基于磷指数模型的海河流域农田磷流失环境风险评价

农田面源磷流失是导致水体富营养化的主要原因,识别农田磷流失的关键源区、影响因子是农田面源污染防治的重要环节。该研究以海河流域为研究区,采用磷指数模型,选取土壤有效磷含量、磷肥施用量作为源因子,以土壤侵蚀模数、年径流深、农田和水体间归一化距离指数作为迁移因子,结合GIS技术评估海河流域农田磷流失风险,并利用结构方程模型研究农田磷流失风险指数与各影响因子间关系。结果表明:1)海河流域农田土壤有效磷、磷肥施用量、土壤侵蚀模数、年径流深及归一化距离指数处于中-低、中-高、极低、中-高和高级别风险等级的区域面积占比最高,分别占农田总面积的66.5%、61.1%、99.0%、54.2%和64.8%;2)影响农田磷流失的关键因子为迁移因子,其中关键的迁移因子为年径流深及归一化距离指数;3)源因子与迁移因子间呈极显著负相关(P0.01),土壤性质(包括土壤质地及有机碳含量等)与源因子呈极显著负相关(P0.01),与迁移因子呈极显著正相关(P0.01);4)海河流域农田磷流失关键源区位于黄河北岸的山东省和河北省东南部的平原农耕区、海河流域西北部的山区地带。该研究结果对流域尺度上农田磷流失研究的方法创新有所裨益,可为海河流域农田面源污染防治提供科学参考。     

农田磷的环境风险及评价研究进展

本文综述了农田磷环境风险及其评价研究进展。着重阐述了农田磷的迁移途径、农田土壤磷水平、土壤磷的吸附和解吸特性以及磷肥和有机肥用量等对农田磷地表径流流失和渗漏的影响;农田土壤磷环境风险评价方法及P-index评价方法的建立和应用等。提出了今后该领域的研究方向。     

国内外磷指数评价指标体系研究进展

磷是水体富营养化的关键影响因子之一,且农业面源流失的磷是水体中磷的主要来源之一。通过对面源磷的流失风险进行评价,识别其关键区,进而进行针对性管理,是控制面源磷流失的有效手段之一。作为一种评价面源磷流失风险的简单方法,自20世纪90年代以来,磷指数已经在美国、中国及欧洲一些国家得到了广泛的应用。通过采用磷指数法,在评价其流失风险空间分布特征的基础上,可以方便快速地识别出田块或流域内磷流失的关键区。各个国家或地区根据本研究区的情况建立了不同的指标体系,但缺乏统一的磷指数建立标准。从源因子、迁移因子等组成因子及因子等级划分与磷指数计算等几个方面,对国内外的磷指数评价指标体系进行了分析评述,并对其发展进行了展望,旨在为目标研究区磷指数的建立和应用提供借鉴。     

华北两熟区农田磷流失风险预警研究

轮作是长期以来在各地形成的相对固定的作物组合模式,同时也是农田养分平衡状况计算的基本单元,多年累积形成的养分盈亏则直接影响环境。在植物必需的3种大量营养元素中,对环境影响最大的营养元素是磷和氮,与氮素相比,磷素循环途径则相对稳定,没有气态损失,磷的表观养分平衡与环境污染的相关性高,且计算方便,因而本文选择磷素作为环境风险预警指示元素。为探究简易、有效的轮作环境效应预警方法,从筛选适宜预警的关键元素和环境风险产生的关键环节入手,提出适合我国小农户现实国情的、基于农田地块级别的预警指标体系,并以华北两熟区5种轮作类型、38个地块的调查数据为例进行了验证。该预警体系包括3级评价指标（周年磷平衡、耕层土壤质地、周年磷肥运筹）共6种预警级别并用3种色系进行标识（深绿、浅绿、浅黄、深黄、浅红、深红）。该预警方法的特点为：研究对象为整个轮作周期而非单茬作物;磷平衡既考虑周年的总量均衡（即整个轮作周期磷素投入、产出平衡状况）,又考虑不同茬次间的科学分配（即磷素统筹）,且二者均采用相对平衡值而非绝对平衡值,从而使得不同轮作类型之间的磷平衡可以进行统一量化和比较;土壤质地简化为沙土、壤土、黏土3种。验证结果表明,磷肥用量、运筹合理、环境友好（深绿）的地块仅占10.53%;而高环境风险（深红、浅红）的轮作地块达57.89%,即一半以上的地块目前的轮作方式存在高或极高的环境风险。该预警方法具有科学、实用、简便,所需数据容易获得的特点,可用于农户对自己地块磷流失风险进行判断,也可用于国家、区域或地方农业主管部门进行种植业结构调整时参考。     

福建省平和县琯溪蜜柚果园土壤磷环境风险评价研究

开展土壤磷环境风险评价对指导果园合理施肥和管理,减轻果园面源污染具有重要意义。采用土壤室内培养法,研究了平和县琯溪蜜柚果园土壤磷素环境敏感临界值,并据此划分了果园磷环境风险等级。结果表明:平和县琯溪蜜柚山地果园土壤磷素环境敏感临界值为96.3 mg?kg?1,耕地果园为62.3 mg?kg?1;提出平和县山地和耕地两类琯溪蜜柚果园土壤磷环境3级风险(高、中、低)划分标准;根据风险划分标准对果园0~30 cm土层土壤和果园剖面(0~100 cm)土壤有效磷进行评价,得出全县50.5%果园(48.4%山地果园,52.7%耕地果园)处于磷素环境高风险状态,12.2%果园(10.6%山地果园,13.8%耕地果园)处于磷素环境中风险状态,37.3%果园(41.0%山地果园,33.4%耕地果园)处于磷素环境低风险状态;供试42.1%果园剖面0~40 cm土层的磷环境处于高风险等级,甚至部分果园0~100 cm土层土壤都有流失风险。为减少面源污染危害,可对不同土壤磷环境风险状态琯溪蜜柚果园,采用不同的磷肥施用策略;过量施用磷肥易引起面源污染。     

中条山森林碳密度时空变化及其驱动因素分析

森林碳库在全球碳循环中发挥着重要的作用。为深入了解山西省中条山区森林植被碳密度的时空动态变化及其影响因素,以2005—2015年3期国家森林资源连续清查数据为基础,通过随机森林和结构方程模型,定量研究了森林植被的碳密度以及各驱动因子对碳密度空间分布的贡献度。结果表明:(1)2005年、2010年、2015年中条山森林植被碳密度和碳储量分别为24.87,26.56,31.42 Mg C/hm²和15.89,16.00,20.15 Tg C,二者均呈持续增加趋势,年均增长率分别为2.63%和2.68%。(2)植被碳密度空间分布特征为高(＞100 Mg C/hm²)和中高(60~100 Mg C/hm²)碳密度样地主要分布在中条山中部和西南部,低碳密度区(＜60 Mg C/hm²)主要在东北部。(3)林龄和年均降雨量是影响研究区植被碳密度空间格局的重要驱动因子,林龄对碳密度的直接正向影响最为显著,年均降雨量通过对林分因子的间接影响进而影响碳密度的空间分布格局。     

秸秆覆盖与平衡施肥对巢湖流域农田磷素流失的影响研究

通过野外径流小区观测试验,研究了巢湖流域旱地秸秆覆盖与平衡施肥条件下的径流、泥沙和磷素流失特征.结果表明,相对于当地传统耕作区,秸秆覆盖区和平衡施肥区能分别减少30.47%和21.61%的径流量,减少22.88%和20.59%的泥沙量,表现出显著的水土保持作用.当地传统耕作区磷向水体迁移的负荷量为0.47 kg·hm-2,流失系数为0.52,其中颗粒态磷是磷迁移的主要形式,其浓度占总磷流失浓度的74.45%～90.85%.秸秆覆盖与平衡施肥均能有效地降低径流磷流失量,可分别降低32.29%和29.81%,但其对径流磷浓度的影响却不明显.因此,秸秆覆盖和平衡施肥是作为源头控制农田养分流失的较好措施.     

北京市农业土壤重金属污染环境风险等级评价

为全面了解北京市农业土壤中重金属污染环境风险等级及空间分布特征,采用Hakanson潜在生态危害指数法对1018个采样点的Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb、Hg 8种重金属进行污染的潜在生态风险评价,并运用指示克里格方法绘制污染风险概率分布图,对整个北京市农业土壤重金属污染风险的空间分布特征进行分析。结果表明：北京市农业土壤重金属污染风险已达到中度和低度,低度、中度、重度和严重4个风险等级的样点比例分别为42.63%、34.97%、18.57%、3.83%,8种金属中Cd和Hg元素污染风险最高,Cr、Ni、Zn元素生态风险较低,风险概率图显示城区周围、大兴、通州、密云等地风险等级较高。     

基于GIS的福建农田氮磷地表径流流失与污染风险评估

为了掌握福建省农田氮磷地表径流流失特征,以福建省的9个地级市为研究边界,通过对其辖区1985—2016年间农田氮、磷化肥施用量的调查,计算农田化肥氮磷的地表径流流失量,并在耦合农田化肥地表径流流失量、降雨和河网密度3个因素的基础上,分析福建省各地级行政区域农田化肥氮磷的污染风险等级,应用地理信息系统(GIS)分析其氮、磷污染的空间分布。结果表明:32年间福建省化肥施用量由4.911×105 t增加到1.239×106t,年均增长3.03%;漳州市氮肥和磷肥的施用强度最大,分别达880.40 kg×hm~(-2)和429.21 kg×hm~(-2);氮磷地表流失量较高的区域主要集中在漳州市,其氮、磷地表流失强度分别达8.71kg×hm~(-2)和1.99kg×hm~(-2)。从氮、磷污染风险等级看,南平市氮、磷肥的流失风险值均最高,分别达63.19%和63.37%,属于高氮磷污染风险区域;厦门市氮、磷肥的流失风险值均最低,分别为0.53%和0.53%,属于低污染风险区域;其他市处于两者之间。可见,漳州市农业发展中应注重氮、磷肥的减量化;南平市则注重对农田氮、磷地表径流流失的风险防范;全省应加大力度发展生态农业,以助力福建省生态文明先行示范区、生态文明试验区的建设。     

自然降雨条件下秸秆还田对巢湖流域旱地氮磷流失的影响

本文通过野外径流小区观测试验,开展了自然降雨条件下秸秆覆盖对巢湖流域旱地地表径流、泥沙和氮磷流失影响的研究。试验结果表明,秸秆覆盖能有效减少地表径流量、侵蚀产沙量以及因地表径流引起的土壤氮磷流失。在整个玉米生长期间,秸秆覆盖小区的总产流量与产沙量比传统耕作小区分别减少30.47%和22.88%,表现出显著的水土保持作用。与传统耕作小区相比,秸秆覆盖小区随地表径流迁移的氮、磷流失总量分别降低27.42%和32.29%,但秸秆覆盖对径流中氮磷浓度的影响却不明显。溶解态氮是氮素流失的主要形态,颗粒态磷是磷素流失的主要形态。秸秆覆盖可以作为源头控制农业面源污染的较好措施之一加以推广。     

基于USLE模型的云南省坡耕地土壤侵蚀和养分流失评价

定量评估区域坡耕地土壤侵蚀分布规律,是科学制定坡耕地水土流失综合治理规划、开展坡耕地质量建设的基础,然而目前针对省域尺度坡耕地土壤侵蚀和养分流失规律的研究较少。该研究基于GIS空间分析技术和通用土壤流失方程（Universal Soil Loss Equation,USLE）,在模型参数率定与计算精度验证基础上,定量评价云南省坡耕地土壤侵蚀和养分流失特征。结果表明：1）云南省坡耕地土壤侵蚀面积为421.38万hm2,侵蚀总量为376.58×106 t/a,占全省侵蚀总量的63.02%,坡耕地是区域侵蚀产沙的主要策源地;坡耕地平均侵蚀模数为7 986.31 t/(km2.a),总体处于强烈侵蚀等级,剧烈侵蚀、极强烈侵蚀和强烈侵蚀是坡耕地侵蚀产沙的主要来源;不同分区坡耕地侵蚀模数和侵蚀量差异显著,滇西南区侵蚀强度最大,滇东南区侵蚀强度最小。2）随着坡度增加,坡耕地侵蚀面积比例、侵蚀强度、侵蚀量均呈较快增加趋势,土壤侵蚀主要来源于15～25°、>25°、>8～15°3个坡度级坡耕地。3）坡耕地流失土层厚度集中分布在0～12 mm/a之间,平均流失土层厚度为7.31 mm/a;耕层更新周期集中分布在20～200 a之间,均值为175.6 a,耕层更新周期-面积分布曲线呈先快速递增,并在某一峰值之后出现快速递减趋势。4）坡耕地养分流失空间分布存在差异性,土壤有机碳、全氮、速效钾、有效磷流失模数分别为223.60、23.94、1.59、0.15 t/（km2·a）,坡耕地养分流失是区域养分流失量的主要来源。研究可为区域坡耕地水土流失治理和坡耕地质量建设提供科学依据。     

基于SWAT模型的武强溪流域非点源污染关键源区界定与控制策略

随着点源污染的控制与处理技术日趋完善,非点源污染成为重要的水污染源。武强溪作为流入千岛湖的第二大支流,量化武强溪流域非点源污染负荷,解析非点源污染时空分布特征,提出适合削减武强溪流域污染物的最佳管理措施（best management practices,BMPs）对千岛湖水污染高效治理至关重要。该研究基于土壤水分评估工具（Soil and Water Assessment Tool,SWAT）分析了武强溪流域径流量、总氮输出负荷量的时空分布特征,探究了不同管理措施及组合的削减效果,提出了武强溪流域非点源污染针对性的治理措施。结果表明：1）SWAT模型对于武强溪流域径流量和总氮输出负荷量的模拟具有较好的适用性,径流量校准期和验证期的决定系数（coefficient of determination,R²）分别为0.86、0.97,纳什系数（nash-sutcliffe coefficient,NSE）分别为0.83、0.96,百分比偏差（percent bias,PBIAS）分别为15.8%、?6.3%,总氮校准期和验证期的决定系数分别为0.87、0.74,纳什系数分别为0.63、0.66,百分比偏差分别为31.6%、21.2%;2）该流域径流量和总氮负荷主要集中在3—7月,分别占全年输出量的71.67%和75.76%。综合考虑氮的来源和流失途径,将耕地和林地面积占比大、坡度陡的子流域设置为总氮的关键污染源区。考虑调整化肥施用量/配方、改变耕作方式和设置植被缓冲带等削减非点源污染的手段,进行总氮输出负荷削减效率的情景模拟,表明10 m植被缓冲带是减少总氮输出负荷的最佳单一控制策略,总氮削减率可达到69.90%;实施综合管理措施对总氮的污染削减效果更佳,10 m植被缓冲带与施肥量减少20%可使总氮削减率达到74.79%。研究结果可为千岛湖水质管理与控制提供理论基础。     

不同雨型下反坡台阶减少红壤坡耕地氮磷流失的效果

为研究自然降雨条件下反坡台阶对坡耕地氮、磷流失的影响,该文基于滇中红壤坡耕地标准径流小区45场典型降雨观测资料,根据降雨量、最大30 min雨强和降雨侵蚀力,综合采用快速聚类和判别聚类,划分确定出A(高雨量、大雨强、高侵蚀力)、B(低雨量、小雨强、低侵蚀力)、C(中低雨量、中小雨强、中低侵蚀力)、D(中高雨量、中雨强、中高侵蚀力)4种降雨类型。研究发现,反坡台阶减流率和减沙率达到52.11%和71.30%,减沙率显著大于减流率(P0.01);不同降雨类型下反坡台阶的减流率表现为:C雨型B雨型D雨型A雨型,减沙率表现为:D雨型A雨型C雨型B雨型,C雨型和B雨型下反坡台阶减流率显著高于D雨型和A雨型(P0.05),减沙率则显著低于D雨型和A雨型(P0.05)。反坡台阶对径流中总氮(WTN)、硝态氮(NO_3~--N)、铵态氮(NH_4~+-N)削减率分别达到68.10%、69.81%、50.14%,对径流中总磷(WTP)、溶解无机磷(DIP,dissolved inorganic phosphate)的削减率分别达到71.52%和72.77%,不同自然降雨类型下反坡台阶对径流中WTN、NO_3~--N、NH_4~+-N、WTP、DIP的削减率均呈现出随着雨量和雨强增大而降低的趋势。反坡台阶对泥沙中全氮(STN)、水解性氮(HN,hydrolyzable nitrogen)的削减率分别达到57.32%和54.22%,对泥沙中全磷(STP)、速效磷(AP)的削减率分别为67.38%和63.69%,不同自然降雨类型下反坡台阶对泥沙中STN、HN、STP、AP的削减率呈现出削减率随着雨量和雨强增大而提高的趋势。该研究可以深入地揭示反坡台阶控制坡耕地面源污染的机理,以及对于控制坡耕地氮磷流失的效果,为源头控制山区水土流失和农业面源污染提供理论支撑。     

红河哈尼梯田潜在弃耕风险耕地识别及其主要影响因子

潜在弃耕风险耕地识别是耕地总体利用和规划的科学依据,也是实现农业可持续发展的关键手段。然而,受弃耕过程的渐进性、复杂性及其相关学科方法与技术的限制,使弃耕很难被准确地识别和预测。本研究根据道路、坡度、海拔、水源、降水、气温、人口、粮食产量等因子与弃耕风险的关系,构建了以弃耕影响因子为主导的弃耕风险指数(FARI)和以系统聚类为基础的弃耕风险识别方法,对哈尼梯田进行了实证研究。结果表明:1)哈尼梯田稳定、弱风险和高风险耕地的面积占比分别为57%、35%和8%,整体较为稳定。2)哈尼梯田弃耕风险指数呈北部高于南部,东部大于西部的空间特征。3)在区位上哈尼梯田弃耕高风险耕地(34.95 km~2)主要分布在县域边界处,该区耕作条件差,是退耕还林还草、修复生态的关键区;稳定耕地(234.87 km~2)主要分布在元阳县的东中部,耕作条件适宜,是本区粮食安全与遗产保护的核心区。4)在影响因子上,稳定耕地区主要受人口、粮食产量、道路距离等因子的影响,其次为坡度、河流距离和海拔;弱风险耕地区受降水因子影响最大,其他环境因子的影响均较小;高风险耕地区主要受气温、坡度、海拔和河流距离等因子的影响。总之,哈尼梯田总体较为稳定,弃耕风险小,且不同弃耕风险程度耕地的影响因子不同。