农林复合流域非点源污染调控的景观生态学研究现状

农业生产活动产生的非点源污染已成为三峡库区等农林复合流域较为严重的生态环境问题。景观生态学强调景观格局对生态过程中物质流、能量流的控制和影响。本研究以三峡库区农林复合流域为研究对象,从斑块类型水平、景观水平,综述非点源污染调控的景观生态学途径研究进展:第一阶段为景观生态调查。了解流域景观格局特征,判定造成非点源污染的主要原因和关键环节,明晰非点源污染产生的"源"斑块及其生态过程,确定景观格局与非点源污染的反馈关系;第二阶段为景观生态规划。斑块水平上,选取最佳管理措施(BMPs),评定应用效果;景观水平上,增加新的景观要素,调整"源"、"汇"景观斑块类型,评估景观水平调控效果;第三阶段景观生态管理。从斑块和景观两种水平进行小流域景观生态建设,逐步实施BMPs,实现景观生态规划与管理的有机结合,增强景观异质性,有效控制非点源污染强度,达到小流域的可持续发展。     

天津于桥水库流域水体氮磷空间分异与景观格局的关系

以于桥水库流域内24个采样点的水质营养盐监测数据为基础,分析了流域水质氮磷的空间异质性。运用聚类分析将24个子流域分成3组,即受工业污染源和居民生活污水污染严重的高度污染组(A组),坡度较大且受果园土壤侵蚀带来的氮磷污染物影响严重的中度污染组(B组),地势低平且无明显聚集性人为干扰的低污染组(C组),而且发现在城镇化格局影响下总氮污染空间差异相对其他指标较小。结合2013年ETM遥感影像解译的土地利用现状图,探讨了流域景观格局与河流水体中营养盐浓度的相关关系。结果表明,流域内"源汇"特性明显:耕地面积比与总氮(TN)和磷酸盐(PO3-4-P)存在显著的正相关性,与溶解性总磷(DTP)存在极显著的正相关性;城市建设用地面积比与DTP、TN和氨氮(NH+4-N)有显著的正相关性,与PO3-4-P表现为极显著的相关性;园地的面积比对TN和NH+4-N具有显著的正相关性;林地是本流域主要的"汇"型景观,其面积比和NH+4-N有显著的负相关关系,相关系数为-0.459。从景观水平上看,在本流域内景观格局指数与磷含量具有一定的相关性,各景观指数对与地形因素有关的水土侵蚀量较为敏感。斑块数(NP)、斑块密度(PD)和最大斑块指数(LSI)都与磷含量有明显的正相关,流域内斑块数量越多、景观类型和形状越复杂,水质越容易受到氮磷污染。     

珠江三角洲典型流域AnnAGNPS模型模拟研究

针对珠江三角洲地区地表水体日益突出的氮、磷富营养化问题，选择新田小流域为主要研究对象，应用GIS技术和AnnAGNPS模型，对流域出口及重要景观单元出口的径流量、总氮和总磷进行同步观测和模拟估算。结果表明：（1）AnnAGNPS模型具有较好的模拟效果，在径流量、总氮和总磷的模拟估算中，最小模拟偏差为1.4%，最大模拟偏差为34.34%，模拟值与实测值之间具有很好的相关性;（2）在所观测的4场降雨中，模拟效果受雨量的影响较为明显，在一定范围内，雨量越大，模拟效果越好，雨量越小，模拟效果越差;（3）不同景观单元由于下垫面性质及其人类活动强度大小影响的不同，模拟效果也表现出一定的差异，果园＋林地景观单元模拟效果最好，而水田＋旱地景观单元模拟偏差较大;（4）水田＋旱地景观单元总氮、总磷污染负荷比重大，是农业非点源污染来源的主要类型和关键源区，这一结果可为区域非点源污染控制和管理提供决策支持。     

南方库区生态农业小流域面源污染特征

为研究生态农业小流域的氮、磷减排效果,以广东省英德市大站镇长湖水库粉洞生态小流域为研究对象,通过野外监测和实验室分析等方法研究小流域面源氮、磷污染物含量和污染负荷输出特征,确定关键源区,评价生态农业的减排效果。结果表明,流域内水体受污染程度低,大部分都在Ⅲ类水质范围内;总氮、总磷是流域内主要污染负荷;流域地表水氮素组成主要以溶解态氮为主（>50%）,溶解态氮以硝态氮为主;关键源区有水土流失、养鹅场、居民点、养猪场、耕地。研究期间流域总氮负荷为345.22 kg,总磷负荷为69.47 kg,入河污染负荷强度低,总氮和总磷的入河系数分别为0.16和0.63。以上结果表明,生态农业小流域氮、磷减排效果显著,且流域氮、磷消纳能力强,使得流域内氮、磷污染负荷较低,水质较好,生态农业具有推广价值。     

基于SWAT模型的尼山水库流域面源污染特征分析

本研究通过对尼山水库流域进行实地调查和资料收集,利用SWAT模型估算了尼山水库流域面源污染负荷,分析了面源污染的时空分布特征,识别了尼山水库流域面源污染关键污染区域和关键污染源。结果表明:2015–2018年,流域总氮、总磷入库负荷平均值为264.74 t/a和43.1 t/a,雨季(6–8月)总氮、总磷入库负荷分别占总入库负荷的93.23%、87.90%;尼山水库流域总氮和总磷高流失区集中在张庄镇、尼山镇,其次为田黄镇西南部和圣水峪镇北部;肥料流失是造成尼山水库流域面源污染的主要的人为因素,其中氨氮、总氮、总磷分别占总量的34.52%、39.85%和52.95%。     

基于景观格局的土壤侵蚀演变研究——以石家庄市地表水源保护区为例

以石家庄市地表水源保护区为例,应用土壤侵蚀通用方程(RUSLE)计算出研究区2000年和2010年的土壤侵蚀强度等级图.通过Fragstats景观格局分析软件计算出斑块面积、平均斑块分维数、Shannon多样性指数、聚集度指数等10多个景观指数,从斑块类型水平和景观水平2个层次上定量地分析了石家庄市地表水源保护区土壤侵蚀的分布及其变化规律.结果表明:(1)10年间,研究区的土壤侵蚀状况得到好转.(2)景观水平上,侵蚀景观的异质性和破碎性降低,侵蚀斑块连接性略有上升,侵蚀景观中的各斑块更加紧凑密集.(3)斑块类型水平上,轻度侵蚀斑块面积增加,已成为侵蚀景观内的本底,景观的异质性和破碎性增强;强烈、极强烈侵蚀区面积有所下降,景观异质性减弱、破碎度变小;剧烈侵蚀面积略有增大,研究区局部侵蚀区域在程度上有所恶化.     

普者黑流域土地利用及“源-汇”景观的氮磷输出响应研究

以滇东南典型岩溶流域普者黑为研究对象,在将流域划分为26个子流域的基础上,以2018年3个水期各子流域的水质数据为依据,结合子流域内土地利用结构和景观格局特征,采用相关性分析、冗余分析和回归分析,探讨流域氮、磷输出与景观特征指数的定量关系。结果表明:丰水期氮、磷输出要高于枯水期和平水期,全流域从外围到中部呈"汇"景观逐渐减小,"源"景观逐渐增大趋势,耕地是流域氮、磷输出的主要"源"景观,水域具有改善水质的"汇"景观功能;耕地、水域面积比例和斑块密度、香农多样性指数与水质之间相互关系显著,说明农业活动是影响普者黑流域氮、磷输出的主要原因,景观的破碎化促使了这一生态过程的发展;3个水期景观空间负荷对比指数(LWLI)与TP、PO_4~(3-)-P和NH_4~+-N均呈正相关,枯水期和丰水期时LWLI与所有水质指标均集中于同一象限,LWLI与丰水期TP的回归系数最大,R~2为0.856,表明LWLI对水质指标的解释能力远大于传统景观指数,对水质评价及预测有重要意义。     

GIS支持下的水源汇水区非点源污染关键因子识别——以深圳市为例

利用GIS和非点源污染模型SWAT分析出深圳市的主要水源地水库的汇水区域,根据收集的专题数据,在GIS软件的支持下,从土壤侵蚀敏感性和"源"汇"景观空间分布状况2个方面对水源汇水区的非点源污染现状进行了评价,得出了深圳市6个主要水库水源地的非点源污染的关键因子,并提出了一些汇水区内生态环境的保护措施。     

基于SWAT模型的流域非点源污染模拟——以密云水库北部流域为例

本文利用SWAT(Soil and Water Assessment Tools)模型,在GIS技术和流域数字高程模型的支持下,对北京密云水库北部区域进行了流域非点源污染模拟研究,建立了一套适用于SWAT模型的研究区非点源污染基础信息库;根据2000-2002年的气象、水文、水质等监测数据,对研究区非点源污染负荷的时空变化进行模拟.结果表明,在空间尺度上,白河流域产流(占总流域的47.75%)、产沙(占总流域的53.65%)最大,但潮河水系含沙量(占总流域的62.55%)最大;单位面积氮磷流失量最高区域在潮河水系的东部丘陵区安达木河控制流域,其次为西部山地区的白河水系控制流域, 流失量最低的区域出现在潮河水系中部冲积扇区主河道控制流域.在时间尺度上,8月份流量最大,占雨季总流量的51.48%;而硝态氮和矿物质磷在9月份输出最大, 分别占雨季总输出83.64%和50.55%.不同土地利用类型非点源污染流失负荷不同,不同土地利用类型非点源污染流失负荷不同,耕地负荷贡献最大,其次是农村居民点,林地的污染负荷贡献最小.     

非点源污染物在多水塘系统中的流失特征研究

采用现场布点采样及室内分忻方法，以位于巢湖流域的一个子流域——鲍家塘流域为例，研究了传统灌溉系统——多水塘系统对农业流域非点源污染TN，NO3 -N和NH4 -N等的产生、运移过程的影响，以及流域不同地利用类型在非点源污染物产生、运移过程中的生态功能。结果表明，流域输出的氮素主要以NO3 -N，NH4 -N为主，在不同景观具有显著性差异；施肥水田是流域最主要的“源”景观，在降雨径流过程大量输出养分和悬浮物；水塘，荒地、没有施肥水出持留养分和悬浮物，是流域非点源污染物的“汇”景观；多水塘系统的沟渠是污染物的主要运移通道鲍家塘子流域中农田-渠道-水塘系统影响非点源污染物的产生、运移过程，同时多水塘系统截留降雨径流，减少流域非点源污染物的输出。     

基于SWAT的河套灌区氮磷面源污染时空变化研究

以河套灌区为研究区,采用SWAT模型估算该灌区流域面源污染负荷,分析面源污染的空间分布特征和年际变化趋势,识别灌区面源污染关键区域和关键污染源。结果表明:2001-2020年灌区内总氮、总磷负荷年平均值分别为565.23 kg·a^-1和108.93kg·a^-1;面源氮磷负荷高值区主要分布于灌区中部,低值区主要分布于灌区北部;面源氮磷负荷在中部地区表现为先上升再下降趋势,西部地区表现为先下降再上升趋势,而在东部及北部地区表现为下降趋势;灌区内在产生生活污水过程中产生的氮类和磷类污染物贡献率最大,达到44.51%,其次就是种植业源和养殖业源,贡献率分别为28.76%和26.73%,其中种植业源贡献率会受降雨量变化影响,从东部的乌拉特前旗站向西至杭锦后旗站水量逐渐减少,种植业源贡献率也表现出东部高于西部。生活污水作为第一污染来源,需要严格控制其排放,应着重对厕所粪尿通过排入化粪池等处理方法将其中有害物质转化为沼液等对农作物有用的物质。     

湖北省三峡库区农业面源污染解析

湖北省三峡库区农业面源污染物类型复杂,来源不明,底数不清,导致防控措施不力。采用综合调查法对4个库区县(区)2007年农业面源污染情况进行调查,运用排污系数法测算污染物负荷量,采用等标污染负荷法进行评价与源解析。结果显示,湖北省三峡库区2007年农业面源TN、TP和COD的排放/流失总量分别为2918.08、346.22、12461.10t.a-1;主要污染物是TN和TP,其等标污染负荷量分别为5836.16、3462.20m3.a-1,两者等标污染负荷比和为91.80%;库区内主要农业污染源是种植业和畜禽养殖业,其等标污染负荷比分别为56.08%和34.37%,而农村生活污染源只有7.99%;4个县(区)污染负荷的比重为夷陵区>巴东县>秭归县>兴山县。因此,针对湖北省三峡库区农业面源污染的控制策略:防控的污染物主要是TN和TP,防控的重点源为种植业和畜禽养殖业,防控的重点区域为夷陵区。     

晋江西溪流域土地利用变化对非点源污染影响的SWAT模拟

运用SWAT模型,对晋江西溪流域土地利用变化的非点源污染响应进行了研究.结果表明,土地利用变化造成的非点源总氮、总磷污染总量分别从20世纪70年代的年均1 530 t、266 t,上升为2001年的2 641 t、542 t;单位面积非点源污染最严重的区域越来越集中于流域中部地区;就非点源污染总量而言,除坑仔口溪区的污染总鼍仍较小外,其余4个水系区中的分布趋于均衡;由于耕地减少、园地猛增等原因,非点源污染由20世纪70年代的以耕地产污为主变为2001年的以园地产污为主,园地成为非点源污染重点治理的用地类型.     

无锡市不同土地利用类型非点源污染负荷变化分析

以非点源污染严重的无锡市为研究区,在RS和GIS技术的支持下,采用SCS曲线方程和USLE方程估算了不同土地利用类型的非点源污染负荷,进而分析不同土地利用类型变化带来的非点源污染负荷贡献率的变化.结果表明:①无锡市2000 ～2008年总氮(TN)负荷增幅为4.75％,总磷(TP)负荷增幅为3.28％.②不同土地利用类型对非点源污染负荷总量和单位面积的贡献率存在差异,农用地和建设用地对污染负荷贡献率均在90％以上;从单位面积污染贡献上看,对TN贡献率较大的土地利用类型依次为农村建设用地、农用地及城镇建设用地,对TP贡献率较大的土地利用类型依次为农村建设用地、农用地和林地.③不同土地利用类型对非点源污染负荷的贡献率也在发生变化,城镇建设用地对TN和TP的贡献率变化最为突出,分别上升了21％和17.4％;农村建设用地的TN和TP贡献率分别下降了22.3％和19.9％;农用地贡献略为减少;林地、荒地和水域贡献率略为上升.     

甬江流域土地利用方式对面源磷污染的影响:基于SWAT模型研究

为定量探讨SWAT模型在土地利用方式对面源磷污染影响研究中的适用性,以甬江流域为研究区,构建流域2010年至2014年的SWAT水文水质模型,从水文响应单元的空间尺度上进行了分析研究。结果表明:模型在开展大中流域尺度,长时间序列的土地利用方式对面源磷污染影响的研究中表现良好;流域内林地、建设用地、耕地、园地年均产流深度分别为588.05、729.52、624.26、608.05 mm,产沙年均单位负荷分别为10.09、0.90、44.68、13.29 t·hm-2;总磷年均单位负荷分别为1.42、0.35、9.81、1.82 kg·hm-2。产流深度、产沙单位负荷与总磷单位负荷之间的一元线性回归模型表明:产流、产沙和面源磷之间存在明显的线性关系,且各土地利用方式产沙和磷(R2=0.83～0.88,P0.001)之间的一元线性回归模型预测能力均高于产流和总磷(R2=0.63～0.68,P0.001),表明了面源磷流失的主要载体为泥沙。此外,不同类型土地利用方式下磷输出空间差异性也十分显著,林地在坡度级别为6级时磷流失是2级时的6.90倍;土壤类型RGd(不饱和疏松岩性土)在坡度2级下磷流失是ACu(腐殖质低活性强酸土)的1.15倍,而在6级下是1.42倍。     

近三十年非点源污染研究发展趋势分析

分析近三十年非点源污染研究发展趋势特征,旨在为下一阶段非点源污染研究提供技术参考。从Web of Science核心合集得到1990—2016年所有非点源污染研究文献,然后进行聚焦分析,确定主要文献来源,对比中外学者H指数。通过CiteSpace的关键词共现网络分析和文献共被引网络分析功能,识别了1990—2016年间三个主要阶段的核心关键词(作者关键词与扩展关键词)的变化,梳理了主要的共被引参考文献,得到非点源污染研究领域发展趋势和知识基础特征。国外和国内非点源污染的最早文献分别在1975年和1992年,1990年后全球范围内非点源相关研究快速发展,中国学者的研究在2005年后发展迅速。中外学者的H指数差距有减小趋势,中国学者在全球非点源污染研究领域的相对影响力不断提升。关键词分布中"流域"与"管理"逐渐凸显,"SWAT(Soil and Water Assessment Tool)"、"中国"、"气候变化"词频进入前30位。研究内容方面,非点源污染研究从点位尺度的观测过渡到流域尺度水质变化、氮磷污染输出规律、模型应用,基于GIS(Geographic information system)空间分析的水文模型在流域尺度的模拟、优化和运用,是非点源污染控制与评估的基础。随着研究的深入,流域尺度的精细管理、非点源污染模型开发与耦合、气候变化效应近期受到更多关注。对1990—2016年间高被引文献特征进行梳理分析可知,高被引文献涉及主题广泛,其中中国学者也有明显贡献,表明中国学者逐步成为非点源污染研究的主力。     

基于输出系数模型的1998—2016年洱海流域磷素时空变化特征分析

为分析1998-2016年洱海流域磷素时空变化特征,本研究通过输出系数模型计算1998、2005、2010、2016年洱海磷污染负荷,以细化磷污染来源。结果表明:1998-2016年,洱海总磷污染负荷总体呈上升趋势,具体表现为流域内点源污染增加、面源污染减少,但面源污染仍是主要污染源。其中,1998年洱海流域总磷污染负荷为390.273 t,2005年为402.150 t,2010年为398.879t,2016年达到最高值429.451 t。农业面源、畜禽养殖粪便和城镇居民生活污水是洱海流域三大污染来源,其产生平均负荷分别占总磷污染负荷的48%、18%、15%。洱源县总磷污染负荷达205.608 t,大于大理市污染负荷。洱海子流域总磷单位面积负荷集中于86.027~540.519 kg·km^-2·a^-1,其中子流域1~14变化明显。今后流域治理过程中可通过提高污水处理效率、实现畜禽粪便科学还田、合理施用化肥等方式,减少磷素向水体中的排放量,从而实现流域内磷素的合理循环。     

密云水库流域农业非点源污染基本特征分析

通过对密云水库上游流域8个乡镇化学肥料、畜禽粪便、水产养殖等农业非点源污染的调查统计和监测,初步明确了该区域农业非点源污染的基本特征：（1）化肥的不合理使用和坡耕地耕作为该区域农田养分流失的主要原因,区域内农用坡耕地2005年流失氮素19.2 t,流失磷素5.5 t,流失养分的主要来源为施用的化肥;（2）流域内畜禽粪便污染负荷区域间差异明显,部分乡镇畜禽粪便环境污染风险大;（3）流域内水产养殖排放水体水质50%不达标,加剧了下游水体的富营养化.     

基于SWAT模型的三峡库区大流域不同土地利用情景对非点源污染的影响研究

非点源污染对三峡库区流域的水环境污染起到主导作用。本文将SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型应用于库区大尺度流域的污染模拟研究中,以2005年土地利用现状为基准设定了6种土地利用情景,定量分析了不同土地利用措施对非点源污染的控制效果。首先采用三峡库区流域2002—2008年的水文、水质实测数据对建立的SWAT模型进行率定与验证,径流、泥沙、营养盐的评价指标ENS均达到令人满意的效果,表明SWAT模型应用于三峡库区流域是可行的。不同土地利用情景的非点源影响模拟结果表明,通过退耕还林措施将25°、15°、6°以上的耕地转化为林地可达到较好的非点源污染消减效果,考虑库区地处贫困山区,25°以上耕地退耕还林更为经济、可行;相同区域的草地转化为林地所产生的非点源污染要远远小于转化为耕地而产生的污染物,因此应严格控制自然植被退化为耕地的现象发生,否则会严重加剧库区污染状况;库区扩大林地范围的方案要有计划性、针对性,可在减少坡耕地的基础上进行,该措施能最大限度地减少库区非点源污染。本研究所得结论为政府科学合理的制定三峡库区流域非点源污染控制方案提供了重要科技支撑。