滇池沉积物氮内源负荷特征及影响因素

研究了滇池沉积物间隙水氮浓度垂向分布特征,根据Fick扩散定律定量估算了沉积物-水界面氮扩散通量,并探讨了其影响因素.结果表明:滇池沉积物间隙水溶解性总氮(DTN)主要以氨态氮(NH4+-N)形式存在,占其总量的72.30%,其浓度随深度增加而升高;其次为溶解性有机氮(DON),占其总量的24.59%,其浓度随深度的增加先升高后降低,最后趋于稳定;硝态氮(NO3--N)所占比例较低,浓度随深度的增加而降低.滇池沉积物-水界面NH4+-N扩散通量分布范围为12.73~59.74mg/(m2·d)[均值30.18mg/(m2·d)],全湖年均氨氮释放量为3305.04t,其中草海、外海北部、东北部及南部湖区扩散通量较大,达35mg/(m2·d),全湖呈由北向南逐渐降低的空间分布特征;全湖年均DON释放量为1147.55t,其全湖分布特征与氨氮一致;NO3--N扩散通量分布范围为-2.70~0.27mg/(m2·d)[均值-0.50mg/(m2·d)],总体表现为由上覆水向沉积物扩散.与我国其他湖泊相比,滇池具有较大沉积物氮内负荷,其沉积物-水界面NH4+-N扩散通量较高,对湖泊水体氨氮浓度贡献较大,且其与沉积物总氮、有机质、可交换态氮和可交换态氨氮含量呈显著正相关,即滇池沉积物NH4+-N释放主要受其可交换态氮,特别是可交换态中氨氮含量影响;同时,滇池沉积物DON潜在释放风险也较大,且与沉积物C/N有关.     

太湖北部三个湖区各形态氮的空间分布特征

通过对太湖北部竺山湾、梅梁湾和贡湖上覆水、间隙水和表层沉积物中各形态氮含量的分析,探讨了其中各形态氮的空间分布特征,计算了沉积物-水界面氨氮(NH4+-N)的扩散通量,并对上覆水、间隙水和沉积物中各形态氮进行了相关性分析.结果表明,空间上,上覆水、间隙水和沉积物中,NH4+-N的平均浓度为竺山湾>梅梁湾>贡湖的分布趋势;NO3--N在上覆水和沉积物中为贡湖>梅梁湾>竺山湾的分布趋势,但间隙水中梅梁湾>贡湖>竺山湾;TN在上覆水、间隙水和沉积物中的分布与NH4+-N相似.NH4+-N在竺山湾、梅梁湾和贡湖的平均扩散通量分别为1009.27μmol/(m2×d)、49.35μmol/(m2×d)和3.14μmol/(m2×d).相关性分析表明:上覆水、间隙水、表层沉积物之间NH4+-N存在相关性.     

盐沼植物对沉积物间隙水营养盐分布的影响

通过2007年8月~2008年5月对长江口崇明东滩中部潮间带4个不同植被带沉积物间隙水营养盐进行季节观测来研究盐沼植物对沉积物间隙水营养盐分布的影响.结果表明,大型植物生长带间隙水的NH4+-N、PO43--P浓度低于光滩,尤其是夏、秋两季NH4+-N的浓度比光滩低1个数量级以上.在植物生长季节,间隙水各种营养盐含量要明显高于冬季,且植物生物量与间隙水氮、磷有明显的相关关系.氮盐受植物的影响最明显,NH4+-N在互花米草与芦苇带分别是44.21、74.38μmol.L-1,明显低于光滩与海三棱草带(分别是340.14、291.87μmol.L-1);NOx--N的浓度比NH4+-N低1~2个数量级,但以芦苇带最高(5.94μmol.L-1).沉积物-水界面分子扩散通量结果表明,潮滩沉积物是上覆水中SiO32--Si、NH4+-N、PO43--P的源,NOx--N(NO3--N、NO2--N的总和)的汇,其中NOx--N从上覆水向沉积物的扩散通量[16.23μmol.(m2.h)-1]大于NH4+-N从沉积物向上覆水的扩散通量[15.53μmol.(m2.h)-1].植物的生长还通过影响沉积物-水界面的物质交换与间隙水中营养盐比值及其与上覆水间营养盐比值,对毗邻富营养化河口生态系统营养盐结构起到调节作用.     

洱海上覆水不同形态氮时空分布特征

为研究洱海上覆水各形态氮时空变化特征及其环境效应,收集了1992~2009年洱海上覆水总氮数据,逐月调查了2010年上覆水各形态氮含量.结果表明,1992~2010年洱海上覆水TN含量在0.20~0.67mg/L之间,总体呈上升趋势.2010年上覆水TN年均值为0.57mg/L,DTN为0.41mg/L,NH4+-N为0.17 mg/L,NO3--N为0.086 mg/L,DON为0.15mg/L,颗粒态氮(PN)为0.16mg/L,满足Ⅲ类水体要求;TN、DTN和DON北部最高,NH4+-N和NO3--N中部最高、PN南部最高;上覆水各形态氮年内呈先升后降趋势,TN、DON和PN在7月份达到最高值,DTN和NO3--N在9月份达到最高值,NH4+-N在6月份达到最高值;上覆水TN、DTN、DON和PN垂向分布底层最高,表层次之,温跃层12m处出现峰值.上覆水氮形态时空分布主要受外源氮输入影响,内源氮释放以DON和PN形态为主,NH4+-N和NO3--N分布受水生植物分布影响较大,TN是影响藻类季节性变化的主要因子.洱海营养水平受上覆水氮浓度影响较大,应以控制外源氮输入为重点,特别是雨季之初6、7月份,北部“三江”流域是重点控制区域.     

象山港河纯养殖区沉积物-海水界面N、P营养盐的扩散通量

2008年1月、5月和7月3次对象山港河纯网箱养殖区海底沉积物进行了底质表层间隙水和上覆水营养盐(NH4-N,NO2-N,NO3-N,P04-P)的分析,并使用Fick第一定律对该港湾沉积物--海水界面N、P营养盐的扩散通量进行了估算.研究结果表明,养殖区沉积物间隙水中N、P营养盐含量显著高于非养殖区,上覆水和沉积物间隙水中的N从1月份NH4-N为主逐渐转变到7月份以NO3-N为主.养殖区上覆水中NH4-N最高浓度为234.66μmoL/L,NO3-N最高浓度为79.25μmol/L.养殖区上覆水中N、P营养盐的含量均严重超标.N、P营养盐的扩散通量估算结果显示:随着养殖高峰期的到来,沉积物-海水界面N、P营养盐的扩散方向由从沉积物向上覆水扩散逐渐转向从上覆水向沉积物扩散;养殖区扩散通量值相对于非养殖区显著扩大化;NH4-N通量变化最大,从1月份最高700.41μmoL/(m2·d)降低到7月份27.87 μmoL/(m2·d).海水养殖对沉积物中N、P营养盐扩散通量影响显著.     

象山港河鲀养殖区沉积物—海水界面N、P营养盐的扩散通量

2008年1月、5月和7月3次对象山港河鲀网箱养殖区海底沉积物进行了底质表层间隙水和上覆水营养盐(NH4-N,NO2-N,NO3-N,PO4-P)的分析,并使用Fick第一定律对该港湾沉积物——海水界面N、P营养盐的扩散通量进行了估算。研究结果表明,养殖区沉积物间隙水中N、P营养盐含量显著高于非养殖区,上覆水和沉积物间隙水中的N从1月份NH4-N为主逐渐转变到7月份以NO3-N为主。养殖区上覆水中NH4-N最高浓度为234.66μmol/L,NO3-N最高浓度为79.25μmol/L。养殖区上覆水中N、P营养盐的含量均严重超标。N、P营养盐的扩散通量估算结果显示:随着养殖高峰期的到来,沉积物—海水界面N、P营养盐的扩散方向由从沉积物向上覆水扩散逐渐转向从上覆水向沉积物扩散;养殖区扩散通量值相对于非养殖区显著扩大化;NH4-N通量变化最大,从1月份最高700.41μmol/(m2.d)降低到7月份27.87μmol/(m2.d)。海水养殖对沉积物中N、P营养盐扩散通量影响显著。     

滇池水生植物分布对沉积物间隙水中不同形态氮的影响

为揭示水生植物分布对滇池沉积物间隙水中各形态氮质量浓度的影响,于2015年6月在滇池分别采集有植物区域和无植物区域的沉积物柱状样,检测间隙水及上覆水中DTN(溶解性总氮)、NH₄+-N、NO₃--N和DON(溶解性有机氮)的质量浓度,分析其垂向变化特征以及水生植物对间隙水中各形态氮的释放控制效果. 结果表明:①水生植物改变了柱状沉积物间隙水中不同形态氮的分布规律,并且这种改变随湖区不同而表现不尽一致;②水生植物显著降低了沉积物间隙水中DON的贡献率,有植物分布区域ρ(DON)对ρ(DTN)的平均贡献率为41.05%,无植物区域可达58.48%;③水生植物显著抑制了沉积物中无机氮的释放,促进了DON的转化,同一采样点有植物区域NH₄+-N和NO₃--N的沉积物-水界面扩散通量分别比无植物区域平均降低了87.52%和91.99%;④水生植物生长显著削减了沉积物间隙水中氮的质量浓度,其中ρ(DON)的削减率达到了53.27%~80.42%. 研究显示,水生植物根系作为微生物和多种活性酶的主要载体,为沉积物有机氮的矿化降解起到了促进作用.      

春季敏感时期三峡水库典型支流沉积物-水界面氮释放特性

为研究春季敏感时期三峡水库典型支流沉积物-水界面氮释放特性,于2016年4月采集香溪河库湾上覆水和沉积物样品,分析香溪河库湾沉积物-水系统不同氮形态营养盐浓度的分布特征,计算沉积物-水界面不同氮形态的扩散通量并与环境因子进行相关性分析.结果表明,香溪河库湾上覆水和沉积物间隙水中ρ(TN)的变化范围分别为1.10~6.90 mg·L-1和6.19~32.57 mg·L-1;上覆水和沉积物间隙水中氮质量浓度在沿程和垂向上有一定的变化规律:各采样点上覆水中氮质量浓度在沿程和垂向上没有明显的变化趋势,上游区域的沉积物间隙水中氮质量浓度明显大于下游区域,沉积物间隙水ρ(NH_4~+-N)明显大于上覆水,沉积物间隙水ρ(NO-3-N)略小于上覆水;香溪河沉积物总体上表现为NH_4~+-N的"源",NO-3-N的"汇";NH_4~+-N的扩散通量范围为2.70~4.72 mg·(m2·d)-1;NO-3-N的释放通量范围为-1.61~-0.62 mg·(m2·d)-1;香溪河库湾沉积物氮主要以铵态氮的形态存在:沉积物中ρ(NH_4~+-N)范围为69.97~1 185.97 mg·kg-1,ρ(NO-3-N)范围为2.78~38.17mg·kg-1,沉积物ρ(NH_4~+-N)与沉积物间隙水ρ(NH_4~+-N)在表层0~8 cm的变化趋势一致.     

滇池草海间隙水与上覆水氮磷时空变化特征

本文连续12个月监测了滇池草海柱状沉积物间隙水和上覆水不同形态氮磷浓度的垂向变化,揭示了不同季节间隙水与上覆水氮磷浓度差异及其形态组成贡献率,探讨了间隙水氮磷组成及氮/磷比值在湖泊富营养化及内负荷控制中的重要意义.结果表明:(1)草海间隙水NH_4~+-N浓度显著高于上覆水,而上覆水中NO_3~--N浓度显著高于间隙水,春、夏和秋季(2~11月)间隙水SRP浓度显著高于上覆水,而冬季(12月和1月)则与之恰好相反;(2)草海间隙水以NH_4~+-N和SRP贡献为主,分别占DTN和DTP的61%和78%,而上覆水则以DON和DOP贡献为主,分别占DTN和DTP的44%和81%,与春季和冬季相比,夏、秋季间隙水NH_4~+-N和SRP贡献率显著增加,而NO_3~--N、DON和DOP贡献率明显下降;(3)草海间隙水DTN/DTP、(NH_4~+-N+NO_3~--N)/SRP和DON/DOP比值均表现为春季冬季夏季秋季,而上覆水氮/磷比值则以春季较高,夏、秋和冬季相对较低.     

大亚湾典型养殖区沉积物-海水界面营养盐扩散通量及其环境意义

通过2005年6月对大亚湾两部的大鹏澳养殖海域进行沉积物柱状样采集分析,探讨了间隙水中NH4-N、NO3-N、NO2-N和PO4-P含量及空间分布特征,估算了沉积物-海水界面营养盐的扩散通量.结果表明,网箱养殖区柱状样间隙水中NH4-N、PO4-P平均含量分别为325.3μmol/L、20.4 μmol/L,远高于贝类养殖区及对照区.网箱养殖区NH4-N、PO4-P、NO2-N 平均扩散通量在三个区域中均居首位,分别为692.9、36.5和6.1 μmol/(m2·d),贝类区次之.网箱养殖大大提高了营养盐由沉积物向海水界面的扩散通量,使养殖海域成为一个极具潜力的污染内源.     

氮素调控对冻融过程中土壤N2O排放的影响

应用室内冰柜模拟冻融过程,研究了不同氮素形态(铵态氮、硝态氮和酰胺态氮)和浓度(40、200和800 mg/L)对潮土N2O排放通量的影响.结果表明,随土壤冻结时间的延长N2O排放通量缓慢降低,土壤融化初期出现一个土壤N2O排放通量高峰,而后随土壤逐渐融化的进行N2O排放通量缓慢升高.3种氮素浓度条件下,铵态氮、硝态氮和酰胺态氮冻融过程中土壤平均N2O排放通量分别为119.01、205.28、693.95μg.(m2.h)-1,611.61、1 084.40、1 820.02μg.(m2.h)-1和148.22、106.13、49.74μg.(m2.h)-1,而对照处理仅为100.35μg.(m2.h)-1.随氮素浓度的增加,铵态氮、硝态氮源土壤N2O累积排放通量分别比对照增加17.49%、40.09%、425.67%和563.38%、915.28%、1458.6%,且施加的浓度越高累积排放量越大,但达到稳定N2O排放通量的时间向后推移.随浓度增加酰胺态氮处理土壤N2O排放通量随浓度增加而降低.建议潮土越冬水中铵态氮和硝态氮浓度应分别小于200 mg/L和40 mg/L,酰胺态氮的浓度不限,从而减少土壤N2O的排放.     

苏州河网区河道上覆水与底泥中氮素形态分布特征

以苏州河网区河道为研究对象,分布式采集10个采样点,分析水质状况和底泥中氮素形态与含量及其剖面分布,以探讨上覆水和底泥中各形态氮的相关性. 结果表明:上覆水中ρ(总氮),ρ(总磷)及ρ(COD_Cr)均超标,水质呈弱碱性,ρ(硝态氮)(1.10～2.39 mg/L)均高于ρ(铵态氮)(0.30～1.70 mg/L),80%的采样点水质为劣Ⅴ类,水质污染严重,且以氮污染为主;底泥中w(总氮)为2.78～6.30 g/kg,其随沉积深度的增加而减少,说明河道污染负荷有逐年加重的趋势;底泥中w(铵态氮)为37.2～228.0 mg/kg,其随沉积深度的增加而增加,说明铵态氮的沉积量在逐年减少;底泥中w(硝态氮)为13.1～69.4 mg/kg,其在各点的剖面变化趋势不尽相同,这可能与河道水体流动性较大有关. 相关性分析和空间关系分析显示,虽然上覆水中各形态氮含量和底泥表层中各形态氮含量点位对应的关系不显著,但在空间上存在一定的关联性,即由于水体的流动性,使得底泥到上覆水的氮含量高值区有从东向西迁移的趋势.      

水中氨氮、亚硝酸盐氮及硝酸盐氮相互关系探讨

在水中,氮既是生命元素,又是环境污染的主要因子,其转化是多变的,其中硝化作用和反硝化作用是关键反应,它将较稳定的 NH4^＋转化成 NO3^-,后者容易渗滤,被植物吸收或进一步脱氮。用河水进行了实验室试验,研究了氨氮、亚硝酸盐氮及硝酸盐氮三者的相互关系。观察了亚硝化作用和硝化作用的历程,描述了其变化规律,并对其在水中的迁移、转化过程及机理结合文献进行了研究讨论。根据实验结果,对今后的研究方向和污水的排放标准提出了建议。     

河流底泥中DO和有机质对三氮释放的影响

通过大型静态土柱模拟实验,研究氮在上覆水和孔隙水中的分布特性和释放特性,在控制氧气和底泥w(有机质)的条件下,连续观测氨态氮、亚硝态氮和硝态氮(简称三氮,三者之和为总无机氮)质量浓度变化,并对其垂向分布特性进行分析,发现水体底泥释放氨态氮与反硝化作用达到平衡的时间受通氧条件影响明显;总无机氮质量浓度(ρ(TIN))在各柱的孔隙水、水土界面处和上覆水中的变化各异;在w(有机质)高的底泥中,有机质是影响总无机氮释放的最大因子,而在w(有机质)低的条件下,DO是影响总无机氮释放的最大因子.      

调水调沙对黄河下游营养盐变化规律的影响

根据黄河首次调水调沙期间(2002年7月)和2002年在黄河利津站对营养盐的月际观测结果,系统分析了2002年黄河首次调水调沙期间黄河利津站和全年溶解无机态营养盐的变化,讨论了营养盐与水情要素之间的相互关系,计算了调水调沙期间及全年营养盐入海通量,并和历史资料作了比较.结果表明,调水调沙期间NO_3~-N、NO_2~--N、NH_4~+-N浓度的变化范围分别为169.3～273.2、 0.08～0.84、 1.39～5.04 μmol·dm~(-3),平均浓度分别为218.6、 0.16、 2.27 μmol·dm~(-3);PO_4~(3-)-P、 SiO_3~(2-)-Si浓度的变化范围为0.36～0.56、 161.4～195.8 μmol·dm～-3,平均浓度分别为0.48、 166.7 μmol·dm~(-3).在调水调沙期间,NO_3~--N浓度与水量无显著相关性,PO_4~(3-)-P浓度与水沙均无显著相关性,而SiO_3~(2-)-Si浓度与沙量呈显著正相关.与历史资料相比,调水调沙对黄河下游溶解态无机营养盐浓度在全年的变化规律并无明显影响.但黄河首次调水调沙短短不到一个月的时间,所输送的营养盐通量便占到当年输送通量的一半左右.调水调沙对营养盐输送通量在年内的分配产生重大影响,使得黄河营养盐向河口的输送非常集中.     

唐岛湾网箱养殖区沉积物-水界面溶解无机氮的扩散通量

2004-08～2005-05分4个航次对唐岛湾网箱养殖区的10个站的沉积物间隙水和上覆水中的溶解无机氮营养盐（NH⁺₄-Ｎ、NO^-₃-Ｎ、NO^-₂-Ｎ）进行了现场调查, 并使用Fick第一定理对该海区沉积物-水界面溶解无机氮的扩散通量进行了估算.结果表明,网箱养殖区的上覆水和沉积物间隙水中溶解无机氮均以NO^-₃-Ｎ为主,分别占溶解无机氮总量的73.34%和61.45%;上覆水中溶解无机氮（DIN）和NO^-₃-Ｎ含量的季节变化趋势一致,在2004-10达到峰值,NH⁺₄-Ｎ的季节变化稍有不同;间隙水中溶解无机氮（DIN）和NO^-₃-Ｎ、NH⁺₄-Ｎ的变化趋势一致,表现为从5月份到8月份含量逐渐增加,到10月份达到最大,然后到次年2月份又减少;上覆水和间隙水中NO^-₂-Ｎ的含量随养殖进程表现为一个逐步积累的过程.NH⁺₄-Ｎ、NO^-₃-Ｎ和NO^-₂-Ｎ在沉积物-海水界面上的扩散通量分别为5.46、-5.04、8.71 μmol/（m²·d）,NO^-₂-Ｎ的扩散释放对唐岛湾网箱养殖区的水环境质量影响较大.     

不同混接程度分流制雨水系统旱流水量及污染负荷来源研究

对上海市3个典型分流制雨水系统H、G、N的旱流污水水量水质进行了研究.在调查泵站运行情况、服务区域的特点的基础上,得出3个系统单位面积的截流水量分别为3 610、1 550和2 970 m3~/(km~2·d);生活污水混入比例分别为25%、85%、71%;H系统以地下水渗入为主,旱流污染程度最轻,G、N系统都以生活污水混入为主,旱流污染较为严重.对旱流污水可能的混接来源--灰水、黑水、地下水的水质特征进行了初步探索,提出以LAS/NH_4~+-N、NH_4~+-N/K、Mg/K 3个参数作为灰水、黑水和地下水的示踪水质参数,灰水的特点为LAS/NH_4~+-N>0.2、NH_4~+-N/K<1,包含黑水的生活污水的特点为LAS/NH_4~+-N<0.2、NH_4~+-N/K>1.在此基础上初步探讨了流程图法和CMBM法在雨水系统旱流溯源中的应用,得到的结果与水量水质综合分析的结果基本相符.研究结论和方法可为国内类似分流制雨水系统旱流来源的分析诊断以及后续改造工程提供指导.     

常温城市污水同步亚硝化-厌氧氨氧化研究

在常温14.7～24.7℃条件下,以城市生活污水为研究对象,采用SBR反应器,通过调整曝气量控制DO浓度为0.05～0.30 mg/Ｌ,进行了同步亚硝化-厌氧氨氧化试验.结果表明,SBR活性污泥反应器可以在常温条件下实现城市污水氨氮的同步亚硝化-厌氧氨氧化反应;DO可以作为其反应终点的指示参数,本试验确定为1 mg/Ｌ;在SBR探索试验中,NH⁺₄-N消耗速率为0.164～0.218　kg/（m³·d）,NO^-₃-N产生速率为0.026～0.036　kg/（m³·d）,TN脱除速率为0.124～0.194　kg/（m³·d）,去除效率为65%～75％;在SBR改进试验中,分别通过提高温度、增设非曝气运行时段和增加厌氧氨氧化菌生物量3个途径,避免了亚硝酸盐的积累,TN去除效率提高至77%～88%.考虑到脱氮速率和实际的工程应用条件,认为增加厌氧氨氧化菌的生物量是提高SBR反应器脱氮效能的优选途径.     

白塔堡河上覆水与沉积物间隙水N、P分布特征

为研究河流沉积物与间隙水间营养盐的迁移规律,采集白塔堡河干流平水期上覆水和沉积物间隙水样品,分析N、P分布特征,计算沉积物-水界面N、P扩散通量,并对上覆水与间隙水中营养盐含量进行回归分析. 结果表明:上覆水和间隙水中ρ(TN)、ρ(NH₃-N)和ρ(TP)均为农村带河段最低,城镇带和城市带河段较高. N、P的主要来源,农村带河段为农村灰水和面源污染,城镇带河段为生活污水和工业园排水,城市带河段为城市生活污水和工业废水. 间隙水中各营养盐质量浓度基本上都高于上覆水,空间分布趋势相似. NH₃-N、NO₂--N、NO₃--N和PO₄3--P在沉积物-水界面的平均扩散通量分别为0.429、0.134、0.080和0.143μmol/(m2·d),表明沉积物是上覆水重要的N、P源. 表层沉积物间隙水与上覆水中的ρ(NH₃-N)(R2=0.874,P=0.0002)和ρ(PO₄3--P)(R2=0.704,P=0.0005)均呈极显著相关,ρ(NO₂--N)呈显著相关(R2=0.501,P=0.0020),ρ(NO₃--N)的相关性(R2=0.353,P=0.0150)不显著,说明白塔堡河沉积物间隙水中的N主要以NH₃-N形态向上覆水中扩散;而间隙水中的P主要以PO₄3--P形态向上覆水中扩散.