Eco-hydrological modelling in a highly regulated lowland catchment to find measures for improving water quality

Water quality modelling in the meso-scale Rhin catchment in the German federal state Brandenburg was done (1) to answer some specific questions concerning identification of point and diffuse sources of nutrient pollution in the catchment, (2) to assess the influences of possible climate and land use changes on water quantity and quality and (3) to evaluate potential measures to be done in order to achieve a “good ecological status” of the river and its lakes as required by the Water Framework Directive (WFD).The Rhin catchment is a typical highly regulated lowland river basin in Northern Germany. The regulations complicate water quantity and quality modelling in the catchment. The research was done by using the eco-hydrological model SWIM (Soil and Water Integrated Model), which simulates water and nutrient fluxes in soil and vegetation, as well as transport of water and nutrients to and within the river network. The modelling period was from 1981 until 2005. After calibrating the hydrological processes at different gauges within the basin with satisfactory results, water quality (nitrogen and phosphorus) modelling was done taking into account the emissions of different point sources (sewage treatment plants, etc.) and identifying the amount of diffuse pollution caused mainly by agriculture.For suggesting some feasible measures to improve water quality and to reduce diffuse pollution considering possible climate and land use changes, different reasonable scenarios were applied in consultation with the Environmental Agency of Brandenburg (LUA). The study revealed that the amount of water discharge has significant influence on the concentration of nutrients in the river network, and that nitrogen pollution, caused mainly by diffuse sources, could be notably reduced by application of agricultural measures, whereas the pollution by phosphorus could be diminished most effectively by the reduction of point source emissions.     

快速渗滤土地处理系统对城市生活污水中N、P去除的优化研究

为了探索城市生活污水中N、P去除,在实验室内采用混合土为介质,以均匀设计原理为指导,进行模拟人工快速渗滤系统对城市生活污水中N、P的去除。研究不同介质配比,淹水时间,湿干比3种因素组合对污水处理的最优运行模式。试验结果表明：通过选取混合土为介质及以上3个参数是可行的;通过回归统计得出最优模型。     

三峡库区笋溪河流域面源污染及其与土壤可蚀性k值的关系

研究三峡库区面源污染特征及其与水土流失的关系,可为库区氮磷污染和土壤侵蚀控制提供依据.选择三峡库区库尾笋溪河流域,在流域内分园地、林地和耕地3种土地利用类型共采集126个土壤样品,并在主干和支流采集52个水质样品.根据EPIC模型计算土壤可蚀性k值,分析流域内土壤可蚀性k值对面源污染的影响.结果表明,笋溪河流域面源污染主要是氮污染,总氮均值达1.37 mg/L,氮素的主要形态为硝态氮,占总氮的71.2%;总磷浓度为0.1 mg/L.流域内土壤可蚀性k值均值为0.040,随着土层加深土壤可蚀性k值呈上升趋势;林地土壤可蚀性k值显著低于园地和耕地.笋溪河流域总氮浓度与园地和耕地0-20 cm土壤可蚀性k值有关,硝态氮浓度与耕地0-40 cm土壤可蚀性k值有关.因此,笋溪河流域面源污染严重,主要来源是耕地和园地,应实行免耕、植物篱等措施,同时减少化肥施用,增加有机肥比例,以增加土壤抗侵蚀能力,进而控制流域水土流失和面源污染.(图6参37)     

污水土地处理磷污染物迁移转化模拟讨论分析

根据磷在土壤中的迁移转化机理，进行了以土柱试验为基础的“污水土地处理条件下磷的迁移转化模拟试验”，总结了污水中的磷在土壤中迁移转化的规律，提出了定量模拟这一规律的迁移转化联合模型。联合模型为研究磷在土壤中的运动提供了定量化依据，避免了已有研究中将迁移和转化割裂研究造成的误差，丰富并完善了不同形态磷的迁移转化模型。     

贵州草海湿地农田渠系水质空间分异特征及影响分析

为了解草海湿地农田渠系水质现状、空间分异特征及影响因素,于2011年秋季对草海湿地进行大空间尺度的采样,分析了氮磷等理化指标,采用单因子污染指数法和营养状态指数法分别对农田渠系水质和湖泊营养状态进行评价.结果表明,草海湿地农田渠系水质污染严重,多数水质为V类或劣V类,总氮和溶解氧是水体中的主要污染因子;上游水质劣于下游,尤其是上游靠近县城区域的水质最差;多等级排水渠系对氮磷具有一定的截留作用,干渠V级水质好于低级渠系水质;不同的土地利用方式对水质的影响不同,城镇用地>集中式村落>农田;草海湿地水体上、中、下游营养水平分别为中度富营养、轻度富营养和中营养,外源污染物的累积和湖泊营养水平的提高导致其沼泽化,而流域不合理的土地利用结构加剧了沼泽化的进程.     

土地利用方式对土壤动物多样性的影响

为了解不同利用方式下土壤动物多样性状况及其演变,对广州市东部郊区的水稻田、蔬菜地、果园旱地和林地4种土地利用类型0～5、5～10、10～15、15～20cm土层进行了土壤动物取样调查,共获得土壤动物24683只,分别隶属于4门10纲23类。统计分析结果表明,土壤动物多样性受土地利用方式的影响明显。果园旱地和林地的个体数显著高于蔬菜地和水稻田,但果园旱地与林地、蔬菜地与水稻田之间无显著差异;果园旱地和林地的土壤动物类群数显著高于水稻田,但果园旱地与林地、林地与蔬菜地、蔬菜地与水稻田之间的差异不显著;林地和果园旱地的复杂性指数显著高于蔬菜地,但林地与果园旱地和水稻田、水稻田与蔬菜地之间的差异不显著（P〈O．05）。土壤动物的个体数和类群数量随着土壤深度的增加而明显减少,但不同土地利用方式下各层土壤动物的丰富度及其随土层加深而递减的程度则有明显不同,其中,林地和果园旱地的土壤动物在不同土层中较丰富,垂直变化比较和缓,水稻田和蔬菜地的类群数和个体数则随土层的加深而急剧减少。     

河北省太行山区土地资源生态安全预警与调控研究

采用模糊优选模型和情景分析模型,选取河北省太行山区为研究区域,对其进行土地资源生态安全预警分析,并定量测度了各敏感因子对生态安全警情的影响程度。结果表明,研究区土地资源生态安全警情包括中警、轻警、预警3个等级,以轻警为主,所占面积比例达50%以上。从时间尺度上,整体生态安全警情呈缓慢好转态势。从空间尺度上,生态安全预警格局中段警情有所好转,南北两端警情趋于严重,尤其以南部最差。15°坡耕地面积、人口密度、污染负荷指数、人均草地面积、人均林地面积、化肥农药负荷、景观破碎化指数、Shannon多样性指数、人均GDP和三废综合处理率10个敏感因子(权重0.03)是影响研究区生态安全的重要因子,对总系统生态安全的综合贡献必须引起足够重视;各子系统对总系统生态安全的贡献率大小依次为状态子系统压力子系统响应子系统,因此需有针对性地对各个子系统及总系统进行调控。     

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.     

基于土地利用的中国城镇化SD模型与模拟

中国正处在快速推进的城镇化进程中,耕地与林地、牧草地和水域等生态用地将如何变化,以及建设用地是否仍将快速增长?这不仅是国家宏观政策制定者关心的问题,也是广大学者和普通民众面临的具体问题。通过构建基于土地利用的中国城镇化系统动力学（System dynamics,SD）模型,尝试对上述问题作出分析。研究结果表明：（1）本文构建的模型是有效的,具备可靠性和稳定性。（2）若要保持国家耕地保有量不少于18.25亿亩,到2050年需补充83.17万~412.67万hm²耕地资源。（3）到2050年,如果中国城镇化水平达到78%左右,建设用地总量将达到4007.29万~4214.25万hm²,较2020年净增加了155.87万~342.88万hm²。（4）2020—2050年生态用地数量表现为先增加后减少,其中,林地显著增加,牧草地减少,水域略有增加。研究成果可为全国国土空间规划多方案模拟、评估和决策提供科学服务。     

土地开发对生态环境的影响及其防治对策

环境是一生态系统,它具有自动调节功能,但有一定的限度,超过了限度,会导致生态系统平衡失调。因毁体开荒、开垦草原、围垦滩涂,结果导致生态平衡失调和破坏,造成森林减少、水土流失严重、气候恶化、沙漠化扩大,洪旱灾害频发,使整个生态环境趋于恶化,最终影响到人类自身的生存。本文列举了巴州地区土地开发的现状,分析了土地开发对生态环境造成的影响,并提出了生态环境保护对策与建议。