太湖上游大溪水库流域营养盐输移时空特征分析

大溪水库位于太湖上游地区,是溧阳市的重要饮用水源地之一,近年来流域内湖（库）体水质有下降趋势。基于2008—2009年对入湖主要支流水质营养盐浓度监测数据,实地考察流域内的主要污染源以及耕作制度等因素,并以2009年航空遥感影像解译获得的土地利用数据为基础,结合季节气候变化以及农业活动等环境影响因子,分析流域内营养盐时空分异特征及原因,为改善和治理饮用水源地水质工作提供科学依据和保障。结果表明,大溪水库流域不同支流水质营养盐浓度空间差异显著,表现为临湖东岸的氮磷营养盐浓度普遍高于西岸及上游的洙漕河流域,是大溪水库流域氮磷营养盐主要的源;各流域的TN、DTN、NO3--N浓度逐月变化趋势基本一致,TP、DTP季节间浓度变化趋势不明显。进入大溪水库流域的氮素主要以可溶性氮素为主,TN平均浓度为1.82mg·L^-1;磷素主要以非溶解态磷素的形式输移,TP平均浓度为0.116mg·L^-1;总体水质属于Ⅳ水质。营养盐输移时空差异的原因与各小流域土地利用状况、农业活动及降雨季节变化关系密切。     

天目湖水体与沉积物中营养盐时空分布及成因

采用现场监测及实验室分析方法,2006年对天目湖水体和沉积物营养盐等进行了调查。结果发现,天目湖水体中营养盐浓度影响最大的是上游流域输人,冬季天目湖上游输入的颗粒物是导致水体营养盐尤其是TN水平升高的主要因素;而在夏季,水体中营养盐以溶解态为主,天目湖的营养类型是磷限制。表层沉积物营养盐含量最高的点位是下游靠近大坝取水口附近,表层沉积物N、P含量明显高于其下各层,尤其对于营养盐含量较高的点位。研究表明,作为一个兼顾饮用水源地和旅游功能的水库,上游区流域综合保护、水库渔业调控及旅游活动的进一步规范是控制天目湖富营养化的关键。     

近30年来川中紫色丘陵区土壤碳氮时空演变格局及其驱动因素

基于1981年全国第二次土壤普查数据和2012年555个表层土壤实测数据,探讨近30年来川中紫色丘陵区土壤碳氮时空演变特征及其驱动力。运用方差分析和回归分析对比了地形、成土母质、土壤类型、土地利用方式、植被对土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)时空演变的影响。结果表明研究区1981年和2012年表层SOC含量上升110%,TN含量上升27.27%,变异系数均呈下降趋势。近30年来,SOC、TN由于受结构性因素和随机性因素共同影响变为更倾向于受随机性因素的影响,时空演变上大部分区域SOC、TN含量均有增加。近30年来土地利用方式对研究区SOC、TN时空变异的影响增强并成为主导因素,土壤类型的影响下降,地形因子的影响程度大幅下降而植被贡献率上升。全区碳氮含量及碳氮比值上升,碳氮之间的相关系数有所下降。     

大凌河TN含量时空变化特性与影响因子分析

通过逐月监测2016—2020年大凌河水质总氮,利用卫星遥感反演和地理信息系统分析总氮浓度时空变化特征及其与水生植物、水产养殖、地表径流、社会经济、重点工程、干湿沉降等影响因素的相关性。结果表明：大凌河总氮浓度时空分布不均,在时间上呈现出秋季和夏季低、春季高的特征,该变化特征与河流水生植物腐烂分解情况、周期性生长旺盛以及支流总氮浓度保持一致;从空间上,从上游到下游总氮浓度呈递增趋势,水体自净能力和上游来水共同决定了这种变化差异。     

蔗区小流域泥沙有机碳入河负荷的时空变化特征及其影响因素

[目的] 针对广西红壤区典型小流域坡耕地甘蔗土壤有机碳流失问题,探究其流失时空特征和影响因素,解析流域泥沙有机碳在甘蔗不同生长时期入河负荷时空变化,为揭示自然降雨侵蚀下土壤有机碳流失的影响机制提供科学依据。[方法] 试验区位于广西壮族自治区崇左市扶绥县客兰水库水源区那辣小流域,流域分为下游子流域(S₁)和上游子流域(S₂,S₃)。利用无人机技术和径流泥沙自动监测—采样系统对甘蔗4个生长时期(苗期、分蘖期、伸长期和成熟期)入河泥沙有机碳及植被覆盖度等进行监测,并利用皮尔逊相关分析,确定入河泥沙有机碳与降雨径流、植被覆盖度和施肥等影响因素的关系。[结果] ①甘蔗苗期的流域泥沙有机碳入河负荷占整个生长期总流失量的61.1%,显著高于其他生长期,其特征为苗期(5.1 kg/hm²)＞成熟期(1.6 kg/hm²)＞伸长期(1.4 kg/hm²)＞分蘖期(0.3 kg/hm²)。②流域降雨径流和植被覆盖度与泥沙有机碳入河负荷呈极显著相关,分别解释了泥沙有机碳入河负荷生长期变化的45%和54%;而流域施肥和土壤容重与泥沙有机碳入河负荷呈显著相关,分别解释了泥沙有机碳入河负荷生长期变化的79%和36%。[结论] 流域入河泥沙有机碳流失变化主要是由降雨径流、植被覆盖度、施肥和土壤容重所引起。在蔗区小流域,通过增加植被覆盖以减少地表径流的冲刷及调控施肥时间,对降低土壤有机碳流失具有重要作用。     

水库消落带碳氮输移转化研究进展

水库消落带处于水域生态系统与陆地生态系统的交错区域。受水库水位周期性涨落影响，消落带土壤、植物与水库水体间频繁发生碳氮物质交换转化。河流-水库碳埋藏及其温室气体排放是当前全球碳循环研究的热点问题，而当前消落区相关研究仅对植物、土壤或水体等单个对象开展碳氮输移循环研究，而并未将水库消落带作为整体考虑其对河流-水库碳氮输移转化的贡献。本文综合消落带土壤淹水后碳氮含量变化、植被碳氮输入、土壤侵蚀研究，阐明消落带营养物质向筑坝河流的输入作用；并进一步分析与此相关的消落带碳氮循环及温室气体排放研究，明确消落带对筑坝河流碳氮元素转化的作用。提出当前亟待开展消落带碳氮输入源追溯、土壤侵蚀和温室气体通量长期监测，并基于同位素等技术手段明确消落带在水库碳氮输移转化中的贡献等若干问题，旨在系统明确碳氮元素在消落带和水体间的输移、水土界面的多途径生物地球化学循环转化过程，评估水库消落带在河流上、下游及河口碳氮输送转化中的作用。     

西苕溪流域非点源氮污染特征

通过对西苕溪流域不同用地类型的子流域出口设置监测点并进行定期水质监测,探讨该流域非点源氮污染特征及其区域性差异。不同月份的监测结果表明,总氮（TN）、溶解性总氮（DTN）、硝态氮（NO3--N）浓度在12月最高,7月次之,4月最低;铵态氮（NH4＋-N）浓度在7月最高,12月次之,4月最低。典型子流域日监测数据表明：林地子流域水质监测点测得的氮明显低于耕地,降雨期林地子流域出口的氮浓度增加,耕地子流域降低,干旱期则相反。研究表明流域非点源氮污染主要受农业耕地用地类型的控制,降雨径流是西苕溪流域非点源氮输出的主要驱动因素,用地类型、不同形态氮的理化性质差异导致流域非点源氮呈现明显的季节、空间分布特征。     

大岗山流域土壤碳氮要素空间分布特征及影响因素

为了探究江西大岗山流域土壤碳氮要素的空间异质性分布规律,以该流域表层土壤为研究对象,基于GIS平台,建立土壤有机碳(SOC)和全氮(STN)与植被及地形因子的相关关系模型,从而分析流域土壤碳氮要素的空间分布特征及其影响因素:1)流域表层SOC和STN的平均值为25.55和1.61 g/kg,变异系数分别为64.16%和28.37%,均属于中等程度变异。2)植被和地形因子与SOC和STN具有较高的空间相关性,基于归一化植被指数(NDVI)、海拔和地形湿度指数的流域表层土壤构建了SOC和STN的空间分布图——碳氮要素分布均呈现由西北向东南逐渐减少的趋势。3)流域表层的SOC和STN与汇流动力指数和沉积物运移指数呈显著负相关关系,而与NDVI、海拔、坡度和地形湿度指数呈显著正相关关系。因此,植被和地形因子显著影响大岗山流域SOC和STN的空间异质性分布。研究结果可为我国南方红壤区森林植被土壤碳氮等要素的空间分布规律研究和水土流失综合治理效益的定量评价提供参考。     

饮用水源地产水量时空变化及其影响因子——以云龙水库为例

[目的] 探究昆明市饮用水源地之一的云龙水库流域2001—2020年产水量时空格局变化及其影响因子,为水源地产水量服务功能的可持续发展、生态补偿机制和生态保护政策的制定提供科学依据。[方法] 基于InVEST模型与ArcGIS空间地理分析工具分析产水量时空变化,采用多情景分析与差值比较法对影响因子进行比较分析。[结果] ①云龙水库流域产水量呈现季节性分布特点,多集中于夏季,2001—2020年产水量整体呈先下降后上升趋势,3期单位面积产水量均值分别为495,278,364 mm。②在空间格局分布上,产水量由西南向东北逐步增加,高值区位于东北部,低值区位于中部。③2001—2020年土地利用变化、降水量、潜在蒸散量对云龙水库流域产水量变化的贡献度依次为1.93%,85.66%,12.41%。[结论] 气候因子是影响云龙水库流域产水量变化的主导因子,土地利用类型变化最小,在土地利用类型中林地年产水量最高。未来在云龙水库流域应减少人类生产生活中向大气释放的废热,加强水源涵养林的建设与保护,降低人类活动改变下垫面性质对气候产生的消极影响。     

滇中不同植物群落对紫色土表层土壤碳、氮累积的影响

通过连续观测2007-2008年滇中飒马场5种植物群落下紫色土表层土壤理化性质及碳、氮含量的旱雨季变化和层次分布特征,以揭示滇中不同植物群落对紫色土碳、氮累积效应的影响.研究结果表明:植物群落对表层土壤有机碳及其组分、全氮含量、pH及容重有显著的影响.云南松林表层土壤(0-20 cm)有机碳贮存量(24.9 t/ha)显著低于次生常绿阔叶林、桉树林和针阔混交林土壤的.不同植物群落表层土壤(0-20 cm)的全氮贮存量之间没有显著的差异.易氧化有机碳含量的变化是引起各植物群落表层土壤有机碳含量的呈现差异的主要原因.旱雨季变化对各土层易氧化有机碳及总有机碳含量、pH有明显的影响.表层土壤有机碳贮量与地表枯落物碳贮量变化特征之间表现出明显的滞后效应,且二者无显著相关性,表明地表枯落物可能不是影响土壤有机碳碳贮量季节变化的主要因素.     

竹生物质炭和竹凋落物对毛竹林土壤营养元素和酶活性的影响

以广西壮族自治区桂林市华江乡内广泛分布的毛竹林土壤为研究对象,以竹生物质炭和竹凋落物作为外源碳,设置对照（CK）、低添加量生物质炭（1% BC）、高添加量生物质炭（2% BC）、低添加量凋落物（1% L）、高添加量凋落物（2% L）5个处理,进行为期两个月的室内培养试验,研究不同外源碳添加对毛竹林土壤营养元素和酶活性的影响。结果表明：与对照相比,竹生物质炭和竹凋落物添加均显著提高了土壤pH;竹生物质炭添加显著降低了而竹凋落物添加显著提高了土壤铵态氮（NH₄⁺-N）含量（P<0.05）,且高添加量（2% BC和2% L）的降低或提高作用更明显;不同外源碳添加均显著提高了土壤硝态氮（NO₃^–-N）含量,且凋落物添加的提高作用更明显;不同外源碳添加均显著提高了土壤有效磷（AP）含量,且高添加量的提高作用更明显;竹生物质炭添加对土壤可溶性有机碳（DOC）含量没有显著影响,但降低了土壤可溶性氮（DN）含量,而竹凋落物添加显著提高了土壤DOC和DN含量;不同外源碳添加对土壤微生物生物量碳（MBC）和氮含量（MBN）均没有显著影响,但降低了土壤蔗糖酶和脲酶活性。相关性分析表明,土壤pH、NH₄⁺-N、NO₃^–-N、DOC和DN是影响竹林土壤酶活性的关键性因子。     

聚天门冬氨酸钙盐对水稻田面水中三氮动态变化的影响

利用桶栽试验探究不同浓度水平的聚天门冬氨酸钙盐(PASP-Ca)对水稻田面水中铵态氮(NH_4~+)、硝态氮(NO_3~-)和总氮(TN)浓度动态变化的影响。结果表明,施氮后,田面水中TN、NH_4~+和NO_3~-分别于第1,3,9天达到最大值,随后逐渐降低。NO_3~-/TN多在0.1以下,(NH_4~++NO_3~-)/TN多在0.5以上。因此,可以将NH_4~+和TN作为农田水污染防治的主要监测指标,NO_3~-作为辅助指标。添加一定浓度的PASP—Ca能对田面水中氮素浓度的变化起到缓释作用,其中0.3%浓度水平的PASP—Ca效果相对较好,田面水中NH_4~+和TN的下降速率分别为3.452,4.806mg/(L·d),与单施氮肥(CK)相比,分别降低了11.68%和16.25%;同时,NH_4~+的平均浓度为6.999mg/L,较CK低了3.88%;NO_3~-的平均浓度为0.396mg/L,较CK低了24.83%;TN的平均浓度为20.077mg/L,较CK提升了3.10%。施氮后田面水中TN浓度随时间呈对数递减,而NH_4~+浓度在施氮后3天内随时间呈对数增加,之后随时间呈对数递减趋势。施氮后的9天内是防止稻田田面水中氮素流失的关键时期。     

哈尼梯田生态系统地表水不同形态氮含量时空分布特征

为探讨哈尼梯田生态系统天人合一的水分和营养元素的利用模式,揭示哈尼梯田生态系统氮素时空变化规律,明确土地利用对氮浓度的影响,为哈尼梯田的水环境保护和可持续发展提供科学依据。以元阳县全福庄小流域为研究对象,应用Kriging空间插值法分析了该系统地表水氮素的时空分布特征。结果表明:(1)除NO_3~--N浓度在夏季和冬季呈强变异外,其他N浓度在不同季节的变异系数均小于100%,表现为中等程度变异。(2)梯田中下部TN、NO_3~--N和NH_4~+-N浓度变幅都较大,分别为0.103~0.849,0.010~0.143,0.052~0.446mg/L,森林地表水中TN、NO_3~--N和NH_4~+-N浓度的变幅都相对较小,分别为0.108~0.471,0.003~0.102,0.058~0.164mg/L。(3)TN、NO_3~--N和NH_4~+-N各季节的块金系数均小于50%,各季节均有较强的空间自相关性。TN、NO_3~--N和NH_4~+-N各季节的变程均在1 000m以内,表明各指标各个季节分别在不同尺度范围内分布连续,存在空间自相关性。(4)通过Kriging插值法得知,不同季节TN、NO_3~--N,NH_4~+-N地表水浓度从整体上为村庄梯田河流森林的分布规律。     

宁夏引黄灌区稻田氮素浓度变化与迁移特征

过量施氮与不合理灌水是农田面源污染加剧的主要原因。为了寻求较优的水氮管理模式以促进农业生产和减少农田退水对黄河水体的污染, 在宁夏引黄灌区典型稻田中开展了不同水氮条件下稻田氮素迁移转化规律研究。结果表明: 不同水氮条件下稻田田面水NH₄⁺-N 与NO₃^--N 浓度伴随施肥出现明显峰值, NO₃^--N 峰值出现时间较NH₄⁺-N 晚, 且变化较平缓。3 次追肥时期和整个生育期田面水NH₄⁺-N 平均浓度与施氮量和灌水量都呈显著相关, 田面水NO₃^--N 平均浓度与施氮量呈显著正相关, 与灌水量相关性不显著。稻田30 cm与60 cm 深度的直渗水NH₄⁺-N 浓度受施肥影响较大, 与田面水NH₄⁺-N 浓度变化规律相似, 90 cm 处直渗水NH₄⁺-N 浓度峰值出现较为滞后, 且浓度较上层土体低, 120 cm 处直渗水NH₄⁺-N 浓度大体呈现持续上升趋势,整个生育期直渗水NH₄⁺-N 平均浓度与施氮量呈显著相关, 仅30 cm 处NH₄⁺-N 平均浓度与灌水量呈负相关, 其他土层深度不显著。30 cm 与60 cm 直渗水NO₃^--N 浓度在首次灌水后急剧下降, 在施肥后有较小幅度上升, 90 cm 与120 cm 直渗水NO₃^--N 浓度下降缓慢, 仅30 cm 处NO₃^--N 平均浓度与施肥量显著正相关。总的结果表明减少施肥或灌水均可达到减少农田氮素淋失的目的。     

An Empirical Approach for Assessing the Relationship Between Nitrogen Deposition and Nitrate Leaching from Upland Catchments in the United Kingdom Using Runoff Chemistry

Samples were collected from 13 upland sites (main inflow and loch outflow) in the UK along an N deposition gradient of 12-50 kg ha^-1 yr^-1 to determine the relationship between N deposition and NO₃ ^- concentrations in surface waters. There was no direct correlation between NO₃ ^- leaching and soluble inorganic N deposition at these sites, but a significant relationship with NO₃ ^- was found using a deposition function incorporating dissolved organic carbon (DOC) flux from each catchment. A similar but less significant relationship was found between NO₃ ^- concentration and DOC:DON ratio in runoff water. Catchments showed evidence of N saturation, i.e., when mean NO₃ ^- concentration exceeded 5 µeq L^-1, when the mean DOC:DON ratio fell below an approximate value of 25. Five other large loch sites (LLS) with multiple subcatchments were used to test these relationships and for four of these mostly heathland sites the predicted NO₃ ^- concentrations closely matched measured values. At the fifth site, where most subcatchments were forested, the deposition function and DOC:DON ratios gave conflicting predictions and both methods generally underestimated measured NO₃ ^- concentrations. If the capacity of these catchments to retain deposited N is determined by C supply then many upland catchments in the UK may experience increasing NO₃ ^- concentrations in runoff in the future at current or increased levels of N deposition.     

密云水库上游流域水体营养物质现状及来源分析

密云水库作为北京地区最重要的地表饮用水水源地,其水质优劣直接关系到首都的社会经济发展,开展密云水库水污染监测和治理研究具有重要的现实意义。以密云水库上游流域为研究区,通过不同尺度流域水体营养物质监测,分析了水库上游河流水体营养物质现状;通过分割流量过程线,划分了水体营养物质来自点源和非点源污染的比例。研究结果表明,依据标准(GB3838-2002)要求,密云水库上游河流水体TN含量几乎全部超标,且15.9%样本的TP含量超标。密云水库的营养物质平均40.3%来自点源污染,59.7%来自非点源污染;入库水体中50.1%的TN,49.1%的NO₃^--N,39.0%的NH₄⁺-N,26.5%的TP和36.8%的COD_Mn来自点源污染;49.9%的TN,50.9%的NO₃^--N,61.0%的NH₄⁺-N,73.5%的TP和63.2%的COD_Mn来自非点源污染。     

Effects of Ammonium Nitrate and Monosodium Glutamate in Waste Water on the Growth,Antioxidant Activity,and Nitrogen Assimilation of Lettuce (Lactuca sativa L.)

It has been hypothesized that the uptake of organic as opposed to inorganic nitrogen compounds found in wastewater can be properly substituted for plant nutrients. The objective of this study was to compare effects of applying monosodium glutamate wastewater (MGW) and ammonium nitrate (NH₄NO₃) (AN) on nitrogen metabolism and growth of lettuce. The results showed that while NH₄NO₃ (AN), NO₃^-, nitrite content and NR activity increased the protein content of lettuce. Applying MGW with a high concentration of 17 amino acids and macro- and microelements improved the fresh weights of shoot and root as well as the protein content of lettuce. Antioxidant activities were not affected by AN and MGW, and their interaction effects only increased POD after 8 weeks. In conclusion, substituting a portion of the chemical fertilizers with MGW improved lettuce growth, but did not increase NO₃^- accumulation in leaves.     

Denitrification Rate and Controlling Factors for Accumulated Nitrate in the Deep Subsoil of Intensive Farmlands: A Case Study in the North China Plain

Denitrification in subsoil(to a depth of 12 m) is an important mechanism to reduce nitrate(NO_3~-) leaching into groundwater.However, regulating mechanisms of subsoil denitrification, especially those in the deep subsoil beneath the crop root zone, have not been well documented. In this study, soil columns of 0–12 m depth were collected from intensively farmed fields in the North China Plain. The fields had received long-term nitrogen(N) fertilizer inputs at 0(N0), 200(N200) and 600(N600) kg N ha~(-1) year~(-1). Main soil properties related to denitrification, i.e., soil water content, NO_3~-, dissolved organic carbon(DOC), soil organic carbon(SOC),pH, denitrifying enzyme activity(DEA), and anaerobic denitrification rate(ADR), were determined. Statistical comparisons among the treatments were performed. The results showed that NO_3~- was more heavily accumulated in the entire soil profile of the N600 treatment, compared to the N0 and N200 treatments. The SOC, DOC, and ADR decreased with increasing soil depth in all treatments,whereas considerable DEA was observed throughout the subsoil. The long-term fertilizer rates affected ADR only in the upper 4 m soil layers. The ADRs in the N200 and N600 treatments were significantly correlated with DOC. Multiple regression analysis indicated that DOC rather than DEA was the key factor regulating denitrification beneath the root zone. Additional research is required to determine if carbon addition into subsoil can be a promising approach to enhance NO_3~- denitrification in the subsoil and consequently to mitigate groundwater NO_3~- contamination in the intensive farmlands.     

Response of soil constituents to freeze-thaw cycles in wetland soil solution

Soil freeze-thaw cycles in the winter-cold zone can substantially affect soil carbon, nitrogen and phosphorus cycling, and deserve special consideration in wetlands of cold climates. Semi-disturbed soil columns from three natural wetlands (Carex marsh, Carex marshy meadow and Calamagrostis wet grassland) and a soybean field that has been reclaimed from a wetland were exposed to seven freeze-thaw cycles. The freeze-thaw treatments were performed by incubating the soil columns at −10 °C for 1 d and at 5 °C for 7 d. The control columns were incubated at 5 °C for 8 d. After each freeze-thaw cycle, the soil solution was extracted by a solution extractor installed in each soil layer of the soil column, and was analyzed for dissolved organic carbon (DOC), NH₄⁺-N, NO₃⁻-N and total dissolved phosphorus (TDP). The results showed that freeze-thaw cycles could increase DOC, NH₄⁺-N and NO₃⁻-N concentrations in soil solutions, and decrease TDP concentrations. Moreover, the changes of DOC, NH₄⁺-N, NO₃⁻-N and TDP concentrations in soil solutions caused by freeze-thaw cycles were different in various sampling sites and soil layers. The increments of DOC concentrations caused by freeze-thaw cycles were greater in the wetland soil columns than in the soybean field soil columns. The increments of NH₄⁺-N concentrations caused by freeze-thaw cycles decreased with the increase of soil depth. The depth variation in the increments of NO₃⁻-N concentrations caused by freeze-thaw cycles in the wetland soil columns was different from that in the soybean field soil columns. The decrements of TDP concentrations caused by freeze-thaw cycles were greater in columns of Carex marsh and Carex marshy meadow than in columns of Calamagrostis wet grassland and the soybean field. The study results provide information on the timing of nutrient release related to freezing and thawing in natural versus agronomic soils, and have implications for the timing of nutrient application in farm fields in relation to water quality protection.