Modeling the water budget in a deep caldera lake and its hydrologic assessment: Lake Ikeda, Japan

The hydrologic assessment of a lake water budget can be helpful in achieving proper water management and sustainable water use. A model to analyze a lake water budget was developed and verified for Lake Ikeda, Japan. Lake evaporation was estimated by numerical analyses of lake water temperature and the lake energy budget. Inflow from the lake catchment area and leakage from the lake bottom were estimated based on the tank model and Darcy's law, and the model parameters were optimized by the shuffled complex evolution method. The estimated monthly lake evaporation rate is consistent with the evaporation rate estimated by the energy budget Bowen ratio method based on in situ data from 2004 to 2005. Moreover, the calculated time series of daily lake levels agrees well with those of measured lake levels during 1983 to 1999. Thus, the model is useful for evaluating the lake water budget. Numerical analysis reveals seasonal and annual variation characteristics in the water budget components. Precipitation, inflow from the catchment area, and river water supply are generally high during the rainy season from June to July with substantial annual variation. Lake evaporation is greatest in October and least in April, but the annual variation is relatively small. Agricultural water use is relatively high from April to September. There are no marked seasonal changes in leakage and drinking water use. The lake level is generally highest in September and lowest in March, which is characterized by seasonal changes in water budget components. The model was also applied to 17-year simulations under hypothetical hydrologic conditions to examine the effect of water use and agricultural water management on the lake level. Results indicate that river water supply, provided under the agricultural water management system, effectively compensates for the decrease in lake water resulting from agricultural water use.     

内蒙古乌梁素海污染源调查研究

内蒙古乌梁素海已成为我国寒旱区富营养化最为严重的湖泊,为弄清乌梁素海所面临的污染负荷情况,在大量实测数据和调查数据的基础上,对乌梁素海的污染源进行了详细的计算分析。结果表明:乌梁素海的污染源主要来自3个方面,分别是农田排水、工业废水和生活污染。其中,农业排水中总磷对乌梁素海的贡献率超过了30%,总氮的贡献率接近50%,COD的贡献率达到了65%。可见,农田排水对乌梁素海污染负荷的贡献率最大。为乌梁素海源头治理提供了一定的参考依据。     

Can carbon sequestration markets benefit low-income producers in semi-arid Africa? Potentials and challenges

The Clean Development Mechanism (CDM) of the Kyoto Protocol of the United Nations Framework Convention on Climate Change allows a country that emits C above agreed-upon limits to purchase C offsets from an entity that uses biological means to absorb or reduce greenhouse emissions. The CDM is currently offered for afforestation and reforestation projects, but may apply subsequently to sequestration in agricultural soils. Additionally, markets outside of the Protocol are developing for soil C sequestration.     

灌区湖泊污染主成分分析

在上游污染物排放特性的影响下,位于灌区内的湖泊水环境污染问题必定有其特殊性.以位于我国北方的河套灌区中的草型浅水湖泊乌梁素海为研究对象,将实测的湖泊水质监测数据与空间数据结合,采用基于因子分析的主成分方法将乌梁素海的水质参数概括为7个主成分,即:富营养化特征指标、湖泊盐化特征指标、湖泊有机物污染指标、湖泊形态特征指标、水体酸碱指标、水体藻类生物量指标、植物生长环境指标.分析讨论各主成分的科学内涵以及结合地区特征的湖泊污染机理,为灌区湖泊水体的合理利用与污染的治理提供科学依据.     

温度底物浓度和微量元素对牛粪厌氧发酵产沼气的影响

洱海流域畜禽奶牛粪便的无序堆置和不合理处置对洱海入湖污染具有较大贡献,为了控制畜禽养殖污染,该研究在结合洱海流域现有中温沼气工程产气率低、运行不稳定、易结壳等问题的基础上,通过取样当地奶牛粪为原料,研究温度、接种量和微量元素等3种因素对中温厌氧发酵产沼气过程的影响,并运用响应面法优化微量元素的添加量,以筛选出适于高原地区奶牛粪便中温厌氧发酵的沼气工程操作参数。试验结果表明:发酵温度为35℃条件下原料产气量大于30和45℃;35℃的发酵温度有利于挥发性脂肪酸(volatile fat acids,VFA)的产生与甲烷菌再利用;发酵温度为35℃时,发酵各个阶段4类菌群的数量多于30和45℃;因此,发酵温度为35℃时,牛粪厌氧发酵系统微生物区系中各类功能微生物数量与比例最佳,适合于中温厌氧发酵微生物菌群的生长、代谢;接种量越大发酵启动越快,接种量10%总产气量最大,未接种试验组,发酵启动较慢,总产气量也较低;通过中心复合试验设计和响应曲面回归分析确定得出,添加微量元素Fe2+质量浓度5.00 mg/L、Ni2+质量浓度21.40μg/L、Co2+质量浓度28.82μg/L时,可刺激厌氧发酵过程的作用酶以促进产气。本研究在资源化利用养殖废物的同时,提高了沼气工程产气率,试验结果为洱海流域农村养殖粪便厌氧发酵沼气工程正常运行提供理论依据。     

洞庭湖区乡村人居环境质量动态评价及障碍因子诊断

为探索乡村人居环境质量的演变规律，该研究综合运用遥感影像、兴趣点、统计数据等多源数据，从生产空间、生活空间、生态空间3个维度构建了乡村人居环境质量评价指标体系，采用熵值法、综合指数法和GIS空间分析对2010—2020年洞庭湖区乡村人居环境质量开展了动态评价，并利用障碍度模型诊断了主要障碍因子。结果表明：1）2010—2020年洞庭湖区乡村人居环境建设成效明显，但区域之间仍存在较大差异，其人居环境质量综合指数在空间上呈现西南部相对下降，东北部逐渐上升的演变趋势；2）从乡村人居环境系统内部来看，2010—2020年生产空间质量指数稳定上升，较高及以上质量等级县域的分布已从洞庭湖区南部转向东部，空间格局发生较大变化；生活空间质量指数明显提高，呈现由市辖区逐渐向外扩张发展的空间演变规律；生态空间质量指数基本保持不变，空间上呈现顺序为西部地区、东部地区、中部地区梯度递减的分布特征；3）影响洞庭湖区乡村人居环境质量的主要障碍因子为乡村经济活动强度、生物丰富度指数、乡村休闲设施密度、农业机械化水平、乡村电力设施水平、医疗情况和水文指数。研究结果一定程度上充实、丰富了乡村人居环境质量理论成果，同时也为推进洞庭湖区乡村人居环境质量提升和乡村振兴状态监测提供了数据与决策支撑。     

太湖流域平原区土壤水分动态分析

以太湖流域平原区两种土地利用方式(林地和菜地)为例,在长期定位观测土壤水分数据的基础上,采用时间序列法定量分析了土壤水分与降水之间的相关关系。结果表明:(1)降水量在时间上不相关,而各层土壤水分均为自相关序列;(2)降水与土壤水分之间存在一定的相关性,相关时长受季节、土壤深度、土地利用方式等的影响较为明显(1~8d不等);(3)林地相关时长的季节变化表现为:夏秋季春季冬季。随着土壤深度的增加,菜地土壤含水量与降水相关关系在夏秋季节呈减小趋势,而在冬春季节则相反。整体上林地降水对土壤含水量的有效影响时间长于菜地,且林地降水量与土壤含水量相关关系的规律性优于菜地。     

基于多光谱遥感图像的青海湖流域土壤有机质估算初探

土壤有机质是土壤固相部分的重要组成成分,也是陆地表层重要的碳库,其含量的快速、准确测定关乎农牧业生产活动安排与地表过程研究中关键参数的获取效率。为了探寻适合青藏高原高寒地区土壤有机质遥感反演的响应波段及遥感模型,实现区域像元尺度上的土壤表层有机质估算,本文利用Landsat8-OLI多光谱遥感数据与实地采样数据对青海湖流域表层(0～20 cm)土壤进行了有机质含量反演研究。结果表明:Landsat8-OLI影像的第5、6和7波段是青海湖流域土壤有机质含量的特征波段,基于这3个波段构建的土壤有机质遥感反演三元回归模型(R~2=0.704,P0.001),经实测点验证(RMSE=8.66)与相关文献研究结果验证(RMSE=8.85),精度高、稳定性强、预测趋势平稳。本研究不仅为高寒地区土壤有机质含量快速测定提供了一定的技术支持,也为高寒地区的碳库计算、土壤肥力评价、土壤碳循环、农作物估产、草地退化监测等提供了参考。     

洞庭湖区不同土地利用方式耕作土壤氮素含量与循环

通过对洞庭湖典型地区的密集采样分析和农户调查,研究了4种利用方式耕作土壤全N、微生物生物量氮(MB-N)含量、两者关系和N素循环特征。结果表明:耕作土壤全N、MB-N含量平均值为3.00±0.48g/kg和101.4±49.2mg/kg。双季稻、一季稻、水田旱作和旱地全N平均含量依次为3.12±0.40g/kg、3.03±0.39g/kg、2.79±0.43g/kg2、.10±0.46g/kg。4种利用方式的MB-N含量分别为124.0±56.6mg/kg、96.4±39.2mg/kg、108.0±48.6mg/kg、75.2±30.5mg/kg。除水田旱作外,MB-N与全N之间存在极显著的正相关关系(P<0.01)。土壤N素盈余量依次为双季稻(105.0kg/hm2.a)>一季稻(75.1kg/hm2.a)>水田旱作油菜(64.5kg/hm2.a)>旱地苎麻(51.9kg/hm2.a)。