平原造林工程影响下的河岸带土壤生态化学计量特征

北京主要河流河岸带实施平原造林工程后,对河岸带植被类型及土壤造成不同程度影响。研究河岸带原有及重建植被类型土壤生态化学计量特征,对河岸生态系统土壤碳氮磷平衡及固碳潜力提升提供科学依据。选取北京温榆河昌平段岸边原有植被类型3种样地(乔木林、乔灌林及草地),重建植被类型2种样地(乔木林与灌木林),共15个样方,采集3层(0—10,10—20,20—30 cm)土壤样品,分析并计算碳(C)、氮(N)和磷(P)含量及计量比。结果表明:原有与重建植被类型的土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)含量分别为3.810~10.320,0.223~0.700,0.551~0.692 g/kg,C/N、N/P、C/P分别为11.592~25.373,0.373~1.022,5.662~15.493;SOC与TN均在表层聚集,且同N/P、C/P一样表现出随土层深度增加而减少趋势,C/N反之,TP受土层深度影响较小;原有植被类型(乔木林)土壤SOC和TN均高于其他植被类型,在10—20,20—30 cm土层间C/N、C/P均显著低于其他植被类型(P＜0.05);原有植被类型(草地)在0—10 cm土层间N/P最低;重建植被类型(乔木林)土壤TP含量显著低于其他植被类型;重建植被类型(灌木林) C/N显著高于其他植被类型。研究结果揭示了研究区土壤N素为植物生长的限制元素,乔木、乔灌林下土壤有机质释放更多,P有效性更高,固碳潜力强;重建植被类型有机质矿化较慢,固磷能力更强。因而,建议温榆河河岸带采用乔木纯林和乔灌混交模式来积累土壤有机质,提高河岸带生态系统土壤质量及固碳潜力。     

河岸带耕地降雨径流产流特征分析

在孟津黄河漫滩的河岸带上开展了野外定位观测,研究了自然降雨情况下,河岸林地转变成农耕地前后降雨地表径流产流的污染特征。结果表明,河岸滩区具有较强的土壤人渗能力,径流产流的次降雨量临界值为20mm;滩区径流系数相对偏小：耕地平均3．5％,林地平均2．0％;在耕地开垦初期,由于雨滴的直接溅蚀,表土存在“板结”现象,径流系数增加较为明显。河岸滩区的降雨径流呈弱碱性（pH=8．0—9．5）,且盐分含量偏高;耕地径流和林地径流水质的差异表现在耕地径流具有较低的高锰酸盐指数和总氮含量;由于耕地的径流产生量明显大于林地,耕地径流的污染物（土壤颗粒物、有机物、总氮和总磷）产生总量约是林地径流的1．5-3．0倍。土壤翻动后的首次降雨通常会引起耕地较平时5—10倍的土壤颗粒物和总磷流失。林改耕后,径流颗粒物和总磷含量较参照耕地平均增加3倍,成为滨河漫滩农田开垦初期的应首要控制的污染物。河岸滩区在河岸缓冲、屏障和面源污染物削减方面具有重要的水文生态功能,因此在河岸滩区的开发进程中,应注重加强对原生河岸带的生态保护与管理。     

汾河河岸带土壤氮、磷的时空分布规律及其影响因素研究

为明晰汾河临汾段河岸带土壤氮、磷时空分布规律及其影响因素,采用现场检测、空间分析及数理统计方法,探讨了自然河岸带及强人工干扰河岸带土壤氮、磷的化学计量学特征、时空分布特征及其与土壤、水文特性的相关性。结果表明:(1)各水期强人工干扰河岸带土壤TN、TP储量及其变异系数均大于自然河岸带,自然河岸带土壤氮、磷元素的生态化学计量存在弱稳态性;(2)汾河临汾段河岸带土壤TN、TP含量随枯水期—平水期—丰水期表现为先减小后增大的趋势,横向来看河岸带近岸土壤TN、TP含量大于远岸部分,土层深度方向上TN、TP含量随土层深度增加而减小;(3)河流水质、土壤容重和土壤孔隙度是影响汾河河岸带土壤TN含量的相关因子,土壤容重、土壤孔隙度和N/P是影响河岸带土壤TP含量的相关因子。研究结果表明汾河河岸带土壤氮分布与河流水文特性有一定的响应关系,土壤磷分布与河流水文特性无明显的响应关系。     

次降雨条件下鲁中南山区砂质壤土赤松林地产流与氮磷流失特征

为了研究水源地上游林地产流及其氮磷运移规律,采用人工模拟次降雨试验方法,选择鲁中南山区泰安市黄前水库上游药乡小流域赤松林地作为研究对象,以荒草地为对照,对其地表径流和壤中流及其氮磷流失特征进行研究。结果表明:(1)次降雨条件下赤松林地地表径流量低于荒草地,而荒草地壤中流量低于赤松林地,赤松林地及荒草地土壤入渗量与植被覆盖度呈正相关。随着降雨的进行,赤松林地和荒草地地表径流产流量不断增加且趋于稳定,壤中流产流时间比地表径流晚,径流量较平稳。(2)次降雨条件下地表径流全氮(TN)流失量呈现初期输出浓度较高,随降雨的进行,输出浓度减少并逐渐趋于稳定状态,壤中流呈现相对稳定的状态。TN流失量与输出浓度呈正相关。赤松林地地表径流及壤中流TN流失量均低于荒草地。(3)次降雨条件下赤松林地地表径流全磷(TP)的输出浓度与流失量呈正相关;赤松林地地表径流及壤中流TP流失量均低于荒草地的。(4)赤松林地及荒草地前期降雨TN、TP总流失量均低于次降雨的;次降雨TN总流失量是前期降雨的1.11倍;次降雨TP总流失量是前期降雨的1.15倍。同时,次降雨赤松林地TN、TP流失量均低于荒草地的。因此,与荒草地相比,赤松林地具有较好的调控氮磷流失的作用。     

安吉赋石水库板栗林地地表径流污染物特征研究

在浙江省安吉县赋石水库库尾选择有代表性的板栗(Castanea mollissima)林地设置径流小区,对自然降水条件下地表径流中污染物的流失特征进行观测、研究.结果表明:2012年3-10月共观测到10次产生地表径流的降雨事件,降雨量从28.2 mm到303 mm不等;径流水中TN、NH4+-N和COD浓度与降雨量均呈现显著正相关(p=0.05),TP浓度与降雨量则呈现显著负相关(p=0.05),而NO3--N与降雨量之间没有表现显著相关性;污染物浓度COD(6.12～11.14 mg/L)＞TN(2.163～5.371 mg/L)＞NH4+-N(0.733～4.220 mg/L)＞TP(0.276～1.742 mg/L)＞NO3--N(0.035～0.433 mg/L).这些结果表明,单一经营的板栗林地表径流污染物中N、P浓度均超过引起水体富营化的阀值,对水库面源污染和水质变化形成潜在压力.     

河岸带不同植被下土壤酶特征及其去污效果

通过测定河岸带常见植被类型下的土壤酶活性,比较其去污效果,分析土壤酶活性与TN、TP、NH4＋-N、COD等农业面源污染物去除率的相关性。结果表明,不同植被类型表层土壤酶活性存在显著差异（P〈0.05）,灌草、草本酶活性较大,乔灌草次之,乔草最小,而不同植被河岸带对农业面源污染物的去除率也表现出基本相同的规律,因此对农业面源污染去除效果最好的河岸带植被类型配置应为灌草或草本（芦苇）;不同植被深层土壤酶活性基本不存在显著差异。由相关性分析可知,TN、NH4＋-N去除率与表层土壤脲酶活性呈显著相关关系,而COD去除率与土壤脲酶的相关性不显著;TP、COD去除率与土壤磷酸酶活性的相关性显著。研究结果为利用土壤酶活性强度作为评价河岸带净化效果的指标提供了理论依据。     

喀斯特山区不同土地利用方式下土壤质量变化及其对水环境的影响

对贵州中部喀斯特山区不同土地利用方式(阔叶林地、灌木林地、灌丛草地、耕地)对土壤、地表径流和浅层地下水进行采样与分析。结果表明,在喀斯特山区土地利用模式从阔叶林地—灌木林地—灌丛草地方向的演变过程中,土壤有机质、速效氮磷钾、交换性钙镁含量出现明显的下降,粘粒含量增加,土壤质量出现退化,耕地有机质含量明显低于林地和草地;耕地地表径流中SO42-,NH4 ,PO43-,COD均显著高于林地和草地;浅层地下水的SO42-,NH4 ,NO3-,PO43-,COD也显著增加;土地利用由林地变为耕地后,地下水质量出现一定程度的下降。     

河岸带对地表径流截污的小试模拟以及不同基质处理表渗流能力的比较

采用潮白河河岸带土壤,设置不同基质填充类型的小试模拟装置,依照北京市降雨径流水质进行模拟径流配水,研究不同基质材料处理径流污染的能力,同时比较表渗流去除污染物的差异,以期强化河岸带截污能力,减少进入水体中的外源污染物。结果表明,将对照以及火山岩、砾石、石灰石、白云石和沸石作为改造基质的系统截污能力进行比较,总体而言,对于污染物的去除效果较佳的是沸石组,其在TN、TP以及COD的去除方面均表现出了一定的优势。对NH_4~+-N而言,处理效果最好的是沸石组,去除率达到了60.65%。同时,土壤组的表渗流量比为1.73,而沸石组的表渗流量比为1.02,COD和氮磷污染物的总去除率均与表渗流量比呈显著负相关。对河岸带选择合适基质进行一定的改造,不仅有利于提高截污性能,还可以降低表渗流量比值,提高下渗水量,从而利于地下水的补充。     

缓冲带截除农业面源强污染的效果

为了摸清草皮缓冲带对农田径流冲击负荷的耐受能力,通过工程尺度的现场试验,研究了高浓度污染负荷冲击对百慕大草皮缓冲带截除农业面源污染物能力的影响。结果表明:在高浓度污染负荷下,百慕大缓冲带能有效地截留农田径流中的悬浮固体(suspended solids,SS),SS浓度变化趋势与一般浓度污染负荷基本一致,前端下降速度较快,后端逐渐趋缓,2种污染负荷条件下末端出水SS质量浓度均在90mg/L以下,高浓度污染负荷冲击对农田径流SS的去除基本没有影响。缓冲带对高浓度氮磷污染负荷具有一定的净化效果,径流途径总氮(total nitrogen,TN)、氨态氮(ammonia nitrogen,NH4+-N)、总磷(total phosphorus,TP)的末端去除率为23%、16%和26%,分别为一般浓度污染负荷下末端去除率的59%、55%和70%;百慕大草皮缓冲带对渗流途径TN、TP具有一定的净化效果,2种浓度污染负荷下渗流水TN、TP浓度变化趋势基本一致,两者无显著差异(p>0.05),但TP去除速率较TN慢。该文为滨岸缓冲带的优化设计、维护管理及推广应用提供了依据。     

不同土地类型氮磷的输出及富营养化风险分析

在自然降雨条件下研究澄江尖山河流域4种不同土地类型输出地表径流的TN、TP、NO3--N、NH4+-N及溶解态磷(DP)的特征,并利用TN/TP和Inorganic-N/DP、NO3-N/DP、NH4+-N/DP等比率对4种土地类型输出径流的养分限制性和富营养化风险进行分析.结果表明,不同土地类型在防治不同土壤养分流失的能力上存在差异,NO3--N、NH4+-N、DP的输出浓度随着径流中TN、TP浓度的增大而增大;人工林和次生林输出的径流对抚仙湖水生自养生物的生长具有磷元素限制性,坡耕地输出径流的限制性不明显或受氮、磷元素共同限制,灌草丛输出的径流表现出氮元素限制性;4种土地类型输出的径流皆存在富营养化风险,且灌草丛输出径流的风险水平最低;次生林及灌草丛输出径流的各种N/P比受降雨量调控,降雨量、产流量及产沙量对人工林输出径流的各种N/P比影响不大,但对坡耕地输出径流的各种N/P比有重要影响.     

人类活动对河岸带植被氮磷生态化学计量特征的影响——以汾河临汾段为例

[目的]探究自然河岸带和强人工干扰河岸带土壤—植被系统氮、磷生态化学计量的变化规律,为该区域的河岸带修复和环境保护提供科学依据.[方法]利用相关分析和偏冗余分析等方法,以汾河临汾段典型河岸带为例,探讨自然河岸带及强人工干扰河岸带土壤—植被系统氮、磷含量的时空分布特性及其影响因素.[结果]河岸带植被总氮(TN),总磷(T...     

不同植被过滤带对农田径流中泥沙和氮磷的拦截效果与途径

在我国农业面源污染已经成为水环境质量恶化和湖泊富营养化的重要原因,其中氮磷对地表水富营养化的贡献超过了50%。通过浑水冲刷试验,研究了3种禾本科植被过滤带((黑麦草Lolium perenne Linn.)、偃麦草((京草2号)Elytrigia repens(L.)Nevski)、无芒雀麦(Bromus inermis Leyss.)对径流、泥沙以及氮磷的拦截效果,同时分析了3种植被过滤带拦截氮磷的主要途径。结果表明:(1)与裸地相比,3种植被过滤带均能显著提高径流与氮磷的拦截率。3种植被过滤带之间对径流、氮磷拦截率没有显著差异。黑麦草过滤带泥沙流失量显著低于无芒雀麦过滤带;同时径流、泥沙与氮磷拦截率之间存在显著正相关关系,表明植被对径流和泥沙的拦截一定程度上决定对氮磷的拦截量;(2)径流过程中磷的流失量均低于氮的流失量。氮的流失主要以溶解态氮为主,占总氮流失量的90%以上;磷的流失则主要以颗粒态磷为主;(3)植被过滤带拦截氮磷的途径不同,氮主要通过增加土壤入渗的途径来拦截,磷则主要通过植物茎秆基部进行物理拦截;(4)京草2号对氮的拦截效果优于黑麦草和无芒雀麦,而黑麦草则在磷的拦截方面表现突出。因此在植被过滤带的优化设计方面可以考虑黑麦草与京草2号2者混播以达到最佳的拦截吸附效果。     

三峡库区消落带典型草被对氮磷污染物迁移的影响

为明确三峡库区消落带草被对农业面源污染防治的作用,采用野外放水冲刷试验,分析草带对地表径流中氮磷的拦截率和冲刷前后氮磷含量在土壤内的空间变化,研究消落带典型草被对氮磷污染物迁移的影响。结果表明:(1)草带拦截污染物的效率总体较好,对NO_3~--N的拦截率最高,达93.5%～99.3%。拦截率与草带宽度成正比,与冲刷强度成反比。(2)冲刷前后TN、TP、NO_3~--N和NH_4~+-N污染物含量的变化率最大值分别为2.30,1.96,5.01,4.75,均出现在小区下坡。随着草带宽度增加以及冲刷强度的减弱,污染物含量的变化率增大。(3)各氮磷污染物在0—10 cm土层的变化率较大,变化范围为0.91～5.01。TN、TP和NH_4~+-N在10—30 cm土层的变化率普遍接近1,而NO_3~--N在该土层依然存在较大的变化率。(4)RDA结果显示,影响冲刷前后污染物变化最大的因子是土层深度,其次是坡位、草带宽度、冲刷强度。综上,消落带草被能够有效拦截污染物并促进其向土壤内部迁移,在消落带草本植物恢复及面源污染防治过程中应注意增加消落带草被覆盖宽度,减小高强度降雨径流的影响,促进污染物在上坡位被拦截并进一步向土壤内部迁移,降低污染物向上覆水释放的风险,为三峡库区消落带草本植被恢复及农业面源污染防治提供理论依据。     

不同宽度草皮缓冲带对农田径流氮磷去除效果研究

在前期调查及试验研究的基础上,通过设置不同宽度的混播草皮缓冲带,研究其对农田径流总氮、总磷的去除效果。结果表明:在总氮、总磷进水平均浓度分别为17.89,1.04 mg/L的试验条件下,3～12 m宽度的混播草皮缓冲带对总氮、总磷具有一定的去除效果,且随着缓冲带宽度的增加而不断提高,其中对渗流水总氮、总磷的去除效果优于地表径流水,当草皮缓冲带宽度为12 m时,对农田径流中总氮、总磷的去除率可达80%。最后通过数值拟合的方法计算当总氮、总磷去除率均达70%时,混播草皮缓冲带所需的适宜宽度。     

3种典型河岸林土壤氮磷的空间分布格局及其影响因素

通过等距离梯度密集采样,结合主成分分析和相关性分析,研究了3种河岸林土壤全氮和全磷的空间分布及其影响因素。结果表明,3种河岸林全氮储量表层显著高于中层和底层;全磷储量层次性不明显。3种河岸林中,云杉河岸林土壤的氮磷储量最大,青杨辽东栎混交林次之,落叶松辽东栎最小。影响全氮分布的主要因子为有机质和植被盖度;影响全磷分布的主要因素为土层厚度和土壤容重。     

草带措施对坡耕地产流产沙和氮磷迁移的控制作用

植被在坡面的位置对坡面保持水土的作用是不同的。动态监测澄江抚仙湖一级支流尖山河小流域坡耕地降雨-径流过程及水土流失量,研究草带措施对云南红壤坡耕地产流产沙和氮磷迁移的削减作用。结果表明:草带调控处理下雨季降雨量、总产流次数、径流深和土壤侵蚀量较原状坡面明显减少,次降雨下,宽草带的径流控制率和土壤侵蚀控制率分别为79.19%和64.55%,窄草带的径流控制率和土壤侵蚀控制率分别为85.15%和73.77%,坡耕地土壤侵蚀量变异系数>径流深变异系数>降雨量变异系数,原状坡面变异系数间增幅差异为31.42%,宽草带调控措施作用下变异系数间增幅差异为20.37%,窄草带调控措施作用下变异系数间增幅差异为19.11%,窄草带对坡耕地径流和泥沙的调控能力更强;宽草带和窄草带2种草带作用下,径流氮磷迁移浓度差异不显著,较原状坡面相比,草带措施明显控制氮磷迁移通量,径流总氮迁移通量控制率分别为81.23%和81.68%,铵态氮迁移通量控制率为78.25%和59.50%,总磷迁移通量控制率为71.36%和82.03%;径流泥沙速效养分含量明显增加,较原状坡面相比,草带措施能明显控制径流泥沙氮磷迁移通量,且径流泥沙氮磷迁移控制率较径流氮磷迁移控制率高,径流泥沙全氮迁移通量控制率为98.43%和94.30%,碱解氮迁移通量控制率为98.43%和93.10%,全磷迁移通量控制率为96.43%和89.77%,速效磷迁移通量控制率为90.34%和57.43%。