利益相关者参与流域水环境管理的研究

中国环境管理过程中存在的问题主要有科学研究停留在水环境管理的认识层面,对于影响利益相关者参与效果的因素以及如何使利益相关者参与到流域水环境管理中来的研究存在不足。为了促进利益相关者参与流域水环境管理,政府应发挥主导作用,完善公众参机制和参与评价机制,通过整合各自不同的视角,协调利益相关者之间的利益冲突,产生更多创造性的方案来提高环境管理的决策质量,同时加强管理措施的实施效果,最终实现利益最大化。

环境因子对密云水库消落带沉积物-水界面氮交换通量的影响研究

为探究不同环境因子对水库消落带沉积物中氮迁移释放的影响,以密云水库消落带为研究对象,采用原状泥柱静态培养实验,并通过单一影响因素法,开展了温度、上覆水pH、溶解氧对沉积物-水界面氮交换通量的影响研究。结果表明:消落带上覆水和沉积物中无机氮含量在夏季(落干期)和秋季(淹水期)存在明显的差异,其中沉积物中NH_(4)^(+)-N含量变化最大,秋季较夏季下降80.4%,NO_(3)-N含量下降59.7%,淹水期间三态氮(NH_(4)^(+)-N、NO_(2)-N、NO_(3)-N)由沉积物释放到水中。温度、pH和溶解氧对消落带沉积物-水界面氮的迁移转化作用存在差异,升温促进NH_(4)^(+)-N释放并抑制NO_(3)-N释放,偏酸和偏碱条件会促进NH_(4)^(+)-N的释放,有氧条件会加剧沉积物-水界面三态氮的交换,促进三态氮的释放。密云水库消落带沉积物C/N为7.51~9.35,其表层水体中的有机质主要来源于水体内部生物残体。因此,未来应关注密云水库消落带沉积物内源释放风险,同时完善消落带湿地建设,减少消落带氮流失对水体的污染。

水库与河流沉积物中好氧甲烷氧化菌群落差异性研究

甲烷在自然生态系统碳循环过程中起着重要作用,氮素形态的差异影响了甲烷氧化菌的氧化作用.选取北京市密云水库和北运河两类不同污染类型的水体作为研究区域,采用克隆文库分子生物学的方法,探究氮素形态及其来源的差异对MOB细菌群落特征的影响.结果表明:密云水库与北运河沉积物中氮素形态有显著差异,水库中氮素以NO_3^--N为主,河流中氮素以NH_4^+-N为主;氮素形态的差异影响了MOB细菌的系统发育,密云水库沉积物中MOB细菌的高同源性菌群主要来自湖泊生态系统,与NO_3^--N有较强的响应关系,北运河沉积物中MOB细菌高同源性菌群主要来自污水处理厂废水和活性淤泥,与NH_4^+-N有较强的响应关系,不同环境中氮素对MOB细菌的影响主要依赖于氮素的主要存在形态及其主要来源.北运河等重污染河流中MOB细菌群落的联系更紧密更趋于模块化,对环境变化的敏感程度更高,微生物更脆弱,更容易受到水质变化以及人类活动的干扰.北运河沉积物中NH_4^+-N对MOB细菌氧化速率的抑制性强于密云水库沉积物中NO_3^--N对甲烷氧化的抑制作用.重污染的城市河流中高浓度的NH_4^+-N通过抑制甲烷氧化速率和促进产甲烷产生速率的双重作用影响了河流沉积物中甲烷的产生.

密云水库周边小流域大气氮磷沉降特征研究

大气沉降是氮磷元素进入水体的重要途径之一,为了解密云水库水源地周边大气氮磷沉降特征,选取土门西沟小流域为研究区域,设置降水、降尘自动采样器进行为期一年(2019年9月—2020年8月)的大气沉降收集,分析大气干、湿沉降中不同形态氮磷通量逐月和季节变化及其影响因素,估算大气氮磷沉降对小流域及密云库区氮磷输入的贡献.结果表明:①土门西沟小流域大气氮、磷年沉降通量分别为38.393和1.952 kg/(hm^(2)·a),氮磷干湿沉降通量季节性变化显著.②湿沉降受气象(降雨量、温度、降雨时间间隔)等因素影响,氮磷沉降通量表现为夏季>春季>秋季>冬季,温度升高、降雨时间间隔变长均会使氮磷湿沉降浓度增大,而降雨量大小与大气湿沉降通量直接相关.③干沉降受物质来源及气象等因素影响,氮磷沉降通量呈夏冬季高、春秋季低的特点,其中风向、风速是影响大气氮磷干沉降的重要因子.④经计算,土门西沟小流域大气氮、磷沉降贡献分别为1339.90和1.50 kg/a,分别占其氮、磷输出贡献的28.57%和0.39%,若不考虑空间差异性,预计大气沉降直接落入密云水库总氮(TN)和总磷(TP)的沉降量分别为551.18和28.02 t.研究显示,大气沉降是密云库区周边面源污染综合管理的重要一环,未来应引起足够关注.

不同气候模式对密云水库流域非点源污染负荷的影响

以密云水库流域内4个气象站1961-2000年40 a的气象特征分析结果为基础,采用统计分析和线性回归的方法,预测流域气候变化趋势,采用任意情景设置法设定25种气候情景(5种温度变化和5种降雨变化的组合情景)和3个水文情景年(丰、平、枯水年)。利用HSPF(hydrologic simulation program-fortran)模型模拟密云水库流域不同气候变化情景下径流量和非点源污染物负荷量的变化情况。结果表明:1)增加20%降雨,能增加73.4%的径流量,而减少20%降雨会减少56.3%的径流,而气温变化对径流和水质负荷影响不是很明显;2)总氮和总磷负荷随径流增加而增大,总磷负荷对径流变化更加敏感,降雨增加20%,总氮和总磷负荷分别增加约70.8%和78.3%;而减少20%降雨,会使得总氮和总磷负荷分别减少约55.3%和57.2%;3)从水文年对比来看,潮河流域丰水年径流量是枯水年的3.1倍,总氮、总磷负荷则分别是枯水年的2.9倍、3.5倍,白河流域丰水年径流量是枯水年的4.6倍,总氮、总磷负荷则分别是枯水年的5.6倍、8.5倍,且年内非点源污染负荷主要集中在汛期,高风险区主要分布在怀柔区、延庆县、滦平县以及密云县,需要对其采取对应的措施来控制非点源污染的影响。

基于模型的农业非点源污染最佳管理措施效率评估研究进展

随着点源污染的逐步控制,农业非点源污染已成为世界范围内关注的热点,由于其特有的时空异质性特点导致对其进行有效控制较为困难,最佳管理措施(BMPs,Best Management Practices)是实现流域农业非点源污染控制的有效手段,对拟实施的BMPs效率进行评估是实施流域非点源污染BMPs配置的前提。通过模型模拟的方法可对拟采用的不同措施的削减效率及经济成本进行评估以获取最具成本-效益的BMPs空间配置方案,为措施有效选择提供依据。通过对多种模型在工程型和管理型BMPs评估方面的研究进行论述表明,通常概念化模型多用于对污染源控制类措施进行评估,而机制类模型则可用于对不同时空尺度下的过程控制类BMPs进行评估;措施效率发挥的时间滞后性及模型模拟不确定性是模型模拟过程中需要重点考虑的问题,可通过增加野外监测点数量、监测频率、优化监测点位置并选择合适的评估指标以降低模型评估BMPs过程中滞后效应的影响;此外BMPs实施时间与空间位置的不匹配、时空尺度异质性、污染物形态及生态系统服务功能转换风险均需在BMPs评估过程中加以考虑。模型模拟是BMPs效率评估(包括非点源污染关键源区的时空识别)、污染物迁移转化以及成本效益分析的有效工具,同时对于流域非点源污染管理控制及BMPs实施利益相关者有效参与问题的分析也具有重要意义。

潮河流域净人为磷输入变化及其对河流总磷通量的影响

为了定量分析长期净人为磷输入(Net anthropogenic phosphorus input,NAPI)及其对河流总磷(TP)通量的影响,本研究估算了潮河流域1995—2014年的NAPI及河流TP通量,并分析其驱动因子。结果表明:潮河流域1995—2014年的NAPI量为4.93~10.74 kg·hm^(-2)·a^(-1),年均增长率为4.01%,其在时间上呈现上升趋势,空间上南高北低,90%以上的NAPI来自化肥和食品/饲料;潮河TP通量变化主要与流量有关,其均值为1.70×10^(-2) kg·hm^(-2)·a^(-1);潮河流域磷输出率(TP/NAPI)降低主要是由于水文气候因素对磷迁移过程的影响所引起的土壤和沉积物的强烈截留作用。研究表明,在潮河流域的磷素管理措施中,需要更加关注磷输入和滞留磷的协同管理。

非点源污染最佳管理措施成本-效益分析研究综述

农业非点源污染由于其特有的分散性及时空异质性等特点,对其进行有效的控制较为困难。最佳管理措施(BMPs,Best Management Practices)是实现流域农业非点源污染控制的有效手段。国内外相关经验表明,合理的BMPs配置能够有效控制农业非点源污染的影响。而对BMPs方案的成本-效益进行评估则是实现BMPs优化配置的前提条件。通过对目前国外及中国的成本—效益研究案例剖析基础上,分析了BMPs成本—效益研究的现状、意义以及局限性。结果表明:(1)目前BMPs配置的成本—效益研究多以"典型"区域或小尺度模型为基础进行分析,未考虑不同研究区之间的差异;(2)仅关注某种措施的生态效益,或者BMPs实施中所发生的直接成本(如:成本—收益、成本效益曲线),未考虑BMPs实施的外部成本;(3)对BMPs成本-效益评估的不确定性表征不足。基于上述评述,对中国今后流域非点源污染控制BMPs配置研究中成本—效益分析及相关政策的制定和实施提供了一些建议和启示。

再生水补给河流北运河COD_(Cr)降解系数变化及影响因素

化学需氧量(COD)是影响地表水体水质的主要污染指标.明确地表水中COD的降解系数,可为把握有机物污染过程变化以及有效控制污染提供科学依据.北运河是城市再生水河流,COD污染严重.以北运河从上游至下游的5个典型断面(马坊桥、火沙路、东关大桥、榆林庄桥、杨洼闸)为例,通过室内模拟实验,估算了不同断面COD_(Cr)降解系数,并对COD_(Cr)降解系数进行校正;测定了颗粒物沉降速率、复氧系数,评估了水体自净能力;分析了不同环境条件(温度、溶解氧、流速)对COD_(Cr)的降解影响.结论如下:北运河水体自净能力较差,颗粒物沉降速率范围为1.09～3.22 m/d,杨洼闸断面颗粒物沉降速率最低为1.09 m/d,其复氧系数偏低,为0.016 d^(-1).北运河水体COD_(Cr)降解系数符合一级动力学方程;经水力、温度经验公式校正后,COD_(Cr)降解系数范围为0.0184～0.0883 d^(-1),低于我国其他平原地区河流.北运河COD_(Cr)降解系数存在明显的空间差异性,上游断面的降解系数高于下游断面,不过下游北京界最后出水断面杨洼闸表现出闸坝特殊性,降解系数最高(0.0416～0.0883 d-1).水质参数中温度、溶解氧、氧化还原电位、营养盐以及总有机碳是COD_(Cr)降解系数的主要影响因子. COD_(Cr)降解系数随着温度、溶解氧、外源动力增加而增大; COD_(Cr)降解系数与营养盐、TOC呈显著正相关,与氧化还原电位呈显著负相关.研究结果可为我国相关城市再生水体水质改善和城市黑臭水体治理提供科学依据.

潮河流域人类活动氮输入对河流硝态氮通量的影响

为了有效评估流域内人类活动氮输入量,并确定其对河流硝态氮通量的影响,本研究将净人类活动氮输入分为人为点源和非点源输入两部分,估算了1995—2014年人为点源和非点源氮输入量变化,构建了其与河流硝态氮通量的多元回归模型(R^(2)=0.73),分析了该流域氮素输出及滞留的影响因素。结果显示,20年间潮河流域净人类活动氮平均输入量为5 569.27kg·km^(-2)·a^(-1),其中非点源输入约占净人类活动氮输入量的76.87%,点源输入占23.13%。在非点源输入中化肥氮输入占净人类活动氮输入总量的比重最大,约为35.92%,其次是食品饲料氮输入,占21.12%,大气氮沉降占15.05%,种子氮输入和农业固氮分别占4.35%和0.43%。潮河流域河流平均硝态氮通量为115.94 kg·km^(-2)·a^(-1),由人类活动导致的氮输入量约占潮河流域硝态氮通量的96.65%。流域内人类活动氮输入对河流氮通量影响较大,点源氮输入、化肥氮输入和种子氮输入是河流氮通量的主要来源。受水文气象及下垫面等因素影响,该流域滞留氮素对河流硝态氮通量的贡献率较大,多年平均占比为11.01%。

北运河沉积物中氨氧化微生物的群落特征

采用T-RFLP、RT-qPCR和克隆测序等分子生物学技术,以氨单加氧酶基因（amoA）为分子标记,研究了北运河表层沉积物中氨氧化古菌（AOA）和氨氧化细菌（AOB）的群落多样性、丰度、系统发育及其与环境因子的响应关系.结果表明,沉积物中AOB的群落多样性和丰度均高于AOA,是北运河沉积物中氨氧化过程的主要功能微生物.沉积物中氨氧化微生物群落结构沿干流和支流存在明显的空间分异,而AOA的种类组成空间差异较小;沉积物的氨氮（NH4＋）和硝态氮（NO3-＋NO2-）是影响氨氧化微生物群落特征的主要因子,AOB对环境变化的敏感性更高;AOA和AOB的amoA基因拷1贝数分别为1.32×10^5～ 1.91×10^6copies/g、5.39× 10^5～8.3×10^6copies/g.闸坝下游沉积物的氨氧化微生物丰度最高.系统发育分析表明,amoA基因序列多属于土壤/沉积物分支,较多AOB的克隆序列与土壤亚硝化螺菌属（Nitrosospira）的类群相似性可达98％.受污水处理厂退水的影响,部分amoA基因序列与污水处理厂废水和活性污泥中发现的类群同源性高.污染物质来源、支流汇入和闸坝拦截对河流沉积物氨氧化微生物的群落特征影响显著.

潮河流域非点源污染控制关键因子识别及分区

将GIS技术、Arc SWAT模型与分析技术相结合,以农耕养殖程度较高的北京密云水库上游潮河流域为研究区,通过对流域近20年非点源污染负荷时空变异情况进行模拟,识别影响非点源污染流失的关键因子,进行非点源污染控制区划.结果表明,总氮和总磷年均负荷量分别为563.3,28.7t/a,氮磷负荷空间分布特征表现为:丰水年以地势较高且农业耕作活动频繁区域为主,平水年和枯水年表现为靠近河道的农业用地与畜禽养殖区为主.采用多因素方差分析11种不同因素对流域非点源污染负荷的影响程度表明,施肥量是影响氮磷输出的最主要的因子,坡长、土壤类型、土地利用方式及坡度是影响氮磷输出的次重要因子;针对潮河流域长期传统耕作以及化肥过量施用的现状,土壤有机磷的含量也会对总磷的输出产生一定的影响.潮河流域可划分为3个污染控制区,第1类:污染控制区(以近河道耕种区为主,面积186.74km2),第2类:污染治理区(农村生活及畜禽养殖区为主,面积23.09km2),第3类:生态修复区(高坡度强降雨区为主,面积1365.25km2).该研究结果可有效提升流域非点源污染治理的效率,为水源地流域环境保护提供参考.

北运河沉积物中主要脱氮功能微生物的群落特征

应用分子生物学技术研究北运河沉积物中主要脱氮功能微生物,反硝化细菌和厌氧氨氧化细菌(Anammox)的群落特征,探讨了微生物群落的季节变化及其与环境因子的响应关系.结果表明,沉积物中反硝化细菌和Anammox的丰度和群落组成随季节变化差异显著.从夏季到冬季,反硝化细菌丰度逐渐增加,Anammox的丰度却逐渐降低;反硝化细菌的多样性均显著的高于Anammox的多样性,反硝化细菌是北运河沉积物中主要的脱氮微生物.从夏季到冬季,沉积物中氮和TOC含量均逐渐升高,温度是决定脱氮微生物群落特征季节变化的关键因子,TN与反硝化细菌的群落丰度显著正相关,C/N与Anammox的丰度显著正相关;反硝化细菌的群落结构主要受到硝氮和p H的影响,p H也是影响Anammox物种时空分布的主要因子.系统发育分析表明,两种脱氮微生物的主要类群均具有较高的耐污性和良好的脱氮效率,反硝化细菌主要从属于Pseudomonas和Halomonas,Anammox物种发育多样性较低,主要为浮霉菌门的Candidatus Brocadia.

北京市北运河水体中化学需氧量组分含量及其可生化性研究

于2013年3月18日、7月20日和10月26日,在北京市北运河上游河段干流和支流共设置19个采样点,利用NOVA400参数水质仪,测定水样中的化学需氧量含量;采用活性污泥生物处理法,利用BM-Advance呼吸仪,进一步测定计算和划分水样中的化学需氧量组分,并探讨其可生化性。研究结果表明,北运河水体中总化学需氧量含量较高,水质较差。各采样点水体中的化学需氧量中,溶解性不可生物降解组分含量都最高,易生物降解组分含量最低,说明北运河水体的可生物降解性较差。主成分分析结果显示,3月18日(雨季前)北运河可生化性较差,溶解性不可生物降解组分对水体的影响最大,贡献率为34.33%;7月20日(雨季中)可生化性无明显变化,易生物降解组分和异养菌对水体的影响较大,累计贡献率为41.35%;10月26日(雨季后)异养菌对水体影响较大,贡献率为31.62%。空间聚类分析结果显示,第一类采样点集中在北运河上游和下游,该区域主要为郊区,水体中溶解性不可降解组分含量较高,可生化性较差;第二类采样点主要在闸坝附近,颗粒性不可生物降解组分含量较高;第三类采样点集中在北运河中游地区,慢速生物降解组分和溶解性不可降解组分的含量较高,可生化性提高。

小流域非点源污染管理措施的多目标优化配置模拟

基于"风险评价—规划分区—分别管理"的非点源污染管理思路,采用非点源污染风险评价模型、最佳管理措施(best management practices,BMPs)评估体系及非支配排序遗传算法相耦合的方式,对北京怀柔区北宅小流域非点源污染进行不同空间尺度下最佳管理措施空间优化配置模拟,为小流域非点源污染最佳管理措施的实施,提供决策支持。研究结果表明:1)非点源污染潜力高风险区为距离河道较近受人为活动影响明显的居民区、养殖场和耕地,为重点管理区;2)根据污染物污染控制功效、成本投入以及景观美学功效3个方面综合评价结果对拟实施的BMPs进行综合评分排序,人工湿地、入渗池、绿屋顶、植物蓄留池等以下渗过程为主要污染控制机制类措施,可作为BMPs情景配置的优选措施;3)不同空间尺度下最佳管理措施空间优化配置模拟表明,流域层面BMPs最优方案为为生物滞留池0,湿式滞留池105 000元,占总成本的8%,入渗沟469 560元,占总成本的92%,总氮、总磷年污染负荷量综合削减率45%;村庄层面BMPs优化配置方案为生物滞留池3 105元,占总成本的0.8%;湿式滞留池21 000元,占总成本的5.6%;绿屋顶216 306元,占总成本的64%;透水性路面11 0736元,占总成本的29.6%。总氮、总磷年污染负荷综合削减率能够达到46%;农户层面BMPs优化配置方案为绿屋顶0元;雨水罐38元,占总成本的2.5%;生物滞留池675元,占总成本的44.5%;透水性路面805元,占总成本的53%。总氮和总磷两种污染物的年污染负荷削减率65%。

北运河闸坝区水体氨氧化微生物及硝化活性特征研究

采用分子荧光定量PCR对北运河闸坝区(上游沙河闸和下游杨洼闸)水体中氨氧化细菌(AOB)的amoA基因拷贝数进行定量测定,并研究了闸坝设置和排污口污水排放对AOB的amoA基因拷贝数,硝化活性(NA)和氮素转化的影响.结果表明,1在沙河闸段,AOB的amoA基因拷贝数呈现先上升后下降,排污口处又显著上升的空间变化特征,其变化范围为(1.84±0.09)×10~8^(7.12±0.36)×10~8copies·L^(-1),排污口处最高;在杨洼闸段,amoA基因拷贝数呈现先上升后下降最后趋于平稳的空间变化特征,其变化范围为(3.05±0.15)×10~8^(6.83±0.34)×10~8copies·L^(-1),下游100 m处最高.闸坝的设置和排污口污水的排放对AOB的amoA基因拷贝数和空间分布具有显著影响.2硝化活性(NA)的空间变化特征与AOB的变化特征相同.闸坝的设置和污水排放能促进水体的硝化过程,加快污染物质的降解.3沙河闸排污口处排放的NH_4^+-N可以作为AOB生长的氮源,提高硝化活性,加快NH_4^+-N全向NO_3^--N的转化,促进硝化过程的完全进行;杨洼闸段闸门的开启导致溶解氧的升高和内源NO_3^--N的释放,为AOB的生长提供氮源,提高硝化活性,但造成了NO_2^--N的积累.

城市河流沉积物中氮素与好氧甲烷氧化菌群落特征响应关系

由于人类活动的影响大量未经处理的废污水汇入城市河流,高浓度的污染物影响了河流中微生物对生物地球化学物质迁移和转化的介导作用.本文选取典型的城市河流——北运河作为研究区域,分析了北运河沉积物中氮素形态以及含量的空间和季节差异性,并结合克隆文库分子生物学的方法,探讨了氮素形态和含量的差异对好氧甲烷氧化菌(aerobic methane-oxidizing microorganisms,MOB)群落特征的影响.结果表明:北运河沉积物中铵态氮(NH_4^+-N)为氮素的主要存在形态,存在显著的空间差异,其含量在下游显著高于上游,但季节差异不显著.NH_4^+-N含量的空间差异对MOB的群落结构和群落分布有显著影响,对群落多样性影响不显著.NH_4^+-N含量的空间分布特征与MOB的群落聚类特征一致,NH_4^+-N对MOB群落分布的影响显著高于其他形态的氮素,其含量越高,则与MOB群落分布的响应关系越紧密.北运河中NH_4^+-N的来源影响了沉积物中MOB的主要来源,MOB高同源性菌群的来源与NH_4^+-N等主要污染物的来源一致.沉积物中MOB物种之间联系的紧密程度依赖于氮素的主要存在形态及其含量水平.NH_4^+-N含量较高的下游沉积物中微生物彼此之间关系及集聚程度更强,受外界环境变化的干扰程度更强,受人类活动引起环境变化的敏感程度更高.城市河流中氮素的形态和含量差异对甲烷的氧化过程有显著影响.探究城市河流沉积物中高含量的NH_4^+-N对甲烷产生及消耗的影响过程是控制河流温室气体排放的关键.

基于前期雨量和降雨历时的SCS-CN模型改进

径流曲线法(Soil Conservation Service Curve Number,SCS-CN)对前期产流条件(Antecedent Moisture Condition,AMC)的概化,导致径流预测出现相应的突然跳跃,同时还忽略了降雨历时作为重要组成部分对地表径流的影响,影响了模型径流预测的精度。密云水库是北京市地表饮用水的重要来源,对其上游流域进行降雨径流预测有着重要的生态意义和经济意义。该研究将SCS-CN模型与前期雨量和降雨历时结合,采用API(Antecedent-Precipitation Index,前期降雨指数)模拟土壤前期水分条件,并且提出了一种考虑次降雨事件中土壤前期雨量和土壤入渗量的静态渗透方程,对SCS-CN模型进行了改进。其中,潜在最大蓄水等于前期土壤水分和土壤潜在蓄水量的和,最大静态渗透速度是流域土壤水分达到蓄满时的静态渗透速度,静态渗透系数是与土壤结构、土地利用等相关的无量纲。利用2006—2010年及2014—2020年石匣流域径流小区的200次降雨径流事件监测结果,对该研究改进的模型与原SCS-CN模型以及两种前人改进的SCS-CN模型进行了校准、验证和性能比较。结果表明,4种径流模型中,该研究改进的模型表现最好,纳什效率系数为0.77,决定系数为0.79,均方根误差为3.21 mm,相比于SCS-CN模型纳什效率系数、决定系数分别提高了319%、97.5%,均方根误差降低了107.5%。参数敏感性分析表明,潜在最大蓄水和静态渗透系数是最敏感的两个参数,最大静态渗透速度的参数敏感性一般,初损率的参数敏感性最差。该研究改进模型在密云水库上游潮白河流域降雨径流模拟中具有一定的适用性,可为其他地区产流计算提供参考依据。

小流域不同土地利用类型氮素平衡特征

以土地利用类型为研究单元,在实际调查的基础上,对蛇鱼川小流域氮素收支进行估算,分析各土地利用单元中氮素的来源与去向,并对比不同土地利用单元中氮素的输入、输出及盈余强度。结果表明,养殖区氮素输入、输出强度最高,生态林最低,经济林氮素输入强度约是耕地的3倍。经济林和耕地的主要氮素输入源均为肥料输入,其中,经济林农家肥氮素输入占比达83.32%,耕地则以化肥输入为主(占56.44%),主要的输出源也为肥料施用损失;生态林主要输入源为固氮输入,占比高达70.05%,输出源主要为天然输出;居民区和养殖区主要氮素输入源分别为食品和饲料输入。流域内各土地利用类型均呈氮素盈余状态,而不同土地利用类型氮素盈余强度差异明显,其中,养殖区和经济林盈余强度较高,分别为4795.15和493.72kg·hm^-2,耕地次之(139.13kg·hm^-2),生态林和居民区较低,分别为77.17和68.52kg·hm^-2。人类活动是影响小流域氮素平衡的重要因素,减少施肥量,控制肥料损失,加强畜禽养殖系统内氮素管理是该流域氮素管理的重点。

输入数据精度与准确性对SWAT模型模拟的影响

以潮河流域为研究区域,利用潮河流域1990~2013年监测数据,构建SWAT模型,在模型结构和参数不改变的情况下,探究输入数据精度(DEM分辨率)与准确性(降水插值)对径流和总氮模拟结果影响.结果显示:DEM分辨率变化(30~300m)对径流及总氮模拟效果不同,对径流模拟影响不明显,纳什系数(ENS)和R^(2)可达到0.87以上;对总氮模拟结果影响较大,分辨率越精细,模拟效果越好.不同水文年,DEM分辨率变化对总氮负荷模拟表现不同.丰水年对总氮负荷影响较大,负荷量差异较为明显,枯水年影响相对较小;不同DEM分辨率下,年均(1993~2002年)总氮负荷强度空间分布相似,高负荷区均位于潮河中游,潮河上游及下游的负荷强度相对较低.不同降水输入数据站点分布、站网密度和准确性不同,流域内降水空间分布差异显著.总体上,基于站点较少的气象站插值数据与雨量站实测降水数据,径流和总氮模拟效果较为接近;基于SWAT官方雨量站插值数据,径流和总氮模拟效果较差.不同降水数据输入情景下,模拟的总氮负荷强度模拟的空间分布差异明显;降水量分布较高的区域,负荷量也较高;不同水文年下,不同降水输入对总氮负荷模拟表现不同.丰水年和枯水年,基于气象站插值数据的总氮模拟结果与基于雨量站实测数据的模拟结果较为接近,而基于SWAT官方雨量站插值的模拟误差较大;平水年,基于SWAT官方雨量站插值的模拟结果较气象站插值数据的模拟结果更好.该研究可为流域开展模型构建提供科学参考和借鉴.