2004～2009年我国典型陆地生态系统地下水硝态氮评价

利用中国生态系统研究网络（CERN）2004～2009年31个典型陆地生态系统38个浅层地下水井硝态氮（NO 3--N）的监测数据,评价我国典型陆地生态系统地下水NO 3--N污染状况.结果表明,农田（4.85 mg.L-1±0.42 mg.L-1）、绿洲农田（3.72mg.L-1±0.42 mg.L-1）、城市（3....     

Quantification of net primary production of Chinese forest ecosystems with spatial statistical approaches

Net primary production (NPP) of terrestrial ecosystems provides food, fiber, construction materials, and energy to humans. Its demand is likely to increase substantially in this century due to rising population and biofuel uses. Assessing national forest NPP is of importance to best use forest resources in China. To date, most estimates of NPP are based on process-based ecosystem modeling, forestry inventory, and satellite observations. There are little efforts in using spatial statistical approaches while large datasets of in-situ observed NPP are available for Chinese forest ecosystems. Here we use the surveyed forest NPP and ecological data at 1,266 sites, the data of satellite forest coverage, and the information of climate and topography to estimate Chinese forest NPP and their associated uncertainties with two geospatial statistical approaches. We estimate that the Chinese forest and woodland ecosystems have total NPP of 1,325 ± 102 and 1,258 ± 186 Tg C year⁻¹ in 1.57 million km² forests with a regression method and a kriging method, respectively. These estimates are higher than the satellite-based estimate of 1,034 Tg C year⁻¹ and almost double the estimate of 778 Tg C year⁻¹ using a process-based terrestrial ecosystem model. Cross-validation suggests that the estimates with the kriging method are more accurate. Our developed geospatial statistical models could be alternative tools to provide national-level NPP estimates to better use Chinese forest resources.     

南水北调典型受水区浅层地下水水化学特征及成因

以邯郸黑龙港平原作为典型受水区,运用描述性统计、Piper图、离子比例分析、饱和指数和氯碱指数等方法,开展浅层地下水水化学变化特征及其成因分析研究.结果表明:南水北调中线工程通水后浅层地下水总体上由咸水向微咸水转化,浅层地下水水质的改善与水位恢复存在密切的相关性;6月和12月浅层地下水主要水化学类型分别是Na-SO₄-Cl型和Na-HCO₃型.蒸发岩(岩盐、石膏和芒硝)和碳酸盐岩矿物(方解石和白云石)的溶解/沉淀作用控制着浅层地下水主要离子浓度的变化.大部分区域发生了正向阳离子交换作用,而地下水位降落漏斗区或钠离子浓度相对富集区域则主要发生了反向离子交换作用.工业和生活污水排放、农业化肥使用可能在一定程度上造成部分浅层地下水的污染.研究结果对南水北调中线受水区地下水资源可持续开发利用和环境保护具有重要意义.     

以10种农业废弃物为基料的地下水反硝化碳源属性的实验研究

为了选择理想的农业废弃物作为优质碳源,同时作为生物膜载体应用于可渗透反应墙(PRB),通过反硝化作用去除地下水中的硝酸盐.选择小麦秸秆、玉米秸秆、稻秆、大豆秸秆、玉米棒、稻壳、甘蔗渣、杨树枝、木屑、芦苇共10种农业废弃物进行元素分析实验、浸溶实验和长效浸出实验研究.元素分析实验结果显示,10种农业废弃物的C、N、H元素含量分别为38%~48%、5%~7%、0.5%~2.5%.短效浸出实验表明,甘蔗浸出液的总有机碳(TOC)浓度最高,均值可达38.66 mg·g~(-1),大豆秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆、稻壳、杨树枝和小麦秸秆为8.04~15.30 mg·g~(-1),其他均值约为2.36~6.33 mg·g~(-1).但是,大部分农业废弃物均释放一定量的含氮物质.其中,硝酸盐及亚硝酸盐释放量均低于0.05 mg·g~(-1),氨氮释放量低于0.30 mg·g~(-1),凯氏氮除木屑、玉米棒、杨树枝释放量较低,其余均高于0.80 mg·g~(-1),最高可达1.65 mg·g~(-1).同时,秸秆类材料浸出液具有一定的色度,其中稻杆的色度最高,其值为1025.选择浸出液TOC浓度较高的甘蔗渣、玉米秸秆、稻壳、小麦秸秆及凯氏氮浓度较低的玉米棒和木屑作为理想碳源材料,进行长效浸出实验.结果表明,6种材料的TOC能迅速达到高位平衡状态,且溶出速率稳定,浸出液的高效液相色谱(HPLC)和气-质谱联用仪(GC/MS)分析表明,其主要成分为有机酸、糖类、含氮有机物和酯类等物质.其中,有机酸主要为甲酸、乙酸、草酸、富马酸等小分子有机酸、糖类主要为纤维二糖、葡萄糖、果糖和木糖.脱氮效能实验表明,6种农业废弃物硝酸盐去除率均达到80%以上,脱氮速率均达到1.00~2.00 mg·cm~(-3)·d~(-1)(以N计).综上,这6种材料均可作为地下水硝酸盐污染原位修复的理想碳源填充材料.     

长江上游典型山地农业小流域浅层地下水硝态氮时空变异特征及影响因素

长江上游山区以浅层地下水作为主要供水水源,但其极易受到农业生产等活动所导致的硝态氮(NO^-₃-N)污染.本文选取长江上游典型山区农业小流域作为研究对象,对土地利用与管理强度和水文地质条件等进行了野外调查,阐明其浅层地下水NO^-₃-N时空变异特征并分析其影响因素.结果表明,研究小流域地下水中NO^-₃-N质量浓度变化范围为0.40～12.51 mg·L^-1,超标率近30%.受降雨和管理强度影响,丰水期降雨量和施肥量增加,土壤中氮素在降雨驱动下淋溶流失进入浅层地下水,呈现出丰水期NO^-₃-N质量浓度(6.73 mg·L^-1)高于枯水期NO^-₃-N质量浓度(6.28 mg·L^-1)的时间变异特征.在空间上,小流域地下水中NO^-₃-N质量浓度呈现坡耕地和居民区集中分布的截...     

浅层地下水中的氮含量与地下水污染敏感性--以石家庄市为例

氮在地下水中的主要存在形式是氨氮、硝氮和亚硝氮,这三种污染物在石家庄市辖区内,由于影响污染敏感性的其它因素大小不同,造成三者相互关系有较大区别.浅层地下水易污染区,NH3浓度相对较低,NO-3浓度相对较高,使得NO-3/NH3比值较大,相反在浅层地下水难污染区,水中NH3浓度相对较高,而硝氮浓度表现相对含量较低的特征,其NO-3/NH3比值较小.易污染区亚硝氮的含量在0.0001～0.02mg/L范围内,而在难污染区未能检出(＜0.0001).利用这一结果可以定量的评价石家庄市区的污染敏感性.     

柳江盆地浅层地下水硝酸盐分布特征及影响因素分析

以秦皇岛柳江盆地浅层地下水硝酸盐为研究对象,在地下水污染源调查的基础上,于2014年7月丰水期、2015年4月枯水期共采取浅层地下水样215组.基于变异函数模型和Arc GIS地统计模块,分析了浅层地下水中硝酸盐含量时空分布特征,并利用因子分析方法探讨了硝酸盐污染成因.结果表明,无论丰水期还是枯水期,研究区东南部均为硝酸盐主要污染区域,含量达30~120 mg·L~(-1),但枯水期硝酸盐污染面积约为丰水期的1.4倍;硝酸盐空间分布受人类活动和地质条件影响显著,其次为Eh、DO、p H和地形地貌条件.北部浅层地下水硝酸盐含量小于20 mg·L~(-1);中部主要来源于人类活动及农业种植中氮肥的流失,局部污染较严重;南部受隔水边界阻隔作用,表现为硝酸盐累积效应,污染严重.     

亚热带红壤丘陵区浅层地下水氮淋失特征研究

土壤养分累积引起的氮素(N)淋失是导致农区地下水污染的重要原因,也是农业面源污染的重要形式.本文以湖南省长沙县典型亚热带红壤丘陵流域为研究对象,通过连续定位观测,研究了林地、稻田、菜地和茶园4种代表性土地利用类型浅层(130~150 cm)地下水中N浓度的逐月动态变化特征.连续3年(2010—2013年)的观测结果表明:4种土地利用类型下浅层地下水总氮(TN)平均浓度差异显著(p0.05),其中,林地最低(0.85 mg·L-1),茶园最高(7.64 mg·L-1);从N的形态构成来看,林地、菜地和茶园浅层地下水中N形态以硝态氮(NO-3-N)为主,分别占TN的46.7%、70.2%和72.8%,而稻田浅层地下水N形态则以铵态氮(NH+4-N)为主,占TN 43.5%,表明土壤淹水条件是影响地下水N淋失形态的关键因子.地下水各形态N浓度的动态变化在不同土地利用下也迥然不同:林地地下水各形态N的含量低、变幅小,而稻田、菜地和茶园地下水N浓度变幅较大;采用单因子方法对不同土地利用下地下水的水质进行评价,结果表明:研究区浅层地下水中TN和NO-3-N无显著污染,NH+4-N污染较为严重,而综合指数法(F值法)进一步表明研究区浅层地下水污染主要出现在稻田和茶园,因此,控制稻田和茶园N肥的施用量是预防亚热带红壤丘陵区地下水N污染的关键.     

滇池周边浅层地下水硝酸盐来源及转化过程识别

明确硝酸盐的主要来源及转化过程对地下水氮污染防治和水资源开发利用具有重要意义.为了探明滇池周边浅层地下水中硝酸盐污染现状及来源,于2020年雨季（10月）和2021年旱季（4月）在滇池周边共采集73个浅层地下水样,运用水化学和氮氧同位素（δ¹⁵N-NO₃^-、δ¹⁸O-NO₃^-）识别浅层地下水中硝酸盐的空间分布、来源及转化过程,并结合同位素混合模型（SIAR）定量评价不同来源氮对浅层地下水硝酸盐的贡献.结果表明,旱季浅层地下水中有40.5%的采样点ρ（NO₃^--N）超过地下水质量标准（GB/T 14848）Ⅲ类水质规定的20 mg·L^-1,雨季超过47.2%的采样点ρ（NO₃^--N）超过20 mg·L^-1.氮氧同位素和SIAR模型分析结果证明了土壤有机氮、化肥氮、粪肥和污水氮是浅层地下水硝酸盐的主要来源,以上氮源对旱季浅层地下水中硝酸盐的贡献率分别为13.9%、11.8%和66.5%,对雨季的贡献率分别为33.7%、31.1%和25.9%,而大气氮沉降贡献率仅为8.5%,对该区浅层地下水中硝酸盐来源贡献较小.硝化作用是旱季浅层地下水中硝态氮转化的主导过程,雨季以反硝化作用为主,且反硝化作用雨季比旱季明显.     

内蒙古典型草原灌丛和草地斑块土壤水分入渗特征

Water is the most critical factor for controlling the vegetation pattern in arid and semiarid regions. Using a dye-tracing experiment, we analyzed the infiltration pattern beneath shrub canopy and interspace grass patches in typical steppe ecosystems. The dye coverage, uniform infiltration depth, maximum infiltration depth, total stained area and heterogeneous infiltration stained area were measured by two indices, the maximum infiltration depth index (MIDI) and heterogeneous infiltration index (HII), which were calculated by processing dye-stained photos. The MIDI and HII of soil under shrubs were 1.41±0.14 and 0.29±0.068, respectively, and larger than those of grass soil, 1.26±0.14 and 0.20±0.076. Using the MIDI, HII, field soil moisture and rainfall data, the infiltration depth and heterogeneous infiltration amount for 26 nature rainfall events were calculated. The results imply that water can infiltrate to a deeper layer beneath shrub canopy than beneath grass patches and that more water infiltration occurs beneath shrub canopy than beneath grass patches. These results are of prime importance for arid and semiarid ecosystems with a limited water supply due to high evaporation and low precipitation.     

新疆石河子地区地下水硝酸盐含量分布及影响因素分析

为了初步掌握石河子地区平原区地下水硝酸盐污染状况,通过调查取样分析,对研究区地下水硝酸盐含量状况及其影响因素进行了研究。结果表明,石河子地区地下水硝酸盐含量普遍较低,仅有3.03%的取样点超过《生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)》。研究区内地下水硝酸盐氮含量空间分布特征显著,水平分布特征表现为从南到北逐渐降低,垂向分布特征表现为潜水区硝酸盐氮含量高于承压水区。影响地下水硝酸盐氮含量的主要因素包括含水层特性、地下水氧化还原条件、降水量等自然因素以及氮肥施用量、种植制度和农业污染源等人为因素。该研究对石河子地区饮水安全和地下水保护有现实意义。     

我国地下水硝酸盐污染及源解析研究进展

我国地下水中硝酸盐污染问题严峻,尤其农业产区地下水硝酸盐污染日益突出,严重影响了地下饮用水安全,急需引起重视.通过综述发现,我国地下水中硝酸盐的主要来源为大气沉降、土壤氮、农业施肥和粪便污水等,其中粪便污水和农业施肥是地下水硝酸盐超标的主要原因.总结了水化学分析法、多元统计分析法、稳定同位素示踪法和微生物源追踪等技术在地下水硝酸盐溯源中的应用.各种溯源方法均有一定的局限性,建议采用多种方法联合识别地下水中硝酸盐来源,并通过多元统计分析和同位素定量解析模型计算不同污染来源贡献率.硝酸盐污染溯源经历了从定性到定量的研究过程,目前基于δ¹⁵N-NO₃ ^-和δ¹⁸O-NO₃ ^-解析硝酸盐来源的SIAR和MixSIAR模型已经相当成熟,但由于不同输入端元同位素特征值范围相互重叠,不同时空变化等条件下δ¹⁵N-NO₃ ^-和δ¹⁸O-NO₃ ^-值具有一定差异,以及氮迁移转化过程中的同位素分馏等的影响,导致模型计算得出的结果还存在不确定性,需要进一步优化模型的解析方法,以更精准地获取硝酸盐污染来源及其贡献率,服务于地下水资源的科学管理.     

沟塘水质及其周边浅层地下水PAHs的风险评价

为探讨农村居民区沟塘水质对周边浅层地下水的影响,在河南省某县选择典型沟塘,分别在枯水期和丰水期采集沟塘水和周边浅层地下水样品,采用高效液相色谱检测16种多环芳烃(PAHs)的含量,分别描述并比较枯丰水期PAHs的污染特征及其生态与健康风险.结果 表明,枯水期沟塘水中BaP含量、∑PAHs、TEQ(BaP)含量和致癌性P...     

沟塘水及其周边浅层地下水中重金属污染特征与健康风险评价

以河南省某乡4个沟塘水及其周边浅层地下水为研究对象,在丰水期采集样品,测定水中Al、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、As、Se、Ag、Cd、Hg和Pb 13种重金属元素浓度,并评价沟塘水对其周边浅层地下水水质的影响及潜在健康风险。结果表明:沟塘水中重金属总体为重度污染,其中Mn和Fe浓度超过GB 3838—2002《地表水环境质量标准》中Ⅳ类标准限值,平均超标倍数分别为5.5倍和9.0倍;周边浅层地下水中重金属总体为轻度污染,其中Al、Mn、Fe和Ni浓度超过GB/T 14848—2017《地下水质量标准》中Ⅲ类标准限值;浅层地下水中重金属浓度随着与沟塘距离增加而降低,Al、Cr、Ni、Pb、Mn和Fe浓度与到沟塘距离呈对数负相关关系;儿童和成人通过饮水摄入浅层地下水中13种重金属元素的非致癌健康风险之和分别为0.296和0.309,均小于1(可接受水平);儿童和成人终生暴露Cr、Ni、As、Cd、Pb 5种致癌重金属元素的致癌健康风险之和分别为1.44×10^-5和7.52×10^-5,超过1.0×10^-6(较高致癌健康风险)。研究区沟塘水对其周边浅层地下水有一定的影响,儿童和成人通过饮水途径暴露浅层地下水中重金属的致癌健康风险值得关注。     

黄土高原中部浅层地下水化学特征及影响因素

通过采集黄土高原中部沿黄流域57个浅层地下水水样,采用定性（Gibbs模型、Na端元和离子相关关系）和定量（正向演替模型）分析方法探究了该地区地下水水化学特征、沿程变化规律和控制因素.结果表明,黄土高原中部沿黄流域浅层地下水均呈弱碱性;优势阴阳离子分别为HCO₃^-和Na⁺;水化学类型以HCO₃-Ca-Mg为主,占40%.研究区地下水主要离子自北向南变化趋势有所差异,其中Cl^-浓度保持动态稳定,SO₄^2-、HCO₃^-、Mg²⁺和Na⁺浓度沿程增加,而NO₃^-、Ca²⁺和K⁺浓度沿程降低,矿产资源开发是研究区地下水SO₄^2-重要来源,而强烈的阳离子交替吸附作用是引起Na⁺富集的重要因素.研究区地下水溶质来源主要受岩石风化作用控制,以硅酸盐岩石风化为主;大气输入、人类活动和岩石风化对地下水溶质的相对贡献分别为5%±3%、6%±13%和89%±13%.此外,下垫面因素改变、人类活动以及气候变化通过改变地下水补给与排泄等过程直接或间接的影响了地下水水量和水质.本研究结果将为黄河流域和其他类似地区当前和未来的地下水质量管理项目提供参考.     

京津冀西北典型流域地下水化学特征及补给源分析

为揭示京津冀西北典型流域地下水循环特征,运用环境同位素和水化学技术等方法分析张家口市不同流域水体氢氧同位素特征、水化学特征及时空变化特征、地表地下水转化关系。结果表明:地表水化学类型主要为HCO3-Mg·Na和HCO3·Cl-Na型;地下水化学类型不同时期表现出不同的类型,水化学类型更为多样,主要以HCO3-Mg·Na型、HCO3·Cl-Na型、HCO3·Cl-Na·Mg为主。地表河水和地下水中离子均主要来源于岩石风化作用;张北和桑干河流域地下水中离子偏向于蒸发浓缩作用控制。张家口市各流域地表地下水δ18O、δD组成较为接近,表明了当地地表水和地下水均受到大气降水的补给。大气降水和地表河水对地下水的补给比例均值分别为37.74%和62.26%,以地表河水的补给为主要方式。     

金佛山地区地下水硝态氮污染时空变异性研究

根据1976～1977年、2004～2006年和2009年金佛山地区23处地下水排泄点水中硝态氮的质量浓度,采用地球化学、统计学与GIS相结合的方法确定了区内地下水中硝态氮的地球化学背景值,分析了硝态氮污染的时空变异特征.结果表明,区内地下水中硝态氮的地球化学背景值为0.72～2.00 mg.L-1,正异常下限为3.20 mg.L-1;2004～2006年和2009年金佛山自然保护区内地下水硝态氮平均质量浓度为：2.08、2.67、2.59和3.92 mg.L-1;保护区外为：39.08、25.46、17.99和13.73mg.L-1;平均超标率（标准规定NO 3--N≤10 mg.L-1）为：451.64%、478.61%、331.85%和145.67%;最高浓度为：157.58、118.04、63.82和46.18 mg.L-1;最大超标率为：1 475.81%、1 080.39%、538.20%和361.78%.插值分析结果显示,区内地下水中硝态氮高值中心随时间而变化,低值区沿金佛山自然保护区分布.当地合理的环境保护政策和产业结构调整,对环境保护工作起到了积极作用.     

某典型农业活动区土壤与地下水有机氯农药污染健康风险评价

以长江三角洲某农业活动区为目标研究区域,分别采集研究区O～20 cm、20～40 cm、40～60 cm深度土壤样与浅层地下水样,分析该区有机氯农药六六六(HCHs)与滴滴涕(DDTs)在不同深度土壤至潜水含水层中的残留分布特征,并应用美国RBCA模型对研究区HCHs和DDTs进行健康风险评价.结果表明:在表层、第二层、第三层3个土层中β-HCH与DDE最大检出水平分别为50.28 μg· kg-1与60.35μg·kg-1、30.25μg·kg-1与30.29μg·kg-1、3.54 μg· kg-1与7.63 μg· kg-1,检出率分别为76.5％与69.8％、75.2％与65.2％、40.3％与30.5％,而该区浅层地下水中农药残留未检出.基于RBCA健康风险评价模型计算该农业活动区中HCHs和DDTs累加致癌风险值为4.7×10-5,致癌风险较小;HCHs和DDTs的平均浓度值和最大浓度值对应的非致癌健康风险均未超出US EPA安全阈值1.0,风险较低.     

京津冀西北典型区域地下水位时空演变及驱动因素

京津冀西北地区是北京、天津重要的水源涵养区和生态屏障,也是"京津冀协同发展"战略重要的支撑区域。为揭示京津冀西北地区地下水位时空演变规律及其驱动因素,以张家口地区为研究区域,选取1981—2015年56个地下水位观测井连续观测数据、水文地质相关资料、气象数据、地下水资源开采数据和社会经济数据,对研究区内坝上高原、柴宣盆地、涿怀盆地和蔚阳盆地四个地貌单元地下水位时空演变规律和驱动因素进行分析。结果表明:张家口地区四个地貌单元及下辖各区县地下水位呈整体下降趋势,且下降速率逐步加快。35年间坝上高原水位降幅3.59 m<蔚阳盆地水位降幅3.6 m<涿怀盆地水位降幅7.17 m<柴宣盆地水位降幅20.41 m。张家口地区四个地貌单元地下水位动态变化与降雨量、蒸发量、气温等自然因素相关性较差,但与第一产业产值、常用耕地面积、有效灌溉面积、粮食总产量、蔬菜总产量、猪牛羊肉总产量、第二产业产值、第三产业产值和年末总人口等社会经济因素存在显著的相关性。在主成分分析中四个地貌单元前两个主成分的累计方差贡献率均>80%,其中第一个主成分主要为蔬菜总产量、猪牛羊肉总产量、年末总人口和...     

近20年全球农业生产对地下水影响研究的热点与趋势

全球地下水开采总量的90%以上都被用于农业生产,地下水资源已成为事关全球粮食安全的重要战略资源。因此,明确全球农业生产对地下水影响研究的热点演进过程与未来趋势,对于灌溉农业的可持续发展和地下水资源的保护与利用具有重要意义。基于中国知网（CNKI）核心期刊数据库和Web of Science（WoS）数据库,通过可视化文献分析工具CiteSpace,对2000—2020年全球范围内农业生产对地下水影响研究领域的相关文献进行分析,总结该领域近20年的研究进展、研究热点和发展趋势。结果显示：在农业生产对地下水影响的研究中,CNKI和WoS发文量平均增速分别为1.45和53.7篇/a,美国和中国是该研究领域发文的主导国家,其发文量分别占总发文量的24.94%和15.70%;在全球各大研究机构中,中国科学院是该领域最具国际影响力的研究机构;农业面源污染和地下水健康风险评价是当前全球在该领域中的研究热点,并在人口激增、水资源匮乏、粮食短缺等以及全球气候变化的背景下将继续保持一定的热度;地下水超采是农业生产对地下水影响领域中重要的研究主题,Scanlon和Taylor等专家的高被引文章在该领域影响力较大。