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。     

农田氮磷面源污染环境风险研究评述

为了促进我国农田氮磷面源污染环境风险防控的理论研究和实践应用,对国内外农田氮磷面源污染的环境风险研究进行总结和评述。通过对相关文献系统调研和梳理,将农田氮磷面源污染环境风险研究分为三个方面:一是氮磷面源污染风险源识别与风险机理研究,二是氮磷面源污染环境风险模型模拟研究,三是氮磷面源污染环境风险控制研究。研究认为我国面源污染研究对国外模型的局限性关注不够;缺乏面源污染风险评价和控制技术标准;氮磷面源污染环境风险发生机理和防控机制研究不够深入。今后我国农田氮磷面源污染环境风险研究应着重以下几个方面:(1)农田面源污染发生机制及其影响因子的研究;(2)面源污染环境风险评价方法和防控技术标准,特别是农田氮磷施用环境安全阈值研究;(3)农田氮磷面源污染风险与农户行为的关系研究;(4)农业面源污染的综合治理研究。     

果园带状生草对果园面源污染的控制效果

利用径流小区法观测琯溪蜜柚园套种不同宽度草带果园土壤流失量、径流量,并研究其对氮、磷面源污染的控制效果及不同施肥水平下适宜草带的调控效果.结果表明:(1)不同处理中,全园生草控制果园面源污染效果最好,径流、土壤、总氮、总磷年流失量分别为422.7 m3/hm2,26.0 t/km2,0.793 kg/hm2,78.8g/hm2;2.0m草和1.5m草带处理效果居中;1.0m草带处理最差,分别为927.0 m3/hm2,57.4t/km2,2.050 kg/hm2,279.3 g/hm2.(2)各处理都可极显著或显著降低径流量、土壤流失量、径流总磷、可溶性磷浓度和流失量,且控制磷流失效果相同,而1.0m草带处理时径流可溶性磷浓度和流失量与其他3个处理差异达极显著或显著水平.(3)人工生草(全园、带状生草)处理都可极显著降低径流总氮、铵态氮、可溶性氮浓度和流失量.(4)1.5m和1.0m草带处理径流硝态氮浓度显著高于全园生草和自然生草处理,而全园生草、2.0m和1.5m草带处理都可极显著降低径流硝态氮流失量.(5)不同施肥水平下,全园生草高肥、草带高肥、中肥、低肥处理径流总氮流失量分别为对照的16.46％,49.09％,41.60％,41.11％;磷总流失量分别为对照38.58％,41.73％,33.86％,35.43％;土壤流失量分别为对照18.29％,47.78％,53.97％,67.78％;径流量分别为对照25.14％,47.98％,48.53％,58.93％;草带高肥处理径流总氮、硝态氮浓度明显或显著高于低肥处理,超过了果园种植1.5m草带时百喜草的控制氮流失能力.     

中国农田磷流失风险评价及其关键驱动因素

农田面源磷流失是农业面源污染的重要原因之一,识别流域内农田磷流失风险的关键源区及其影响因子是面源污染控制的重要手段。基于磷指数模型开展2000—2020年中国农田磷流失风险评估,选取土壤有效磷含量、磷肥施用量为源因子,土壤侵蚀模数、年径流深、农田和水体间归一化距离指数为迁移因子,结合GIS技术评估了中国农田磷流失的关键源区;在此基础上,利用随机森林法分析影响中国农田磷流失的关键因子,并通过结构方程模型揭示了农田磷流失风险指数与各因子的关系。结果表明：1）2000—2020年中国农田的磷流失的低、中、高、极高风险面积分别占农田总面积的43.8%、40.5%、13.4%、2.4%。2）中国农田磷流失在2000、2005、2010、2015、2020年高风险和极高风险总面积的年平均占比从大到小依次为：淮河流域、长江流域、珠江流域、东南诸河流域、松辽河流域、西南诸河流域、黄河流域、内陆河流域、海河流域。3）影响农田磷流失风险的关键源因子和迁移因子分别为土壤有效磷含量和归一化距离指数,其重要性特征值分别为129.53和65.12,土壤有效磷含量是农田磷流失最主要影响因子。4）磷流失风险指数与源因子指数、迁移因子指数呈极显著正相关,选取的14个指标对磷指数的解释度达0.62,其中源因子和迁移因子对磷指数的贡献率分别为0.77、0.19（P < 0.001）。研究结果可为中国农田磷流失风险评估提供科学参考,对中国农业面源污染的宏观防控及战略决策具有重要意义。     

滇池流域土壤磷累积特征与释放风险研究

通过对滇池流域土壤进行采样测定与模拟试验,研究了流域表层土壤有效P、全P的累积特征和释放风险.研究结果表明,滇池流域表层土壤P素累积明显,其中全P含量范围在0.5～7.0 g/kg,平均值为2.15 g/kg,有效P含量范围在26.7～598.3 mg/kg,平均值为151.04 mg/kg,全P和有效P均高于全国土壤平均值.土壤P累积与P肥施用量密切相关,模拟试验表明土壤P释放风险临界值为57 mg/kg,按此标准,滇池流域有69%的土壤已对滇池水体构成不同程度的环境风险,其中51%的土壤P释放的环境风险较高、流失严重,并己成为滇池水体富营养化的主要污染来源之一.     

综述: 酸性硫酸盐土壤的环境风险评价分析方法

Assessment of acid sulfate soil risk is an important step for acid sulfate soil management and its reliability depens very much on the suitability and ccuracy of various analytical methods for estimating sulfide-derived potential acidity,actual acidity and-neutralizing capacity in acid sulfate soils.This paper cirtically reviews various nalytical methods that are currently used for determination of the above parameters,as well as their implications for environmental risk assessment of acid sulfate soils.     

长期污灌农田土壤重金属污染及潜在环境风险评价

以西安市某典型污灌区农田土壤为研究对象,分析长期污水灌溉对表层土壤重金属含量及富集状况的影响,采用内梅罗指数法和Hakanson潜在生态危害指数法对其污染现状及潜在环境风险进行评价。结果表明：长期污灌已导致农田土壤Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn7种重金属相对自然背景有不同程度累积,其富集比例依次为100%、82.69%、100%、100%、80.77%、98.08%和100%,仅有土壤As平均含量低于其背景水平;以国家土壤环境质量标准二级限量值作为污染评价阈值,其中Cd和Hg污染表现突出,按其污染指数平均值排序为Cd〉Hg〉Ni〉Cu〉Zn〉As〉Cr〉Pb;土壤重金属综合潜在环境风险为＂强＂等级,Hg、Cd的环境影响占据主导;随污灌年限增长,离灌渠越近,农田土壤重金属的污染水平和环境风险越高。鉴于该区土壤重金属已呈现较强生态危害性,应及时采取必要防治措施,调整土地利用结构,确保农田环境及农产品安全生产。     

有关畜禽养殖场磷素养分管理措施的评价

美国农业部和美国环保局在为动物养殖经营制定的统一规范中,规定了3种对农场管理与农场经济产生影响的磷素养分管理措施。这3种措施是:土壤测试作物反应法(STCR)、土壤环境磷临界值法(ESPT)和磷指数法(PI)。在宾夕法尼亚的10个农场对这3种管理措施进行了评价,结果为:动物密度大的农场和复合型农场受3种管理措施的影响较大。PI措施虽然耗资大,但相对于其他两种措施而言具有较大的灵活性和可行性。     

福州城市边缘区果园土壤Pb Cu分布特征与潜在生态风险评价

采用现场采样及室内分析方法,从水平和垂直角度研究了福州城市边缘区果园土壤Pb、Cu全量及其HCl、DTPA两种浸提态含量分布特征,利用潜在生态风险指数法评价土壤Pb、Cu潜在生态风险。结果表明,福州城市边缘区果园土壤Pb、Cu存在一定程度的污染,且Pb污染比Cu严重,不同浸提态Pb、Cu含量与其全量呈正相关,与pH呈负相关;Pb、Cu潜在生态风险处于轻微程度。     

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。     

基于高光谱的鲁西北平原土壤有效磷含量快速检测研究

土壤有效磷含量是农田土地评价的指标, 也是农作物施肥的基本指标, 快速准确测量土壤有效磷含量是土壤信息化管理和资源评价的前提条件。高光谱技术的发展为快速有效监测土壤有效磷含量提供了新的途径。本文对466个样点的土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量进行了测定, 通过聚类分析和方差分析选取48个有机质、碱解氮、速效钾含量相近而有效磷差别较大的样点作为研究样点, 采用美国ASD Fieldspec3光谱仪, 对不同有效磷含量的土壤样本高光谱反射率进行测量, 并对反射率进行倒数、对数、平方根、对数的倒数、倒数的对数的变换及其各自相应的一阶导数变换, 将每个土样测定的有效磷含量值与350~ 2 500 nm光谱范围的反射率数据及反射率的9种变换形式逐一逐波段地进行单相关分析, 筛选出对有效磷敏感的光谱波段。将所选取的显著相关波段反射率或变换形式作为自变量, 与土壤中有效磷含量进行一元线性回归方程拟合, 对所建立的回归方程进行优选和检验。研究得出: 采用相关分析方法得出土壤有效磷含量的敏感波段为711 nm, 利用一元线性回归方法, 基于该波段的估算模型为最佳估算有效磷含量模型, 该模型的拟合优度R²达0.822 1, 验证决定系数R²达0.959 1。由此说明, 利用单个敏感波段建立土壤有效磷的反演模型, 可作为快速测量土壤有效磷含量的一种简单而可靠的方法。     

娄土区作物和土壤淋溶磷临界值研究及推荐施磷建议

确定临界土壤磷最佳水平及合理的施肥量可为实现作物高产和减少磷素损失提供理论依据。本研究以“国家黄土肥力与肥料效益监测基地”24年长期肥料定位试验为基础,利用长期试验积累数据并结合相关土壤分析,通过米切里西指数模型和两段式线性模型确定了土区冬小麦和夏玉米高产土壤有效磷临界值以及土磷素淋溶阈值并提出了施磷建议。结果表明,该地区冬小麦高产时土壤有效磷临界值为26.2 mg/kg,夏玉米为13.9 mg/kg。土壤有效磷随全磷的增加存在明显的临界点,当全磷含量为1.15 g/kg时,有效磷含量为34.8 mg/kg,高于此值后有效磷随全磷快速增加。土壤有效磷含量大于39.3 mg/kg时,磷素淋溶风险增大。无轮作情况下,当土壤有效磷含量分别为＜25、25～40和＞40 mg/kg时,冬小麦施磷量分别为P2O5 80～95、60～80和10～15 kg/hm2;当土壤有效磷＜15、15～40和＞40 mg/kg时,夏玉米施磷量分别为P2O5 70～85、55～70和10～15 kg/hm2。冬小麦-夏玉米轮作体系下,当土壤有效磷含量分别为＜15、15～25、25～40和＞40 mg/kg时,冬小麦施磷量分别为P2O5 100～120、90～100、80～90和15～20 kg/hm2,夏玉米施磷量分别为P2O5 50～60、45～50、25～40和5～10 kg/hm2。     

中国北方农田氮磷淋溶损失污染与防控机制

突破厚包气带农田根层氮磷淋溶与地下水污染复杂定量关系和阻控机理是国际研究难点。本文系统梳理了重点研发专项"农田氮磷淋溶损失污染与防控机制"项目取得的主要进展,项目包括以下4方面研究内容:1)北方主要农区农田根层氮磷淋溶时空规律;2)根层—深层包气带氮磷淋溶机制和主控因子;3)黑土、潮土和褐土氮磷淋溶阻控机制及其效果; 4)典型农区氮磷淋溶风险与区域消减途径。主要科学发现包括:1)受土地利用类型、地下水埋深、包气带岩性、水文地质条件等综合因素的影响,黑土区、潮土区和褐土区根层氮磷淋溶规律与地下水硝酸盐超标率体现出空间不一致和较大差异性。黑土区虽然根层淋溶较小,然而受地形地貌影响,地下水水质对淋溶响应更强烈,应该进一步研究黑土区地下水水质对淋溶的响应机制。华北潮土区和褐土区厚包气带具有明显氮阻控能力,应该进一步加强厚包气带对氮磷淋溶减排机理与途径研究。2)基于长期施肥定位试验和12 m深观测井对包气带农田土壤氮盈余累积特征和淋失规律的研究发现,华北平原区的环境安全施氮量约为200kg(N)·hm~(-2)·a~(-1),超过环境安全阈值的多投入氮肥中有51%淋失到1m根层以下,不合理灌溉、强降水、大孔隙和裂隙是造成土壤硝酸盐淋溶的主要因素,对包气带累积硝态氮的淋失作用可影响至6m以下土层。3)利用深层取样和生物学方法结合,对厚包气带0～10.5m原位土壤微生物的反硝化活性和微生物区系组成的研究结果表明,表层土壤是微生物进行反硝化的主要场所,深层土壤中反硝化作用显著减弱,"碳饥饿"是限制底层土壤反硝化微生物丰度与活性的关键因素;室内培养试验证实添加碳源可有效激活土壤微生物的反硝化活性,为"根层截氮包气带脱氮"的淋溶阻控机理找到了突破口。4)利用黑土、潮土和褐土区氮磷淋溶阻控试验、全国农业面源污染国控监测网、北方农区地下水硝酸盐监测网和NUFER (NUtrient flows in Food chains, Environment and Resourcesuse)模型,提出了养分损失脆弱区区划和区域氮磷污染削减草案,可为农业绿色发展和面源污染阻控提供科学依据。     

福建省农业经济增长、农业结构与面源污染关系研究

农业面源污染已经成为影响社会经济可持续发展的突出问题,而农业结构被认为在其中发挥了重要的调节作用。本研究在根据曲劳(Truog)的养分平衡法理论测算了农业面源污染的主要来源——过剩氮总量的基础上,运用基于VECM模型的脉冲响应函数和方差分解方法,考察了福建省1998—2017年农业经济增长、农业面源污染、农业结构之间的关系。研究结果表明:1)农业经济增长、农业面源污染、农业结构之间存在长期均衡关系。2)格兰杰检验结果表明:农业面源污染与农业经济增长互为格兰杰原因;农业结构分别是面源污染和农业经济增长的格兰杰原因,农业经济增长是农业结构的格兰杰原因。3)方差分解结果显示:农业经济增长与农业结构对农业面源污染的冲击影响很小,对农业面源污染的预测方差贡献分别仅有4.31%和4.02%。但农业面源污染对农业经济增长的冲击影响较大,向前推进10年,其预测方差中来自农业面源污染的方差贡献达47.02%。为此,福建省应在继续保持对农业面源污染严格治理力度的基础上,重视绿色化农业技术和模式的开发应用,加强农业基础设施建设,制订更加明确精准的绿色农业导向性政策,加强绿色消费观念的引导和培养。     

栖霞市苹果园氮磷养分平衡及环境风险评价

栖霞市是中国最主要的苹果产区之一,近年来果园单位面积养分的大量投入造成了区域氮、磷元素的过量富集,进而对当地的土壤、水资源、大气等环境要素造成一定的污染。因此,了解苹果主产区施肥现状,并科学评价其环境风险具有重要的现实意义。以栖霞市为研究区域,通过实地调研、田间试验、室内模拟等方法,分析了苹果园氮磷养分的输入量及输出量,进而构建养分平衡模型,对区域环境风险进行了综合评价。研究结果表明:1)2018年栖霞市苹果园养分投入量为:有机质5360.28 kg/hm^2,N 545 kg/hm^2,P2O5568.76 kg/hm^2,K2O 712.57 kg/hm^2;2)氮素的气态损失、果实及枝条带走量各占输入总量的6.49%、24.34%、3.12%,盈余率达66.04%(402.97 kg/hm^2);磷素被果实和枝条带走量分别占输入总量的12.33%和2.55%,盈余率达85.12%(484.75 kg/hm^2);栖霞市氮、磷盈余量均超出环境安全的阈值,分别属于中风险和高风险范围。因此,在保证果园产量与品质的前提下,适当减少化肥使用量、逐步建立水肥一体化的果园施肥模式、提升果农科学的管理经验,应成为果园可持续发展的主攻方向。     

环境矿物材料在土壤环境修复中的应用研究进展

环境矿物材料(包括天然矿物及改性和人工合成矿物等材料)已经广泛应用到有机污染、重金属污染及病毒污染土壤中。本文在回顾环境矿物材料研究进展的基础上重点综述了环境矿物材料在修复重金属、有机污染物和病毒污染土壤中的应用。其中,重点论述了硅酸盐矿物、磷灰石、金属氧化物等天然矿物材料,以及改性和人工合成矿物材料在修复重金属污染土壤中的应用效果及其机理;同时阐述了硅酸盐矿物和金属氧化物在修复有机污染和病毒污染土壤中的应用效果及其机理;最后展望其主要研究方向。