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,NO₃^--N是九龙江流域河流水体主要的无机氮形态;农业和城市流域河流水体的氮浓度、输出负荷及其年际与季节变异性高于自然流域;丰水年各类流域河流水体的氮浓度和输出负荷差异总体上高于枯水年;相比水文状况,土地利用与氮年均浓度和输出负荷的正相关性更显著.总体而言,河流氮输出时空变化特征受流域土地利用模式和水文状况的共同作用.     

基于流域单元的环巢湖综合景观对河流水质的影响

考虑流域特征差异对河流水质的影响,以巢湖流域为研究对象,根据2019年10月至2020年9月河流监测点水质、气象、地形、土壤与遥感影像等数据,通过数字地形分析划分各监测点的流域单元,综合利用相关性分析、冗余分析以及多元回归分析探究了流域单元的综合景观特征（包括土地利用、气候、地形、土壤等）对环巢湖河流水质的影响.结果表明:①环巢湖河流水质空间差异大,主要污染物为总氮与氨氮,大多数河流总氮浓度超过Ⅴ类水质标准,污染严重的区域集中在合肥市区及周边河流以及丰乐河和杭埠河中下游.②流域单元综合景观特征对河流水质有着显著性影响.其中,建筑用地比例、斑块密度、散布与并列指数、香农多样性指数与水质指标呈正相关,而林草地比例、蔓延度指数与水质指标呈负相关.③在不同季节,流域单元的综合景观特征在湿季对河流水质的影响效应要强于干季,这主要是由干湿季降水的差异引起的.     

天目湖流域湿地对氮磷输出影响研究

选择太湖地区天目湖饮用水源地的平桥河流域与中田河流域,综合利用遥感、GIS技术和野外水质监测、实验室分析等方法,对流域湿地与河流水质关系进行研究.结果表明:①平桥河流域与中田河流域湿地数量多,斑块密度分别为7.5个.km-2与7.1个.km-2.平桥流域湿地上下游分布广泛,多位于距离河流500 m范围之外,中田河流域湿地则相对集中于下游河段500 m范围内.②湿地对流域氮磷营养盐输出具有显著的截留效果.中田流域湿地对氮具有较强的截留效果,氮素浓度自上游至下游降低明显,而对磷的截留效果表现不明显.从季节响应来看,中田流域湿地在春季和冬季表现出TN和DTN浓度与流域湿地面积百分比明显的负相关关系,平桥流域湿地则在秋季对氮输出具有显著影响,表明湿地对氮磷的截留功效具有强烈的季节效应.③合理恢复一定数量的湿地面积,特别是增加河道附近湿地面积和数量,对河流水质具有改善作用.但氮磷营养盐在流域内的输移过程复杂,湿地的面积、位置、密度、生态系统结构等因素以及流域空间尺度、地形坡度、采样时间间隔及其它土地利用类型等因素都对物质输移过程产生影响,相关理论与实践研究有待于深入展开.     

海河流域河流生态系统健康评价

随着经济发展,人类活动对河流生态系统的胁迫日益强烈,生态系统健康状况受到严重威胁.本研究以海河流域2010年73个采样点的水质、营养盐和底栖动物指标为例,采用指标体系法,从化学完整性和生物完整性两方面评价了流域内河流生态系统健康.结果表明,海河流域河流生态系统健康状况整体较差,有72.6%的样点处于"极差"健康状态,同时表现出明显的地区集聚效应;河流水质与人类活动强度密切相关;海河流域水体富营养化趋势明显;流域内底栖动物多样性低,清洁物种较少.氨氮、总氮、总磷等营养盐指标是影响河流生态系统健康的关键因子,应从控制上述指标入手,遏制海河流域河流生态系统健康恶化.对于河流生态系统健康评价,多因子的综合评价法优于单因子评价法.     

基于保护目标制定的湖泊流域入湖河流河段划分方法——以滇池流域为例

通过科学合理地划分河段实现栖息地分类管理是恢复流域生物完整性的重要内容之一.湖泊流域入湖河流空间尺度小、坡降大、生态学过程差异性显著的特点导致其河段类型复杂多样,与河流流域河段类型的大尺度特征具有明显区别,因此,河流流域河段划分指标及其方法不适用于湖泊流域,亟需发展以栖息地分类管理为目的的湖泊流域河段划分方法.本文通过回顾河流分类的概念、划分依据及划分方法的发展历程,明确了湖泊流域河段划分理论基础,提出了基于保护目标制定的湖泊流域河段划分方法,为恢复湖泊流域生物完整性提供了更为精细的管理单元.同时,以滇池流域为例,通过筛选与大型底栖动物敏感种群和濒危种群显著相关的环境因子,建立了由地貌类型、土地利用方式、河水来源、河道人工化情况及水体营养程度构成的指标划分体系;在实现各划分指标空间化的基础上,利用空间叠加聚类技术手段,将滇池流域入湖河流划分为9个河段类型,为滇池流域水生态系统健康恢复提供了科学依据.     

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.     

九龙江流域河流磷输出对土地利用模式及水文状况的响应

本研究应用现场监测、地理信息技术（GIS）、模型模拟和数理统计等方法,基于2015年3月至2017年2月九龙江流域不同主导土地利用类型源头小流域和两条干流河流表层水总磷（TP）、总溶解态磷（TDP）和颗粒态磷（PP）的浓度监测,探究河流磷浓度与输出负荷的时空变化特征,揭示九龙江流域磷输出对土地利用模式及水文状况的响应.结果发现,九龙江流域河流磷浓度和磷输出负荷具有明显的时空变异性.在空间上,农业流域 > 城市流域 > 自然流域,西溪>北溪.在季节上,不同类型流域不同形态磷浓度总体表现为春、冬季节较高,而夏、秋季节较低.TP、TDP、和PP输出负荷春、夏季高于秋、冬季,与径流深度的变化趋势基本一致.磷浓度、输出负荷与林地和裸地面积百分比呈负相关关系,与耕地、果园面积百分比呈正相关关系.但不同季节,磷浓度和输出负荷对土地利用和水文状况的响应存在差异,在夏季的相关性最强.结果表明农业非点源污染是九龙江流域河流磷的关键源,提升林地比例有助于保持水土,改善河流水质,尤其在雨季.     

海河流域社会经济发展对河流水质的影响

海河流域社会经济快速发展,主要河流水质恶化.本文基于海河流域人口规模、经济产值和土地利用变化过程,结合河流社会经济发展指标和水质变化统计分析,从流域废污水排放和水资源利用等角度分析社会经济对水环境影响机制.研究表明,流域人口规模大幅增长、工业生产强度大幅提高,工业聚集区由北京-天津地区扩展到北京-天津-唐山、石家庄、聊城-德州等地区,导致海河流域工业废水和生活污水排放规模迅速上升,成为河流水质恶化直接驱动力.城市扩张是流域土地利用变化最显著特征,近30年来城市用地面积增加85%,北京-天津-唐山城市群规模扩大,造成流域水资源开发利强度加剧,降低河流自净缓冲能力.因子分析表明,流域影响河流水质因素分解为农村、城市和自然等3个方面,其中城市化过程和农村社会经济发展对河流水体污染物浓度水平影响非常显著.     

辽河四平段流域河流沉积物微生物群落多样性和结构分析

沉积物微生物群落在水生态系统的物质循环中发挥着关键的作用,群落结构组成的变化经常与环境的改变有关.以辽河四平段流域为研究区域,运用高通量测序结果对沉积物微生物群落的结构组成和多样性进行分析.结果表明,辽河四平段流域河流沉积物微生物群落α多样性以北河支流最高,干流次之,南河支流最低;β多样性表现为干流、北河支流和南河支流的微生物群落的相似性较低,差异性较大.变形菌门是该流域微生物群落门水平上丰度最高的优势菌门,并且与其他东北地区的河流类似,该流域河流沉积物中的厚壁菌门含量较低;γ-变形菌纲是该流域河流沉积物微生物群落占比最高的菌纲,但是β-变形菌纲在该流域丰度很低;而属于β-变形菌纲Ellin6067菌属在该流域分布很广.环境因子例如沉积物重金属和水体理化性质也会对微生物群落的多样性和种群结构产生多种影响.结果为实现修复辽河四平段流域河流的水体污染工作提供了理论依据.     

黄河支流非点源污染物(N、P)排放量的估算

为了估算黄河支流域非点源污染物的排放量,为今后黄河流域的治理提供科学的依据,对黄河流域的6个子流域(渭河流域、泾河流域、洛河流域、无定河流域、窟野河流域、黄甫川流域)进行了水样、土样和泥沙样的采集分析;结合6个子流域的多年水文资料,利用已经被证明了的平均浓度法对黄河6个子流域的氮磷污染物进行了定量描述,估算出各个流域的氮磷排放量.结果表明,95%的全磷、大于53%的全氮来自于非点源污染,非点源污染是造成黄河污染的主要原因.各流域非点源污染的发生具有明显的地域分异特征.硝态氮主要来自于渭河,铵态氮主要来自于泾河,其次是渭河.从全氮看,绝大部分氮来自于渭河和泾河.全磷则主要来自于泾河,其次是渭河.泾河和渭河是6条河流中对黄河污染物排放量贡献最大的2条河流.     

海河流域平原河流非常规水源补给特性及其成因分析

统计分析海河流域水资源量和污废水入河量数据(2001—2012年)、降水量数据(1956—2012年),以及水资源利用、污废水排放、社会经济、人口等数据(1980—2012年),探究了海河流域平原河流非常规水源补给的特性及成因.结果表明,非常规水源补给的河流具有污径比高的特性:海河流域河流污径比高,平均污径比为35.7%,其中海河北系污径比最高,达到90.5%,滦河及冀东沿海污径比最低,为25.6%.降水量的持续减少、山前水库带对水资源的截留以及平原区水资源开发利用率的增加导致河流径流量减少,是海河流域平原河流非常规水源补给的一个主要原因:降水量持续减少,1956—1980年平均降水量为559 mm,至2012年平均降水量降低至502 mm;水库、闸坝等水利设施的建设使得73%的山区河流流量被水库截留;流域地表水资源平均开发利用率高达63%,这些均导致平原河流径流量持续减少.人口和社会经济快速发展导致污废水排放量增加,是海河流域平原河流非常规水源补给形成的另一个主要原因:工业产值、城镇人口数量均与污废水排放量显著正相关,复相关系数均超过50%.海河流域中部平原区河流以非常规水源补给将长期存在,考虑非常规水源水质水量的协同保障,对满足生态需水量、改善缺水河流生态环境等具有积极的作用.     

龙江流域环境需水量预测与生态补水研究

以福建省龙江流域为研究对象,在流域污染源调查和控制基础上,应用一维水质预测模型计算龙江流域维持河流水环境质量的环境需水量,分析流域污染负荷与环境需水量之间的敏感关系.龙江流域污染物排放与环境需水量之间呈线性关系.证明了龙江流域环境需水量的科学性和准确性,对指导东南沿海重污染山溪性河流水污染控制和水资源分配具有良好的借鉴作用.     

海河流域河流空间分布特征及演变趋势

海河流域涵盖我国"京津冀"经济圈,河流对流域内人类生存和经济发展具有重要支撑作用,研究河流空间分布及演变趋势对于合理利用河流水资源、保护河流生态和实现经济可持续发展具有重要意义.本文运用遥感资料的GIS分析方法,对海河流域的河流地貌、水系结构、河流曲率和河网密度、闸坝等指标进行分析,发现:1海河流域河流地貌划分为上游山区段、中部平原段和下游滨海段,3个区段水系形状依次为树枝状(受人为干扰小),编织状(中度人为干扰),稀疏编织状(人为干扰强烈);2流域水库和水闸修建阻断河流纵向连续性,五大水系(滦河、北三河、永定河、大清河、子牙河)连续性指标值低于5;320世纪60年代—80年代—2000年,流域河流平均曲率不断减小,河网密度呈现不定向波动,反映出人为控制对河道形态改变程度大.今后应减少人类活动对河流自然属性的改变,河流治理和修复过程中应充分考虑保护和改造河流地貌、水系结构、河流曲率和河网密度.     

水稻种植对中亚热带红壤丘陵区小流域氮磷养分输出的影响

以湖南省长沙县的脱甲流域(高水稻种植面积比例)和涧山流域(低水稻种植面积比例)为研究对象,对比研究红壤丘陵地区典型农业流域水稻种植对河流水体氮磷浓度和输出强度的影响.连续16个月的监测结果表明,脱甲和涧山流域河流水体均存在比较严重的养分污染,尤其是氮污染;对比两个流域,脱甲流域河流水体的氮磷浓度水平和水质恶化程度均高于涧山流域.从养分组成来看,脱甲流域河流水体中氮以铵态氮为主(占总氮的58.5%),而涧山流域主要是硝态氮(占总氮的76.1%).脱甲流域中可溶性磷占总磷比例为47.1%,高于涧山流域的37.5%.从养分浓度变化的时间动态而言,两个流域河流中各形态氮素水平在1~2月和7月较高,而可溶性磷和总磷在5~6月和10~12月出现两个峰值.由于两个流域河道径流主要集中在水稻种植期间的4~10月,脱甲流域河流中较高的氮磷养分浓度意味着潜在的氮磷流失风险.脱甲流域月平均总氮输出通量为1.67 kg·(hm2·月)-1,总磷为0.06 kg·(hm2·月)-1,均高于涧山流域的0.44 kg·(hm2·月)-1和0.02kg·(hm2·月)-1.考虑到两个流域的气候、地形地貌、土壤类型、农田耕作方式相似而只是水稻种植面积比例不同,因此,在该地区传统的水稻栽培管理模式下,较高面积比例的水稻种植对流域河流水体环境存在潜在威胁.     

赣江流域土地利用结构及社会经济对河流可溶性重金属含量的影响

基于以2014年Landsat 8卫星影像以及2014年1月和6月野外采样数据并结合GIS技术与统计方法,分析赣江流域土地利用格局与河流水体可溶性重金属分布的关系.结果表明:赣江流域土地利用类型与可溶性重金属含量具有显著相关性,其中城镇建设用地与赣江可溶性重金属含量关系最为密切.林地与草地的面积比例与可溶性重金属呈现显著的负相关,但这种负相关仅存在于河流下游的较低坡度区域.整个子流域、河流缓冲区及坡度3个尺度上土地利用结构与河流可溶性重金属含量的关系,具有很大的差异,不同坡度大小上土地利用结构能较好地反映人类活动强度.低坡度区域由于人类活动强度较大,因此低坡度区域内土地利用结构对河流可溶性重金属含量具有更大的影响.社会经济要素和河流可溶性重金属含量的关系密切,工农业活动的强弱与赣江可溶性重金属含量的高低存在明显的对应关系.赣江流域土地利用结构与河流可溶性重金属含量间的关系存在季节的差异,总体上,丰水期与土地利用结构关系更显著.     

城郊与城镇河流中溶解性有机质与重金属的相关性

溶解性有机质(dissolved organic matter,DOM)在水体环境中广泛存在,对重金属在水环境中的环境行为有重要影响.本研究为探讨DOM与重金属的相关性,以宁波市城郊流域樟溪和城镇流域芦江为例,利用三维荧光技术分析不同城镇化梯度下河流水体溶解性有机质(DOM)的结构组成特征,分析DOM各项参数与重金属之间的相关性.结果表明,城镇化程度较高的河流水体具有较高的DOC、有色溶解性有机质(CDOM)和荧光溶解性有机质(FDOM)浓度;城郊流域与城镇流域水体中DOM均含有4个荧光峰,类富里酸荧光峰A和C以及类蛋白荧光峰B和T,且城镇流域水体荧光峰B和T的强度显著高于城郊流域,DOM腐殖化程度与芳香性也具有同样的趋势;城镇流域水体中重金属As、Cu和Mn浓度显著高于城郊流域.DOM与重金属的相关性结果表明,城镇河流中DOM与Cu、Cr、Mn、As、Zn和Pb都存在显著的正相关关系,而城郊河流中DOM只与Mn、Pb和Cu呈显著正相关,与其它重金属相关性不明显.总之,城镇化水平影响河流水体中CDOM的浓度和性质,而CDOM浓度和性质与重金属的行为密切相关.     

滇池流域土地利用对入湖河流水质的影响

利用滇池流域2008年TM影像数据和入湖河流67个监测点的水质数据,以子流域为基本研究单元,从子流域综合分析和子流域分类分析两个角度,研究土地利用类型(国家分类标准)对入湖河流水质的影响.结果表明,21个子流域单元的水质污染指标(CODMn、TP、TN、NH3-N)与居民点及工矿用地呈显著正相关,与耕地、林地、草地呈负相关.对整个流域而言,城镇及工矿用地是入湖河流水质污染的主要来源,其污染贡献掩盖了耕地的贡献;根据土地利用结构和空间分布格局的差异,将滇池流域的21个子流域分为3类(城镇及工矿用地为主、耕地为主、林地为主).分类分析表明,水质污染指标与居民点及工矿用地始终呈现正相关,与林地始终呈现负相关.同时,讨论了土地利用空间格局差异对水质的影响,说明土地利用比例结构和分布格局对水质亦具有重要影响,     

滇池宝象河流域氮磷流失空间格局解析

有效控制氮磷流失量是水质持续改善的关键因素,定量解析流域氮磷流失量对于氮磷污染精准控制至关重要.宝象河作为滇池流域最主要的入湖河流之一,对滇池水质的影响极为重要.该研究基于第二次全国污染源普查数据,建立了宝象河流域高分辨率的氮磷排放清单,通过构建宝象河LODEST模型估算流域氮磷非点源污染入河系数,并对宝象河流域的氮磷流失量及其空间格局进行解析.结果表明:①2018年宝象河流域TN和TP的排放量分别为1 456.92、191.16 t,流域内种植业非点源是最大的污染源,其次是城镇生活点源和未收集点源.②2018年宝象河干海子断面TN和TP的径流通量分别为270.49和11.19 t,非点源入河系数分别为0.297和0.048.③2018年宝象河流域TN和TP流失量分别为432.28和18.57 t,氮磷流失空间格局呈显著的空间异质性,流域内TN和TP流失强度总体呈外高内低的分布,农业污染为主的子流域氮磷流失最为严重.该研究提出的氮磷流失量估算方法较好地揭示了流域氮磷流失空间分布规律,论证了降雨和地形的不均匀性是造成流域氮磷流失量呈显著空间异质性的重要因素.研究成果可为滇池流域入湖污染负荷控制与削减工程提供重要的科学依据,同时能够为宝象河流域水环境的精准控污和精细管理提供有效的决策支撑.      

基于浮游植物的生物完整性指数开发与验证——以永定河北京段为例

为评估永定河北京段河流健康状态,判别河流生态系统恢复成效,于2022年7月、9月在永定河流域进行浮游植物样品的采集和水环境因子的测定.通过鉴定浮游植物物种并计算其生物量、细胞密度和多样性指数,构建基于浮游植物的生物完整性指数(P-IBI)评价该流域河流健康状态;基于线性模型冗余分析(RDA)判断P-IBI及其组成指标与环境因子的相关性;利用基于水质指标的综合水质标识指数(CWQⅡ)验证P-IBI的可靠性.结果表明,浮游植物群落结构整体为绿藻-硅藻-蓝藻型,绿藻和硅藻占绝对优势;永定河北京段的河流健康状态整体为“亚健康”;WT、DO、pH、SD、TN是影响该流域P-IBI及其组成指标的主要环境因子;P-IBI与CWQⅡ的相关性分析显示,丰水期和平水期P-IBI与CWQⅡ均存在显著的相关性关系,基于P-IBI对永定河北京段的河流健康评价具有较强的可靠性.基于浮游植物的生物完整性指数合理地评价了该流域的健康状态,能敏感地响应流域内水环境因子的变化,在我国北方典型河流的生态健康评价中具有广泛的应用潜力.     

基于偏最小二乘模型的河流水质对土地利用的响应

流域土地利用类型变化是影响河流水质的重要因素之一.为探究子流域尺度土地利用与河流水质之间的相互关系,本文基于太子河流域遥感影像和水质数据,采用偏最小二乘模型(partial least squares,PLS),分析不同土地利用类型对流域水质的影响程度.选取7个不同子流域土地利用类型面积百分比作为自变量X,总氮(TN)、硝酸根离子(NO_3~-)、氯离子(Cl-)与硫酸根离子(SO_4~(2-))这4个水质参数浓度值作为因变量Y,构建了土地利用类型与河流水质数据的偏最小二乘模型,并使用其余子流域数据对构建的模型进行验证.结果表明,太子河流域不同子流域土地利用类型与河流水质指标TN与NO_3~-之间线性关系显著,决定系数R~20.62.其中,耕地面积变化对水体中TN浓度变化影响明显,居民及工矿建设用地面积变化则对水体中NO_3~-浓度变化影响强烈.但对于Cl-和SO_4~(2-)来说,土地利用类型对其浓度大小有一定影响,但并不是最主要的影响因素.虽然太子河流域未利用地面积百分比极小(1.13%),但是未利用地面积变化对水质参数有较显著影响(影响系数0.24).