半干旱草原内陆河潜流交换研究——以内蒙古锡林河为例

潜流交换对于地表水和地下水水质以及河流廊道的生态环境有重要作用。针对半干旱草原河流潜流交换作用研究不足的现状,选取锡林河作为典型草原河流,利用水动力学法和温度示踪法对锡林河上游试验河段的垂向潜流交换过程进行定量研究,并讨论了两种方法的适用性。结果表明,试验期间主要为地表水补给地下水,垂向潜流交换主要发生在河床表面以下20~100 cm。受砂质河床流动性较大和空间异质性的影响,河道不同位置的潜流交换速率及其对降雨的响应各不相同。水动力学法与温度示踪振幅法得到的河段垂向潜流交换速率具有一致性:分别为-0.2~0.4、-0.1~0.4 m/d。相比于易受河床形态和水动力学特性影响的水动力学法,温度示踪法具有准确、便捷的特点,更适用于半干旱草原河流的潜流交换研究。

重庆市退耕还林工程实施的生态和经济效益分析

为了给进一步推动退耕还林工程的实施提供科学的理论依据,以西南地区重庆市为研究区域,通过收集退耕还林相关监测数据、重庆市历年统计年鉴资料和历年环境状况公报等,并结合野外参与式农户调查,对该区域退耕还林的生态和经济效益两个方面进行了分析与探讨。结果表明:退耕还林不仅明显提高植被覆盖率,也对水土保持、改善土壤质量状况、净化大气和固碳释氧起到积极作用。生态林在此次退耕还林中为主要林木类型,但经济林生长势和覆盖度整体上要好于生态林。乔灌混交林所占比例较低;退耕还林后,耕地面积减少,但粮食产量逐渐恢复到原有水平。人均收入显著增长,年均增长率达31.9%。林业产值也在逐年增加。退耕还林的实施对生态环境、当地经济兼具有促进作用,但相关部门还需进一步提高乔灌混交林的比例,并加强对生态林的管护。另外,采取有效措施来提高林业产值。

牧区河岸潜流带硝酸盐氮和氨氮浓度对水文过程的响应机制

在牧区和灌溉农业区,大量含氮的畜禽排泄物和氮肥从土壤进入地表水和地下水,是流域面源污染的主要来源。河岸潜流带是削减氮素污染负荷的有效屏障,厘清河岸潜流带对氮素的迁移转化和去除作用是控制流域氮素污染的关键。本研究选取位于典型草原牧区的锡林河上游河段,开展了夏汛期河水与河岸地下水的水位、氨盐(NH_(4)^(+))和硝酸盐(NO_(3)^(-))浓度,以及相关环境因子的连续监测,并利用FEFLOW建立了河岸潜流带水流和氮素溶质反应运移模型。利用实测数据拟合的模型能够准确再现河岸潜流带水位和两种主要氮素浓度的动态变化。结果表明:(1)夏汛期河岸带氮素污染风险较高,河岸带NH_(4)^(+)浓度从降雨前的0.2 mg·L^(-1)升高到降雨后的7.23 mg·L^(-1),NO_(3)^(-)浓度从1 mg·L^(-1)升高到8.27 mg·L^(-1)。(2)实测和模拟结果均显示潜流带中氮素动态与降雨、地表水-地下水交换等水文过程密切相关,且NH_(4)^(+)和NO_(3)^(-)浓度对暴雨事件的响应机制不同。(3)降雨期间,流动性较强的NO_(3)^(-)在淋滤作用下从河水和地表入渗进入河岸带,导致浓度显著升高。同时,降雨事件加强了河水-地下水的交换作用,通过控制营养物质的输入影响氮素生物地球化学循环,从而调节河岸潜流带NH_(4)^(+)和NO_(3)^(-)浓度的变化。本研究初步揭示了牧区河岸带对于氮素的水文和生物地球化学过程的缓冲作用机制,为牧区氮素污染控制提供了科学参考。

草原曲流河垂向潜流交换及其氮素迁移转化

潜流带是地表水与地下水之间发生水分和物质交换的关键区域,研究河流潜流带氮素转化对于改善河流水质,维持水生态系统稳定具有重要意义.为探究半干旱区草原曲流河潜流带内的氮素迁移转化过程,以锡林河弯曲河段为研究对象,结合水动力学和水化学法,分析了潜流带内的垂向潜流交换模式及氮素转化特征.结果表明:非降雨时期垂向潜流交换以微弱的上升流为主,平均水力梯度为-0.023.降雨和上游来水可能导致交换方向逆转,出现下降流,平均水力梯度为0.086.垂向潜流交换速率随深度增加而递减,河床表面以下20、50和100 cm处的平均交换速率分别为0.102、0.041和0.017 m·d^(-1),100 cm是垂向交换的下边界.潜流带中可能存在氨化、硝化、反硝化及异化还原反应,50 cm是热点反应深度,出现生物地球化学梯度的逆转.草原曲流河的垂向潜流带是NO_(3)^(-)的汇,且对NO_(3)^(-)的去除作用存在空间差异,深层沉积物的去除作用强于浅层.上升流和下降流条件下的NO_(3)^(-)平均去除率分别为34%和28%.曲流河段顶点处相对于入流及出流处,其垂向交换较弱,而氮素浓度较低,可能是曲流驱动下生物地球化学反应发生的热点位置.