基于荧光指纹的土门西沟小流域农业面源溯源研究

于2022—2023年采集密云水库的典型农业小流域土门西沟小流域内源样品构建指纹库,采集7、8月河道6个重点断面水样进行三维荧光光谱测定,通过平行因子分析解析小流域氮素来源。结果表明:研究区氮平均质量浓度为7.92 mg/L,主要形态为硝态氮;通过结合荧光激发发射矩阵与平行因子分析共解析出4种荧光组分,主要包括两种类腐殖质组分(C1、C2)及类蛋白组分(C3、C4),C1与农业有机肥施用有关,C2与堆肥有关,C3、C4主要来自农村生活污水或未分解的尿素化肥;研究区农村生活污水荧光指数平均值约为2.16,土壤浸提液荧光指数平均值约为1.83,农村生活污水在8月对农业面源约贡献35%;小流域丰水期水质波动主要与类腐殖质C1、C2组分相关,应对研究区有机肥带来的农业面源给予关注并加强管控。

密云水库集水区基于LUCC的生态服务价值动态演变

为实现土地利用/覆被变化的生态可持续发展,以生态服务价值当量为基础,利用4期土地利用数据和马尔科夫模型对密云水库集水区生态服务价值动态变化进行了评估。结果表明:该区4期(1972-2008年)各土地利用类型间整体演变方式由复杂到简单,强度由强到弱,均逐渐向林地转化。1987、2000、2008年及验证并预测的2020年生态服务总价值较1972年分别增加1.9%、14.4%、18.9%和18.6%。林地占总价值比例最高,达65%以上;水文调节、维持生物多样性和保持土壤3项生态服务价值占总价值的50%左右。前3个时段内影响生态服务价值变化的主导因子为林地,预测2008-2020年间将为草地。

北京密云水库石匣小流域空间数据库的初步建立

将地理信息系统引入本区非点源污染研究。利用Arcview地理信息系统进行重点小流域的地形地貌三维分析。运用卫星遥感影象,经解译处理得到研究区土地利用现状及其空间分布数据,对石匣小流域的非点源污染现状进行研究,建立一个包含非点源污染信息的数据库。利用GIS空间分析能力,综合分析数字高程模型(DEM)、坡度、土地利用、各种分级专题图,研究它们之间的相互关系,确定流域非点源污染的分布规律及重点控制区。

密云水库北京集水区典型植被土壤入渗特征研究

通过对密云水库北京集水区5种典型植被类型入渗特征的研究表明,密云水库水源涵养林林地土壤的初渗速率在13~20 mm/min之间,改变微地形后,土壤的渗透性能得到明显改善。密云水库北京集水区土壤渗透性和持水功能最好的是侧柏林,最差为荒草坡和农田。对3种渗透模型拟合结果表明,考斯加柯夫公式和菲利普公式对该地区土壤入渗前期拟合较好,而随着时间推移,霍顿公式的拟合结果更接近于实测值。

北京密云水库集水区降水及干旱时空分布特征

作为北京唯一的地表饮用水源地,密云水库对北京城市可持续发展十分重要。采用PERSIANN-CDR月降水数据序列及4种尺度(月、季节、1/2年、1年)的标准化降水指数(SPI),对该区域1983—2017年间的降水及气象干旱的时空分布规律进行系统的分析,并采用关联M-K检验方法对月尺度的降水和4个尺度上的SPI值进行时间序列变化的显著性检验(0.05水平上)。结果表明:研究期内密云水库流域集水区的年降水量总体上围绕着多年平均降水量479.37 mm上下波动,统计学上没有显著的变化趋势,但在21世纪初的10年内表现为连续偏低的趋势;月降水的多年均值在空间上的分布呈现从东北部向西南部降低的趋势,但时间序列上的变化趋势统计学上并不显著。不同尺度上的SPI均显示长时间持续干旱主要发生在本世纪初的10年内,这与降水的变化趋势基本一致。这一时段恰恰是该区域生态建设项目开始大规模实施的主要年份,因此干旱对区域内重大生态工程实施效果及生态服务的影响,特别是对该时段内密云水库水量及水质的影响应该成为今后研究的重点。

密云水库流域“稻改旱”生态补偿农户参与意愿分析

近年来,北京市政府在密云水库上游实施"稻改旱"生态补偿项目,确保城市供水安全,而上游农户能否积极参与,是该项目成功的关键。基于农户调查数据,运用选择实验模型分析了密云水库上游河北省丰宁县3个乡镇农户"稻改旱"项目的参与意愿特征。定量估计了"合同期限"、"是否可以中途退出"、"参与项目土地比例"、"化肥减量使用"、"是否可以浇水"和"补贴金额"共6个选择属性对农户参与意愿的影响。除"参与项目土地比例"外,其余属性均对农户项目参与意愿有显著影响。以此为基础,估计出各个具有显著影响选择属性的边际效应和边际接受意愿。结果表明:(1)农户青睐"可以中途退出"和"短合同期"的选择属性,反映出项目蕴藏的可持续性风险。可通过创造更多符合本地劳动力特点的非农就业机会加以解决;(2)"不可以浇水"和"减少化肥使用"已成为阻碍农户参与的两个因素。现阶段可先通过技术培训的方式,从改善农户环境意识入手,以减少农户生产行为对项目成效的不利影响;(3)补偿金额对于动员农户参与的效果较为有限,而其它几个选择属性却表现出较好的农户动员参与特性。因此,可尝试增强农户自主参与决策,并引入弹性合同机制,以有效吸引农户参与,同时节约补偿资金使用;(4)不同乡镇对"稻改旱"项目表现出差异化的参与意愿。与农业乡镇相比,非农产业乡镇的补偿期望相对较高。因此,今后应考虑改变以往不分区域"一刀切"的做法,设计多样化的补偿策略。

北京水源保护地土壤重金属空间变异及污染特征

应用传统统计，并采用地理信息系统（GIS）与地统计学相结合的方法，初步研究了密云水库一级保护区0-20cm、20～40cm、40—60em耕层和亚耕层土壤Cu、As、Pb、Ni、Cd、Hg、Zn等重金属的空间分布规律、垂直空间分布规律及其污染特征，结果表明：各层土壤重金属含量空间变异程度均为中等，它们具有一定的空间自相关格局，其含量虽然受到人为因素的影响，但还没有达到破坏其原有空间格局的程度；采用Kriging最优内插法得到了一级保护区内土壤养分含量的空间分布图，表明：研究区土壤不同层次上除M外，Hg、Cd、Cu、Zn、As、Ph具有相似的空间变异特征，表现为北高而东南低的空间分布格局。Hg、Cd、As三种重金属分别在白河流域及其支流不同土壤层次上的空间集中分布更为明显，这与白河流域矿产活动频繁及水土流失有关，而与干鲜果园、菜地、大田、消落地等不同的农地利用类型无关；根据地累积指数法评价表明，密云水库一级保护区内Pb、As、Hg、Cd、Cu、Zn等重金属尚未造成污染，而Cd已造成中度污染到强污染，而且Cd在亚表层出现了富集现象，应引起有关部门重视，加强管理和执法力度，防止盗采现象发生，做好一级保护区上游矿区环境的监测，及时进行尾矿修复治理工作。