沙湖的水环境容量和污染物总量控制

[目的]探明宁夏回族自治区沙湖富营养化状态及计算主要污染的水环境容量,为沙湖入湖污染负荷的削减和水环境保护提供一定依据。[方法]于2015—2017年冬(1月)、春(4月)、夏(7月)、秋(10月)监测了沙湖水体理化指标。采用综合营养状态指数法对其富营养化状态进行了评价,采用沃伦威德(Vollenweider)模型和狄龙(Dillion)模型计算了4种不同水质目标情景下的高锰酸盐指数、总氮和总磷的水环境容量。[结果] 2015—2017年沙湖富营养化状态总体上为春、冬季轻度富营养化,夏、秋季中度富营养化;情景二和三水质目标下沙湖2015—2017年高锰酸盐指数,总氮和总磷水环境容量剩余量均为0;情景四水质目标下沙湖2015—2017年总磷的水环境容量剩余量均为0,高锰酸盐指数的水环境容量有剩余量,总氮的水环境容量2015年有剩余量,2016—2017年剩余量为0。在2017年水质现状的基础上,达到Ⅲ类水质要求高锰酸盐指数、总氮和总磷分别消减655.97 t,39.27 t和1.41 t,消减率分别为112.89%,45.58%和37.60%;达到Ⅳ类水质要求高锰酸盐指数、总氮和总磷分别消减0,15.83 t和0.94 t,消减率分别为0,18.37%和25.07%。[结论]沙湖水体呈现一定程度的污染,已达到富营养化状态,高锰酸盐指数、总氮和总磷的水环境容量大于目标要求的水环境容量,应该及时进行治理和保护。     

浙江温岭海涂围垦区土壤盐分空间异质性分析

运用经典统计学和地统计学相结合的方法,研究浙江温岭海涂围垦区在3种取样尺度下(1800 m×800 m、600 m×420 m和300 m×300 m)土壤盐分的空间变异性。结果表明:3种取样尺度下土壤盐分服从对数正态分布,属中等变异强度;半方差函数模型均符合指数模型,具有强的空间自相关性。Moran′sⅠ系数表明小尺度(S)下土壤盐分的空间相关性较弱,而中(M)和大尺度(L)下则较高。Kriging插值与相关性分析能直观的表现研究区内土壤盐分含量的空间分布状况和变化情况。通过海涂围垦区3种取样尺度下的空间异质性的分析,揭示出土壤盐分的空间变化规律,为围垦区盐渍化分区管理与改良利用提供了理论基础和实践依据。     

模糊数学评价法在石佛寺水库水质评价中的应用

对石佛寺水库入库口、库中以及出库口三个断面的镉、铅、铜、总氮、总磷、高锰酸盐指数、硫化物、粪大肠菌群等23项环境质量影响因子进行测试,并应用模糊数学综合评价法评价了石佛寺水库入库口、库中以及出库口3个断面水质质量均为Ⅴ类。分析了导致其为Ⅴ类水的直接原因为总氮超标,分析了总氮超标的成因以及有可能带来的生态危险性。     

基于Sentinel-2影像的平寨水库水体透明度遥感反演

[目的]研究水体透明度的变化规律及其空间分异驱动因素,为管理湖库及恢复湖库生态系统提供科学依据。[方法]基于2020年5月18日,8月26日,11月14日的Sentinel-2 MSI卫星影像及准同步实测透明度数据构建平寨水库透明度遥感反演模型,利用地理探测器定量分析影响透明度空间分异的驱动因素。[结果](1)平寨水库水体透明度与Sentinel-2 MSI的B₃波段最为敏感,利用波段组合B₃×B₄作为最佳敏感因子构建出的透明度反演模型具有较高的精度(R²=0.81,RMSE=0.11 m, MRE=16.91%)。(2)平寨水库水体透明度呈现出中心库区高而各支流上游低,近水体两岸低的空间分布趋势,且水体透明度11月>8月>5月。[结论]总悬浮物、叶绿素a及总有机碳含量是平寨水库水体透明度空间分异的主要因素。总磷、总氮、水温及风速通过影响水体中的总悬浮物、叶绿素a及总有机碳含量进而影响水体透明度空间分布。     

不同采样尺度下土壤碱解氮空间变异性研究——以榆树市农田土壤为例

在精准农业的实施过程中,研究如何用较少的样本来反映田间信息的空间变异规律,再用科学的插值方法进行插值和预估是精准农业研究中的一个关键问题。以东北典型黑土区——吉林省榆树市为研究区域,在榆树市弓棚镇13号村内选择相对平整的地块进行土壤采样并测试其土壤养分。在对原始采样格网点按一定的样点间隔和布局进行抽取的基础上,利用克里格插值方法和BP神经网络方法分别进行空间插值,比较不同采样尺度（40m×40m,56m×56m,80m×80m,113m×113m,160m×160m五个尺度）对空间插值精度的影响。结果表明:（1）随着采样尺度的增大,碱解氮的空间结构系数C/（C₀+C）有减小的趋势,表明采样间距以内的不可估计误差逐渐增大,其空间结构的表现能力在逐渐减弱;（2）Kriging插值精度总体优于BP神经网络,随着采样尺度的增加,两种模型的模拟精度都有所下降,BP神经网路的插值精度和Kriging模型的插值精度的差距逐渐减小;（3）两种模型在113m×113m尺度上插值精度都发生了突变,如考虑碱解氮的空间变异规律和经济因素,碱解氮的最佳采样尺度应在80～113m。     

基于BP神经网络插值的土壤全氮空间变异

大尺度土壤养分空间变异研究可以为土壤改良分区治理提供基础数据。寻求合适的取样数和插值方法是进行土壤养分空间变异研究的关键。以安徽省舒城县为例,共取得0～20cm土壤表层样品523个,土壤全氮的空间变异由BP神经网络插值方法在不同取样数条件下获得,通过与克里格插值法进行比较得出:样本数在100个时,神经网络插值的预测吻合度(G)比克里格插值高7.75%,均方根误差(RMSE)低0.1,总体精度优于克里格;样本数大于200时,神经网络插值和克里格插值精度基本相同,随着采样数量增加,两种方法的插值精度也在提高,并逐步趋于平稳。在大尺度土壤养分空间变异研究中,在小样本情况下,神经网络插值具有优势。     

浑太河流域水环境质量综合分析与评价

以浑太河流域为研究对象,选取流域88个监测站点,在2009,2010,2012年对河流高锰酸盐指数、总氮、氨氮、总磷等9项指标进行监测,并对河流水质的时空异质性进行了分析。选择高锰酸盐指数、总氮、氨氮和总磷作为主要评价因子,采用单因子和综合水质标识指数法对该地区主要河流水污染特征进行分析及评价。结果表明,水质因子具有明显的时空异质性。单因子评价结果表明,非汛期总氮和氨氮为主要污染物,汛期总磷和总氮为主要污染物,非汛期的水质状况较汛期好,说明非点源是造成其污染的主要原因。河流水质综合评价中,小汤河上游、太子河南支、太子河北支所有点位的水质评价结果均为最好。所有站点中,海城河的支流（五道里河、运梁河、南沙河下游）区域的水质最差,达到劣Ⅴ类水质,且出现黑臭现象。研究结果对指导浑太河流域水污染防治及水资源管理具有重要意义。     

厦门坂头水库扩容对土壤氮磷浸出的模拟试验研究

水库建成蓄水后,库底大多不铺设或不全部铺设防渗衬垫层,库底土壤中氮、磷的浸出对库水水质产生一定影响。在现场调查的基础上,使用蒸馏水和水库原水组成各个不同水土组合分别进行连续性实验,分析研究了土壤中氮、磷浸出对库水中总氮、总磷浓度的影响。结果表明:总氮、总磷的浓度均发生一定程度的变化,引起变化的主要是表层土中氮、磷的浸出。从整体看,土壤氮磷的浸出量占水库水体氮磷总量比例较低,对库水水质不会产生明显的不良影响。     

湘西花垣河花垣镇地段水体污染特征及来源解析

为探究矿业经济发展背景下花垣河重污染地段水体污染特征及污染物来源,于2007年1月至2015年12月对湘西花垣河重污染地段狮子桥电站下游200m、川心城、教化码头、汇合口、龙科村下游500m及对照点兄弟河浮桥电站上游100m共6个点位水体中的Pb,Cd,Mn,Zn,Cr6+,高锰酸盐指数,氨氮,COD,BOD5的含量进行测定,并对监测值进行了相关性及主成分分析。结果表明:研究区水体主要以Mn、氨氮污染为主,Mn和氨氮在2007—2015年间最大监测值分别达到了2.561 9mg/L,2.539mg/L,9年来除氨氮、BOD5呈先降后升外,其他污染物监测值总体呈下降趋势;Pb—Zn,Mn—Cd,Cr—Cd,Cr—Mn,氨氮—高锰酸盐指数,COD—高锰酸盐指数,COD—氨氮之间具有显著正相关性(p0.01),COD—Zn,COD—Pb之间存显著负相关性(p0.01),高锰酸盐指数—Pb,氨氮—Pb之间具有显著负相关性(p0.05),BOD5—高锰酸盐指数,BOD5—氨氮之间存在显著正相关性(p0.05),说明以上污染物相互之间有较大影响;花垣河点位1—5之间具有显著正相关性(p0.01),说明各监测点位相互之间存在较大影响;主成分的主要影响因素为高锰酸盐指数,氨氮,COD,BOD5,Cd,Mn,Cr等的监测值,点位1—5污染程度排序为:点位5点位1点位2点位3点位4;污染成因分析结果表明,花垣河水体中存在无机污染和有机污染,周边企业废水和居民生活污水是花垣河水体污染的主要来源。     

南方山丘区水源地土地利用结构对河库水质的影响——以珊溪水库流域为例

[目的]探明珊溪水库流域土地利用结构与河库水质的相关性,为南方山丘区土地开发利用和水源地保护提供依据。[方法]在库区以及河流入库点设置23个监测断面,于2017年7月及2018年1月进行实地取样监测,利用2016年TM影像数据对研究区用地类型进行划分,并通过ArcGIS水文、空间分析功能将整个流域分为8个子流域,分析每个子流域土地利用结构。选取高锰酸盐指数(COD_(Mn))、总氮(TN)、总磷(TP)、溶解氧(DO)4个水质指标分析其时空变化特征,探讨子流域不同坡度下土地利用结构对河库水质的影响。[结果]珊溪水库流域土地以林草地、耕地为主,两者面积比例总和达到80%以上。枯水期河库水质整体优于丰水期。各水质指标与林草地比例呈现负相关,而与耕地、建设用地呈正相关,丰水期土地利用结构与水质相关性相比枯水期更为明显。河库水质与不同坡度土地利用类型的相关性有差异,低坡度带(15°)COD_(Mn)与耕地比例呈显著正相关;中坡度带(15°～25°)TN,TP与林草地比例呈显著负相关,TN与耕地比例呈显著正相关。[结论]库区水体质量良好。在流域尺度上林草地和耕地是影响水体污染物浓度的主要土地利用类型。丰水期耕地是氮磷元素的主要输出源,林草地在一定程度上削减了氮磷元素的入河量,具有一定的正效应。     

盐碱地土壤养分的空间变异及合理取样密度研究

本研究以东营市河口区新户土地开发项目二期为研究区,运用经典统计法和地统计分析相结合的方法,对土壤有机质、速效磷、速效钾、碱解氮等养分以及土壤全盐的空间变异性质进行研究,并对不同采样密度下有机质的空间插值结果进行分析比较,用均方根误差和相关系数检验不同密度下的插值精度,以确定盐碱地有机质的合理取样密度。结果表明,研究区速效钾的变异系数为18.4%,属于低等程度的变异;有机质、碱解氮、速效磷、土壤全盐的变异系数在57.4%~76.9%之间,属中等程度变异。研究区的各种土壤属性均具有较好的空间结构,表现出一定的空间自相关性。有机质和速效钾的空间变异性主要影响因素与成土母质、土壤类型、气候条件等有关,而碱解氮、速效磷、土壤全盐的空间变异性与耕作方式及农业生产中施肥等有关。随着采样点密度的增加,克里格插值精度提高,适当减小样点密度可以满足插值分析的需要,充分考虑土壤养分空间变异评价的精度分析,确定研究区土壤有机质合理取样数为111个,合理取样单元为48 hm~2,合理取样间距为692 m。     

精准农业土壤采样栅格划分方法的研究

针对精准农业技术应用的日益普及,通过对一个地块土壤养分进行详细栅格采样分析,利用计算机插值的方法对土壤中各种营养元素和微量元素进行了分析。在采样栅格大小不同的条件下,随机选择5个采样点进行插值,分析了5个采样点在不同栅格采样条件下的插值结果。通过插值计算得到土壤中的全氮、速效氮和速效磷随着采样栅格的加大,插值点处的插值误差呈现出加大的趋势,但对于速效钾和其他的微量元素则呈现出与之不同的结论,采样点在田间的分布将直接影响计算机插值计算的分析结果     

农田表层土壤养分空间变异特性研究

为给田间养分监测设施布设方法提供依据,在陕西杨凌选取2块农田,采用12 m×12 m嵌套6 m×6 m的采样方法,采集表层土壤(0～20 cm)养分数据,运用经典统计、地统计学结合Kriging插值方法,分析农田土壤养分空间变异特征。结果表明:冬小麦抽穗期与成熟期农田表层土壤全氮(TN)变异系数10%,为弱变异,土壤有机质(SOM)、有效磷(AP)变异系数介于10%与100%之间,为中等变异,有效钾(AK)和铵态氮(NH_4~+-N)变异系数100%,为强变异,成熟期硝态氮(NO_3~--N)由强变异转为中等变异。土壤养分最优半方差模型为球状模型,作物不同生育阶段,土壤养分空间相关性存在一定的差异,土壤SOM、TN块金系数25%,空间相关性强烈,以结构性因素为主导;冬小麦抽穗期速效态养分块金系数介于25%与75%之间,空间相关性中等,随机性因素主导,成熟期25%,空间相关性增强。采样密度由6 m×6 m变为12 m×12 m时,变异程度保持不变,土壤养分空间变异系数差值在0.04%～59.48%范围内,成熟期2号样地的AK除外,块金系数差值在0.065%～34.177%范围内,2种采样间距获得的土壤养分空间变异特征基本一致,建议选用12 m×12 m网格。     

潍坊市土壤大量营养元素有效量及其影响因素

为研究山东省潍坊市土壤大量营养元素有效量分布规律及其影响因素，通过网格化采样，并进行分析测试，获得了碱解氮、有效磷、速效钾等土壤大量营养元素有效量，及对应元素全量、pH和有机质等数据，进行了丰缺空间绘图、相关性和差异性分析。结果表明：碱解氮、有效磷、速效钾含量均具有较强的空间变异性，尤以有效磷变异系数最高。空间分布上，碱解氮以较缺乏区占比最高，有效磷和速效钾以丰富区占比最高。碱解氮、有效磷、速效钾分别在砂姜黑土、潮土、滨海盐土中含量最高，且均与其他土壤类型差异显著。碱解氮、有效磷、速效钾与土壤理化指标关系密切，3种元素有效量均与有机质呈显著正相关；碱解氮与全氮、有效磷与全磷均呈显著正相关；碱解氮、有效磷与土壤pH均呈显著负相关；速效钾与土壤pH呈显著正相关。本研究揭示了大量营养元素有效量在土壤中的本底差异及影响因素，可为土壤肥力的空间调控提供科学依据，助力提升农业生产力水平。     

关帝山云杉次生林土壤的空间异质性及其与地形相关性

为揭示森林土壤空间变异特征及其变异机制,参照CTFS样地土壤采样方案,在关帝山4 hm2云杉次生林样地199个采样点进行土壤取样和测定,运用经典统计方法分析寒温性云杉林土壤pH值、有效氮、有效磷、有效钾和有机质的水平和垂直空间分布特征,应用地统计学和ArcG IS插值的方法,重点分析了0～ 10 cm层土壤性质的空间异质性及其分布格局,并基于RDA排序和方差分解定量评价地形因子对土壤各指标空间变异的影响程度和解释量.结果表明:云杉次生林土壤的pH值、有效氮、有效磷、有效钾和有机质含量呈明显的水平及垂直空间变异,0 ～ 10 cm层土壤上述5个指标的变异系数分别为8.78％、41.15％、58.36％、46.60％和48.38％;土壤变异的空间自相关范围为4.9～58.8 m,pH值和有效氮呈中等程度的空间自相关,有效磷、有效钾和有机质呈强烈的空间自相关变异;有效氮、有机质和有效钾呈相似的空间斑块状分布格局,即样地有效氮含量高的斑块中有机质和有效钾含量也高.pH值和有效磷则表现出相反的斑块分布格局;地形因子中,pH值、有效氮和有效磷受海拔影响最大,其中,海拔与pH值、有效磷呈正相关,分别解释其空间变异的40.43％和28.81％,而与有效氮呈负相关,能单独解释其空间变异的19.48％.凹凸度对有效钾和有机质的影响最大,可分别解释9.37％和6.88％的有效钾和有机质的空间变异,与这2个土壤性质指标为负相关.研究可为深入认识华北地区植物分布和物种共存提供基础依据.     

石羊河尾闾(青土湖)水面形成后土壤养分的空间特征

通过测定青土湖不同土层、不同水面距离的土壤有机质、全氮、全磷、全钾、速效氮、速效磷和电解质,对比不同土层和水面距离的土壤养分差异,分析其空间变异性以及相关关系。结果表明：１）青土湖的土壤各养分含量均较低,水面形成的干扰改变了原状土壤的理化性质,水面的形成对土壤养分垂直分布的影响范围在0~40cm。;2）0-60cm土层深度的有机质、全氮、速效氮、全磷、全钾和土壤溶液电导率分别在距水面100-150m和300 m处达到最大值,在距水面200 m处为最小,呈波浪式变化,这种波浪式变化与其原湖泊沉积和区域气候环境相符合。;32）土壤养分含量存在显著空间变异性,各养分指标含量随土层深度变化规律明显,不同水面距离0～40cm土层土壤有机质、全氮等含量均比40~80cm高,土壤各养分含量除了土壤全钾含量在0~80cm、土壤全磷在60~80cm为弱变异外,其他均属于中等变异。;43）在0~40cm土层深度,有机质与全氮、全钾,速效氮、电导率呈正相关;电导率和速效磷、全磷呈正相关。青土湖的土壤各养分含量均较低,水面形成的干扰改变了原土壤的理化性质,水面的形成对土壤养分垂直分布的影响范围在0~40cm。     

三江平原环型湿地土壤养分的空间分布规律

以三江平原环型湿地作为研究对象，对其环带状植被区湿地土壤的有机碳、全氮、全磷和全钾的空间分布规律进行了初步研究。结果表明，环型湿地土壤有机碳、全氮、全磷和全钾具有明显的空间水平分异规律，有机质、全氮、全磷的含量由环型湿地中心向边缘逐渐减少，全钾的含量和碳氮比逐渐增加。土壤有机碳、全氮、全磷和全钾在垂直方向上具有明显的分层和富聚现象，自上而下，有机质的含量逐渐降低；全氮含量除漂筏苔草群落外，其他各群落土壤全氮含量呈先增加后减少的分布；大部分植物群落全磷含量呈先减后增的“V”型分布；全钾含量呈表层和底层较高、中间层较低的“中空”状分布。通过相关分析表明，环型湿地土壤有机碳与全氮具有相似的空间分布规律，全钾与有机碳、全氮具有相异的空间分布规律，而全磷具有自己独特的空间分布规律。环型湿地土壤的有机碳、全氮、全磷和全钾的空间分布主要受植物体元素含量、生物过程和水文地貌过程影响，它通过过程影响湿地的功能。研究环型湿地的有机碳、全氮、全磷和全钾的空间分布规律不仅有助于完善湿地土壤形成和发育的理论，探明湿地的生态过程和功能，而且为合理利用和保护湿地提供科学依据。     

薄层农田黑土速效氮磷钾含量的空间异质性

利用地统计学对黑龙江省双城市薄层农田黑土的全碳和速效氮、磷、钾的空间异质性进行了分析,结果表明四者均具有空间异质性。土壤全碳含量的空间异质性最高,主要受黑土层厚度的影响,土壤速效氮磷钾的空间异质性较差,主要受随机因子的影响,占80%以上。全碳和速效氮、磷、钾的空间有效最大相关距离分别为15.7km,4.6km,11.2km,7.1km。土壤全碳与碱解氮存在极显著正相关。     

基于传递函数的土壤数据库缺失数据的填补研究

数据缺失在土壤调查研究中是一个非常普遍的现象,处理不当一定程度上会影响研究结果的可靠性。土壤转换函数(pedotransfer functions,PTFs)是简单、快速、大批量填补土壤数据库缺失信息的有效手段。但目前分析和厘定我国土壤数据库缺失数据特征的研究较少,针对土壤数据库缺失数据的填补方法也亟待规范。本文对我国第二次土壤普查数据库进行分析,探讨该数据库的数据缺失特征,并对数据缺失严重的土壤属性进行预测,以期为今后的土壤数据库缺失数据填补工作提供参考。总体来看,质地(砂粒、粉粒和黏粒含量)、pH、有机质、全氮、全磷、全钾是土壤普查中最基础的调查项目,这些土壤属性信息的完整性最好。有效磷、速效钾和阳离子交换量数据有一定的缺失。碱解氮、容重、砾石含量、各种类型氧化铁数据缺失严重。在填补缺失数据时,建议首先考虑模型的稳定性,尽量使用那些相对稳定且数据完整性好的土壤属性来预测缺失数据。我国第二次土壤普查数据库基本都缺少空间属性信息,在填补缺失数据时最好采用简单而相对稳定的回归模型。利用回归分析得到的土壤传递函数可以较好地实现容重、碱解氮和部分阳离子交换量缺失数据的填补工作。尽管如此,由于部分土壤属性信息有一定的时效性,应用传递函数时要注意数据源的历史背景。     

洱海缓冲带土壤特性的空间分布

[目的]了解洱海缓冲带内土壤特性空间分布状况,进而为缓冲带面源污染治理、精细农业与植被布局等提供参考。[方法]采集80个缓冲带表层土壤样品,测定其含水率、有机质、全磷、全氮、氨氮和硝氮的含量,并应用传统统计学和地统计学方法对数据进行分析。[结果](1)土壤中含水率、有机质、全磷、全氮、氨氮和硝氮各项统计特性均通过K—S检验,呈正态分布;(2)洱海缓冲带土壤中养分水平较高;氨氮和硝氮的变异系数大于100%,属强变异性;(3)有机质南部略低,东西向呈东西高,中部低,全氮、全磷南北向呈南北低,中部高,东西向变化不大;(4)有机质表现出强烈的空间相关性,而全氮和全磷空间相关性弱。[结论]缓冲带农田格局和迁移转化是影响土壤特性空间分布的两个重要因素。