太湖地区农业源污染核算研究进展

太湖地区水体污染严重,控制太湖污染、改善太湖水质,对发挥太湖的综合服务功能,促进全流域经济可持续发展和社会稳定具有重要的战略意义.充分把握和核算太湖地区农业源污染排放量、入河量及其时空分布是落实太湖地区污染物科学减排从而进一步改善太湖水质的基础.本研究总结和概述了太湖地区农业源污染现有的核算方法、产排污参数、控制途径等,结合太湖地区农业源污染构成、排放与布局的复杂情况,提出综合运用各种核算研究方法,充分考虑各污染来源,确定农业源污染的产污量、排污量和入河量,并通过建立分期、分区、细分类型的农业源污染排放、入河参数,为科学确定农业源污染减排指标以及制定减排措施提供依据.     

小流域农业面源污染监测断面设置与污染物通量估算研究进展

流域尺度面源污染的监测是系统认识农业面源污染的发生、迁移及转化过程,并对其进行有效控制的重要基础.当前,田块尺度的面源污染监测方法比较成熟,而流域尺度的监测,尤其是监测断面的布设及采样频率设置等方面的研究较少.本文详细梳理了小流域采样断面布设、采样频率优化和河流断面通量估算3方面的主要进展.1)从小流域样点布设来看,包括常规监测采样设计、针对性监测采样设计和融合前两种类型的监测采样设计3种类型,点位布设方法上有遗传算法、模糊逻辑法、熵值法和模型法等,样品采集方式包括随机采样、复合采样、综合采样以及连续采样4种类型,其中复合采样应用广泛;2)从采样频率来看,1～2周一次的采样频率即可精准获取污染负荷通量,若需要进一步提高精度,可在水文/水质变异大的时期提高监测频率及在特殊断面加密布点;3)在通量估算上,当前主要的计算方法有平均法、插值法和回归/曲线法3类方法,其中流量加权的浓度估计法、插值算法和LOADEST法是简便且精确的方法,方法的选择上也可根据不同时期流域污染源特征进一步优化.     

稻虾轮作模式面源污染排放特征及其能值评估

为探明稻虾轮作模式面源污染排放特征并合理评价该模式的环境可持续性,通过对江汉平原稻虾轮作模式小龙虾养殖排放尾水中总氮(TN)、总磷(TP)、COD和氨氮(NH₃-N)浓度进行监测,对稻虾轮作模式稻田养殖小龙虾的排污系数进行了估算,并采用等标污染负荷法进行了主要污染物解析。运用能值分析方法对稻虾轮作模式进行了包含面源污染的能值评估,对比单季稻模式,对其可持续发展能力进行了定量评价。结果表明：江汉平原稻虾轮作模式小龙虾养殖排放尾水中TN、TP、COD和NH₃-N的浓度范围分别为0.53～5.36、0.12～0.70、6.60～78.39和0.34～1.75 mg/L,TN、TP和COD平均排放浓度高于《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅲ类水质标准。等标污染负荷法分析结果表明TN的等标负荷比最高,是稻虾轮作模式面源污染控制的关键污染物。稻虾轮作模式小龙虾养殖排放尾水中TN、TP、COD和NH₃-N的排污系数分别为2.994、0.458、35.132和1.405 kg/t,表明稻虾轮作模式面源污染排放系数较低,对...     

太湖沉积物-水界面生源要素迁移机制及定量化——1.铵态氮释放速率的空间差异及源-汇通量

采集柱状芯样,室内静态模拟不同温度下太湖沉积物铵态氮释放.结果表明,经面积加权,5℃、15℃和25℃下氮的交换速率分别为-16.0±17.6mg/穴m2·d雪、12.6±6.9mg/穴m2·d雪和34.1±20.8mg/穴m2·d雪,不同湖区其释放速率差异极大.受外源污染影响较大的水域,氮释放量随温度的升高而增加;受死亡残体沉降和分解影响明显的草藻型湖区,氮的年释放通量较大.全太湖沉积物-水界面NH4 -N的年净通量为9960.3±4960.0t,其中成汇的通量值约为-911±637.9t/a,大部分泥区在一年中至少经过了一次的源-汇转换过程.     

发展新型无废弃物农业 减少面源污染源——访中国科学院院士陈文新

过去的30年,中国利用占世界9％的耕地,解决了占世界总人口20％的13亿国人的吃饭问题,而且到2012年已经保持了粮食连续9年增产,为中国经济增长和社会稳定提供了保障。但这30年问,化肥、农药的使用量不断提升,牲畜粪尿、秸秆等废弃物也大量增加,已造成农村和农田的广泛面源污染和土壤肥力下降等严重问题,恶化了生态和城乡人民的生活环境。     

特大地震对震源邻区的增(减)震作用的研究

通过研究中国大陆1910年以来8级以上特大地震和国外几组典型特大地震对震源邻近区域的影响,发现特大地震往往发生在断裂带上,一组或一次特大地震可能使发震断裂部分破裂,而未破裂断裂的构造应力可能增大,又成为大震的空段,该空段短时间内可能会发生大震(起到增震作用);反之,发震断裂完全破裂或没有大震空段,震源邻近区域构造应力可能减小,短时间可能不会发生大震(起到减震作用)。依据这一结果,可对特大地震发生后震源邻近区域的后续大震作短、中期预测。     

复合型前置库系统去除面源主要污染物的研究

以江苏省溧阳市塘马水库水源地水质安全保障工程为背景,针对水库型水源地面源污染存在的主要问题,构建以沉淀区、浅水区、深水区、潜流人工湿地及生物填料组成强化净化区的复合型前置库分区净化系统,研究面源主要污染物去除规律,为工程示范提供技术参数.结果表明,系统滞水时间为1 d时,去除氮、磷、COD_Cr均有良好效果,分别达到了67.2%、68.2%及89.3%,滞水时间为2~3 d时各污染物去除率增加较少并趋于稳定.引入潜流湿地及强化净化区明显提高了SS、氮、磷、有机物的去除效果,特别是提升了对小颗粒(粒径小于15μm)的去除效果,基于上述研究结果,建议工程示范中滞水时间为2~3 d,并适当优化系统分区结构,提高复合型前置库的净化效率及面积利用率.     

太湖梅梁湾沉积物中重金属的赋存相态及其对污染历史的示踪

本文以梅梁湾沉积物中的重金属元素为研究对象,利用五步连续提取的方法将梅梁湾沉积物中的重金属元素分水溶态、可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机物结合态和残留态六种相态.应用210Pb、137Cs定年法相结合,通过对百年沉积物的连续提取及元素富集系数的分析,得到重金属元素在不同相态中的含量随时间的变化.与历史时期人类活动相比较,重建了自19世纪末期到2000年的人类活动影响流域环境的历史,证实了重金属元素含量变化主要受人类活动的强度和方式制约.具明显影响的人类活动分三个时段,其中最为严重的时段是自1977年至今.与无锡历年工业产值变化的对比分析表明,各相态中重金属含量的相似变化记录了梅梁湾受湖湾沿岸居民的经济生产活动影响,污染程度日益加剧,且工业废污水中重金属主要以铁锰氧化物结合态进入太湖生态系统中.     

发展新型无废弃物农业 减少面源污染源——访中国科学院院士陈文新

正过去的30年,中国利用占世界9%的耕地,解决了占世界总人口20%的13亿国人的吃饭问题,而且到2012年已经保持了粮食连续9年增产,为中国经济增长和社会稳定提供了保障。但这30年间,化肥、农药的使用量不断提升,牲畜粪尿、秸秆等废弃物也大量增加,已造成农村和农田的广泛面源污染和土壤肥力下降等严重问题,恶化了生态和城乡人民的生活环境。根据2007年中国污染普查的结果,全国农业排放的化学需氧量(COD)占全国排放总量的43.7%(1320万吨);农田排放的氮、磷分别占总量的57.2%和67.4%(270万吨和28     

基于SWAT模型的南四湖流域非点源氮磷污染模拟

本文利用SWAT模型结合实测数据,对南四湖流域2001-2010年年均非点源氮磷污染进行模拟,分析了南四湖流域非点源氮磷负荷空间分布特征,计算各河流流域对南四湖湖区污染的贡献率,并对非点源氮磷污染严重的关键区进行识别.研究表明:(1)先模拟湖东和湖西的两个典型小流域的非点源氮磷污染,并将模型推及整个南四湖流域,该方法不仅提高了计算效率,且得到了较好的模拟结果.通过对比发现,湖东的模拟效果要好于湖西,一定程度上说明SWAT模型在起伏较大的地区能取得更高的精度.(2)南四湖流域非点源氮磷污染严重,几乎所有区域的氮负荷超标,40%以上的区域磷负荷超标严重.湖东非点源氮磷污染较湖西严重,其中洸府河流域是南四湖湖区非点源氮磷污染的主要贡献者.(3)通过对径流量、泥沙负荷、氮负荷、磷负荷的相关分析可以得出,南四湖流域非点源氮负荷以溶解态为主,随径流进入水体;非点源磷负荷以吸附态为主,随泥沙进入水体.     

太湖沿岸区浅层底泥重金属污染分析及生态风险评价

近年来太湖底泥重金属污染越来越受到各方关注.为了解太湖沿岸区底泥重金属污染状况,基于2018年太湖全湖污染底泥勘察项目中重金属监测数据,对梅梁湖、竺山湖、西部沿岸区、南部沿岸区、东太湖、贡湖6个太湖沿岸湖区浅层(0～30 cm深度区间)底泥中Hg、Cd、As、Pb、Cu、Zn、Cr、Ni 8种重金属元素含量进行分析,运...     

太湖典型地区工矿企业废水中主要污染物排放特征研究——以江苏溧阳市为例

在调查了江苏省溧阳市化工、纺织等18家典型工矿企业废水中TN、TP、 CODMn等主要污染物质排放强度及特征基础上,估算了溧阳市工业行业的万元产值排污系数及TN、TP、CODMn的年排放量. 2000年度溧阳市全市工业行业年排放TN 479.9t, TP 40.8t, CODMn的1529.7t,约占太湖外源性污染负荷的2%-3%. 造纸、印染、化工、纺织等行业的万元产值排污系数较其它行业为高.被调查企业排污口废水中TN、TP、CODMn等污染物排放强度具有夜间高于白天等日变化特征.     

基于水质荧光指纹法的湖泊污染溯源研究——以太湖流域滆湖为例

随着社会经济和城市化进程的快速发展,湖泊水环境污染问题日益突出,加剧了湖泊原有功能的退化和丧失,因此污染治理成为了湖泊功能恢复和可持续发挥的必要条件,但如何实现污染精准溯源又是污染治理的重要前提。为此,本文以太湖流域滆湖为例,采用一种新兴技术——水质荧光指纹法开展湖泊污染溯源。于2021年累计采集滆湖周边70个农业、13个生活、3个企业排口的瞬时出水构建污染源荧光指纹库,连续12个月采集滆湖湖体8个样点水样分析水体荧光组分。通过平行因子分析共解析出4种污染源指纹和滆湖5种水体组分,经荧光相似度(塔克同余系数)分析进一步明确滆湖主要受到种植业面源、生活源和工业源的影响。此外,荧光强度与叶绿素a浓度和藻密度的强相关性表明藻类繁殖活动也会影响滆湖。从不同污染源对滆湖的时空影响特征来看,种植业面源主要在春、夏季影响西部、中部水域,生活源主要在夏、冬季影响西部、北部水域,工业源主要在特定月份(3 4月、10 12月)影响西部水域,藻类繁殖活动主要在夏季影响湖体。通过荧光组分与水质参数的时空相关性分析得到农业源和总磷、总氮,生活源和氨氮、有机物参数(BOD₅、COD_...     

湖泊湿地的水质净化效应——以太湖三山湿地为例

为了解湖泊湿地的水质净化效果,以太湖三山湿地为研究对象,综合利用遥感、GIS技术、现场水质监测、实验室分析和模型模拟等方法,分析三山湿地对污染物的拦截净化效果,进而探讨湖泊湿地对水体氮、磷污染物的削减渠道及其贡献率.结果表明三山湿地对太湖水体和三山岛生活污水均有明显净化效果.2014年三山湿地的总氮(TN)、总磷(TP)输入通量分别为549.45和19.4 t,通过水草打捞/收割分别去除20.99和4.52 t,湿地水体内TN、TP变化量分别为528.46和14.88 t,这部分营养盐输出途径包括沉积到底泥、降解转化、水体交换等.湿地的TN、TP拦截能力分别为2723.56和102.48 kg/(hm2·a).水生植物收割打捞与底泥疏浚是提高湿地水质净化能力的有效措施.水动力模拟结果显示,三山湿地建成后使附近水域水体流向发生变化,流速减小,对湿地内水质产生多方面的作用.     

特大洪水对浅水湖泊磷的影响:以2016年太湖为例

2016年太湖发生特大洪水,水位达到历史第二,入湖水量比平均年多60.8亿m3而从2016年开始太湖磷指标改变了2010年以来平缓下降的趋势出现回升,也就是出现所谓"磷反弹"的问题为了研究磷反弹和特大洪水之间的关系,本研究从2016年入湖水量、水质、磷通量、水中磷存量以及磷在太湖中的迁移过程出发,对大洪水前后太湖磷的变化进行分析结果表明:洪水期间入湖河道带来大量的磷是引起磷反弹的主要原因由于洪水的影响,2016年磷净入湖通量比往年平均水平多出579.2 t,约达到1683.0 t其中,两次洪水贡献极大,约占全年水平的50%(6 7月和10月的洪水分别带入580.5和268.2 t磷)磷反弹的另一个原因在于太湖存在较高的磷滞留率,磷在入湖后很难经由出湖河道排出从入湖后磷的归趋上看,洪水过程中高磷浓度水块尽管存在由太湖西北部向东、南部迁移的过程,但途中水体磷浓度出现显著降低(即滞留现象),导致高磷浓度水块未能到达出湖排泄区(太浦港、望虞河等)全年净入湖磷通量中仅有小部分(205.3 t)直接引起水体磷浓度上升,而其余的大部分则滞留于底泥之中,明显高于往年水平2016年滞留在太湖内的磷很可能...     

富营养化浅水湖泊藻源性湖泛的短期数值预报方法——以太湖为例

本文建立了一种富营养化浅水湖泊藻源性湖泛的短期数值预报方法.选取表征藻源性湖泛的代表性指标叶绿素a和溶解氧浓度作为预测变量,以天气预报中的风场为驱动力,求解浅水湖泊三维水动力水质耦合数值模型,计算未来3 d浅水湖泊叶绿素a和溶解氧浓度的时空分布,然后结合未来3 d的气象因子信息建立经验公式,计算湖泛易发水域发生湖泛的概率,并进一步确定湖泛发生位置和面积.以太湖为例,采用构建的方法于2013 2014年夏、秋季对太湖7段湖泛易发水域的湖泛发生概率及发生面积进行未来3 d的预测预报,预报正确率在80%以上.     

大型浅水湖泊中浮游细菌群落的空间格局及其驱动机制——以太湖为例

浮游细菌在驱动湖泊物质循环、指示湖泊水环境质量等方面发挥重要作用,探明其在湖泊中的空间分布格局及其驱动机制,是揭示湖泊物质循环过程及水环境状况的关键。浅水湖泊具有水动力扰动强烈的生境特点,其中的浮游细菌群落空间格局的形成机制尚未明晰。本研究以大型浅水湖泊——太湖为研究对象,通过对全湖开展系统的野外调查,结合高通量测序技术、多元统计分析方法及生态学模型构建,系统探明太湖浮游细菌的空间分布格局,并揭示格局形成的驱动机制。结果显示：（1）太湖西北部湖区（藻型湖区）与东南部湖区（草型湖区）之间浮游细菌群落结构存在显著差异,而这两个区域内各湖区间及湖心区与周边湖区间之间的浮游细菌群落结构差异不显著,太湖浮游细菌群落结构整体上呈现较弱的距离衰减规律;（2）太湖草、藻型湖区及湖心区中浮游细菌群落结构分别与叶绿素a、透明度及总悬浮物显著相关,总体上环境变量对太湖浮游细菌群落空间格局的相对贡献率大于空间变量;（3）尽管确定性过程中的异质化选择、随机过程中的非主导性过程以及扩散限制对太湖浮游细菌空间格局的形成均产生重要影响,但总体上随机过程对格局形成的相对贡献更大;（4）太湖无序风场驱动的水力混合作用导致...     

平原河网区降雨径流污染负荷测算——以太湖流域望虞河西岸为例

如何精细量化降雨径流污染负荷是流域尺度实现面源精准治污全过程控制的重要前提.本研究以水污染较为严重的望虞河西岸综合示范区为例,通过开展不同土地利用类型的降雨观测实验,修正SCS-CN模型中的初损率,并基于土地利用类型遥感解译和降雨径流污染物浓度测定,精细刻画降雨径流中总磷(TP)、总氮(TN)、氨氮(NH3-N)、化学...     

设施农业生产区降雨径流和氮磷输出特征及模拟——以滇池东岸花卉大棚种植区为例

为掌握滇池流域花卉大棚种植区的非点源污染特征,提高和改善滇池水环境质量,本研究选取呈贡县斗南村花卉大棚种植区作为研究对象,在实测降雨径流数据的基础上,通过建立Storm Water Management Model模型分别对全年连续降雨条件下和典型设计降雨条件下的降雨径流水质、水量进行了模拟.研究结果表明:1)模型的流量、化学需氧量(COD_(Cr))、悬浮物(SS)、总氮(TN)和总磷(TP)的Nash-Sutcliffe效率系数分别为0.858、0.835、0.803、0.712和0.752,能够较好地模拟研究区域的水质、水量变化.2)研究区域的平均径流系数为0.59,CODCr、SS、TN和TP的单位面积负荷率分别为118.34、82.90、54.64和5.46 kg/(hm~2·a),TN和TP是主要控制的污染物.3)各污染物浓度峰值的出现时间均早于流量峰值出现的时间,因此对滇池东岸花卉大棚种植区应进行污染物尤其是TP、TN浓度与流量错峰控制.