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基于改进SWAT模型的灌溉—施肥—耕作对乌梁素海流域营养物负荷及作物产量的影响

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湖泊科学 2022年第5期34卷 1505-1523页

作者：王维刚史海滨李仙岳孙亚楠张文聪周慧内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院呼和浩特010018 高效节水技术装备与水土环境效应内蒙古自治区工程研究中心呼和浩特010018

不合理的灌溉、施肥和耕作是导致乌梁素海流域农业面源污染的主要根源,乌梁素海作为我国北方地区重要的生态安全屏障,多年来面临着湖泊水环境污染、水生态退化等问题,科学开展湖泊水环境综合治理首先要解决流域内农业面源污染问题.研究... 详细信息

不合理的灌溉、施肥和耕作是导致乌梁素海流域农业面源污染的主要根源,乌梁素海作为我国北方地区重要的生态安全屏障,多年来面临着湖泊水环境污染、水生态退化等问题,科学开展湖泊水环境综合治理首先要解决流域内农业面源污染问题.研究通过修改土壤水平衡、溶质平衡、地下水平衡和作物生长等模块对SWAT 2012原始版本进行改进,并采用改进的SWAT模型构建了乌梁素海流域分布式水文模型,利用实测径流、硝态氮与总磷排放量、地下水埋深以及作物产量校正和验证模型.基于现状情景,以玉米、葵花和小麦3种主要作物为研究对象,设置了削减灌水量、施肥量及调整耕作方式3种农田管理情景.基于改进SWAT模型不同情景的模拟结果,计算分析各管理情景下的硝态氮与总磷负荷及对各作物产量的影响.结果表明,改进SWAT模型具有良好的模拟效果.不同作物削减5%夏灌水量增产最多达8.41%~10.32%,削减10%秋浇水量均明显减少硝态氮和总磷负荷.不同作物营养物负荷均随着氮磷施肥削减比例的增大呈现逐渐降低的趋势,但下降曲线逐渐趋于平缓;各作物产量随氮磷施肥削减比例的增加呈先增加后减少的趋势,其中玉米、小麦氮磷施肥削减比例达20%时产量开始下降,葵花氮磷施肥削减比例达25%时产量开始下降.不同作物营养物负荷与小麦产量均随耕作方式混合深度与混合效率参数的增大逐渐减小,而玉米和葵花产量则随耕作参数增大逐渐增加.综合分析,削减5%夏灌水量+削减20%氮磷施肥比例+模板犁耕作组合玉米产量增幅最大达36.5%;削减10%秋浇水量+削减25%氮磷施肥比例+模板犁耕作组合葵花硝态氮负荷降幅最大达42.1%;削减5%夏灌水量+削减20%氮磷施肥比例+免耕组合小麦产量增幅最大达29.1%;而削减5%秋浇水量+削减20%氮磷施肥比例+常规春耕组合小麦硝态氮负荷减少最大达27.2%,总磷负荷减少最大达18.5%.本研究可为降低流域内面源污染、提高作物产量及减少乌梁素海营养物入湖负荷农业管理措施的实施提供理论依据.

关键词：营养物负荷作物产量农业管理措施改进SWAT模型乌梁素海流域河套灌区面源污染

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乌梁素海流域生态系统服务变化与驱动力分析

生态经济 2023年第2期39卷 173-180页

作者：王丽娜唐明方付晓李爽吴迪吴钢中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室北京100085 中国科学院大学北京100049 中科院建筑设计研究院有限公司北京100086

乌梁素海流域作为中国重要的粮食产区和北方生态屏障,其区域生态—社会—经济可持续发展至关重要。运用回归分析对土壤保持、碳储量、产水量、食物供给与水质净化在2000—2010年、2010—2018年、2000—2018年的服务变化和空间变化格局... 详细信息

乌梁素海流域作为中国重要的粮食产区和北方生态屏障,其区域生态—社会—经济可持续发展至关重要。运用回归分析对土壤保持、碳储量、产水量、食物供给与水质净化在2000—2010年、2010—2018年、2000—2018年的服务变化和空间变化格局进行分析,在流域尺度上探讨降水、气温、坡度、植被覆盖度等因素对各项服务的影响。结果表明:乌梁素海流域生态系统服务土壤保持最大的影响因素是坡度、植被覆盖度和森林、草地、耕地面积,碳储量最大的影响因素是第三产业产值和各类用地面积,产水量最大的影响因素是降水、建设用地和未利用地面积,食物供给最大的影响因素是第一产业产值、耕地面积和人口密度;耕地面积、第一产业产值和人口密度对水质净化影响较大。通过识别研究区的主导驱动因素和驱动机制,有助于掌控生态系统服务的变化规律,优化生态管理对策,为生态保护政策的可持续实施提供科学依据。

关键词：乌梁素海流域生态系统服务变化驱动因素流域尺度

基于种植结构改进的SWAT模型模拟乌梁素海流域面源污染负荷

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环境工程学报 2023年第8期17卷 2505-2514页

作者：刘旭华张佳慧刘华民刘杨井瑾温璐曹晓霭王立新内蒙古大学生态与环境学院呼和浩特010021 内蒙古财经大学统计与数学学院呼和浩特010051 草原生态安全省部共建协同创新中心呼和浩特010021 蒙古高原生态学与资源利用教育部重点实验室呼和浩特010021 内蒙古自治区环境监测总站巴彦淖尔市分站巴彦淖尔015000

乌梁素海是黄河流域最大的湖泊湿地,其地处河套灌区,是灌区排水的承泄湖。多年来面临着严重的水生态系统功能退化、水环境污染等问题,而改善和治理湖泊水环境的基础是要厘清乌梁素海流域灌区退水导致的农业面源污染负荷问题。基于无人... 详细信息

乌梁素海是黄河流域最大的湖泊湿地,其地处河套灌区,是灌区排水的承泄湖。多年来面临着严重的水生态系统功能退化、水环境污染等问题,而改善和治理湖泊水环境的基础是要厘清乌梁素海流域灌区退水导致的农业面源污染负荷问题。基于无人机获取的高分辨照片与遥感影像和地面实测数据相结合所获取的精准种植结构数据可作为SWAT模型输入的土地利用数据,以确保对农业面源污染迁移转化过程的模拟更接近真实情况。结果表明,基于作物种植结构数据对流域径流模拟精确度较高,率定期R^(2)为0.74,NES为0.81,验证期R^(2)为0.78,NES为0.67。TN和TP在2010—2020年间整体呈逐渐下降的趋势。季节分析发现,TN和TP均表现为春季负荷量较高。空间分布表明,乌梁素海流域总氮年均负荷量在南部的河套灌区较高,北部草原区较低,在流域东部番茄、瓜果、甜菜等经济作物集中分布的区域,TN负荷量为30~45 t·a^(-1);总磷污染物负荷量的空间分布与总氮基本一致,主要分布在以玉米和葵花为主的子流域,TP年均总输出量均超过10 t·a^(-1)。本研究结果可为乌梁素海流域面源污染治理及种植结构调整提供参考。

关键词：乌梁素海流域 SWAT模型作物种植结构面源污染负荷

2001～2020年乌梁素海流域植被NPP时空变化及驱动因素分析

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环境科学 2023年

作者：肖晶饶良懿北京林业大学水土保持国家林业和草原局重点实验室北京林业大学水土保持学院

植被净初级生产力(NPP)表征植物对生态系统碳的固定能力，是决定生态系统健康状态和可持续发展程度的关键指标，其时空变化及驱动因素对于揭示植被恢复状况和指导生态修复工作具有重要作用。基于2001～2020年MODIS17A3 NPP数据、土地利... 详细信息

植被净初级生产力(NPP)表征植物对生态系统碳的固定能力，是决定生态系统健康状态和可持续发展程度的关键指标，其时空变化及驱动因素对于揭示植被恢复状况和指导生态修复工作具有重要作用。基于2001～2020年MODIS17A3 NPP数据、土地利用和气象数据等，采用变异系数、Theil-Sen Median趋势分析及Mann-Kendall检验、Hurst指数和地理探测器等方法，探究了内蒙古乌梁素海流域植被NPP的时空变化特征及驱动因素。结果表明：①2001～2020年乌梁素海流域植被NPP整体呈波动上升趋势，平均值(以C计)为141.03 g·(m2·a)-1，平均上升速率为2.33 g·(m2·a)-1；植被NPP具有明显的空间分异规律，整体上呈现西南高、东北低，河套平原高、沙地和山区低的特征；②NPP主要呈增长趋势，增长、减少和无变化区域的面积占比分别约为80%、3%和17%；NPP的平均变异系数为0.149，主要呈低波动变化和较低波动变化，面积占比约为51%；NPP未来变化趋势主要呈反持续性特征，面积占比约为75%。③土地利用、海拔、最高温和坡度是乌梁素海流域植被NPP变化的主导驱动因素，q值均在0.200以上。海拔∩相对湿度对乌梁素海流域植被NPP空间分异的解释力最大；土地利用与除夜间灯光外的其他因子对乌梁素海流域植被NPP空间分异的解释力均存在显著性差异。根据研究结果，未来应加强乌梁素海流域生态系统管理，实行严格的生态保护和修复政策，综合考虑气候、地形和人类活动等因素，因地制宜开展生态综合治理工作，以提升生态系统服务质量。

关键词：净初级生产力(NPP) 乌梁素海流域气候变化人类活动驱动因素

乌梁素海流域种养系统氮素收支及其对当地环境的影响

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生态与农村环境学报 2010年第5期26卷 442-447页

作者：赵永宏邓祥征鲁奇中国科学院地理科学与资源研究所北京100101 中国科学院研究生院北京100049 中国科学院农业政策研究中心北京100101

以内蒙古乌梁素海流域为研究区,建立区域氮素流动模型,研究了2006年种-养系统中氮素的收支状况及其对区域环境的影响。研究结果表明,乌梁素海流域氮素投入主要来源于耕地系统,草地系统的投入量很少。耕地系统氮投入量大于支出量,氮素盈... 详细信息

以内蒙古乌梁素海流域为研究区,建立区域氮素流动模型,研究了2006年种-养系统中氮素的收支状况及其对区域环境的影响。研究结果表明,乌梁素海流域氮素投入主要来源于耕地系统,草地系统的投入量很少。耕地系统氮投入量大于支出量,氮素盈余4.03×104t,平均盈余85.0 kg.hm-2。草地系统氮投入量小于支出量,导致草地系统氮收支亏损,亏损额为593 t,平均亏损0.99 kg.hm-2。大量氮亏损是引起当地草场退化的主要原因。此外,该流域每年随地表径流进入地表水的氮总量达9.25×103t,给当地水环境带来了巨大压力。肥料施用是地表水最主要的氮素来源,因此,控制农业面源污染应是当地水环境控制和管理的重点。

关键词：氮氮流动乌梁素海流域区域环境水环境种-养系统

乌梁素海流域氮磷减排与区域经济发展的均衡分析

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环境科学研究 2011年第1期24卷 110-117页

作者：赵永宏邓祥征吴锋何连生鲁奇中国科学院地理科学与资源研究所北京100101 中国科学院研究生院北京100049 中国环境科学研究院北京100012

以乌梁素海为例,以内蒙古自治区2002年投入产出表及巴彦淖尔市2008年统计年鉴为主要数据源,通过开展氮磷减排与区域经济发展的均衡分析,研究了在经济-技术进步和征收排污税2种减排方案下,如何协调乌梁素海流域区域经济发展与氮磷减排之... 详细信息

以乌梁素海为例,以内蒙古自治区2002年投入产出表及巴彦淖尔市2008年统计年鉴为主要数据源,通过开展氮磷减排与区域经济发展的均衡分析,研究了在经济-技术进步和征收排污税2种减排方案下,如何协调乌梁素海流域区域经济发展与氮磷减排之间的关系.结果表明,2种减排方案各具优势与不足.从环境效益来看,征收排污税方案的效果要优于经济-技术进步方案;但从对总体经济的影响来看,经济-技术进步方案则要优于征收排污税方案.经济-技术进步方案对当地GDP,投资,消费和居民收入的增长均有一定的促进作用,而征收排污税方案则均不同程度地导致当地GDP,投资,消费和居民收入的下降.因此,乌梁素海流域氮磷减排策略应是以经济-技术减排策略为主,以征收排污税减排策略为辅.

关键词：氮磷减排均衡理论区域经济发展排污税乌梁素海流域

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乌梁素海流域气候模式适用性评价及旱涝预估

人民黄河 2017年第4期39卷 53-57页

作者：吕睿喆赵晓祥翁白莎严登明李思诺东华大学环境科学与工程学院上海201620 中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室北京100038 中国水利水电科学研究院水资源研究所北京100038 河北工程大学水利水电学院河北邯郸056000

根据2001—2011年乌梁素海流域及周边气象站点的实测逐日降水数据,利用CMIP5中5个全球气候模式在3种不同代表性温室气体浓度路径情景下的降水模拟结果,计算了模拟变量和实测数据的相对误差、均方根误差和相关系数,选用在乌梁素海流域模... 详细信息

根据2001—2011年乌梁素海流域及周边气象站点的实测逐日降水数据,利用CMIP5中5个全球气候模式在3种不同代表性温室气体浓度路径情景下的降水模拟结果,计算了模拟变量和实测数据的相对误差、均方根误差和相关系数,选用在乌梁素海流域模拟降水效果较好的模式进行集合平均,检验了该模式对乌梁素海流域降水的适用性。结果表明:单个模式的模拟结果与实测值的相关性相对较差,采用集合平均方法修正后的结果与实测值拟合程度较好,相关性更高;2021—2050年降水量主要体现出夏季更集中、冬季更少的特征,降水量年际变化大,旱涝事件频发,特别是2025—2035年旱涝事件交替出现,发生旱涝事件的年份约占总年份的1/3。

关键词：旱涝预测适用性评价 CMIP5模式乌梁素海流域

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乌梁素海流域农田面源污染研究

农业环境科学学报 2007年第1期26卷 41-44页

作者：刘振英李亚威李俊峰金朝晖顾久君张云霞南开大学环境科学与工程学院天津300071 内蒙古环境保护局内蒙古呼和浩特010018 乌海市环境科学研究所内蒙古乌海016000

以乌梁素海流域现有的灌排水系统为基础布设采样点,监测农田退水以及乌梁素海入口中总氮、总磷浓度;应用环境污染物模型研究污染物在主排干的综合降解情况,并对模型进行校正。结果表明,总氮总磷在主排干的综合降解率达到30.32%和61.51%... 详细信息

以乌梁素海流域现有的灌排水系统为基础布设采样点,监测农田退水以及乌梁素海入口中总氮、总磷浓度;应用环境污染物模型研究污染物在主排干的综合降解情况,并对模型进行校正。结果表明,总氮总磷在主排干的综合降解率达到30.32%和61.51%;在进入乌梁素海的负荷量中,来自农田面源污染的总氮为2646.51t·a-1,总磷为29.96t·a-1,分别占进入乌梁素海污染物总负荷量的77.57%和26.78%。结合乌梁素海流域农业开发方式、农田灌溉行为以及施肥习惯的调查结果,分析了乌梁素海流域农田面源污染的主要原因。

关键词：乌梁素海流域农田面源污染总氮总磷

乌梁素海流域非点源污染负荷对LUCC的响应研究

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乌梁素海流域非点源污染负荷对LUCC的响应研究

作者：石庆玲济南大学

学位级别：硕士

近年来，在全球气候变化的影响下，人类正面临着严峻的环境问题。土地利用/覆被变化(Land Use/Cover Change, LUCC)是人类活动和自然要素共同作用的结果，因而成为研究自然与人文过程的理想切入点，成为全球变化研究的热点领域。流域水... 详细信息

近年来，在全球气候变化的影响下，人类正面临着严峻的环境问题。土地利用/覆被变化(Land Use/Cover Change, LUCC)是人类活动和自然要素共同作用的结果，因而成为研究自然与人文过程的理想切入点，成为全球变化研究的热点领域。流域水环境污染来源可分为点源污染和非点源污染。目前，对点源污染的控制和治理技术已经相对成熟，因而流域的非点源污染问题成为人们研究的热点问题。我国的非点源污染问题是造成水环境问题的主要因素。非点源污染的特性决定了流域非点源污染主要来自农业生产，乌梁素海流域以农牧业为主要经济发展产业是导致流域内非点源污染严重的主要诱因之一。因而研究乌梁素海流域非点源污染对LUCC的响应对于当地的湖泊水环境治理以及未来土地利用的规划提供了科学依据和理论支撑，同时也为研究LUCC的水环境效应问题提供了一套行之有效的研究方法。本论文旨在研究乌梁素海流域非点源污染负荷对LUCC的响应，即通过设定LUCC情景来研究流域非点源污染负荷量对LUC的变动做出怎样的响应，主要研究内容如下：(1)通过遥感解译、实地调查与文献调研等方式获取了乌梁素海流域的自然地理、社会经济以及水文气象资料等数据之后，本研究构建了HSPF水文模型模拟了2009年流域非点源污染负荷，模拟结果表明其负荷量的空间分布与流域内的土地利用类型相关;(2)根据收集的影响LUCC转换的驱动因子，设计了LUCC情景，包括趋势增长情景、环保优先情景以及增长优先情景，制定出三种情景的LUCC参数，用以构建LUCC动力学模型;(3)以遥感解译的2000年和2005年两期LUCC数据为作为基准年，分别模拟了乌梁素海流域三种LUCC情景下未来30年的土地利用转换情况;(4)将模拟出的乌梁素海流域三种情景下未来土地利用转换情况数据作为HSPF水文模型模拟未来流域水文过程的LUCC参数，最终模拟出了乌梁素海流域在LUCC情景下的非点源污染负荷以反映其对LUCC的响应。结果表明，在趋势增长情景下，乌梁素海流域2030年的非点源污染结果为总氮5152t，总磷670t;在环保优先情景下，乌梁素海流域2030年的非点源污染负荷模拟结果为总氮4808t，总磷625t;在增长优先情景下，乌梁素海流域2030年的非点源污染负荷模拟结果为总氮6687t，总磷871t。

关键词：乌梁素海流域非点源污染 LUCC动力学模型 HSPF水文模型响应