对湖泊氮代谢有重要影响,在水生植物旺盛区域尤为明显. 在洱海富营养化治理中,除了TN,更应关注DON在湖泊氮循环及其富营养化中的作用.      

2008～2012年洱海总磷、总氮变化分析

根据大理州环境监测站2008～2012年洱海总磷、总氮监测结果的统计和分析,得出洱海总磷、总氮的变化周期、变化幅度和总磷不再是洱海达到水功能类别限制因子的结论。