洞庭湖生态经济区养猪业污染物排放时空格局分析

养殖污染时空格局研究对于有的放矢地开展污染综合治理与促进养殖业的可持续发展具有重要意义。以洞庭湖生态经济区湖南省部分为研究区域,利用2000-2014年农业统计数据,采用污染排放系数法和空间格局分析技术,系统分析区内养猪业主要污染物化学需氧量(COD)、总氮(TN)、总磷(TP)排放的年际动态及其空间格局,探讨污染负荷形成的原因。结果表明,近15 a来洞庭湖地区养猪规模与污染排放量总体呈现先增后略减然后再持续增加的变化态势,2007年达到最高峰。研究区养猪业存栏规模从2000年的1 469.4万头上升到2014年的2 010.2万头,COD、TN和TP排放量分别由2000年的112.99、11.75与1.10万t/a增加到2014年的154.56、16.07与1.51万t/a。从空间格局来看,养猪污染负荷最大的县(市)主要为洞庭湖西部的常德市区、东南部的汨罗市和望城区,且高污染负荷区呈逐年扩大的态势。洞庭湖生态经济区养猪业的空间格局与当地人口密度、生产习惯、政策及市场导向密切相关。因此,从政策层面推进健康养殖和发展生态循环农业是洞庭湖生态经济区养猪污染防控的关键。     

稻草—绿狐尾藻复合人工湿地技术处理养猪废水综合效益分析

养殖废水环境污染已经成为影响畜禽养殖业可持续发展的主要瓶颈问题,受到社会各界的高度关注。以浙江绍兴某大规模养猪场(存栏生猪5万头)为例,采用稻草—绿狐尾藻(Myriophyllum elatinoides)生态治理技术,系统分析养殖场废水处理的综合环境效益和经济效益。结果表明:工程进水的化学需氧量(Chemical oxygen demand,COD)、总氮(TN)、氨氮(NH4+-N)和总磷(TP)进水浓度变化范围分别为753~2 487.5、294.8~1 290、273.15~1 078和21.75~49.3 mg/L,而系统末端出水的COD、TN、NH4+-N和TP浓度最高依次为65、40.5、26和5 mg/L,全年工程系统对COD、TN、NH4+-N和TP的总去除率分别为96.4%、97.9%、99.3%和90.6%,且出水水质均显著优于国家养殖废水排放标准(GB 18596—2001)。从生态效益而言,稻草—绿狐尾藻生态治理技术对COD、TN、NH4+-N和TP的年减排量分别可达到53.0、29.1、25.4和1.1 t/万头。工程在正常运行条件下,还通过水产养殖、青饲料利用等途径每年可产生直接经济效益1.2万元/万头。研究表明,稻草—绿狐尾藻养殖废水生态治理技术是一项投资少、运行成本低、可产生一定经济效益的生态治污新技术,符合当前"环境友好"和"资源节约"的社会需求,显著优于一般的工厂化污染治理技术,值得推广应用。     

黄土高原气候变迁、植被演替与土壤干层的形成

2 .5Ma B.P.以来 ,受地球轨道要素周期性变化和青藏高原阶段性强烈隆升的影响 ,黄土高原地区气候存在着干期与湿润交替出现的现象 ,但总的趋势是向干旱化方向演化。黄土高原第四纪以来草本植物一直较为繁茂 ,木本植物仅在少数几个时期处于优势地位。现代黄土高原人工林草植被普遍存在着土壤干层问题。土壤干层的形成是气候干旱化过程中必然出现的现象 ,它是导致植被演替的直接原因之一。人工植被激发并强化了土壤干层的形成。土壤干层的形成是气候干旱化和人工植被选择不当两个方面综合作用的结果 ,但有望通过有关人工措施使其危害得到缓解     

湖南典型土壤磷素剖面分布特征及其流失风险

为了明晰不同土壤类型、利用方式土壤磷素分布特征,评估其流失风险的大小,研究了湖南3种典型土壤（红壤、潮土、紫色土）磷素含量特征及其剖面分布。野外采集3种母质发育土壤的旱地和水田土壤剖面样品进行室内分析,按张守敬等提出的酸性土壤无机磷形态的分级测定方法,对土壤无机磷进行分级。结果表明,不同土壤中磷素含量和形态分布有明显差异：磷素含量由高到低依次为潮土>红壤>紫色土;红壤发育的土壤以磷酸铝和磷酸铁占优势,潮土和紫色土的Ca-P含量占优势较高。土壤磷素在剖面中的分布均为表层最高,且随剖面深度的增加而减少,而后趋于相对稳定;无机磷中的Al-P、Fe-P以及O-P主要集中在0~20 cm的土层中,其剖面分布于全磷类似,而Ca-P剖面分布上相对变化不大。土地利用方式的不同导致全磷的差异：水田均大于旱地。土壤类型及利用方式均对磷素含量和形态特征有明显影响,应根据不同的土壤类型和利用方式控制其流失风险。     

我国农村水体面源污染问题解析与综合防控技术及实施路径

我国农村水体面源污染来源复杂,治理难度大,系统考虑农业面源污染物产生的来源,从产业布局、资源利用和治理工程后续运行等方面探讨我国农业面源污染问题的综合解决方案显得尤为紧迫。研究表明,我国农村水体污染物的来源主要包括畜禽养殖粪污水、水产养殖排水、农田排水、农村生活污水和村域地表径流5个方面。针对我国农村水体面源污染来源特征及各地农村的实际情况,遵循"以防为主,防治并重"的治理方针,基于污染物产生、迁移和去向的基本路径来确定综合防控的技术路线,即源头减量、过程拦截、末端消纳与资源循环利用。因此,提出适合于我国农村地区的农村水体面源污染防控实施路径,具体可概括为:1)坚持以小流域或集水区为基本单元开展综合防控措施的总体布局;2)坚持应用以低成本、无动力和生态化为主的农村污染治理技术;3)坚持农村污染物资源循环利用和强化工程后续管理的运行维护模式。     

黄土高原北部紫花苜蓿草地退化过程与植被演替研究

采用空间序列代替时间序列的方法研究了黄土高原北部陕西省神木县六道沟小流域紫花苜蓿人工草地在1~30年的群落演替特征。结果表明,由于气候干旱、土壤贫瘠等原因,黄土高原北部紫花苜蓿草地生产力普遍偏低,最高鲜草产量为4 000~5 000 kg/hm2,而且生长盛期持续时间较为短暂,最多不超过6年。建议对紫花苜蓿草地采取适当的管理措施,比如中耕除草与施肥,改善苜蓿种群的基质条件、缓解种群竞争压力,可以在一定程度上延长人工草地的使用寿命。种植紫花苜蓿可以显著加快植被的自然演替进程,经过10年时间紫花苜蓿草地即可以演替到该地区的稳定草原群落———长芒草群落。豆科、菊科与禾本科3大科植物在紫花苜蓿草地退化过程中处于举足轻重的地位,属于这三大科植物的种数合计占相应演替阶段出现植物种数的54.5%~78.6%。茵陈蒿、草木樨状黄芪与达乌里胡枝子作为长芒草群落的主要伴生植物,反映了研究区干旱的气候条件与贫瘠的土壤肥力特征。     

土壤翻耕对坡地水分转化与产流产沙特征的影响

坡耕地严重的水土流失是导致黄土高原土壤质量退化与生态环境恶化的重要原因。采用模拟降雨的方法研究了翻耕与压实对休闲黄绵土坡耕地水分转化与产流产沙特征的影响。结果表明，(1)与压实相比，土壤翻耕导致入渗率下降40%～60%，产流强度增加1至3倍，降雨向土壤水分的转化率降低50％以上。(2)翻耕条件下流失径流的平均含沙量增加近70％，坡地产沙量增加3倍，径流流失量增加1倍，因此对坡地实行免耕休闲可以有效减轻水土流失、遏制坡地土壤质量退化的态势。(3)降雨过程中，随着产流时间的延长，坡地产沙量呈加速增加的趋势，而且增加速度显著快于坡面径流，因此采取适当措施延长初始产流时间、减少产流量以及提高降雨向土壤水分的转化率均可有效减少坡地土壤流失量。     

不同植物组合人工湿地中磷去向特征研究

人工湿地技术是农业面源污染治理的重要技术措施,而磷的去除是污水治理的主要难点。以亚热带丘陵区为研究区域,以农村养殖废水、生活污水及农田排水混合形成复合污水为治理对象,通过野外小区试验,研究了浮水植物绿狐尾藻（Myriophyllum elatinoides）与挺水植物黄菖蒲（Iris pseudacorus）、水生美人蕉（Canna glauca）、梭鱼草（Pontederia cordata）所构建的浮水植物+不同挺水植物种植模式人工湿地,以探讨不同植物组合模式对人工湿地磷的处理效果与去除途径的影响特征。3—9月结果表明：植物组合湿地对于农村污水中磷素具有显著的处理效果,以无机磷的去除为主。湿地进水总磷（TP）浓度为2.16~5.93 mg·L^-1,各植物组合出水TP浓度为0.34~0.48 mg·L^-1,低于城镇污水排放一级A标准（0.5 mg·L^-1）,以绿狐尾藻+梭鱼草湿地的除磷效果最好;不同组合模式人工湿地总磷负荷变化范围为45.50~47.13 g·m^-2·a^-1,绿狐尾藻+梭鱼草组合湿地达47.13 g·m^-2·a^-1,显著高于对照湿地中的39.62 g·m^-2·a^-1;底泥吸附与沉淀是植物组合湿地磷素去除的主要途径,其占湿地除磷总量的72.44%~75.62%。水生植物TP积累量9.65~12.51 g·m^-2·a^-1,占湿地除磷总量的21.00%~26.54%;试验中,植物组合人工湿地比绿狐尾藻湿地底泥吸附占除磷总负荷的比例减少1.71%~4.89%,增加植物吸收比例0.97%~6.28%。较对照湿地底泥吸附占除磷总负荷的比例减少18.11%~21.29%。植物组合有利于延缓底泥吸附饱和时间和提高植物对磷的吸收率。     

红壤丘陵区典型区域湖南长沙市非点源污染量化研究

结合通用土壤流失方程(USLE)和USEPA开发的PLOAD方程,建立非点源污染计算模型,采用GIS技术及野外实验确定模型中各个因子,并将该模型用于长沙市的非点源氮、磷污染负荷的计算。研究结果表明:长沙市地区非点源氮、磷污染负荷分别为9.9kghm-2a-1,1.49kghm-2a-1,其中氮污染主要以溶解态氮的形式存在,与降雨过程中产生的地表径流密切相关;污染来源最大的区域是城市用地区域,该区域的下垫面不透水率大,降雨过程中产生地表径流大;磷污染主要以吸附态磷的形式存在,来源较大的区域主要为坡度大、易发生水土流失的区域。     

亚热带小流域COD负荷及影响因子分析

化学需氧量(COD)是农业面源污染的重要方面。以湖南省长沙县9个典型小流域为研究对象,利用连续5 a(2011-2015)的定位观测资料,系统分析了亚热带典型小流域COD浓度与负荷的时空变化特征及其主要影响因素。结果表明:1)研究区近5 a来COD浓度的变化范围为0.31-42.63 mg/L,平均值为12.95 mg/L。不同类型小流域COD平均浓度的变化顺序为:种养养殖森林-种植森林,从季节变化来看,COD浓度夏秋季节较高,而冬季与春季相对较低;从年际变化来看,从2011年到2015年COD浓度总体上呈波动上升趋势。2)COD月负荷的变化范围为3.15-1 086.6 kg/hm~2,研究区平均值为152.06 kg/hm2,不同类型小流域COD负荷时空变化规律与浓度基本一致。3)COD浓度主要与畜禽养殖密度及人口密度呈显著正相关关系,相关系数分别为0.86(P0.05)和0.69(P0.05);COD负荷则与养殖密度、种植比例、径流深等因子呈显著正相关,相关系数分别为0.87(P0.05)、0.69(P0.05)和0.54(P0.05)。适当控制畜禽养殖密度、加强小流域生活污水治理以及促进养殖废弃物资源化利用是控制亚热带小流域COD排放的关键途径。