不同时空尺度下流域景观格局与水质的相关性研究——以嫩江右岸典型子流域为例

流域景观格局与水质的相关关系依赖于研究的时空尺度,区分时空尺度的研究有助于为流域水陆一体化管理提供准确依据。以嫩江右岸典型子流域为例,从亚流域、河流廊道2个空间尺度,丰水和枯水期2个时间尺度,研究了景观格局与河流水质的相关关系,分析了相关关系的时空差异。空间尺度上的研究结果表明：（1）亚流域尺度上与水质指标相关性显著的景观指标个数较河流廊道尺度多;（2）随尺度增大,NO3—N,综合污染指数与林地景观百分比的负相关性先增后减,400m处负相关性最强;TDS,NH4—N,NO3—N,综合污染指数与耕地景观百分比的正相关性先增后减,300m处正相关性最强,300～400m是嫩江支流廊道管理的关键区域。时间尺度上的研究结果表明,丰水期与水质指标显著相关的景观指数个数较枯水期多;丰水期林地、草地和耕地景观与水质指标的相关性强,而枯水期建设用地景观与水质指标的相关性强。     

汾河河岸带土壤氮、磷的时空分布规律及其影响因素研究

为明晰汾河临汾段河岸带土壤氮、磷时空分布规律及其影响因素,采用现场检测、空间分析及数理统计方法,探讨了自然河岸带及强人工干扰河岸带土壤氮、磷的化学计量学特征、时空分布特征及其与土壤、水文特性的相关性。结果表明:(1)各水期强人工干扰河岸带土壤TN、TP储量及其变异系数均大于自然河岸带,自然河岸带土壤氮、磷元素的生态化学计量存在弱稳态性;(2)汾河临汾段河岸带土壤TN、TP含量随枯水期—平水期—丰水期表现为先减小后增大的趋势,横向来看河岸带近岸土壤TN、TP含量大于远岸部分,土层深度方向上TN、TP含量随土层深度增加而减小;(3)河流水质、土壤容重和土壤孔隙度是影响汾河河岸带土壤TN含量的相关因子,土壤容重、土壤孔隙度和N/P是影响河岸带土壤TP含量的相关因子。研究结果表明汾河河岸带土壤氮分布与河流水文特性有一定的响应关系,土壤磷分布与河流水文特性无明显的响应关系。     

渭干河–库车河流域及其子流域景观格局变化分析

以西北干旱区渭干河–库车河流域作为研究区,利用ArcGIS水文分析模块和DEM数据,将研究区划分为5个子流域,并选用1998年和2011年两期同时相遥感Landsat TM影像,选择支持向量机(support vector machine,SVM)方法进行土地利用分类,通过Fragstats软件计算全流域及其各个子流域的景观格局指数,分析流域景观格局变化。结果表明：①在景观类型方面,5个子流域差别很大,流域A、D中草地景观占较大比例,流域B中的其他景观类型(山地、裸地等)占较大比例,流域C、E中沙地占较大比例;②在全流域Class尺度方面,草地及耕地的平均临接度指数(CONTIG_MN)减少,林地的平均形状指数(SHAPE_MN)增加,水体与建工地的平均斑块面积(Area_MN)一增一减,盐碱地的斑块密度(PD)增加;③在子流域的landscape尺度方面,子流域B、C、E在斑块数量(NP)、景观破碎度(F)和边缘密度(ED)的增长速度明显比子流域A和D快,表明人类活动对绿洲核心地带景观格局的影响低于绿洲外围荒漠交错带。     

汉江上游水体氮素污染特征

2011年对汉江上游干流进行了6次采样,分析了水体氮素的污染特征。结果表明,汉江上游水体NH₃-N,NO₃-N和NO₂-N的年平均值分别为:1.037,1.751和0.044 mg/L。氮素时间分布曲线表现为:NH₃-N浓度的周年变化趋势为双峰型,呈现:丰水期 >枯水期 >平水期的规律。NO₃-N,NO₂-N浓度的周年变化趋势为单峰型曲线,NO₃-N呈现:丰水期 >枯水期 >平水期的规律,NO₂-N丰水期最高,枯水期和平水期相差不大。汉江上游水体氮素空间分布表现为:NH₃-N,NO₃-N浓度自源头向下游呈现出"低值-升高-降低"的趋势。NH₃-N污染主要来自农村生活污水和畜禽养殖排放物,NO₃-N污染主要来自水土流失。     

施磷对玉米吸磷量、产量和土壤磷含量的影响及其相关性

为了给玉米磷高效利用提供理论依据, 在低磷土壤(Olsen-P 4.9 mg·kg^-1)上, 通过田间试验, 研究了施磷0(T₀)、50 kg(P₂O₅)·hm^-2(T₁)、100 kg(P₂O₅)·hm^-2(T₂)、200 kg(P₂O₅)·hm^-2(T₃)、1 000 kg(P₂O₅)·hm^-2(T₄)对两个玉米品种"鲁单9002" (LD9002)、"先玉335"(XY335)的产量、磷素吸收利用及根际磷动态变化的影响。结果表明: 两玉米品种根际土、非根际土速效磷含量在不同生育时期都表现为T12O₅)·hm^-2的T₃处理非根际土转化为根际土土壤磷的量最大, 同时玉米生物量、产量、磷转移量也达到最高, 而施磷1 000 kg(P₂O₅)·hm^-2处理玉米生物量、产量与中磷水平相比没有显著增加, 但植株吸磷量较高。XY335的花后磷转移量小于LD9002。相关分析表明, LD9002根际土、非根际土速效磷含量与茎、叶吸磷量之间显著相关, 以播种后79 d与茎、叶磷浓度、吸磷量、生物量、产量之间的相关系数最高; 而XY335根际土、非根际土速效磷含量与茎、叶磷浓度之间显著相关, 在播种后47 d期间与茎、叶磷浓度、吸磷量、生物量、产量之间的相关性最好。因此, 在低磷土壤上, LD9002和XY335分别在播种后79 d和47 d时是植株对磷的敏感期, 可以通过测试根际土、非根际土速效磷含量来反映土壤的供磷状况; LD9002在79 d时最大吸磷量需要的根际土、非根际土速效磷含量分别为54.95 mg·kg^-1、32.99 mg·kg^-1, XY335品种在47 d时最大吸磷量需要的根际土、非根际土速效磷含量分别为51.24 mg·kg^-1、35.35 mg·kg^-1; 施磷量1 000 kg(P₂O₅)·hm^-2处理两品种玉米产量、生物量、磷积累量与施磷量100~200 kg(P₂O₅)·hm^-2处理没有显著差异。     

延河流域植被景观格局与水文连通性关系

为探究延河流域植被景观格局对水文连通性的影响,基于土地利用分类成果和水文连通指数空间分布,探讨了延河流域植被景观和水文连通性的格局特征,并借助Geoda软件平台基于空间自相关理论探究了林草植被景观格局与水文连通在空间上的相关性。结果表明:(1)延河流域草原带、森林草原带和森林带中林草景观与水文连通性都呈现空间自相关性。3个地带中林地景观的平均斑块面积、聚合度指数和斑块面积百分比都与水文连通性呈现显著的统计学上的正相关性以及空间正相关性; 景观分离度和斑块破碎化指数与水文连通性呈显著的统计学上的负相关性以及空间负相关性。(2)林地景观的优势度和聚集程度的增加并不能带来水文连通性的降低,而其斑块破碎化的增加会带来水文连通性的降低。对于3个地带的草地景观,其表现则与林地完全相反,增加草地景观的面积,提高草地植被的优势度,使草地斑块连续集中可以促使水文连通性降低。(3)在探究水文连通性和植被景观格局相关关系的空间回归模型中,空间滞后模型和空间误差模型拟合效果远好于普通线性回归模型,综合来看,空间滞后模型对植被景观格局与水文连通性的空间关系的解释能力更强。研究结果可为延河流域植被景观格局的设计和规划,提供有效的参考。     

沣河流域土地利用格局与水质变化的关系

以沣河流域为研究对象,综合运用遥感影像解译和相关分析方法分析了沣河流域的土地利用空间格局及主要水质指标[生化需氧量(BOD₅)、高锰酸盐指数(COD_Mn)、氨氮(NH₃-N)含量及溶解氧(DO)]含量的变化特征,探讨了土地利用状况对沣河水质的影响。结果表明,沣河流域土地利用类型以林地和耕地为主,两者占全流域面积的90%以上;沿河不同宽度的缓冲区(分别向两岸划分100,600,1 500 m)范围内,建设用地、耕地与水质变化呈正相关关系,而林地与水质变化呈负相关关系,表明建设用地及耕地对水质的改善有负效应,而河流沿岸林对改善水质有正效应,并且这种影响在距河岸100 m缓冲区范围内达到最大。随着缓冲距离的增大土地利用变化对水质的影响逐渐减弱,说明沣河流域近岸带的土地利用方式对河道水环境质量的影响最大。     

磷比色测定的某些问题

磷的比色测定在文献中常见的有钼黄和钼蓝法。钼黄生色的原理是在某种浓度的酸溶液中,若有钼酸根、钒酸根和磷酸根存在,能结合成一种深黄色的络合物P₂O₅·R₂O₃·22MoO₃·nH₂O。钼蓝生色的原理是在一定条件下,磷酸和钼酸所结合成的杂多酸(hetropoly acids)H₃[P(Mo₃O₁₀)₄]·nH₂O(磷钼酸)在还原剂的作用下能还原成深蓝色的复杂氧化物(MoO₃+Mo₂O₃)。     

90℃下老化时结晶磷铁矿的生成条件

溶液中Fe与P反应并不直接生成结晶磷铁矿,中间经过无定形阶段。溶液的pH对Fe-P无定形物质的组成及由无定形Fe-P向结晶磷铁矿转化都有很重要的作用。在90°下老化80天,用加入的Fe(NO₃)₃和NaH₂PO₄浓度及混合后的溶液pH计算得到的﹝Fe³⁺﹞﹝H²PO₄^-﹞值可以较好地判断溶液中是否会有结晶磷铁矿生成。本文的实验条件下,结晶磷铁矿生成的条件是-log{﹝Fe³⁺﹞﹝H₂PO₄^-﹞} ≤ 6.09(加入的P/Fe比 ≥ 1)。     

流溪河水库流域碳氮营养盐浓度的时空变化特征及其影响因素

流溪河水库流域是亚热带典型的山地河源区,研究此流域的碳氮营养盐浓度时空变化特征及其影响因素对揭示亚热带流域生物地球化学循环与保障水资源供给具有重要意义。基于地形、气象、土地利用、土壤和实地采样获得的水质数据,采用相关分析及Elastic Net回归分析法,探讨了流溪河水库流域溪流碳氮营养盐浓度的时空变化特征及其影响因素。结果表明:(1)从时间上看,枯水期各采样点溪流碳氮营养盐浓度总体变化不大,但空间差异明显,其中NO₃^-与NH₄⁺浓度具有强相关性。(2)流域坡度大小是引起不同溪流碳氮营养盐浓度存在差异的重要因子,且三级以上坡度对碳氮营养盐浓度变化产生显著的正面影响。(3)流域平均相对湿度也显著影响溪流碳氮营养盐的浓度。流域相对湿度越大,溪流的溶解有机碳浓度相对较高,但氮营养物浓度相对较低;同DOC相比,NO₃^-和NH₄⁺对气象条件变化敏感度较低。(4)土地利用如建成区面积占比等人类活动显著影响碳氮营养盐的浓度,表现为建成区面积占比与DOC浓度呈负相关关系。此外,森林覆盖度增大会提高溪流DOC和NO₃^-的浓度,但对NH₄⁺浓度的影响不显著。(5)土壤类型也影响流域碳氮营养盐的浓度,简育低活性强酸土对NO₃^-浓度产生正面影响,人为堆积土对NH₄⁺浓度产生正面影响。研究结果可为流域水资源保护和了解碳氮营养物浓度的变化及影响因素提供有益信息。     

长江河口地区土壤水盐动态特点与区域土壤水盐调控研究

河口地区土壤水盐动态有丰水年份春秋季土壤积盐、枯水年份夏季土壤积盐的季节性特点,且各季节积盐的机理也不同。分析研究了河口地区不同水文年间不同季节的土壤水盐动态调控指标。分析河口区域土壤盐分的分布状况及近几年来河口区域秋冬季咸潮入侵加重和雨季土壤盐化程度加剧的状况,针对性的开展河口区域不同水文年各季节的土壤水盐调控,采取各种水利措施和农耕措施控制区域土壤水盐状况向有利于土壤改良和提高生产率的方向发展。     

近50年半干旱典型草原区域不同时间尺度上的降水、径流研究

以内蒙古锡林河流域典型草原区域为研究区,采用1963—2015年气温、相对湿度、降水量、风速、日照时数、蒸发量、径流日数据,应用统计分析、趋势检验和Spearman相关分析等方法对研究区区域7项水文气象要素的平均最高值、平均值、平均最低值突变前后变化及突变后停滞特征进行了分析,结果表明;（1）内蒙古锡林河流域典型草原区域的降水量最大月（7月）与径流量最大月（4月）不同,降水天数明显小于径流天数,且降水量远大于径流深,多年丰水季降水总量近似于枯水季的3倍,而多年枯水季径流总量是丰水季的2倍;（2）径流量多年来呈现显著减少的趋势,而降水的整体变化趋势不太明显,存在1998—2011年处于由丰变枯阶段,2011年后有由枯转丰的迹象;（3）年、丰水季、枯水季径流发生突变年份均为2004,同一时期发生突变,年、枯水季径流天数发生突变年份为2007年、2004年,丰水季在此期间未发生突变;（4）该区年径流天数枯水季所占比例居多,径流量年、丰、枯水季突变年限一致,造成突变的驱动因数接近,枯水季径流天数相对于年径流天数突变年份较早,枯水季对引起突变的驱动因数更为敏感;（5）影响该区降水大小的主要气象因素依次为日照时数 > 相对湿度 > 平均风速 > 平均气温 > 降水量=蒸发,影响该区径流大小的主要气象因素依次为蒸发 > 相对湿度 > 平均风速 > 平均气温=降水量 > 日照时数。     

不同水文期太子河上游区域河流硝酸盐来源识别

为了更好地对太子河上游区域河流硝酸盐污染进行防治,联合硝酸盐氮氧同位素(δ¹⁵ N-NO^-₃和δ¹⁸O-NO^-₃)、水的氧同位素(δ¹⁸O-H₂O)、氯离子(Cl^-)、硝酸盐(NO^-₃)、氨氮(NH⁺₄-N),对不同水文期太子河上游区域河流硝酸盐来源进行了识别。结果表明:枯水期ρ(Cl^-),ρ(NO^-₃),ρ(NH⁺₄-N)和δ¹⁸O-NO^-₃显著高于丰水期,δ¹⁵ N-NO^-₃无显著时间差异。空间上,枯水期,太子河北支ρ(NO^-₃)显著高于南支。丰水期,太子河南支ρ(Cl^-)显著高于北支。太子河北支ρ(Cl^-)和ρ(NO^-₃)在丰水期和枯水期的空间变化呈相反趋势。丰水期太子河南支ρ(Cl^-)和ρ(NO^-₃)的空间变化趋势与枯水期一致。枯水期太子河上游地区NO^-₃主要来源于土壤有机氮。可见,丰水期的主要来源是土壤有机氮、复合肥料。另外,丰水期上游区域土壤中的大气沉降可能也是河流硝酸盐的一个主要来源。丰水期硝酸盐从土壤冲刷进入河流过程中发生了硝化作用。枯水期太子河北支河流内硝化过程影响着硝酸盐浓度变化。     

Seasonal variation of selenium,crude protein,and in vitro organic matter digestibility of Brachiaria humidicola from marajó island,brazil

Abstract

Nutritional content of Brachiaria humidicola grass in relation to crude protein (CP), in vitro organic matter digestibility (IVOMD), and selenium (Se) as related to wet and dry seasons in the Amazon region of Marajó Island, Brazil, was determined. Twenty‐four samples, 12 from the dry and 12 from the wet season, were analyzed. Grass selenium concentrations were not influenced by season and the means were above the minimal requirement for beef cattle in both seasons (0.14 or 0.15 ppm). Factors other than rainfall may be involved. Crude protein concentrations were lower (P<.05) in the dry (3.5%) than in the rainy season (4.8%) and in both seasons were lower than the critical level for cattle (<7.0%). The IVOMD means were extremely low, 33.5% in the wet season and 33.6% in the dry season. These analytical values indicate that Brachiaria humidicola grown at Marajó Island has nutritional limitations for grazing buffalo and cattle production.     

Seasonal changes in multi-scale spatial structure of soil pH and related parameters along a tropical dry evergreen forest slope

Seasonal changes in multi-scale spatial variation in soil chemical properties, which may be controlled simultaneously by biotic and abiotic factors, have not been studied in tropical dry forests. We evaluated the spatial variation of physico-chemical soil properties, plant litter and terrain attributes at multiple scales in a tropical dry evergreen forest using multivariate geostatistics. Soil samples were collected at different depths using nested interval sampling during 1- and 10-m intervals in both the wet and dry seasons. We measured pH, exchangeable cations (Ex-K⁺ and Ex-Ca²⁺), acidity (Ex-H⁺ and Ex-Al³⁺), particle size (clay and sand contents), and forest floor mass (O_i and O_a). Pronounced spatial variation in pH was observed in surface soil (0-5 cm) but not in deeper soil (5-55 cm). Multi-scale spatial structures with short (20 m) and long (86 m) ranges were observed in the auto- and cross-variograms of soil, litter and slope gradient. Pronounced multi-scale structures were observed simultaneously in pH and Ex-Ca²⁺ both in the wet and dry seasons. Only a short-range structure was observed in Ex-K⁺ and O_a, whereas a long-range structure was pronounced in sand contents and slope gradients. Although the variograms had similar shapes between wet and dry seasons for almost all variables, the short-range structure of the cross-variogram between O_a with pH and base cations was more pronouncedly developed in the wet season than in the dry season. Scale-dependent correlation coefficients suggest that a small-scale spatial variation in pH was connected to heterogeneous litter accumulation via base-cation input, whereas long-range spatial variation was simultaneously linked to particle size and slope gradient. This multivariate geostatistical approach applied within a stand detected biotic and abiotic factors controlling spatial variation in soil properties at both short and long distances.     

Dung decomposition and pedoturbation in a seasonally dry tropical pasture

Rates of dung decomposition and the associated accumulation of soil transported to the surface were compared for dung deposited during a dry and a wet season in a Costa Rican pasture. Average decomposition rates for the first 140 days after deposition were significantly lower for dung patches deposited at the beginning of the dry season than for patches deposited at the beginning of the wet season (0.73 vs. 1.50 g/day^-1 on a dry weight basis). A strong linear relationship was found between dung removal and soil accumulation at the original soil surface, with an average of 2.0 g soil accumulated for every gram of dung which was removed. This relationship was not affected by deposition season. The lack of a seasonal difference, along with the relatively low decomposition rates during the wet season, were explained by the dominance of termites in the dung patches throughout the year. Evidence of dung beetle activity was never recorded during the dry season and was found in only 18 of the 45 dung patches recovered during the wet season.     

典型岩溶地下河系统不同水体中硝酸盐时空分布规律及其影响因素分析

岩溶地下河在西南地区分布极广,作为当地重要的生活和生产水源,近年来遭受了不同程度的污染,其中硝酸盐污染是岩溶地下河面临的最突出最普遍的问题之一。且由于岩溶地区含水层的高度非均质性,使得硝酸盐的分布及其形成规律很难通过模拟手段揭示。本文选取广西柳州市大良镇官村的典型岩溶地下河系统作为研究对象,分别于丰水期和枯水期系统采集不同水体样品。通过水化学及氢氧同位素示踪和统计分析等方法,分析硝酸盐浓度及稳定同位素的变化特征。结果表明,该岩溶地下河系统中,丰水期和枯水期硝酸盐浓度变化趋势一致,上湖洞到下湖洞段硝酸盐浓度逐渐升高,下湖洞到地下河出口硝酸盐浓度呈降低趋势;水体明显受到人为活动的影响,水体中的硝酸盐主要来自农业源和生活源,农业源的输入对水体中硝酸盐浓度的影响较强;由于不同季节地下河系统硝酸盐来源的差异及补给水的不同,使地下河系统不同水体的氢氧同位素特征和硝酸盐浓度分布呈现明显的季节性差异,丰水期水体中硝酸盐平均浓度大于枯水期硝酸盐平均浓度;受外源硝酸盐输入、不同补给水的混合作用及还原作用的影响,岩溶地下河系统中不同水体的硝酸盐浓度分布亦呈现明显的空间差异性。本研究通过示踪的方法分析了硝酸盐在岩溶地下河系统中的时空分布规律及其影响因素,对岩溶地区面源污染防治策略的形成具有重要意义。     

黄土高原泾河流域梯田对河道径流及生态基流影响

[目的]定量分析泾河流域梯田建设对河道径流、生态基流的影响程度,为流域梯田建设提供一定理论支撑。[方法]采用合作开发的嵌入梯田模块的SWAT(soil and water assessment tool)模型模拟河道径流量。[结果]嵌入梯田模块的SWAT模型在模拟河道径流时可满足模型模拟精度的要求;随着梯田面积增加,河道年径流量减少,生态基流保障程度提高,年、月生态基流不满足天数降低;梯田的年平均减流量为4.25×104 m3/(km2·a);梯田具有蓄洪补枯作用,且对丰水期的调控效果高于枯水期,对河道生态基流的影响为:枯水期平水期丰水期。[结论]嵌入梯田模块的SWAT模型在该流域具有较好的适用性,提高流域内梯田面积是滞洪补枯的有效手段之一,在一定程度上保障了河道生态基流。