土地利用驱动下洪泽湖支流流域非点源颗粒态磷流失时空变化特征

选取洪泽湖支流流域,根据1990、2000、2005、2010年Landsat TM/ETM遥感影像,应用泥沙输移分布模型,计算出研究区非点源颗粒态磷流失负荷,研究土地利用变化对非点源颗粒态磷流失负荷的影响。结果表明,土地利用与非点源颗粒态磷流失负荷息息相关:在2、3号子流域,建设用地、林地和颗粒态磷流失负荷呈正相关,主要因为2号和3号子流域在盱眙及周边城市需求驱动下,耕地由原来种植水稻转型为蔬菜等高附值经济作物,种植强度较高,磷肥施肥量增加,造成颗粒态磷的流失负荷与当地建设用地和林地面积变化趋势相近;4号子流域由于土地类型转变,造成旱地与颗粒态磷流失负荷呈负相关;其他子流域大多为水田、旱地与颗粒态磷流失负荷呈正相关,建设用地、林地和颗粒态磷流失负荷呈负相关。     

基于改进的SWAT模型的山地流域吸附态总磷负荷模拟

SWAT模型模拟的产沙量为流域总产沙量,而无法获得产沙量的空间分布以及与产沙量关联的吸附态负荷的空间分布。为此,针对山地流域,提出"径流连通性因子",基于该因子,形成改进的产沙量以及吸附态总磷负荷的时空分布模型,并对模型进行验证。应用所构建的模型,采用小流域推广法,将非完整流域的行政区域三峡库区中所包含的小流域模型及其模型参数分别扩大模拟范围,总体覆盖整个库区,实现对三峡库区产沙量和吸附态总磷负荷时空分布的模拟,确定出产沙和产生吸附态总磷负荷的关键源区。所构建的模型可用于其他山地流域。     

巢湖流域地下水硝态氮的分布及其影响因素研究

为了探讨巢湖流域地下水硝态氮的空间分布规律,2009年11月至12月在巢湖流域采集了253个地下水样品,分析了其硝态氮含量。结果表明,巢湖流域地下水硝态氮含量平均值为7.13 mg/L,超标率(10 mg/L≤NO-3 N<20 mg/L)和严重超标率(NO-3 N≥20 mg/L)分别为15.81%和7.11%。不同土地类型的地下水硝态氮含量存在一定差异,其中村庄＞菜地＞果园＞旱地＞城镇＞水稻-油菜（或小麦）轮作田＞单季水稻田＞养殖场。巢湖流域绿色水稻产区地下水硝态氮含量比非绿色水稻产区低。农田地下水硝态氮含量与化肥氮施用量、人口密度和耕地面积比例呈正相关。农田地下水硝态氮含量具有随地下水位的下降而降低的趋势,但两者之间没有显著相关性。当化肥氮的年施用量超过100 kg/hm2或地下水位低于9 m时,地下水硝态氮含量存在超标的潜在危险。     

巢湖典型流域河道沉积物磷赋存形态研究

河道沉积物磷的含量和形态可为流域磷的来源解析及评估其对下游受纳水体的影响提供重要信息。选取巢湖典型支流丰乐河和柘皋河,在平水期对两个流域共计27个采样点进行了沉积物和河水采样,沉积物采用SMT(standards measurements testing)法进行分级测定磷的不同形态,包括总磷(TP)、无机磷(IP)、有机磷(OP)、铁铝磷(Fe/Al-P)以及钙磷(Ca-P),水样测定总磷(TP)和可溶性磷(DP)。结果表明,丰乐河沉积物中TP、IP和OP的平均含量分别为522.12、323.78和140.42 mg·kg^-1,而柘皋河分别为1 060.70、755.74和125.31 mg·kg^-1,均表现为TP＞IP＞OP。丰乐河IP中的Fe/Al-P平均含量高于Ca-P,而柘皋河则相反。柘皋河沉积物TP、IP、Fe/Al-P和Ca-P总体均高于丰乐河,但丰乐河OP含量略高于柘皋河。两河不同采样点沉积物不同形态磷含量均存在较大的空间差异。丰乐河和柘皋河河水TP平均值分别为0.10和0.18 mg·L^-1,均以溶解态为主,易导致富营养化。两个流域都是农业流域,河流中磷主要来源是农业非点源和城镇生活污水的输入。柘皋河农田和村镇都相对比较集中分布在河边,不同来源的磷更容易输送到达河道。柘皋河流域距入湖口近,沉积物和河水磷含量均高于丰乐河,因此柘皋河对加剧巢湖水体富营养化的风险更大,但丰乐河沉积物Fe/Al-P和河水磷含量也比较高,依然存在一定的风险。     

三峡库区季节性吸附态磷负荷的空间分布特征

降雨引起土壤流失和非点源污染的产生。依据三峡库区内部和周边23个气象站点的日降雨资料,采用日降雨量模型和Kriging插值法得到库区各季及各年降雨侵蚀力的空间分布,在此基础上,结合改进的通用土壤流失方程(RUSLE)和由地形指数形成的具有空间分布的入河系数,构建吸附态磷负荷的时空分布模型,并验证模型的合理性。应用所构建的模型,对三峡库区2001—2010年各季及年的吸附态磷负荷的空间分布进行模拟,结果表明吸附态磷负荷的季节性变化和空间变化都十分明显。季节性变化与降雨侵蚀力一致,夏季最大,冬季最小,春秋两季相差不大;在空间变化上,坡度较小、土地利用类型主要为林地、城乡工矿居民用地的夷陵、重庆和江津西南等地区负荷较低,而坡度较大、土地利用类型主要为水田、旱地和草地的巫溪、开县和秭归等地负荷较高。     

珠江三角洲典型流域颗粒态氮磷负荷估算研究

珠江三角洲地区菜果花农业发达,农业化学物质投入量大,区域N、P等养分流失迅速,水环境问题尤为突出.选取广州流溪河为研究对象,应用GIS和USLE模型结合土壤污染实测数据,采用源类型法估算流溪河流域的颗粒态N、P污染负荷.结果表明:(1)流溪河流域的颗粒态N、P总流失量分别为582.49 t·a-1和424.74t·a-1,其中N流失量中水田贡献最大占40.02%,其次为林地占26.31%;P流失量中旱地贡献最大占28.75%,其次为水田占26.94%.(2)流域不同源类型单位面积颗粒态N、P流火量差异显著,旱地的N、P单位面积流失量均为最高,分别是7.72 kg·hm-2和9.50 kg·hm-2;其次为果园,N、P分别是7.20 kg·hm-2和6.56 kg·hm-2.(3)流域颗粒态N、P流失总量及其单位负荷受农业施肥影响,农业生产过程产生的过量N、P物质是流溪河流域重要的N、P负荷污染来源.     

亚热带典型农林流域面源磷负荷估算与源解析

选取亚热带典型农林流域——金井河流域为研究对象,构建流域面源磷负荷估算模型,对流域面源磷负荷进行估算,并解析各形态磷负荷的空间分布特征。采用改进的输出系数模型和修订的通用土壤流失方程（RUSLE）分别建立模型的溶解态磷和吸附态磷模块,同时利用贝叶斯统计反演得到输出系数模型的参数后验分布以提高模型模拟精度。模型总磷负荷模拟值与观测值的误差绝对值为3.3%~27.1%,溶解态磷的决定系数（R²）和纳什效率系数（NSE）分别为0.84和0.82,吸附态磷的R²和NSE分别为0.68和0.65,模型对溶解态磷负荷的模拟效果优于吸附态磷。流域面源总磷负荷平均为64.3 kg·km^-2·a^-1,其中溶解态磷为29.6kg·km^-2·a^-1,其空间高值区主要集中在农田和村镇区域,林地、农田、居民地溶解态磷负荷分别为13.4、40.5、31.1 kg·km^-2·a^-1;流域吸附态磷负荷平均为34.7 kg·km^-2·a^-1,其空间高值区多分布在林坡地,林地、农田、居民地吸附态磷负荷分别为43.1、16.5、4.5 kg·km^-2·a^-1。研究表明,亚热带丘陵区面源磷负荷的治理需要根据不同形态磷负荷输出空间分布差异有针对性地开展管控措施。     

巢湖流域规模化养殖场畜禽粪便污染负荷研究——以居巢区为例

以巢湖流域内的安徽省居巢区作为研究区域,结合当地规模化养殖小区的畜禽饲养量、排污量以及有效耕地面积,对畜禽粪便的耕地最大污染负荷量进行了估算,并与当地畜禽粪便的实际负荷量进行比较,对现有养殖规模条件下的环境风险进行了评价。结果表明,2007年该区畜禽养殖全年产生的粪尿合计624857．37t;采用耕地畜禽粪便负荷预警值对畜禽养殖污染进行了评价,除夏阁镇、散兵镇和槐林镇以外,该区其他各乡镇街道均已受到畜禽粪便一定程度的污染。应对畜禽粪便污染加以控制,以实现畜牧业的健康发展。     

巢湖流域农田土壤磷吸持指数及吸持饱和度特征

农业活动对水体磷污染的影响已成为公众关注的焦点。土壤对磷具有一定的固定能力，可以采用土壤磷吸持指数（PSI）和吸持饱和度（DPSS）来表征土壤中的磷向水体释放的风险。对巢湖流域各类土壤的研究表明，土壤的固磷能力相比太湖及国外其他地区普遍较低，红壤和石灰岩土的固磷能力相对较强，而紫色土的固磷能力最弱。土壤磷的吸持饱和度和吸持指数之间存在显著的负相关关系，吸持指数较高的红壤和石灰岩土，其土壤磷吸持饱和度表现较低；而紫色土对磷较容易饱和，磷吸持饱和度普遍偏高。已有30%的土壤其磷吸持饱和度超过25%的流失临界值，应重视其可能对环境造成的影响。     

流域特征及景观格局对泥沙输移比的影响研究综述

泥沙输移比是目前预测流域产沙量的一种较实用的方法,它的确定受到很多因素的影响,其中流域特征和流域的景观格局是影响泥沙输移比的重要因子。从流域特征和景观格局两大方面对泥沙输移比研究进行综述,以期为我国开展土壤侵蚀及泥沙输移研究提供参考。     

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。     

香溪河流域土地利用变化过程对非点源氮磷输出的影响

选取三峡库区香溪河流域(3150 km~2),根据1990、2000、2010年Landsat TM/ETM遥感影像,在Arc GIS支持下,应用景观特征分析和氮磷输出系数模型方法,在分析流域景观格局转变过程的基础上,研究了土地利用变化对非点源氮磷输出的影响。结果表明:1990—2000年土地利用变化较为缓和,2000—2010年土地利用转变较为剧烈,变化面积占到总面积的4.3%,为前10年变化量占比的3倍之多。1990—2000年和2000—2010年,土地利用转变量最为明显的均为林地转旱地和旱地转林地;从单位时间土地利用变化率来看,1990—2000年旱地变化最为剧烈,2000—2010年居民地变化最为剧烈;从土地利用相对动态度来看,1990—2000年和2000—2010年旱地均最高。1990—2000年土地利用的变化对非点源总氮(TN)和总磷(TP)输出影响较小,TN增加1.57 t·a~(-1),TP减少0.073 t·a~(-1);2000—2010年土地利用的变化显著降低了TN、TP的输出量,净值分别为78.5、6.1 t·a~(-1)。土地利用转变方式对TN、TP的负荷影响不同,旱地转变为林地时TN负荷表现为消减,林地转变为旱地时TN负荷增加;水田转变为林地时TP负荷减少,旱地转变为水田时TP负荷增加。在输出系数与各土地利用类型面积关系的建立中,使用土地利用状态量变化面积不能真实计算出其对非点源氮磷负荷输出量的影响,通过土地利用过程量面积的变增才能真实反映土地利用变化导致的非点源氮磷负荷输出量。     

松花江流域营养盐的空间分布及污染等级评价

应用综合污染指数法,结合2013—2014年对松花江流域进行水生态野外全面调查的结果,将流域内历时2年所调查的122个采样点的营养盐分为5个等级进行评价,分析流域内营养盐的污染状况及空间分布。结果表明:松花江流域营养盐评价等级(极好、好、一般、差和极差)的比例分别为10.66%、15.57%、20.49%、28.69%和24.59%,支流的评价结果明显好于干流;各子流域的营养盐污染程度排序为松花江干流>第二松花江>牡丹江>嫩江。研究区内土地利用类型与营养盐评价结果关系密切,尤其是农业非点源污染对流域含氮营养盐的影响较为显著。     

巢湖典型小流域表土磷的空间分异特征及影响因素分析

研究了巢湖北部的烔炀河-岐阳河小流域土壤、富磷地质区岩石风化碎屑及烔炀河沉积物等表土物质中总磷(TP)含量,以及NaOH提取态磷(NaOH-P)、HCl提取态磷(HCl-P)、有机磷(OP)等形态组成特征,探讨了富磷地质区岩源性磷及人为污染对表土磷空间分异的影响。结果表明,土壤中TP平均含量为436.8mg·kg-1,其形态组成以OP和NaOH-P为主,分别占到TP含量的41.6%和32.0%,HCl-P平均百分含量为11.8%;富磷地质区岩石风化碎屑中TP平均含量4539.5mg·kg-1,其形态组成以HCl-P为主,NaOH-P、HCl-P、OP分别占到TP含量的0.5%、74.9%、3.5%;烔炀河沉积物中TP平均含量为683.0mg·kg-1,NaOH-P、HCl-P、OP分别占到TP含量的45.0%、20.6%、24.9%。空间上,HCl-P含量在流域上游的富磷地质区最高;NaOH-P含量在流域上游地区较低,而在流域中游-下游地区逐渐增加。烔炀河-岐阳河小流域表土中总磷含量与形态组成空间分异受到富磷地质区岩源性磷及人为污染的共同影响,其中岩源性磷对流域上游地区影响较大,而在中下游地区受到生活污水及化肥施用等人类活动的影响程度较大。     

基于CA-Markov模型的锡林河流域土地利用变化及预测分析

研究土地利用变化特征及预测未来土地利用变化的趋势,对经济平衡发展、提高生态环境质量、实现土地资源合理利用具有重要意义。以锡林河流域为研究区,对Landsat 2000、2005、2010年和2015年4期遥感数据进行目视解译,采用土地利用结构分析方法、重心迁移模型和CA-Markov模型,分析研究区16 a间土地利用演变特征,并对2030年土地利用情况进行预测。结果表明:1)2000-2015年,草地、林地和耕地呈波动变化,水域面积缓慢增加,建设用地不断扩张,未利用地面积在不断减少。建设用地、耕地和未利用地重心具有明显的方向性移动,耕地先向南后向北移动,建设用地主要向西北方向扩张,未利用土地重心持续向北移动。2)研究区综合土地利用动态度为5.70％,变化速率较快;锡林浩特市和各苏木土地利用变化速率差异较大,总体表现为中游＞下游＞上游;不同土地利用类型动态度为建设用地＞水域＞林地＞耕地＞未利用土地＞草地,即建设用地变化最快。3)研究区土地利用变化的主要方向为草地和未利用地的相互转换、耕地和草地的互相转换以及建设用地的不断扩张。4)2030年预测结果表明,耕地面积继续增加,速率有所下降,重心向西南方向移动;林地延续之前变化趋势,稳中有升;草地和未利用地面积继续减少,且未利用地重心持续向北移动;建设用地扩张明显,重心向锡林浩特市中心移动,速度减缓;水域有少量增加。CA-Markov模型与土地利用重心迁移模型相结合,实现了对未来耕地、建设用地和未利用土地的迁移方向的预测,可以为研究区提高草地退化防治效果、土地管理政策的制定和实施、城乡建设、土地利用规划等提供理论指导。     

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。     

汾河流域土地利用景观格局演变及其驱动因素探究

【目的】分析汾河流域临汾段土地利用面积变化及景观格局演变特征,掌握影响土地利用变化的驱动因素,旨在为汾河流域可持续发展以及生态环境保护提供参考。【方法】以汾河流域中游临汾市为研究区,基于1990-2020年遥感、气象、社会经济等数据,计算该地区的土地利用程度指数、土地利用动态度、土地利用转移矩阵、景观格局指数（类型级别和景观级别）,探讨近30年临汾市土地利用面积变化特征及景观格局的变化趋势,利用主成分分析方法筛选影响临汾市土地利用变化的主要驱动因素。【结果】从土地利用结构来看,临汾市土地利用类型以耕地为主,草地和林地次之。从土地面积变化来看,1990-2020年,各土地类型的面积变化量绝对值由大到小依次为建设用地＞草地＞耕地＞林地＞水域＞未利用地,其中建设用地、林地及水域面积均增长,其余土地类型面积均减少;土地利用类型转移以耕地转为建设用地和草地以及草地转为耕地和林地为主。景观类型级别方面,耕地、林地和草地的最大斑块指数（LPI）、景观形状指数（LSI）、斑块平均大小（AREA_MN）和斑块结合度（COHESION）均较高;景观级别方面,随着时间的延长,斑块数量（NP）、斑块密度（PD）、香农多样性指数（SHDI）和香农均匀度指数（SHEI）总体均增加,边缘面积分维指数（PAFRAC）和蔓延度指数（CONTAG）均减少。主成分分析结果表明,社会经济因素、产业结构因素和自然因素是临汾市土地利用面积变化最主要的驱动因素。【结论】1990-2020年,临汾市的土地利用面积与景观格局发生了明显变化,探明了影响临汾市土地利用面积变化的主要驱动因素,其中建设用地、草地、林地和耕地受各驱动因素的影响较明显。     

滦河流域承德市非点源污染遥感模型评估分析

本研究采用遥感分布式非点源污染评估模型（DPeRS）,对滦河流域承德市非点源污染负荷的空间分布特征和污染来源进行遥感像元尺度评估分析,进一步识别非点源污染优控单元,并探讨分析了非点源污染贡献率及影响因子。结果表明:污染量上,2019年滦河流域承德市总氮（TN）、总磷（TP）、氨氮（NH₄⁺-N）和化学需氧量（COD_Cr）非点源污染排放负荷分别为0.12、0.014、0.06 t·km^-2和0.05 t·km^-2,入河量分别为119.6、7.8、70.3 t和49.8 t;污染类型上,滦河流域承德市氮型（TN和NH₄⁺-N）非点源污染的主要来源是农田径流,TP主要是来自农田径流和水土流失,COD_Cr主要污染来源是畜禽养殖;空间分布上,滦河流域承德市非点源污染高负荷区主要分布在流域的中部和南部地区,TN和NH₄⁺-N的非点源污染优控单元面积占比均达到65%以上,而TP为整个区域需防控的非点源污染指标。降水量与氮磷非点源污染入河负荷相关性较好,丰水期TN和TP非点源污染对河流中氮磷污染的贡献率分别为33%和50%;控制单元内耕地和林地面积占比与水土流失型氮磷非点源污染排放负荷的决定系数均超过0.5。因此,重点应从源头上防范丰水期非点源污染排放,建议进一步加强水土保持工作,以减少林草天然源水土流失引发的非点源污染排放,同时也应加强农田养分管理以减少养分流失。     

亚热带源头流域梯级池塘氮磷含量的时空变异及其影响因素

研究亚热带源头流域梯级池塘氮磷含量的变异机制,有利于理解农业小流域池塘水体氮磷面源污染的发生机制。本研究以亚热带红壤丘陵区典型农业小流域——金井小流域为研究区,选择18组典型梯级池塘（每组上、下游池塘各1个,共36个池塘）进行长期定位观测,采用2017年6月到2018年5月期间共12个月梯级池塘水体氮磷的定位观测数据,分析总氮（TN）和总磷（TP）含量的时空变异及其影响因素。结果表明：梯级池塘水体TN含量呈现上游（1.86 mg·L^-1）低于下游（2.56 mg·L^-1）,TP含量上游与下游接近,且上下游池塘TN和TP含量趋势在旱季偏高;梯级池塘水体TN和TP指标超标严重,超标率72.8%以上;周边土地利用类型和养鱼影响了梯级池塘水体TN和TP含量,相对不养鱼池塘,养鱼池塘水体TN和TP含量分别增加了60%、34%。研究结果表明,农业土地利用和养鱼加剧了研究区梯级池塘水质恶化,加强农田面源污染和水产养殖管理有助于梯级池塘水质提升。