我国东部典型农业流域河流氮输出对人类活动和气象因子的响应

非点源氮污染是农业流域水质退化的主要环境风险之一。本研究通过对2003—2016年浙江省嵊州市长乐江流域净人为氮输入量(net anthropogenic nitrogen input,NANI)和河流出口断面氮输出量的监测,探究河流水质对NANI和驱动非点源污染的气象因子的响应关系,并建立响应模型以分析河流氮的污染源。结果表明:2003—2016年,该流域NANI均值为95.77 kg/(hm^(2)·a),其中施肥、净人类食品和畜禽饲料、大气氮沉降、生物固氮和种子氮的输入氮量均值分别为53.90、25.62、11.94、4.18、0.13 kg/(hm^(2)·a)。流域内河流氮平均输出量为2178.78 t/a;河流氮输出与流域NANI和降水量呈正相关,与蒸发量和风速呈负相关。响应模型(R2=0.8010,纳什效率系数=0.7991)的模拟结果表明,流域内的历史遗留氮、当年NANI和河流背景氮分别占河流氮输出总量的66.8%、30.8%、2.4%。流域内的历史遗留氮不仅是河流氮污染的最大贡献者,还会长期影响河流水质,这说明河流水质对流域氮减排措施的响应具有明显的滞后效应。因此,实施长期的控氮措施是防治农业流域河流氮污染的重要策略。

河流氮输出对流域人类活动净氮输入的响应研究综述

人类活动引起的生态系统氮输入对水环境有着重要的潜在影响,而目前,我国流域氮污染的研究多从微观角度进行探讨,而从宏观尺度或流域角度诊断流域系统存在的问题研究尚处于起步阶段,直接导致了对流域存在的生态问题把握不清、流域污染程度和潜在污染情况含糊不明.基于此,本文综述了河流氮污染与人类活动氮素输入的响应关系及其影响因素,这对于从流域尺度诊断生态环境、摸清氮流动的过程中自然气候和人类活动扮演的角色及调节过程,并最终提出科学的管理方案具有一定的理论和实际意义.

1980~2015年长江流域净人为氮输入与河流氮输出动态特征

为推进长江氮污染的精准防治,分析了1980~2015年的净人为氮输入量(net anthropogenic nitrogen inputs,NANI)和大通站河流可溶性无机氮(DIN)输出通量的年际动态变化特征,构建了定量描述两者之间动态响应关系的多元回归模型,识别了河流DIN来源组成.结果表明,1980~2015年期间,长江流域NANI(以N计)从1980年的4166 kg·(km^(2)·a)^(-1)持续增加至2015年的8571 kg·(km^(2)·a)^(-1),人口密度和畜禽养殖密度增加是NANI快速增加的主要原因.化肥氮和净食物/饲料氮输入是NANI的主要来源,69%的NANI进入农林地(NANIN),31%的NANI进入人居地(NANIP).长江DIN输出通量(以N计)由1980年的455 kg·(km^(2)·a)^(-1)持续增加到了2015年的1811 kg·(km^(2)·a)^(-1).长江DIN输出通量的时间变化不仅与NANI及其组分密切相关,而且受到遗留氮库和建坝库容的影响.基于NANIN、NANIP和建库容量的多元非线性回归模型能解释长江DIN输出通量92%的时间变异性.该模型估算结果显示当年NANI、遗留氮库和自然背景源对长江DIN输出通量的36 a平均贡献率分别为58%、36%和6%.因此,加强NANI和遗留氮协同管理是有效控制长江氮污染的关键.

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。

人类活动对杭州城乡复合系统陆源氮排海的驱动分析

对过去28年间(1980～2008)杭州城乡复合系统陆源氮(N)向杭州湾的排量进行了系统的估算,并分析了陆源N增加的社会经济驱动力及相应的控制对策.结果表明,杭州城乡复合系统陆源N排海量从1980年的1.1×104t增加到2008年的3.7×104t,其中,农业面源污染对于N排海量的贡献在28年间一直保持在50%左右,但生活污水的点源N排放量却迅速增加,其2008年的贡献率已达到42%.目前,农田过量施肥、养殖业废水排放及与种植业的N循环脱钩、生活污水处理率低以及污水处理厂出水N浓度标准过宽等是杭州城乡复合系统陆源N排海量迅速增加的主要原因.杭州城乡复合系统陆源N排海量与GDP增长趋势之间的关系显示出污染控制技术和政策调控的功能得到了强化.杭州城乡复合系统的排N量仅占杭州湾陆源N总量的38%,杭州与周边的嘉兴、宁波、绍兴和部分上海地区在2008年共有超过10×104t的活性N排入杭州湾.通过技术革新、政策调整以及环保意识建立来对快、慢变量(相对系统动态而言,发生快速、慢速变化的因子,通常相当于直接驱动与间接驱动力)进行协调控制,是推动杭州湾区域经济环境可持续发展的关键对策.