海河流域畜禽养殖污染负荷研究

建立畜禽养殖输出系数模型,从省级行政区和水资源3级区两个层面分别估算了2007年海河流域畜禽养殖污染物产生量、排放量和入河量以及各省和各3级区所占的比例。结果表明,2007年全流域畜禽养殖产生污染物COD 534.69万t、BOD 459.47万t、NH3-N 45.42万t、总氮116.53万t、总磷37.16万t、污水41 672.73万t;排放污染物COD 36万t、NH3-N 2.88万t、总氮4.15万t、总磷0.55万t;入河污染物COD 7.2万t、NH3-N 0.58万t、总氮0.83万t、总磷0.11万t。从各省来看,河北省所占比例最大,产生量占全流域的51%,排放量和入河量分别占54.4%;从水资源3级区来看,徒骇马颊河平原所占比例最大,产生量占全流域的23.7%,排放量和入河量分别占18.66%。     

海河流域农村生活非点源污染负荷量估算及环境风险分析

分别建立了农村生活污水、生活垃圾和人体粪尿输出系数模型,从省级行政区和水资源三级区2个层面分别估算了海河流域农村生活各类污染物负荷量及比例。2007年,海河流域农村生活非点源污染负荷总量TN322×104t·a-1,TP62×104t·a-1,COD210×104t·a-1。其中,生活污水污染物负荷量TN3×104t·a-1,TP0.36×104t·a-1,COD30×104t·a-1;人体粪尿污染物负荷量TN278×104t·a-1,TP48×104t·a-1,COD180×104t·a-1;生活垃圾污染物负荷量TN41×104t·a-1,TP14×104t·a-1。从各省来看,在农村生活非点源污染负荷总量中,河北省所占比例最大,为57.69%,这是由河北省农村人口数量最多决定的。从水资源三级区来看,在农村生活非点源污染负荷总量中,徒骇马颊河平原所占比例最大,为15.54%;其次是黑龙港及运东平原,占11.57%。在非汛期,农村生活非点源污染的影响微乎其微;在汛期,特别是发生强降雨时,农村生活非点源污染对水体污染构成一定的威胁,尤其以生活垃圾的环境风险最大,这是由目前生活垃圾的处理和堆放方式决定的。     

滇池流域4种典型次生林径流养分输出特征及机理

2013年5-10月通过野外群落调查和室内分析的方法对滇池流域4种典型次生林(华山松林、云南松林、针阔混交林和常绿阔叶林)径流、土壤养分含量和输出量及枯落物淋溶量进行初步研究,旨在了解不同次生林径流养分含量和流失量差异及机理,研究结果表明:4种次生林,径流养分含量存在显著差异(P0.05),且总氮、总磷、铵氮含量以常绿阔叶林最高;土壤中总氮和总磷含量随土壤深度的增加而降低,常绿阔叶林土壤铵氮含量以表层最低;4种次生林枯落物蓄积量以常绿阔叶林最大,为11.98t/hm2,云南松林最小,为7.31t/hm2;枯落物未分解层和半分解层分别在浸水4h和2h后基本达到养分淋溶饱和状态,饱和状态时枯落物总磷、总氮、铵氮淋溶量均以常绿阔叶林最大,且未分解层分别为2.47,28.06,8.06g/kg,半分解层分别为1.17,16.05,3.69g/kg,枯落物淋溶作用是导致4种次生林径流养分含量差异的主要原因,半分解层因淋溶速率大从而在次生林径流淋溶中起着最重要作用;总磷、总氮、铵氮输出量以针阔混交林最大,分别可达0.109,2.153,0.339mg/m2;常绿阔叶林因郁闭度和枯落物蓄积量大,能减小地表径流量,并有效控制总磷、总氮、铵氮等养分的流失。     

巢湖流域麦稻轮作农田径流氮磷流失研究

采用田间径流池法,在巢湖流域麦稻轮作种植条件下,研究农田地表径流氮磷流失的特征。研究结果表明:麦稻轮作农田径流总氮流失量为45.27～101.38kg/hm2,总磷流失量为0.302～0.612kg/hm2。总氮的66%以上是在麦季流失的,总磷的89%以上是在稻季流失的。常规施肥条件下麦稻轮作农田氮肥流失率在6%左右,磷肥流失率在0.45%左右。水稻和小麦氮肥减施30%和磷肥减施50%能够减少氮磷的径流流失量,分别减少总氮径流流失量2.83kg/hm2,减少4.1%左右,减少总磷径流流失量0.055kg/hm2,减少10.7%以上。氮肥减施30%对第一年的作物产量没有造成较大减产,可以实现减量不减产的目标。     

海河流域降水径流对种植业非点源污染的影响分析

建立种植业非点源污染负荷函数,确定了种植业非点源污染负荷量的主要决定因素为降水径流,在此基础上,分析了海河流域降水径流的时空分布特征。自20世纪50年代至21世纪前8年,海河流域降水量呈现明显的逐年代下降趋势,累计下降16.5%;受降水量下降和人类活动的影响,径流量的下降幅度更大,累计下降64%。从地区分布来看,降水径流由太行山、燕山迎风坡分别向西北和东南减少。由于降水径流逐年减少,海河流域种植业非点源污染对水体污染的影响也将逐年下降。在一般的年份(除丰水年以外的年份),种植业非点源污染对水体污染的影响微乎其微;如果发生全流域洪涝灾害,种植业非点源污染对水体污染构成威胁。海河流域汛期易发生暴雨,在发生暴雨的局部地区,种植业非点源污染对水体污染构成局部威胁。徒骇马颊河平原是海河流域最重要的农作物种植区,单日降水量可达100 mm,为平原区最高,因而发生种植业非点源污染的可能性最大。     

太湖流域典型蔬菜地地表径流氮磷流失

以太湖流域典型蔬菜地为研究对象,采用田间径流池法进行田间小区试验,研究不同施肥模式下蔬菜地地表径流氮磷流失特征。结果表明：地表径流总氮流失量为45.76～60.45 kg/hm^2,总磷流失量为2.67～3.95 kg/hm^2。与常规施肥相比,优化施肥可使地表径流氮磷流失量分别减少2.48,0.31 kg/hm^2;而增氮施肥和增磷施肥处理的地表径流总氮流失量分别增加了7.76%,3.83%,总磷流失量增加2.84%,9.55%。总氮、总磷流失量与径流量呈显著线性相关,且总磷流失量与径流量的相关性更强（R2=0.913）。应加强汛期时段的田间管理和对磷的监控,减少磷流失量。有机肥与化肥以1：1配施,可有效降低菜地氮磷排放,提高蔬菜产量和氮肥利用率分别为25%,23%。     

三峡库区退耕还林土壤侵蚀及养分流失控制——以兰陵溪小流域为例

以秭归县兰陵溪小流域为研究对象,基于2016年5—9月自然降雨条件下,对三峡库区内典型退耕还林模式(茶园、板栗林、柑橘园)及原有农耕地(对照)径流小区的土壤侵蚀及养分流失情况进行了监测和分析,评估退耕还林工程实施后对小流域土壤侵蚀及氮磷养分流失的影响。结果表明:(1)退耕还林后土壤侵蚀量和总氮、总磷流失量明显减少,与农耕地相比,板栗林、柑橘园和茶园地表径流流失减少幅度分别为41.95%,22.78%,6.11%,土壤侵蚀减少幅度分别为87.91%,75.26%,58.94%,总氮流失量减少幅度分别为52.42%,44.08%,31.26%,总磷流失量减少幅度为72.87%,70.45%,43.24%。(2)相较农耕地,退耕还林模式速效氮流失量明显减少,硝态氮流失量顺序为农耕地332.09g/hm~2茶园243.42g/hm~2板栗林124.76g/hm~2柑橘园123.18g/hm~2,铵态氮流失量顺序为农耕地184.22g/hm~2茶园132.18g/hm~2柑橘园117.62g/hm~2板栗林91.42g/hm~2,且硝态氮流失量占总氮流失量比率高于铵态氮。(3)总氮、总磷主要通过侵蚀泥沙途径流失,速效氮流失的主要途径是地表径流。流域内主要污染物为随侵蚀泥沙流失的总氮。     

流域基流氮磷流失的非点源污染定量研究

利用数字滤波技术,在结合基流营养物负荷量消退过程和气象因子影响分析的基础上,提出并建立了基流营养物日负荷量分割的递归滤波算法,对浙江嵊州长乐江流域基流氮磷流失进行定量分析。结果表明,基流总氮(TN)日负荷量模拟值的R2为0.86,模拟效率系数NSE为0.72;基流总磷(TP)日负荷量模拟值的R2为0.65,NSE为0.63。用该方法对长乐江流域2003—2012年基流养分流失量的定量分析结果表明,全流域TN和TP年平均基流流失量分别高达1 317.6t(15.25kg/hm2)和51.8t(0.60kg/hm2),占该流域平均TN和TP总径流流失量的61.82%和56.92%。随着降雨量的增加,长乐江流域近年来的基流TN和TP流失量均呈现出极显著的上升趋势,已经成为河流非点源污染不可忽视的重要污染源。     

不同气候模式对密云水库流域非点源污染负荷的影响

以密云水库流域内4个气象站1961-2000年40 a的气象特征分析结果为基础,采用统计分析和线性回归的方法,预测流域气候变化趋势,采用任意情景设置法设定25种气候情景(5种温度变化和5种降雨变化的组合情景)和3个水文情景年(丰、平、枯水年)。利用HSPF(hydrologic simulation program-fortran)模型模拟密云水库流域不同气候变化情景下径流量和非点源污染物负荷量的变化情况。结果表明:1)增加20%降雨,能增加73.4%的径流量,而减少20%降雨会减少56.3%的径流,而气温变化对径流和水质负荷影响不是很明显;2)总氮和总磷负荷随径流增加而增大,总磷负荷对径流变化更加敏感,降雨增加20%,总氮和总磷负荷分别增加约70.8%和78.3%;而减少20%降雨,会使得总氮和总磷负荷分别减少约55.3%和57.2%;3)从水文年对比来看,潮河流域丰水年径流量是枯水年的3.1倍,总氮、总磷负荷则分别是枯水年的2.9倍、3.5倍,白河流域丰水年径流量是枯水年的4.6倍,总氮、总磷负荷则分别是枯水年的5.6倍、8.5倍,且年内非点源污染负荷主要集中在汛期,高风险区主要分布在怀柔区、延庆县、滦平县以及密云县,需要对其采取对应的措施来控制非点源污染的影响。     

湖南双季稻田不同氮磷施用量的径流损失

研究双季稻田不同施肥量处理的氮磷降雨径流损失规律,对于指导双季稻合理施肥、保护水环境具有重要的现实意义。本研究采用田间试验结合径流小区监测方法,对湖南双季稻田不同氮、磷施用量的径流损失进行了研究。结果表明,单次径流事件中径流水的氮、磷含量随施肥量的增加而增大;基肥和追肥后10d内发生的3次径流事件中径流水的氮磷含量较高,其中总氮含量最高达10.880mg.L-1,总磷含量最高为0.202mg.L-1;铵态氮和硝态氮是稻田总氮径流损失的主要形态,水稻生长前期以铵态氮为主,后期则以硝态氮为主;可溶性磷占总磷比例为11.0%~94.0%;整个双季稻期间不同施肥量处理的总氮流失量为3.710~7.290kg.hm-2,流失系数为1.870%~3.771%,总磷流失量为0.200~0.320kg.hm-2,流失系数为0.327%~0.966%;氮、磷流失量与其施用量存在极显著的线性正相关,相关系数分别为0.978和0.997。氮、磷流失系数随氮、磷施用量增加而下降。适当减少双季稻田氮磷施用量能有效控制稻田的氮磷径流损失量,减小对地表水质的威胁。     

北运河下游不同土地利用非点源污染负荷估算

选取我国北方地区以圩区为主要形式的北运河下游农业灌溉区——天津武清区和北辰区作为研究对象,针对不同土地利用类型进行降雨径流污染物浓度监测,采用美国土壤通用流失方程（USLE）、降雨径流模型（SCS-CN）、综合径流系数法等,结合GIS技术,分别估算了透水地面和不透水地面的氮磷负荷量。结果表明,非点源污染总氮、总磷的年负荷量分别为2865.04t.a-1和101.22t.a-1,不透水地面所产生的TN、TP负荷量分别占研究区污染负荷总量的81%和67%,透水地面所产生的TN、TP负荷量分别占研究区污染负荷总量的19%和33%（且污染物形态以溶解态为主,分别达到了81%和74%）。对于不同土地利用类型,总氮流失主要来源于村庄（贡献率为49%）、城镇（贡献率为17%）和耕地（贡献率为16%）,而总磷主要来源于村庄（贡献率为31%）、耕地（贡献率为23%）和城镇（贡献率为19%）。从产污强度来看,城镇用地是最高的,是其他土地利用类型的10倍以上。     

流域面源污染负荷差异性及不确定性的尺度特性分析

针对流域面源污染负荷差异性及其不确定性的尺度特性问题,于2013-2015年在釜溪河流域测定了不同尺度汇流区的面源污染负荷和污染物转化动力学参数。分别采用动态时间弯曲距离DTW(dynamic time warping distance)和信息测度度量了不同尺度汇流区面源污染的负荷差异性和不确定性。结果表明:不同的汇流区尺度上,降雨量小于临界值(40 mm)的情况下,氨氮(NH_3)、总氮(TN)、总磷(TP),和高锰酸盐指数(I_(Mn))负荷均随降雨量的增加而非线性增大,降雨量超过临界值后,流域面源污染出现最大负荷。降雨量超过临界值后,由于尺度增加后下垫面对径流过程调蓄能力的增大,相比子流域尺度,流域尺度上NH3、TN、TP和I_(Mn)负荷的变异系数分别增加了69.1%、47.0%、14.2%和85.8%。枯水期和汛期面源污染负荷主要受到污染源流域分布特性和下垫面径流条件的影响,不同尺度汇流区的NH3、TN、TP和I_(Mn)负荷在枯水期的差异性均显著小于汛期的差异性,子流域之间、以及子流域与流域之间4种污染负荷的差异性平均增大了3.18倍和2.44倍。相比子流域尺度,在流域尺度上单位面积流量、TN、TP和I_(Mn)负荷基质熵分别减小了4.8%、9.3%、31.9%和10.7%,而NH3增加了15.3%;有效测定复杂度分别增加了4.6%、15.4%、17.4%、49.5%和19.8%。不同尺度汇流区的面源污染负荷过程与流量过程不具有完全同步性。随着汇流区尺度的增大,面源污染负荷不确定性减小;有效测量复杂度随尺度增大表明在更大的尺度上对于面源污染负荷有效预测的参数数量显著增加;涨落复杂度和平均信息增量关系表明随着尺度的增加,面源污染负荷对降雨量的敏感性降低,而对下垫面条件的敏感性增加。不同尺度条件下,面源污染对降雨和下垫面的敏感性变化规律、以及面源污染负荷变异性机理等方面的研究将有助于提升分布式水文及面源污染模型理论。     

四川山区农村面源污染负荷估算与评价

对农村面源污染物负荷的估算、来源分析及控制措施制定是当前研究的热点之一。利用输出系数模型和生态系统服务与权衡综合评价模型(Integrate valuation of ecosystem services and tradeoffs tool,In VEST模型)估算宝兴县面源污染物总氮(TN)、总磷(TP)负荷,并结合水环境功能分区标准,分析面源污染物的超标情况。旨在揭示山区农村面源污染治理的空间异质性,为农村面源污染防治规划、山区水环境治理效率的提升提供科学依据。结果表明,1)2010年宝兴县面源污染物TN、TP负荷分别为1 156.44、81.41 t/a,TN、TP负荷的空间格局整体上呈现出分布不均,局部集中,靠近水体的规律;2)不同污染源对TN、TP负荷的贡献率大小顺序均为:畜禽养殖农业用地农村生活;3)从流域尺度看,宝兴县TN、TP负荷没有超过III类水质标准规定的污染物负荷阈值;而从30 m×30 m栅格尺度看,宝兴县TN、TP超标量分别为763.63、51.16 t/a,其超标区域主要集中在耕地、草地、居民地以及靠近水体的地方,以上超标区域即为面源污染控制和治理的关键区域。     

模拟雨强和地下裂隙对喀斯特地区坡耕地养分流失的影响

喀斯特坡面水土地下漏失直接观测难度大,其土壤养分地下漏失的研究仍处于空白,而雨强和地下孔(裂)隙度(以下简称地下裂隙)对其土壤养分流失影响作用尚不清楚。该文以喀斯特坡耕地为研究对象,通过模拟其地表微地貌及地下裂隙构造特征,采用人工模拟降雨试验研究雨强和地下裂隙对喀斯特坡面氮磷钾养分流失的影响。结果表明:雨强对地表产流产沙影响显著(P0.05),其产流产沙量均随雨强增大而增加,且地表产流产沙临界雨强在30~50 mm/h之间;雨强对地表径流各养分输出负荷、地下径流全氮(TN)输出负荷及径流TN总负荷影响亦显著(P0.05)。地下裂隙度对地下径流TN输出负荷影响显著(P0.05),而总体上对其产流产沙、地表径流泥沙各养分输出负荷及总负荷影响不明显。喀斯特坡面TN、全磷(TP)输出负荷总体以径流为主,而全钾(TK)输出负荷则以泥沙为主。雨强是喀斯特坡面土壤养分流失的重要影响因子,地下裂隙度对其养分流失影响不大,但地下径流是喀斯特坡面主要的养分流失方式。研究结果可为喀斯特坡耕地养分流失的机理揭示及源头控制提供基本参数和科学依据。     

稻麦两熟农田茬口衔接期养分径流流失特征

采用田间小区定位试验研究自然降雨条件下稻麦两熟农田"稻季-麦季-稻季"茬口衔接期养分径流流失规律。结果表明:麦季常规施肥条件下麦稻茬口衔接期径流水量达77.59m3/hm2,径流侵蚀泥沙量达48.30kg/hm2,麦季少免耕处理较常规施肥处理增加径流水量达41.41%;径流水氮磷浓度分别达2.22,0.46mg/L,径流侵蚀泥沙氮磷浓度分别达1.15,1.65g/kg;麦稻茬口衔接期氮素径流流失量达227.84g/hm2,以径流水流失为主,占氮素总径流流失量的75%以上;磷素径流流失量达115.57g/hm2,以径流侵蚀泥沙流失为主,占磷素径流流失总量59%以上;麦季秸秆还田、秸秆还田减肥处理减少麦稻茬口衔接期氮素和磷素径流流失量分别达6.04%～9.74%和5.73%～11.54%,而麦季少免耕处理则增加21.75%和13.42%。     

基于SWAT模型的流域土地利用格局变化对面源污染的影响

近年来随着流域经济社会的快速发展,密云水库流域的土地利用格局也发生了明显的改变,作为影响流域非点源污染输出的主要因素,探讨土地利用格局的演变对非点源污染的影响对有效控制非点源污染具有重要的意义。该文以密云水库上游流域为研究区,从土地利用变化与污染过程相互作用的角度出发,开展流域非点源污染过程对土地利用变化的响应研究。基于流域1995年、2000年、2005年3期的土地利用数据,基于SWAT(soil and water assessment tool)模型,模拟评价流域非点源污染负荷分布特征,并应用景观格局指数、典范对应分析(canonical correspondence analysis,CCA)和通径分析等方法,从全流域和三级保护区等多空间尺度,量化分析流域土地利用及其格局时空变化对非点源污染负荷的影响。研究结果表明流域的非点源负荷与土地利用格局间存在着密切的联系。格局指数能累积解释流域非点源污染负荷变化的56.3%。污染负荷受土地利用格局的破碎度和形状的影响较大。通径分析的结果表明,耕地、林地面积比例、形状指数和斑块密度是影响研究区非点源污染负荷输出的主要因子,其中形状指数和耕地面积比例对TN、TP负荷的解释能力要明显高于其他指标。从空间尺度上看,各格局因子与非点源污染负荷的关系具有尺度效应,随着空间尺度的递增,格局对负荷的解释程度降低,在较小的尺度范围内,尤其是一级保护区的解释能力最高,达到62.9%,表明离水库越近的区域应是非点源防治高度重视的区域。     

基于输出系数模型的水库汇水区农业面源污染负荷估算

面源污染是导致环境恶化的主要原因之一,由其所引起的水体富营养化现象,已严重威胁着水环境生态安全。该文以长春市水源地新立城水库汇水区为研究对象,选用输出系数模型对其农业非点源污染负荷进行估算,得到结果如下:1)汇水区内农业非点源污染总氮、总磷负荷量分别为2 822.485、471.123 t/a,且二者空间分布较一致;2)总氮负荷量的贡献率大小顺序为:土地利用畜禽养殖农村人口,总磷的污染负荷贡献率大小为:畜禽养殖土地利用农村人口;3)选取水库2004-2013年水质监测数据计算营养盐输出负荷,与模型估算的输出负荷进行对比,得到模型模拟具有较高精度,系数选取合理可靠,可信度高,可在研究区范围内进行推广,能够为长春市水源地综合整治及水利规划提供了数据支撑及科学依据。     

水肥一体化结合植物篱对减缓果园土壤氮磷地表径流流失的效果

为了探究降低集约化果园氮、磷流失,减缓农业面源污染的技术措施.通过田间定位试验,比较分析了水肥一体化施肥方式结合田间植物篱对减少果园氮、磷地表径流流失影响,提升沟渠水质量的技术效果.结果表明:果园中构建植物篱提高了发生地表径流的最低日降雨量,减少了径流发生频次,地表径流水发生量比没有植物篱降低19.18％.与常规施肥相...     

考虑降水和地形的京津冀水库流域非点源污染负荷估算

为了研究京津冀地区水库流域非点源污染现状,该文选取京津冀地区17座重要的水源地水库,运用修正的输出系数模型对水库流域非点源总氮(TN,total nitrogen)、总磷(TP,total phosphorus)输出负荷进行估算,结果表明:1)TN与TP负荷量空间分布具有一致性,TN负荷量较大的水库流域,TP负荷量也较大。TN与TP负荷量的平均比值为6.73。2)TN、TP负荷强度具有空间异质性。TN负荷强度为1.04~24.91 t/km~2·a,TP负荷强度为0.11~3.89 t/km~2·a。唐山、秦皇岛地区水库面临着更大的氮磷污染风险。3)不同污染源对TN负荷贡献率的顺序是土地利用农村生活牲畜养殖,对TP负荷贡献率的顺序是农村生活土地利用牲畜养殖。4)运用水库营养状态指数(EI,eutrophication index)对模拟结果进行验证。EI指数分别与TN、TP负荷强度呈显著相关关系(r=0.562,P0.05;r=0.558,P0.05),表明模拟出的TN、TP负荷与实际情况较符合,模型具有应用潜力。