基于AnnAGNPS模型的山美水库流域非点源氮控制研究

探索研究流域非点源氮污染控制的有效措施,对于治理改善水环境恶化具有重要的现实和长远意义。以山美水库流域为研究区域,建立AnnAGNPS氮污染模型,通过情景模拟技术分别模拟了河岸缓冲带、适量施肥、免耕、少耕、梯田和退耕还林等最佳管理措施的非点源氮污染削减效率。结果表明:(1)梯田与退耕还林对氮的削减率较高,均高于15%;免耕较低,为13%;少耕、合理施肥、河岸缓冲带削减效果有限,低于10%。(2)河岸缓冲带、少耕、免耕、梯田等措施的总氮削减率在不同月份的变化趋势与泥沙削减变化趋势一致,在7月和8月有较高的削减率;合理施肥与退耕还林的总氮削减率则与流域施肥状况相关性更高,在2—4月份有较高的削减率,因此山美水库流域水环境改善应结合非点源氮污染治理和流域水土流失治理。     

土地利用方式对流域氮输入输出关系的影响——以加州San Joaquin流域为例

土地利用方式影响流域氮输入的空间分布和氮素的迁移输出过程,与非点源污染的防治密切相关.本文利用加州San Joaquin流域数据,考虑不同土地利用方式的影响,在GIS平台上分析了流域氮输入与输出的关系及其空间分布.本文提出了一个新的指标(F=CN/(L/Q))来衡量河流氮输出的变化趋势,该指标综合考虑了田间产流和河道输移两个过程的影响因子,能够描述土地利用类型对流域氮素迁移转化的影响.在实例研究中,通过该指标能够指示出研究区氮素流失的高风险区,为流域土地利用规划和非点源污染防治提供了重要的科学依据.     

北江流域氮收支估算

根据2006年北江流域的基本统计数据和相关参数,对该地区氮的收支进行了估算和环境影响分析.2006年北江流域的氮输入量为39.52×104 t,单位国土面积接收的氮量为84.61 kg/hm2·a,稍高于全国和长江流域,也高于世界一些大河流域.在氮的输出中,约38.61﹪的氮通过珠江口输送到中国南海,27.80﹪的氮通过反硝化和9.13﹪的氮通过氨挥发进入大气,剩余24.46﹪的氮储存在流域内.研究发现,北江流域的主要氮输入源均与农业活动有关,氮输入源分布的地区差异较大,单位面积接收总氮量主要受经济发达程度的影响.     

长江流域氮的生物地球化学循环及其对输送无机氮的影响——1968～1997年的时间变化分析

通过研究长江流域 1 968～ 1 997年氮的输入、输出、平衡的生物地球化学循环 ,表明长江流域 1 997年氮的输入量、输出量和储存量分别为 1 0 .0× 1 0 9、 6.7× 1 0 9、和 3.5× 1 0 9kg,分别是 1 968年氮输入量、输出量和储存量的 4、 5和 3倍。在氮的输入中 ,1 977年以前 ,长江流域氮输入主要是生物固氮 ,年均固氮量约 1 .0× 1 0 9kg;而在 1 985年后 ,化学氮肥年均输入量约5 .0× 1 0 9kg,占总氮输入的 5 0 %以上。在氮的输出中 ,1 997年通过长江大通站水体中溶解态无机氮 ( DIN)的浓度和通量分别是 1 .60 mg/ L和 1 .40× 1 0 9kg,从 1 968年到 1 997年约增加了1 0倍 ;大约 2 5 %的氮输入通过长江输送到东海 ,约 33%的氮输入通过反硝化和氨挥发进入大气中 ,剩余 42 %的氮输入储存在流域内。研究发现 ,长江流域的氮输入量 ,特别是化肥氮的输入量 ,是造成长江输送无机氮通量上升的主要因素     

中国市域尺度人为净氮磷输入及其空间异质性分析

为解析中国人为净氮输入(NANI)和人为净磷输入(NAPI)的来源和空间分布,本研究构建了中国市域NANI和NAPI模型,核算了2020年中国367个市域单元NANI和NAPI,并采用标准差椭圆方程和莫兰指数对其进行空间异质性分析。主要结论为：(1) 2020年中国NANI和NAPI分别为4 596.43 kg N/(km₂·a)和840.02 kg P/(km₂·a);(2)化肥施用是NANI和NAPI的主要贡献源,其中80.93%、89.65%的市域单元分别为其最大贡献源;(3)中国NANI和NAPI空间分布具有明显的聚集性和异质性,以胡焕庸线为界,东南部地区的NANI和NAPI明显高于西北部,聚集区域主要分布在华北平原地区。NANI和NAPI模型是一种定量评估区域内氮磷排放状态的模型,能够为中国氮磷污染重点区域的识别、污染治理等提供技术支撑。     

南京城市系统碳循环与碳平衡分析

城市是人类能源活动和碳排放的集中地,开展城市系统碳循环研究有助于深入了解城市在区域碳循环过程中的地位和作用。本文集成了城市碳储量和碳通量的核算方法,并以南京市为例开展了城市系统碳循环与碳平衡的实证研究。结论如下:① 南京市城市碳储量呈缓慢上升趋势,2009 年为6937 万t,其中自然碳储量占88%,且总量基本保持稳定;人为碳储量(特别是城市绿地和建筑物碳库) 呈大幅增长趋势;② 垂直碳输入通量以植物光合作用和水域碳吸收为主,历年来基本稳定;水平碳输入通量大幅增长,2009 年为3043 万t,其中能源和木材碳输入呈增长趋势,而食物碳输入则呈下降趋势;③ 垂直碳输出通量呈增长趋势,2009年为3295 万t,其中化石能源碳排放占近80%,自然过程仅占6%;水平碳输出通量以能源制品、水产品和含碳废弃物为主,其总量呈明显下降趋势;④ 南京市历年城市碳输出均高于碳输入,且两者的差额呈现扩大趋势。总体而言,“隐流碳和加工需求碳”的比重有所下降,说明碳的利用率有所提升;⑤ 南京市碳补偿率明显下降,这表明自然生态系统的碳吸收能力不足以补偿人为活动的碳排放,城市碳循环压力在不断加大。     

西伯利亚北极河流有机碳输出特征及影响要素

河流有机碳输出是北极碳循环的重要组分,对气候变化十分敏感。本文利用ArcticGRO的径流及有机碳数据,通过数理统计分析等方法,对2004—2017年间俄罗斯西伯利亚地区的鄂毕河、叶尼塞河和勒拿河有机碳输出进行研究。结果显示：西伯利亚3大河流的年均有机碳输出总量约23 Tg,其中溶解有机碳（DOC）输出约18.55 Tg,占北极地区50%以上,接近颗粒有机碳（POC）输出的4倍。2009—2017年间的年均DOC输出量较1999—2008年存在较大差异,鄂毕河增加18%,叶尼塞河下降13%,而勒拿河增加了近70%。春、夏两季有机碳输出总量占全年85%以上,春季为有机碳输出高峰期,而在鄂毕河流域春、夏季贡献率相当。各流域河流有机碳输出特征不同且具有季节性变化,主要受径流、冻土及人类活动等的影响。其中,DOC输出总量在年际与季节性变化特征上均与径流变化呈显著正相关,随径流增加DOC浓度也相应增大;而多年冻土也因类型及分布差异对河流DOC与POC具有不同程度的影响。研究气候变化下的北极河流有机碳输出特征及影响要素,有助于深入理解北极河流有机碳输出对气候及环境变化的综合响应,为揭示气候变化下的北极碳循环过程奠定基础。     

基于CASA模型的植被第一性生产力人为影响定量研究——以石羊河流域为例

人类活动是影响植被净第一性生产力（Net Primary Productivity,NPP）变化的主要因子之一,定量计算NPP人为影响值具有重要意义。以石羊河流域为研究区,采用改进CASA模型计算理论NPP和实际NPP,并求得NPP人为影响值,分析了该流域NPP人为影响值的分布和变化规律。结果表明：（1）2001-2014年石羊河流域年均实际NPP为261.70 gC·m^-2·a^-1,总量为10.62 TgC·a^-1,NPP呈略微上升趋势。（2）人类活动对NPP的正向和负向影响都非常强烈,影响值介于-644.15~740.31 gC·m^-2·a^-1之间。在人为作用下,正向影响总量年均为1.93 TgC·a^-1,负向影响总量年均为3.16 TgC·a^-1,整体表现为明显负影响,表明该流域植被在人为作用下一直处于退化状态。（3）研究期间人为作用变化显著,人为正负影响绝对值之和呈减小趋势（年均减少速率为26 592 gC·m^-2·a^-1）,说明人类活动有所减缓;同时人为正负影响值代数和也呈减小趋势（年均减少速率为82 856 gC·m^-2·a^-1）,说明人类对植被的负影响效应正在减弱,表明治理初见成效。（4）研究期间人为负向影响减弱区面积占流域面积的41.04%,主要分布在下游荒漠区,说明下游植被NPP有所增加,生态环境有所改善。     

人类活动对鄱阳湖泥沙收支平衡的影响

以鄱阳湖流域内的赣江、抚河、信江、饶河和修水（五河）和鄱阳湖为研究对象,利用水文控制站的水文资料,分析了各流域内主要河流的入湖泥沙和鄱阳湖出湖泥沙特征,对鄱阳湖泥沙收支平衡进行了分析。结果表明：① 1955~2010年五河总入湖泥沙811.69 Mt,其中赣江（占59.7%）>信江（占13.7%）>修河（占10.2%）>抚河（占9.7%）>饶河（占6.7%）;② 径流量是影响入湖输沙量的最主要因素,入湖泥沙与入湖径流的季节特征一致;③ 水库的蓄水拦沙作用是五河入湖泥沙下降的主要原因,但水库对入湖泥沙的影响强度与水库库容和集水区的植被覆盖状况有关;植被覆盖变化对赣江、抚河、饶河和修河的入湖输沙量的影响明显;④ 1955~2010年,鄱阳湖总出湖泥沙560.10 Mt,其中1955~2000年出湖泥沙量呈降低趋势,但受鄱阳湖采砂影响,2001年以来出湖泥沙显著增加;丰水季长江水对鄱阳湖的顶托和倒灌,使出湖泥沙与出湖径流在时间上不同步;三峡工程的运行改变了（长）江（鄱阳）湖之间的水动力关系,长江倒灌泥沙显著减少;⑤ 受鄱阳湖采砂的影响,鄱阳湖泥沙平衡系统由净沉积转变为净侵蚀,1955~2000年入湖泥沙大于出湖泥沙,年均泥沙沉积约为1.41 mm;2001~2010年出湖泥沙大于入湖泥沙,加上采砂输出沙量,2001~2010年鄱阳湖泥沙净减少2 213.65 Mt。     

河流碳循环对全球变化的响应与反馈

河流连接陆地生态系统和海洋两大活动碳库,构成全球碳循环的一个关键环节。河流碳的输出及循环过程与近岸水域环境、海洋碳库变动及全球气候系统紧密相关。有机碳在全球碳循环系统中处于核心地位,了解河流有机碳通量及性质变化是目前河流碳循环研究的重要内容之一。流域面积的大小及气候和环境性质的差异对河流碳的输移及循环过程影响显著。目前,亚洲季风流域尤其是众多的小流域缺乏系统的有关悬移质生源要素的信息。陆地侵蚀-沉积过程控制着河流碳的主要来源和归宿。当前,人类活动主宰着陆地的侵蚀-沉积状况,这在很大程度上表现为加速了陆地生态系统碳库的扰动与再沉积,并加强了河流向海洋的碳输送。     

硝酸盐氮同位素指示的青海湟水河中可能的氮污染来源

系统测定了青海湟水河枯水期河水的硝酸盐(NO-₃)含量及其氮同位素组成(δ¹⁵N-NO-₃),详细分析了青海湟水河流域硝酸盐浓度及氮同位素组成的变化特征,基于此初步探讨了河水中可能的氮污染来源。结果显示,研究时段内湟水河河水的NO-₃浓度范围为0.1~38.0 mg/L,平均值为15.9 mg/L,约56%的河水样品中的NO-₃含量超过我国《地表水环境质量标准》中V类水氮含量的标准限值。湟水河河水δ¹⁵N-NO-₃值的变化范围为+2.7‰~+16.8‰,平均值为+8.5‰,反映出受不同氮来源的影响。总体而言,湟水河NO-₃浓度自源头至下游整体呈增大趋势,但各区段δ¹⁵N-NO-₃值的变化幅度却存在较大差异。对比分析发现,流域内河水较高的δ¹⁵N-NO-₃值可能指示河水中的硝态氮主要来源于工业生产以及人类生活排放的污水或粪便;而较低的δ¹⁵N-NO-₃值指示河水中的硝态氮主要来源于大气氮沉降或与农业活动有关的土壤。     

中国东南地区源头溪流五川流域的氮饱和特征

以九龙江流域典型的农业源头溪流——五川溪为研究区域,开展每月一次共2年的NO,一采样用于溪流氮饱和特征的研究．结果表明,2005年和2007年溪流的NO,一浓度分别为35．5～319．5μeqL^-1和5．0～353．6μxeqL^-1,根据Stoddard和Traaen提出的氮饱和划分准则,五川流域分别处于氮饱和阶段2／3和阶段2,接近氮饱和．氮饱和阶段随着NO。一浓度的增加而上升,五川溪流的氮饱和阶段存在着时间上的变化．河流生态系统中氮负荷增加,使河流达到氮饱和状态,并最终改变溪流系统硝化和反硝化等氮的生物地球化学循环过程．随着NO,一浓度的增加,五川源头溪流已成为流域内重要的NO3^-源．     

氮沉降和水位下降对湿地生态系统的影响

介绍了湿地生态系统及其氮沉降和水位下降的概况,综述了全球变化背景下的氮沉降和水位下降对湿地生态系统的具体影响。氮沉降能够在一定范围内提高生产力,具体表现在植物的地上生物量、净初级生产力、植株高度等方面,氮沉降还影响植被组成,使苔藓类植物向维管植物过渡;氮沉降通过两种方式促进微生物分解,一是解除微生物代谢的限制因素,二是改变微生物分解底物的质量;此外,氮沉降还影响温室气体(甲烷、二氧化碳、氧化亚氮)的通量。水位下降后,植被的光合速率降低,生长降低,促进微生物的分解,使温室气体二氧化碳、氧化亚氮的通量增加,使甲烷通量降低。     

流域生物地球化学循环与水文耦合过程及其调控机制

流域生态系统的水文和生物地球化学循环通过水文通量的物理作用紧密耦合,其时空尺度的物质和能量耦合为流域生物地球化学过程的物质平衡和能量流动提供重要基础。通过研究流域尺度生物地球化学循环—水文耦合过程,将更加深刻揭示水循环驱动下陆地—水生生态系统碳氮循环与人类活动及气候系统的生物学、物理学和化学过程的耦合机制。本文综合阐述了流域生态系统的时间、空间以及时间—空间尺度的生物地球化学循环与水文耦合特征,揭示营养元素循环在时间—空间尺度上的耦合特征,通过大气、陆地、河流、河口和海洋系统形成了一个连续体并由水、气体和气溶胶通量进行物理连接;分析流域营养物质的生物地球化学循环与水文耦合过程随着时空尺度在大气—陆地界面、陆地—河流界面以及河口—海洋界面的耦合变异性;最后通过流域生态化学计量特征及水陆交错带对营养物质输出的调控分析耦合过程的生物学调控机制,以提高对流域景观水平的生态水文、生物地球化学和生态动力学的理解。     

石家庄市地表水源氮、磷污染分布特征

氮、磷物质的输入是造成地表水源富营养化的主要原因,研究氮、磷污染分布特征对于了解其来源及其流失规律具有重要意义。笔者对石家庄市地表水源现状及环境背景水质进行了调查和分析,结果表明：岗南水库氮、磷污染丰水期比枯水期重;氮、磷元素形态及其流失形式均表现为非点源污染特征;汛期洪水输入是岗南水库氮、磷污染物的主要来源方式。     

树轮稳定氮同位素记录的进展与展望

树轮稳定同位素比率是研究气候变化与环境演变的有效代用资料,耦合分析树轮稳定同位素记录的信息可揭示森林生态系统碳—水—氮时空变化特征及相互作用,反映环境变化对植物特定化合物的生理影响。树轮稳定氮同位素比率（δ¹⁵N）与树木生长的环境条件密切相关,其变化可以反映长时间尺度森林生态系统氮循环的动态特征,弥补监测资料的不足。本文综述了树轮稳定氮同位素的分馏机理与测定方法,解析了树轮δ¹⁵N在样品预处理和测试中需要关注的问题,系统梳理与归纳了基于树轮δ¹⁵N进行气候变化、环境演变和人类活动氮排放研究的进展。指明中国树轮稳定氮同位素研究潜力及其在未来亟需着重发展的方向,旨在推动森林生态系统氮循环时空特征深入研究。     

应用15N稀释技术定量华北平原大气氮沉降的输入总量（英文）

本文采用定量氮沉降总量的ITNI（Integrated Total Nitrogen Input）系统,利用¹⁵N稀释原理和生物监测技术,定量研究了华北平原大气氮沉降的农田输入总量及其在推荐施肥中的作用。结果表明,以玉米和小麦为指示植物,监测到在玉米-小麦轮作体系中整个华北平原大气氮沉降的输入总量高达80-90 kgN ha^-1yr^-1,对玉米和小麦植物有效性的沉降氮总量约为50 kgN ha^-1yr^-1。以黑麦草为指示植物,监测到华北平原大气氮沉降的输入总量约为100 kgN ha^-1yr^-1,对其植物有效性的沉降氮约为76 kgN ha^-1yr^-1,占总沉降氮的77%。由于华北平原小麦季扬尘较多,因此干沉降可能是该时期大气氮沉降输入总量的主要贡献。     

气候变化下山美水库流域未来径流量变化

山美水库流域作为泉州市主要的供水源地,其水资源量的变化将对泉州市的社会经济发展产生重要影响。利用第五次耦合模式比较计划(CMIP5)中5个全球气候模式(GFDL-ESM2M、HadGEM2-ES、IPSL-CM5A-LR、MIROC-SEM-CHEM、NoerESM1-M)在典型浓度路径(RCP2.6、RCP4.5和RCP6.0)下气候预估结果,结合HSPF水文模型,开展了2020—2039年山美水库流域未来径流量变化研究。结果表明:(1)预估的年平均降水量较基准期(1991—2010年)增加4.30%,平均日最高温度和日最低温度分别增加2.34℃和2.09℃。(2)从月径流量来看,1—5月份径流显著的增加,6—8月份呈显著的下降趋势,此外夏季径流量的变化幅度大于其他季节。(3)未来灾害发生率达到53.13%,洪涝发生的概率大于干旱。(4)未来降水和气温以及径流预测中由GCMs引起的不确定性要大于RCPs。     

俄罗斯后贝加尔边疆区跨国界河流额尔古纳河流域生态系统状况（英文）

气候周期性变化以及人类活动共同影响着额尔古纳河流域的生态系统。流域管理的主要任务是减少来自工业和农业方面的环境负面影响。尤其是额尔古纳河—海拉尔河流域内矿业开发(包括矿石和沙金开采)、能源设施和水库设施建设等重大工程对生态系统负面影响较大。在自然和人为压力的共同影响下,水资源(水短缺和水污染)已成为额尔古纳河流域生态系统开发的限制性因素。     

Effects of Extreme Rainfall on the Export of Nutrients from Agricultural Land

通过流量和水质的同步监测,在径流小区和流域尺度上研究了极端降水事件对氮、磷农田土壤养分流失的影响。研究结果表明:在极端降水事件频发的6￣8月期间,坡地农田随地表径流流失的养分占全年总量的50%以上。水稻田的养分流失占全年的60%左右。而在极端降水量较大的年份,养分流失量也显著高于多年平均值。一年中3次最大降雨事件中输出的氮占全年总量的35.7%￣52.4%,输出的磷占全年总量的46.8%￣66.4%。强降雨过程中小流域出口处的氮、磷浓度随水文过程线的上升而增加,在退水过程虽逐渐下降,但长时间平稳地保持在一个较高的水平。伴随着大流量出现的养分浓度升高导致大量的氮、磷在极短的时间内流失,4次极端降水事件中氮、磷从小流域的输出分别为全年总量的29.2%和44.5%。根据气象预报优化农事活动管理措施,尽量减少在极端降水事件频发期进行翻耕、施肥等农事活动,是减少农田生态系统养分输出和降低农业非点源污染的有效途径。