我国三个典型流域人类活动净氮输入量估算及其影响因素

【目的】人类活动氮素过量投入是引起面源污染的重要原因之一。阐明人类活动净氮输入量的时空分布特征及其影响因素,为解决面源氮素污染问题提供数据支持。【方法】利用人类活动净氮输入量(net anthropogenic nitrogen input,NANI)模型,通过统计年鉴和文献综述获得NANI相关数据和参数,对农业化的香溪河流域、城镇化的太湖流域和全面推进农业绿色发展模式的洱海流域的净氮输入量进行评估。【结果】从NANI强度上看,3个典型流域NANI平均值按照大小排序为:太湖流域(13241 kg·km^(-2)·a^(-1))、香溪河流域(2183 kg·km^(-2)·a^(-1))、洱海流域(1582 kg·km^(-2)·a^(-1))。从来源上看,氮肥施入(Nfer)和食品/饲料氮(Nim)是NANI最大来源,占比58%—97%,对NANI贡献从大到小排序为:氮肥施入、食品/饲料氮输入、氮沉降输入、作物固氮输入。从时间尺度看,2019年同2010年相比,香溪河流域NANI中食品/饲料氮输入比例下降23个百分点,氮沉降比例上升34个百分点;洱海流域NANI中氮肥施入比例下降86个百分点;太湖流域NANI中食品/饲料氮输入比例上升31个百分点,作物固氮量和氮沉降输入比例下降14个百分点和12个百分点。从影响因素上看,3个典型流域NANI与城镇人口密度均呈现显著相关性(P<0.05),且随城镇人口密度的增加NANI随之升高;耕地面积占比与NANI的拟合上,香溪河流域有显著影响(P<0.05),但洱海流域和太湖流域均无显著影响(P>0.05)。【结论】香溪河流域中昭君镇、峡口镇和黄粮镇,洱海流域中下关镇、上关镇和凤仪镇,太湖流域中张家港市、嘉兴市秀城区、杭州市拱墅区和上海市南汇区是NANI的关键源区;以农业为主的香溪河流域化肥施入是NANI的主要来源;城镇化程度较高的太湖流域食品/饲料氮和肥料氮投入是NANI主要来源;农业绿色发展措施可显著减少人类活动净氮输入量。因此,在关键源区大力推广农业绿色发展措施,同时有效降低饲料和肥料的投入量,有利于控制农业面源污染。

太湖蠡河小流域水质的空间变化特征及污染物源解析

为了解太湖流域河流中污染物的来源及时空变化特征,于2014年在太湖湖西区蠡河小流域开展水质监测,对从上游到下游的5个监测点汛期和非汛期水体中的总磷(TP)、氨氮(NH_4^+-N)、化学需氧量(COD)浓度的变化规律及其影响因素进行了研究.结果表明,监测期间流域水体中TP、NH_4^+-N、COD的浓度均值为0.176、1.075、10.626 mg·L^(-1),水质状况总体较好,未超过Ⅳ类水标准.从上游到下游TP、NH_4^+-N浓度逐渐升高,下游水质较差,均属于劣Ⅴ类水质;而COD浓度较低,未超过Ⅳ类水标准.受降雨的影响,污染物浓度在汛期略高于非汛期.在非汛期,污染物浓度从上游到下游逐渐升高,而在汛期,各监测点污染物浓度没有明显的变化趋势.随着居民地面积的增加,林地面积的减少污染物浓度逐渐升高.流域人口密度、畜禽养殖与水体中污染物浓度显著相关.蠡河流域农业面源污染的主要来源是生活源和畜禽养殖源.

典型入湖河流水体氮素变化特征及其对降雨的响应:以太湖乌溪港为例

以2010~2015年太湖主要入湖港口乌溪港的水质监测数据为基础,结合当地降雨资料,分析了乌溪港水体中氮素的时间变化特征及其对降雨的响应.结果表明,乌溪港水体污染情况严峻,总氮年均值在4.41~5.92 mg·L^(-1)之间,远超地表水环境质量标准Ⅴ类限值2 mg·L^(-1),氨氮在1.09~1.72 mg·L^(-1)之间.总氮和氨氮浓度呈现明显的季节性变化规律,春冬季节浓度高,夏秋季节浓度较低.2015、2011、2012年总氮浓度均值分别为5.92、5.47、5.82 mg·L^(-1),显著高于2013年4.45mg·L^(-1)和2014年4.41 mg·L^(-1),2011年氨氮浓度均值为1.72 mg·L^(-1),显著高于2013年1.19 mg·L^(-1)和2015年1.09mg·L^(-1).随着降雨强度的增加,总氮浓度呈现先降低后升高最后又降低的趋势,氨氮浓度则先升高后逐渐降低.此外,氮素浓度呈现非汛期高于汛期的特征.

洱海流域乡镇尺度上人类活动对净氮输入量的影响

人类活动引起的氮素过量输入已经成为引起水体富营养化及其他生态危害的主要原因.为了研究人类活动对流域氮素的影响,本文基于洱海流域16个乡镇行政单元的统计数据,考虑流动人口的影响,利用NANI模型估算洱海流域乡镇尺度的人类活动净氮输入量(net anthropogenic nitrogen inputs,NANI).结果表明,2014年洱海流域NANI总量为29.81×10~3t,单位面积输入强度(以氮计)为10 986 kg·(km^2·a)-1,显著高于我国平均水平.当地旅游人口带入的食品氮输入为0.26×10~3t,占到了流域居民食品氮输入的8%.从氮素的输入量的构成来看,肥料输入是最大的贡献源,占到了流域净氮输入的47%,其次为食品饲料的净氮输入.在空间分布上,乡镇单元的NANI分布呈现明显区域化特征,从流域整体上看呈现北高南低的特点.耕地或人口集中的乡镇NANI强度偏高,洱海流域具有较大的氮素污染风险.