珠海正坑小流域土壤与氮、磷养分流失估算

土壤及土壤养分流失是农业非点源污染的主要形式。选择珠江三角洲地区典型小流域——正坑小流域为研究区,在GIS技术支持下,建立流域数字高程模型并获取下垫面相关参数,采用通用土壤流失方程、固态污染物负荷方程,进行小流域农业非点源污染负荷估算与分析。结果表明,正坑小流域年土壤流失量为455061.60kg,旱坡地和果园两类土地利用景观类型具有相对较高的侵蚀模数;土壤N、P养分流失年负荷量分别为6335.32,1150.35kg,不同土地利用类型对非点源污染负荷的贡献率不同,水田中氮、磷流失对非点源污染负荷有重要影响。     

紫色土区小流域不同土地利用类型非点源氮迁移特征

通过对紫色土区小流域旱地、居民点氮迁移过程的野外监测,研究紫色土区旱地、居民点氮流失特征.结果表明,地表径流是居民点氮迁移的主要途径,而旱地氮素主要通过壤中流迁移.次降雨事件中居民点氮迁移浓度、负荷变化显著,总氮(TN)、颗粒态氮(PN)、铵氮(AN)迁移呈现显著的“初始冲刷效应”,初期25.0％的径流量携带了37.0％的TN负荷、60.0％的PN负荷和36.0％的AN负荷,而旱地径流中氮浓度、负荷变化较小.居民点氮流失与降雨量密切相关,旱地氮流失则集中在施肥后初期降水事件.旱地、居民点是紫色土区小流域氮流失的主要“源”,其中旱地、居民点径流中TN年内浓度分别为16.43,14.68 mg/L,TN年内流失负荷分别为41.18,222.05 kg/hm2.     

模拟降雨条件下丹江鹦鹉沟小流域坡面径流氮素流失特征

通过野外人工模拟降雨,研究丹江鹦鹉沟小流域不同土地利用类型的坡面地表径流和壤中流中氮素的流失特征,结果表明:径流小区降雨—地表径流过程总氮浓度平均值超过10mg/L,随着降雨历时的增加,全氮流失浓度大体呈现较平稳的状态,总体变化幅度不大。硝态氮浓度输出变化过程和总氮变化表现出良好的相关性,是氮素流失的主要形态;在大雨强条件下,农田小区壤中流氮素流失浓度均小于裸坡,其中农田全氮的流失量是裸地的1/2。在其他2种雨强条件下,农田小区壤中流除全氮外流失浓度均小于裸坡;壤中流中的氮素养分流失量占径流中比例较大,其中NO3--N表现最为明显,壤中流中NO3--N含量为9.09～11.42mg/L,最大比例为61.4%。     

秦淮河流域土地利用/覆被变化对蒸散量变化的贡献

为评估城市化造成的土地利用/覆被类型变化（Land use/cover change,LUCC）对流域尺度蒸散量变化的影响,选取长三角地区秦淮河流域为研究区,基于Landsat系列卫星数据和站点气象数据,构建决策树模型,提取2000年和2013年土地利用/覆被类型数据,同时借助SEBAL模型估算研究区四季典型日（春季：2014-05-26、夏季：2013-08-11、秋季：2013-10-14、冬季：2014-01-02）栅格尺度蒸散,探讨2000?2013年秦淮河流域主要土地利用/覆被类型间转化过程对流域尺度日蒸散量变化的贡献。结果表明：（1）相较于2000年,2013年秦淮河流域不透水面增加183.8%,而水稻田、旱地、林地和水域分别减少19.1%、10.7%、12.8%和9.5%。2000-2013年主要土地利用/覆被类型转化方向包括水稻田→不透水面、旱地→不透水面、水稻田→旱地和旱地→水稻田,转化面积分别为208、168、282和232km2;（2）仅考虑LUCC的影响,对比2000年,2013年研究区流域尺度日蒸散总量在四季典型日分别减少134万、109万、60万和5万m3。在春、夏、秋三季典型日,水稻田和旱地向不透水面转化过程造成的贡献率分别为-58.5%、-59.5%、-54.4%和-35.1%、-36.3%、-39.8%,负贡献会抵消旱地向水稻田转化过程造成的正贡献（分别为16.8%、16.3%、5.7%）,导致春、夏、秋三季典型日流域尺度日蒸散量下降;而在冬季典型日,水稻田向不透水面、旱地向不透水面和水稻田向旱地转化过程造成的负贡献（分别为-48.8%、-20.5%和-31.8%）会抵消旱地向水稻田转化过程造成的正贡献（26.1%）,导致冬季典型日流域尺度日蒸散量下降。总体而言,2000?2013年秦淮河流域城市化带来土地利用/覆被的显著变化,使蒸散较高的水稻田和旱地向蒸散较低的不透水面大面积转化,导致流域尺度日蒸散量在四季均呈下降趋势。     

不同土地利用方式下片麻岩坡面养分流失规律的研究

通过室内模拟人工降雨试验,研究不同土地利用方式片麻岩坡面水土流失和养分流失特征。结果表明:谷子地、草地坡面产沙量产流量远小于裸地产沙产流量;不同土地利用方式片麻岩坡面产流产沙变化过程不同,草地、谷子地达到稳定产流的时间滞后于裸地。3种土地利用方式坡面养分流失随时间的变化过程基本相同,降雨起始各种养分浓度较高,随着时间的持续,养分流失浓度趋于稳定。不同土地利用方式下片麻岩坡面养分流失量表现为钾流失总量 > 氮流失总量 > 磷流失总量,养分流失总量与产沙产流之间有着极显著的正相关性,裸地养分流失量最大,其次是谷子地,草地的养分流失量最小,但是径流中硝态氮含量和泥沙总磷量谷子地流失量最大,裸地次之,草地最小。3种土地利用方式片麻岩坡面磷钾流失主要是泥沙态养分,氮素流失主要以溶解态氮为主或者二者共同作用。     

嘉陵江流域非点源溶解态氮污染负荷模拟研究

嘉陵江流域是乏峡水库最大的支流,为研究嘉陵江流域非点源溶解态氮污染负荷的年际变化规律及其来源的空间分布情况,以流域土地利用类型为研究单元,通过引入具有物理机制的半分布式水文模型——sLuRP水文模型,并推导溶解态氮的流域输移损失系数,建立了流域非点源溶解态氮污染年负荷模型。借助GIS技术,应用所建模型,对嘉陵江流域各土地利用类型L的年地表径流量和溶解态氮污染负荷进行了模拟。模拟结果表明,以旱地和水田为主的涪江流域的溶解态氮流失情况最为严重,其次是渠江下游流域和西汉水流域,1990---2005年嘉陵江流域各土地利用类型上产生的非点源溶解态氮年均负荷为35726t·a^-1,约占流域出口总氮负荷的32％。     

三峡库区王家沟小流域不同坡度土壤氮素流失特征研究

采用野外径流小区观测方法,研究了三峡库区王家沟小流域旱坡地不同坡度土壤氮素的流失特征。结果表明:①旱坡地不同坡度小区土壤氮素流失量总体不大,单场降雨侵蚀泥沙氮素流失量最大值为189.06 mg/m2,而在地表径流中仅为28.12 mg/m2,侵蚀泥沙氮素流失量明显高于地表径流氮素流失量,最大差异达到16.8倍,差值随着坡度的增大有减少的趋势;坡度越大,地表径流氮素和侵蚀泥沙氮素的流失量也越大,呈现出小区17°>9°>4°的趋势;铵态氮流失量明显低于硝态氮流失量,4°、9°、17°小区地表径流硝态氮流失量较铵态氮流失量分别高出3.2、3.6、4.0倍,说明硝态氮较铵态氮更易于流失,且随着坡度的增大差异增大。②不同坡度小区地表径流量、侵蚀泥沙流失量与降雨量均存在显著的线性正相关(P<0.05),且随着坡度的增大地表径流量与降雨量的相关系数在增大,侵蚀泥沙流失量表现则相反,这可能与土壤母质、作物生长等情况有关。     

土地利用变化对泥沙连通性及泥沙输移的影响——以重庆市涪陵页岩气开采区为例

[目的] 探究人类活动强烈干扰区景观格局变化对泥沙传输过程的影响,为控制土壤流失为目标的土地利用优化提供科学参考。[方法] 运用土壤侵蚀方程、泥沙连通指数等方法分析了页岩气开采区重庆市涪陵区城东片区页岩气开采前后（2010—2019年）土地利用格局的变化,及其泥沙连通性和泥沙输移的响应。[结果] ①研究区2010—2019年,耕地减少,建设用地及林草用地增加。②因土地利用格局变化导致的土壤侵蚀变化微弱,整个研究区土壤侵蚀量减小,从2010年的3.12减小到2019年2.78 t/（hm²·a）,整个区域的侵蚀策源地是旱耕地。③2010—2019年,整个研究区的连通性指数（IC）呈现减小趋势,从-0.46减小到-0.65,整个区域泥沙输移比减小,泥沙流失量由0.83 t/（hm²·a）减少到0.62 t/（hm²·a）。[结论] 土地利用变化除影响土壤侵蚀量外,还影响了泥沙连通性进而减小了土壤流失量。重庆市页岩气开采未造成区域土壤流失发生明显增大,阻断旱耕地的泥沙连通性仍是控制区域土壤流失的有效途径。     

土地利用方式对红壤坡地地表径流氮素流失的影响

为探明长期(1995年开始)不同土地利用方式对红壤坡地径流氮素流失的影响,通过2011年10月-2012年9月连续12个月23次径流水质动态分析,研究自然林、草地、农作、油茶林和湿地松5种坡地利用类型下径流水中氮素迁移特性及其泥沙和植物残体氮的年流失总量。结果表明:(1)径流水中氮素流失量随土地利用方式的不同表现出明显差异,径流水中氮素流失负荷为85.1~655.5g/hm2,大小顺序为农作油茶林湿地松草地自然林。(2)径流中氮素以无机态氮(DIN)为主,其中硝态氮是DIN的主要形态,占全氮的31.5%~54.8%,是铵态氮(NH+4-N)的1.8~5.8倍,可溶性有机氮(DON)含量较低,仅占径流TN的10.1%~17.1%,远小于颗粒态氮(PN)所占全氮比值(21.4%~37.2%)。(3)泥沙和植物残体氮素年流失量分别为37.0~154.2g/hm2和28.1~249.6g/hm2,占各利用方式下氮流失总量的17.0%~77.1%,其中自然恢复林地所占比例最高(77.1%),而其他利用方式泥沙和植物残体氮素年流失量(17.0%~30.3%)远低于通过径流水流失的氮量(69.7%~83.0%)。总体来看,径流量是导致土地利用方式间氮迁移通量产生差异的主要驱动因素。     

川中紫色土区旱坡地非点源氮输出特征与污染负荷

通过在中国科学院盐亭农业生态站进行定位监测研究,探讨了川中紫色土区旱坡地氮素的农业非点源输出规律。研究表明:紫色土早坡地非点源氮输出以无机氮和颗粒态为主,全氮输出量不高。川中丘陵农田生态系统的旱地径流中,颗粒态氮占比例最大,达到35%,硝态氮和氨态氮的输出水平相反,各径流场的NH4 -N浓度略高于NO3--N的浓度。旱地径流全年总氮污染输出为0.95 kg/(hm2.a),全年通过径流输出的氮素占化肥施用量的0.56%。旱地地表径流中总氮平均浓度顺坡种植>平板种植>聚土垄作。小流域非点源氮污染负荷的季节变化与流域降水的季节变化基本一致,非点源氮污染约从6月开始上升,一直持续到10月,集中在降雨丰富的时段。夏季2个月(7~8月)是非点源污染的高发季节,非点源氮污染负荷的绝大部分发生于该时期,这与年雨量的60%集中于该季节而降水多以暴雨形式出现有关。通过土地利用类型的优化配置,合理采用水土保持耕作法,控制施肥量和适宜的农田耕作方式,可减少地表径流和地下淋洗中氮的含量,减轻农业非点源物质对环境的压力,保护农业生态环境。     

江川灌区旱田改水田加剧水体氮磷污染

黑龙江省江川灌区实施旱田改水田后,粮食产量持续上升,同时也暴露了以总氮和总磷为主的非点源污染问题。该文在GIS平台的支持下,运用SWAT模型,建立了模型所需的空间数据库和属性数据库,并运用实测资料对模型参数进行了率定。最后,设置了不同的情景,在耕地面积不变的情况下,改变水田比例为现状的70%、50%,从而研究农业非点源污染输出变化。研究表明:水田面积为70%和50%的情况下,月平均径流深比现状减少20.95、41.37 mm,总氮负荷减少27.84、48.16 t/a,总磷负荷减少1.66、2.89 t/a,说明旱田改水田将会对水环境产生不利影响。通过情景模拟发现,减少施肥量和节水灌溉均可以在一定程度上控制污染物输出,施肥量减少50%后,总氮输出减少25.23%,总磷减少16.32%。在实际生产生活中,为保证粮食产量,可以通过改变施肥方式或设置人工湿地等方法减少农业面源污染。     

用DrainMOD模型模拟稻田排水与氮素流失

稻田排水伴随的氮素流失是造成当前农业面源污染的主要原因之一。DrainMOD排水模型和DrainMOD-N氮素运移模型是模拟田间尺度下土壤水氮运移的有效工具。该文将模型应用于湿润的水稻种植区,对湖北漳河灌区稻田排水和氮素流失过程进行了模拟。结果显示,水稻全生育期模拟排水总量、硝态氮和铵态氮流失总量与实测值吻合较好,相对误差分别为4.6%、16%和2.8%,但从各生育阶段分开的模拟结果来看,还存在较大的误差。经初步分析,观测资料有限,模型参数率定不充分是主要原因。研究总体表明,DrainMOD模型可以有效地描述稻田排水排氮过程,对提高水肥效率,预防面源污染具有重要意义。     

洞庭湖平原化肥面源污染生态环境风险及脱钩效应

[目的]推动实现农业经济增长与化肥面源污染生态环境风险的脱钩,为有效治理耕地面源污染和耕地可持续利用提供理论支持。[方法]基于生态环境风险评价模型,从县域尺度评价洞庭湖平原各地区化肥面源污染生态环境风险程度,采用非参数核密度估计洞庭湖平原化肥面源污染生态环境风险区域差异,进而采用脱钩模型进一步分析了洞庭湖平原农业经济增长与耕地化肥面源污染生态环境风险的脱钩关系。[结果](1) 2009—2019年洞庭湖平原化肥面源污染生态环境风险指数呈现先升后降的趋势,化肥面源污染生态环境风险指数先由2009年的0.749升至2014年的0.762,然后降至2019年的0.732,经历了由中度风险转为高度风险,后又降为中度风险的过程;中部地区污染更严重;(2)化肥面源污染生态环境风险区域差异明显,呈现两极分散化集聚特征,内部差距先扩大后缩小;(3)洞庭湖平原农业经济增长与化肥面源污染生态环境风险的脱钩关系呈现出明显的阶段性特征：第一阶段为波动期(2009—2013年),第二阶段为强脱钩期(2014—2019年)。[结论]在面源污染治理工作的推进下,洞庭湖平原化肥面源污染生态环境风险经历了先上升后下降的...     

我国北方立体种养殖稻田氮素利用率研究

针对目前我国北方地区农业面源污染严重、氮肥利用率低的现象,选择北方典型稻区——天津市宝坻水稻种植区为研究区,以整个稻田生态系统为基本研究单元,建立氮素输入和输出模型,并以水稻普通种植模式(CK,水稻单作)为对照进行田间试验,研究水稻立体种养殖模式(RF,水稻-鱼-虾-蟹共作+田埂+沟渠)氮素的吸收利用率。结果表明,两种水稻种植模式氮素的输入主要来自灌溉、施肥和降雨,其中RF输入氮肥128.25 kg(N)·hm-2,与CK相比减少11.75 kg(N)·hm-2,与南方种植水稻地区相比,氮肥施用量减少14%~52%,RF从源头减少氮素输入,降低了营养元素流失风险。CK氮素的输出主要包括土壤固定、氨挥发、侧渗流失和水稻吸收,RF与CK相比,氮素的输出还包括鱼虾蟹的吸收,由于RF特殊的田埂-沟渠生态净化系统,通过侧渗损失的氮素(以NO3--N为主)较CK减少9.33 kg(N)·hm-2。试验期间,RF和CK氨累积挥发量分别为8.91kg(N)·hm-2和21.54 kg(N)·hm-2,RF氨挥发速率为6.9%,比CK低8.5%,比全国平均水平低10.3%;收获期,RF与CK相比,水稻产量增加6.65%,表明稻田养殖鱼虾蟹不会降低水稻产量。RF氮素利用率为64.3%,比CK高19.7%,既实现了水稻丰产,又减少了氮素流失。因此,在满足水稻灌溉需求的北方地区,可以开展水稻立体种养殖模式,以控制北方地区农业面源污染。     

1990-2013年挠力河流域耕地变化下水土资源平衡效应分析

为揭示挠力河流域耕地资源水分盈亏态势,该文以遥感数据、长时间序列气象数据和DEM数据为基本数据源,基于遥感和地理信息系统技术,从旱改水角度出发探讨1990-2013年间流域耕地变化下的水土资源平衡效应问题。结果表明:20多年间挠力河流域水田、旱地间变化极为剧烈,其变化以耕地内部转化为主;农田需水量由1990年的541 mm上升至2013年的581.82 mm,变化主要集中于流域西北部和中部地区,年实际蒸散量区间为438~587 mm,整体表现出"中间低,两头高"的分布特征;耕地水分盈亏程度变化明显,盈亏指数评价等级空间分布差异较大,除严重缺水耕地面积少量增加外,其余4种评价等级耕地变化强烈,其中正常缺水耕地的面积比例下降22.06%,其余3种评价等级耕地都出现较大面积的增加,表明流域耕地水分亏缺态势进一步加剧。该研究结果可为挠力河流域农田灌溉方案的制定提供借鉴和参考。     

漳河灌区农田地表排水中磷素流失特征分析

:为了揭示农田面源污染的机理及其成因,该文选取湖北省漳河灌区的典型试验田作为试验对象,在田间试验结果进行分析的基础上,研究了水稻和玉米2种作物在不同处理方式下农田排水磷素流失的影响因子及其规律。试验结果表明,降雨强度、作物类型、农业耕作管理方式（包括灌溉施肥方式等）是农田磷素流失的主要影响因素;另外,土壤物理化学特性和地形地势等也在一定程度上影响农田磷素的流失。     

基于GIS的伊通河流域农业非点源污染风险评估

针对伊通河流域农业活动带来的水体污染及水土流失等环境问题,在分析农业非点源污染影响因子的基础上,选择了土地利用类型、土壤孔隙度、年降水量及氮磷排放量等影响因子,建立了农业非点源污染风险评估指标体系,并应用GIS技术,通过工程图绘制和叠加分析,采用幂法计算各因子权值,确定了风险等级指数,最后划分了农业非点源污染风险分区。研究结果表明:在沿河地区和相对发达的城市周边地区,受水田耕作和畜牧饲养等因素影响,农业非点源污染风险较高;在较偏远地区与林区,农业非点源污染风险相对较低。     

基于最小累积阻力模型的三峡库区耕地面源污染源-汇风险识别

耕地所引起的农业面源污染是三峡库区主要生态环境问题之一。该文设置距离长江干流0～20、20～40、40～60和60～80 km 的缓冲区,对库区耕地源景观划分4个等级,依据耕地面源污染过程,在获取地形、地貌、气象、水文、土壤和植被等方面的主要自然影响因子的基础上,构建影响耕地面源污染的阻力基面,借助最小累计阻力模型测算不同等级源景观阻力面,并通过自然断点法对阻力面进行5个等级的源-汇风险分级（极低风险区、低风险区、中风险区、高风险区和极高风险区）,以此识别影响库区耕地面源污染的源-汇风险格局,结果表明：①库区一级源耕地占总耕地面积的50%以上,越向外围延伸耕地分布空间越小,且重庆库区的分布多于湖北库区,旱地的分布多于水田;②在耕地源景观所处的缓冲区范围内,阻力面偏小,并围绕源景观向外呈现不断增大的趋势,且水田源景观阻力面大于旱地源景观;③受空间距离的影响,阻力面的空间特征表现为高值区空间范围明显小于低值区;④库区耕地面源污染源-汇风险格局特征表现为高风险趋势,极高风险区（21706.13 km2）>中风险区（16257.75 km2）>极低风险区（10311.6 km2）>高风险区（7464.65 km2）>低风险区（2221.61 km2）;⑤高风险区主要集中于库区平行岭谷区,而低风险区主要分散在距离长江干流偏远的秦巴山区和武陵山区;⑥研究结果有助于从影响面源污染的阻力面角度评价由耕地所产生面源污染的风险程度及等级,为科学防范和治理农业面源污染提供决策依据。