氮磷生源要素在华北地区源头溪流系统中的滞留特征研究

以景观复杂性的观点研究氮磷等生源要素在流域源头溪流生态系统中的迁移、转化过程，揭示氮磷等污染物在源头溪流中的动态过程和滞留规律，探索人为活动干扰对源头溪流养分滞留的影响。主要研究内容包括：不同类型源头溪流中生源要素在不同介质中的时空耦合关系，分析主要人为活动对源头溪流养分影响；研究不同类型源头溪流在不同干扰下的养分滞留机理和机制，发现人类干扰下和河流景观复杂化条件下的物质迁移与传输介质相互作用的机理和空间过程规律；综合不同尺度和不同流域景观结构作用下的河流污染物输出空间变化特征，建立流域的河流养分"滞留指数"模型，识别流域河流系统对氮磷等生源要素输出的滞留效应，促进流域水环境改善和河流水生态管理。

流域源头溪流是氮磷滞留主要区域，由于土地利用、污染源排放、水文情势变化等因素影响，造成分布格局、数量等发生明显变化，严重影响溪流在流域污染物迁移转化中的生态功能。通过研究源头溪流在不同人为干扰下（点源、非点源等）的养分滞留机理和机制，揭示了人类干扰下和河流景观破碎化条件下的河流物质迁移与传输介质相互作用的机理和空间过程规律，识别了流域河流结构对氮磷等生源要素输出的滞留效应。 基于不同类型流域、土地利用的非点源污染连续监测，发现流域不透水地表中屋面、路面及村镇道路的地表径流污染物排放主要特点是次降雨初期径流中污染物浓度很高，不透水地表初期冲刷效应显著；地表径流污染具有明显的季节分布特征，冬、春季是污染物累积潜伏期，夏初前降雨是地表径流污染主要发生期。农业用地一般强度降雨不产流，日降雨量大于40mm时产生径流；林地径流水质整体优于耕地、草地和绿化带。随着流域城市化面积增加，不透水面积或下渗系数降低，造成流域径流量呈现明显增加趋势，其中CBOD、SS均呈现增加趋势；氨氮、总磷、吸附态磷、溶解磷等均呈现大幅度降低趋势，硝酸盐、有机磷呈类似变化趋势。. 基于流域水质监测断面的水质、底泥、水生态等同步监测，发现氮磷、有机物等养分特征存在较大差异，CODMn从上游到下游呈现波动变化态势；总氮、总磷浓度呈现波动的下降总体趋势；溶解氧呈现缓慢上升趋势，主要是下游河道流量不断增加，以及污染处理力度加大，河流水质逐渐得到改善等关系密切。河流系统中底泥养分没有明显特征，主要是受河道整治、底泥疏浚、污染物输入等综合因素影响。. 流域非点源污染输移过程中，不同景观类型影响差异较大，农田、裸地和低密度草地、疏林地、居住用地等是非点源物质流失“源”，而森林、灌丛、中高密度草地、水塘、沟渠等滞留、滞蓄坡面氮、磷等物质，在一定程度上起到“汇”作用。研究发现距离指数反映景观格局对非点源污染影响，流域“源”、“汇”景观格局指数是表征流域滞留能力主要指标，提出基于流域源”、“汇”景观格局指数的流域滞留指数，用于评估复杂景观格局下的非点源污染物滞留特征，研究成果在北运河、渭河流域等相关非点源污染负荷估算及控制中得到应用。