土地利用转型背景下的乡村景观格局演变响应——基于草堂溪流域的样带分析

研究山区土地利用转型背景下乡村景观格局演变与转型,对山区现代化农业可持续发展和景观格局优化具有一定的指导意义。以三峡库区草堂溪流域为研究对象,利用ArcGIS 10.2和Fragstats 4.2软件,采用样带梯度分析结合景观格局分析方法,基于地形和社会经济因素,分别在河谷地区和山地丘陵地区设置5条样带,对研究区2000—2018年不同方向样带上景观格局梯度演变和驱动机制进行分析比较。结果表明：（1）景观类型整体变化幅度大致可分为较稳定型、逐年递减型和波动递增型,且景观转型的重点主要体现在耕地收缩、果园扩张和林地恢复性增长。（2）2000—2018年,研究区河谷地区的景观类型逐渐多样化,土地利用集聚,呈现空间集约化;而山地丘陵地区景观类型逐渐单一化,林地恢复。整体上由生产型景观格局转型成生态经济型、生态调节型为主的景观格局。（3）社会经济发展和政府政策导向等因素导致研究区内土地利用发生转型,在土地利用转型背景下的乡村景观格局也发生了相应的转变。研究结果可为类似山区土地资源的合理利用、生态治理和乡村振兴提供借鉴价值。     

太湖流域湖荡湿地水生植物的分布特征

2018年在太湖流域内的87个湖荡湿地调查中共发现64种水生植物,隶属于33科51属.总体来看,太湖流域水生植物种类、数量以及覆盖面积与历史上比较呈下降趋势.根据流域上不同地理区域分区（东、西、南、北4个）,分析太湖流域水生植物的分类和功能多样性,发现太湖流域四个区域的分类α多样性指数分别为4.33、5.58、5.01和3.46, β多样性指数分别为3.46、4.23、1.63和7.02,且北部和西部、北部和南部、东部和西部、东部和南部、西部和南部湖荡湿地的分类α多样性均有显著差异,同时太湖流域北部和东部、北部和西部、北部和南部、西部和南部湖荡湿地间的分类β多样性有显著差异.功能多样性方面,四个区域的β多样性指数分别为0.18、0.14、0.09、0.30,太湖流域各分区部分之间水生植物的功能β多样性均有显著差异.CCA结果表明环境变量对太湖流域湖荡水生植物组成的解释度为21.21%,水体总氮和总磷贡献最大,水体富营养化可能是影响太湖流域水生植物衰退的一个重要原因.     

SWAT模型在我国流域水环境模拟应用中的评估验证过程评价

模型评估验证是模型开发和应用过程中的重要环节,是管控模型应用于管理决策风险的重要手段.近年来,以SWAT模型为代表的流域水环境模型在我国流域水环境管理中得到广泛应用,但模型评估验证过程尚缺乏规范性指导.结合SWAT模型建模过程和模型评估验证的基本步骤,梳理总结SWAT模型评估验证过程的评价方法,针对确定研究或决策目标、获取输入数据、构建模型、模型率定验证、展示模型结果等5个阶段分别设计评价指标.筛选中国知网收录的2015—2017年发表的以SWAT模型为主题的428篇学术论文作为研究对象,评价现有研究的模型评估验证过程,分析我国SWAT模型评估验证的现状以及存在的问题和不足.评价结果表明,我国现有的SWAT模型应用研究总体比较重视模型评估验证过程,能够清晰定义研究区域、建模目标和期望产出,说明输入数据来源和质量以及模型概化、参数灵敏度分析、参数识别、不确定性分析的方法和结果,模型模拟效果较好.但是,针对SWAT模型评估验证方法的研究较少,在模型参数识别方面还存在参数选取未考虑研究区域特征、参数识别结果不合理等问题.建议在SWAT模型应用研究中关注参数灵敏度分析和参数识别,结合研究区域特征建立本地化应用数据库,加强模型评估验证方法研究.当模型应用于流域水环境管理决策时,应完整地开展模型评估验证,并分析模型不确定性对决策的影响.      

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（NO₃^--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NO₃^--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NO₃^--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NO₃^--N质量浓度（6.73 mg ·L^-1）高于枯水期NO₃^--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NO₃^--N质量浓度呈现坡耕地和居民区集中分布的截留和大兴子流域中地下水NO₃^--N质量浓度（截留子流域：6.58mg ·L^-1;大兴子流域：6.34 mg ·L^-1）高于苏荣子流域（5.20 mg ·L^-1）的特征,主要由不同子流域地下水埋深和土地利用类型的空间分异特征导致.此外,浅层地下水NO₃^--N质量浓度与Cl^-、NH₄⁺-N、DOC和SO₄^2-质量浓度呈正相关,而与pH值呈负相关,表明地下水化学因子亦是其不可忽略的影响因素.因此,加强山地农业小流域浅层地下水NO₃^--N时空变异特征及其影响因素研究对防控山区农村浅层地下水硝态氮污染和保障饮用水安全十分必要.     

基于SWAT模型的泗河流域除草剂迁移模拟

泗河流域农药污染对南四湖湖泊乃至南水北调工程具有重要的影响,为了解流域农药迁移过程并对其采取治理措施,本研究在泗河流域通过实地采样与调查、室内实验分析、数据统计等手段,借助SWAT模型对流域除草剂阿特拉津及其代谢产物进行迁移模拟.结果表明,除草剂输出与流域径流量有很高的相关性,输出时间以7~8月份为主,输出量占全年的69%以上.且受河道长度、耕地分布等因素的影响,阿特拉津的输出量以东部上游地区和中部地区为主,流域出水口处的阿特拉津输出量居中等水平;阿特拉津代谢产物DEA和DIA的输出量的空间分布相似,以下游流域出口处和中部地区为主.本研究可为流域除草剂迁移治理提供理论支持.     

Stream Phosphorus Transport in the Lake Tahoe Basin, 1989–1996

Lake Tahoe is undergoing the initial stages of culturaleutrophication due to human alteration of the airshed andwatershed. The lake's switch from nitrogen (N) to phosphorus (P)limitation has been attributed primarily to atmospheric Nloading. This places an increased importance on controllingwatershed movement of P to the lake. A stream water qualitymonitoring data set consisting of nine streams in the Lake Tahoebasin has been analyzed to characterize the spatiotemporalvariation of P delivery to the lake. This data is from the LakeTahoe Interagency Monitoring Program (LTIMP), which providesscientific data for planning and regulatory agencies to addressenvironmental problems in the Lake Tahoe basin. Results indicatethat P delivery (concentrations, loads) varies greatly atinterannual, seasonal, and spatial scales. Annual and seasonaltotal P (TP) concentrations can vary up to three orders ofmagnitude in a given stream and are strongly associated withsuspended sediment. Particulate P is the major form of Ptransported by Tahoe streams and was strongly correlated withpercent surficial geologic deposits, which are primarily locatednear streams. Tahoe streams with the highest annualP concentrations often had the lowest annual P loads, and visaversa. P loading is greatest during the spring snowmelt (75% ofannual average). Potential watershed parameters influencing Pdelivery to Lake Tahoe have been identified as precipitation,basin area, basin steepness, and road and human developmentcoverage. Results also suggest that human development impacts onstream P loads are most prevalent during high precipitationyears. Identification and quantification of stream sediment andP sources such as streambanks and impervious surface isnecessary to aid in watershed restoration efforts.     

长江流域主要污染物总量减排及水质响应的时空特征

从流域尺度评估污染物减排与水质响应成为我国水环境质量管理的重要内容,以长江流域为研究对象,分析了“十二五”期间长江10个子流域的主要污染物(化学需氧量和氨氮)减排效果及水质响应的时空差异。结果表明,环保投资大幅度增加促进了长江流域主要污染物的减排,然而不合理的环保投资结构导致流域水污染治理效率并不高。不同流域污染负荷差异显著,长江中下游负荷量约为源头区的4倍。不同污染物的水体质量浓度与流域负荷量之间的响应机制存在明显差异,其中,长江各流域水体氨氮质量浓度对流域的氨氮负荷量变化表现出积极的响应关系,相比之下,长江各流域水体高锰酸盐指数的年平均质量浓度变化趋势与流域化学需氧量负荷的变化并不一致。建议调整长江流域污染治理的环保投资结构,提高生活源污染的治理效率,同时在分析流域总量减排与水质响应不确定性基础上,优化和调整流域污染物管理方案.     

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.     

跨省流域生态补偿机制的创新——基于区域治理的视角

在传统行政区行政理念的主导下,流域政府皆以追求本地利益最大化为基本目标,甚少关注甚至漠视流域公共利益,流域政府间利益冲突严重,因此,难以对跨省流域生态补偿达成一致意见.跨省流域生态补偿的实施有赖于政府行政管理理念向区域治理理念的转变和相应的机制创新,包括建立流域政府间的民主协商机制、多元主体联合供给机制和中央对流域政府的选择性激励机制.     

Mainstreaming investments in watershed services to enhance water security: Barriers and opportunities

Watersheds are under increasing pressure worldwide, as expanding human activities coupled with global climate change threaten the water security of people downstream. In response, some communities have initiated investments in watershed services (IWS), a general term for policy-finance mechanisms that mitigate diverse watershed threats and promote ecosystem-based adaptation. Here, we explore the potential for increasing the uptake and impact of IWS, evaluating what limits its application and how institutional, financial, and informational barriers can be overcome. Our analysis complements the growing literature on individual programs by identifying levers at regional and global scales. We conclude that mainstreaming IWS as a cost-effective strategy alongside engineered approaches will require advances that (i) lower institutional barriers to implementation and participation in IWS; (ii) introduce structural market changes and standards of practice that account for the value of watersheds’ natural capital; (iii) develop practical tools and metrics of IWS costs and benefits; and (iv) share success stories of replicable institutional and financial models applied in varied contexts.