小清河流域氮磷时空特征及影响因素的空间与多元统计分析

选取山东小清河流域为研究区,在2012—2013年汛期和非汛期的水质监测基础上,应用主成分分析(PCA)和聚类分析(CA)等多元统计方法识别流域不同形态氮磷浓度的时空分布特征,结合空间分析和相关分析方法辨析集水区不同土地利用方式对氮磷输出的影响。结果表明:流域氮污染严重,其中总氮超标率达100%。氨氮、磷酸盐浓度汛期显著高于非汛期,硝态氮浓度则非汛期显著高于汛期(P0.05)。以总磷、总溶解态磷为主要指标的主成分Z1对水质变化的贡献率接近50%,以总氮、氨氮和硝态氮为主要指标的主成分Z2对水质变化的贡献率接近20%。总氮、总磷、氨氮、磷酸盐和总溶解态磷浓度与集水区城市和工业建设用地的面积比例呈显著正相关(P0.05);硝态氮浓度与耕地面积比例呈显著正相关,与草地、林地面积比例呈显著负相关(P0.05)。空间上按氮磷分布特征不同子流域被划分为3类:第1类和第2类主要集中在干流及北部平原区,沿途接纳点源排放,氮磷浓度总体较高且空间差异较大;第3类流域主要位于南部山区,建设用地比例较小,污染程度相对较低。     

三峡库区笋溪河流域面源污染及其与土壤可蚀性k值的关系

研究三峡库区面源污染特征及其与水土流失的关系,可为库区氮磷污染和土壤侵蚀控制提供依据.选择三峡库区库尾笋溪河流域,在流域内分园地、林地和耕地3种土地利用类型共采集126个土壤样品,并在主干和支流采集52个水质样品.根据EPIC模型计算土壤可蚀性k值,分析流域内土壤可蚀性k值对面源污染的影响.结果表明,笋溪河流域面源污染主要是氮污染,总氮均值达1.37 mg/L,氮素的主要形态为硝态氮,占总氮的71.2%;总磷浓度为0.1 mg/L.流域内土壤可蚀性k值均值为0.040,随着土层加深土壤可蚀性k值呈上升趋势;林地土壤可蚀性k值显著低于园地和耕地.笋溪河流域总氮浓度与园地和耕地0-20 cm土壤可蚀性k值有关,硝态氮浓度与耕地0-40 cm土壤可蚀性k值有关.因此,笋溪河流域面源污染严重,主要来源是耕地和园地,应实行免耕、植物篱等措施,同时减少化肥施用,增加有机肥比例,以增加土壤抗侵蚀能力,进而控制流域水土流失和面源污染.(图6参37)     

准好氧填埋渗滤液中氮转化机理

依据准好氧填埋的原理构建了填埋试验装置,在填埋装置各个层次设计采样装置.定期采集渗滤液进行分析,测定各个层次区域渗滤液中氨氮、硝态氮、亚硝态氮和总氮的质量浓度,分析各形态氮之间的变化规律与相关性,初步探讨氮转化的机理.结果表明,准好氧填埋上层区域中,渗滤液的氨氮与硝态氮质量浓度变化相关性极显著;中层和下层区域由于处于兼氧和厌氧状态,硝化作用较弱,渗滤液中氨氮与硝态氮质量浓度变化相关性不显著.上层渗滤液中氨氮与总氮相关性不显著,中层和下层氨氮与总氮相关性极显著,表明中层和下层区域中,渗滤液的氨氮质量浓度变化是导致总氮含量变化的主要贡献因素.     

常熟农村不同水体氮磷污染状况

于2007年11月至2008年10月,对常熟市辛庄镇不同水体氮磷污染状况进行定点观测,初步探讨了河道和鱼塘水体氮磷浓度的变化特征及其污染来源.结果表明:辛庄镇河道水样无机氮、总氮、正磷酸盐和总磷的平均质量浓度分别为2.07、2.31、0.30和0.53 mg·L-1,表明辛庄镇河水氮磷污染已十分严重.河道和鱼塘水体氮形态都以无机氮为主,分别占总氮的89.6%、72.7%;磷形态以可溶态为主,分别占总磷的73.6%、71.1%.河水硝态氮、铵态氮、总氮、无机氮、正磷酸盐、可溶性磷和总磷平均质量浓度分别比鱼塘水高0.30、0.17、0.11、0.47、0.12、0.15和0.12 mg·L-1.河道和鱼塘水体硝态氮、无机氮和总氮浓度随时间的变化趋势较一致,正磷酸盐、可溶性磷和总磷浓度随时间的变化趋势则显著不同.河水氮磷污染源主要来自生活污水及养猪场废水,鱼塘水体的氮磷污染则与饵料和肥料的投入有很大关系,大气氮沉降也是导致水体氮浓度升高的重要原因.     

天津市地表水环境氮污染特征及来源解析

以天津市引滦河道、于桥水库、景观河道及主要地表河流的氮营养盐监测结果和工业源、城镇生活源及非点源的排放资料为依据,研究了天津市地表水氮污染水平、特征、变化规律及主要来源。结果表明,主要地表河流总氮、氨氮、硝态氮和亚硝态氮年均值分别为8.83 mg/L、6.10mg/L、0.370 mg/L和0.267 mg/L,污染较严重;景观水体氨氮年平均含量为0.204~9.91 mg/L,均值为1.52 mg/L,污染程度次之。于桥水库主要污染物为总氮,年均值为1.81mg/L,氨氮年均值为0.097 mg/L,污染相对较轻。地表水全年氨氮入河总量为34027.9 t,其中入境河流带入量为18185.1 t,占53.4%,境内源入河量为15842.8 t,占46.6%。境内污染主要来源于工业企业、城镇生活以及城市和农村非点源的排放。其中,工业点源占13.5%;城镇生活源占60%;各类非点源占26.5%。     

亚热带典型农业流域河流水质多元线性回归预测

理解河流水体氮磷浓度与景观格局之间的关系是流域水环境质量科学管理的前提。选取湖南省长沙县石燕河流域,基于Pearson相关性分析、方差分解分析和多元线性回归方法,研究景观格局对流域出口水体氮磷浓度的影响并构建氮磷浓度预测模型。结果表明,流域出口水质长期处于劣V类,铵态氮(NH_4~+-N)、硝态氮(NO3--N)、总氮(TN)、可溶性磷(DP)和总磷(TP)质量浓度分别为5.67~22.46、0.76~2.85、13.41~45.55、0.86~5.00和1.99~9.94 mg·L~(-1);流域出口水体氮磷浓度与土地利用方式组成、景观格局指数、人口和养殖密度相关性显著(P0.05)。流域出口水体TN和TP浓度与林地面积比例、养殖密度呈显著正相关(P0.05),与农田、居民地面积比例和人口密度呈显著负相关(P0.05);TN和TP浓度与景观格局最大斑块指数(LPI)呈显著正相关(P0.05),与景观斑块形状指数(LSI)呈显著负相关(P0.05);流域出口水体氮磷浓度可用土地利用方式组成(农田、居民地、茶园)和景观格局指数[斑块密度(PD)、LPI、LSI、蔓延度(CONTAG)、景观分割度(DIVISION)]的多元线性回归模型预测(校正后R2为0.132~0.320),且多元线性回归模型对NO_3~--N浓度的预测效果最佳。研究结果可为亚热带丘陵区农业流域水环境保护与景观合理规划、利用和管理提供科学依据。     

一株假单胞菌WSH1001的脱氮特性

研究了假单胞菌WSH 1001(Pseudomonas sp.WSH 1001)对氨氮及硝态氮去除性能的影响因素以及WSH 1001在实际污水处理中的应用情况,并将其与市售硝化菌制剂的脱氮性能进行了比较.结果表明:菌株前培养方式对后续的氮去除性能影响较大,葡萄糖或柠檬酸钠是最适碳源;在20～35℃的范围内,温度对氨氮及硝态氮的去除率没有明显影响;溶氧浓度对氨氮及硝态氮的去除效率影响很大;金属离子Cu2+、Co2+和Zn2+极大地抑制了该菌株对氨氮及硝态氮的去除能力;菌株WSH 1001在6 h内对70 mg L-1的氨氮去除率高达99.64%,总氮去除率达94.94%,在8 h内对50 mgL-1的硝态氮去除率达到了87.69%,说明该菌株同时具备硝化和反硝化的能力;当菌株WSH 1001应用于实际污水(初始氨氮和COD浓度分别为44和113 mg L-1)、并额外添加3 g L-1的丁二酸钠作为外加碳源时,氨氮去除率在6 h时达到99.23%,较其它市售硝化菌制剂脱氮性能高.该研究表明假单胞菌WSH 1001在实际污水的处理上具有较好的应用潜能.     

宝象河雨季径流过程氮素输移特征及来源示踪

为探究滇池主要入湖河道的氮素来源及输移特征,研究于雨季对宝象河水系径流氮营养盐进行了系统监测,分析了宝象河径流过程中氮的浓度、赋存形态特征及其变化规律等环境过程,并对不同区位的氮来源进行了示踪.结果表明,干流总氮浓度从上至下呈现增长趋势,河源至中游地区以硝酸盐氮(NO_3~--N)为主,而下游则以氨氮(NH_4~+-N)为主.流域主要氮源总氮浓度从低到高依次为:雨水、村镇排污口、农田沟渠径流、城市排污口,其中农田沟渠径流以NO_3~--N为主,而其他三类则以NH_4~+-N为主.雨季宝象河流域各主要氮源的汇入是导致宝象河径流氮浓度及其赋存形态的变化的重要原因,不同氮源的氮赋存形态在一定程度上决定了对应受纳区河道径流氮赋存形态.干流水体δ~(15)N-NO_3~--N从河源至入湖口呈现先增后减的趋势,其变化范围是6.576‰—9.708‰.流域雨水、农田沟渠径流、村镇排污口和城市排污口等氮源δ~(15)N-NO_3~--N分别为3.389‰—5.619‰、6.681‰—19.623‰、5.031‰—9.278‰和5.497‰—7.02‰.降雨和土壤径流是河源氮素主要贡献源;农业源和村镇源是上游、中游地区氮素主要贡献源;宝象河下游除了农业源、村镇源外,城市源也是其主要贡献源.研究结果能为滇池流域氮素面源污染精确治理和调控提供依据.     

电极生物膜自养脱氮系统中的电化学作用

设计构建三维电极生物膜反应器,成功启动后稳定运行,在全自养条件下能较好地处理低碳氮比含氮废水.结果表明,在进水不含有机碳源,电流强度为30 mA,电流密度为0.012 mA·cm-2,运行周期24 h的实验条件下,反应器处理进水氨氮浓度为30 mg·L-1的废水时,氨氮转化率达到了90.3%,总氮去除率为70.0%;处理进水硝态氮浓度为30 mg·L-1的废水时,硝态氮去除率达到了82.7%.在考察电极生物膜反应器脱氮性能的同时,探讨系统中纯电化学作用的脱氮能力.结果显示电极生物膜处理氨氮废水的系统中,纯电化学脱氮作用为系统总脱氮能力的10%左右;而处理硝态氮废水的电极生物膜系统中,无电化学还原去除NO-3-N作用.     

华南湿润区坡地氮素流失规律比较试验研究

通过两个径流场的对比试验,研究了华南湿润地区针叶林坡面氮素随降雨径流的流失规律,结果表明,氮素流失量均与坡面径流量和降雨强度具有极显著的线性相关关系,在没有施肥的情况下,氮流失形态以氨氮、硝氮为主,总氮产出浓度随降雨径流的增大,逐步下降,最后趋于稳定。在施放尿素的情况下,氮素随径流的流失形态以氨氮、硝氮和溶解态的尿素为主,总氮的产出浓度呈先升高而后随降雨径流的增大逐渐减少最后趋于稳定的特性。     

牦牛粪便对川西北高寒草甸土壤养分的影响

川西北高寒草甸是我国四大牧区之一,也是"长江上游生态屏障"建设的重要"生态功能区"之一.近年来牦牛粪便被大量出售,显著地改变了生态系统的养分循环.通过模拟牛粪堆积,研究了牦牛粪便养分释放及其对周围土壤养分(NO3--N、NH4--N、速效K、无机P、有机C、全N和全P)在不同时间和距离条件下的影响.结果表明,在研究区域内,牛粪对草地生态系统具有较强的养分(N、P)贡献能力,据初步统计,其值大致为N素699～932 kg hm-2,P素为110～147 kg hm-2;牛粪养分在夏季具有较快的分解速率,在3 mo左右之后基本分解殆尽;粪便在短期内能显著提高粪下土壤养分的含量,其中,对No3--N含量的提高最为明显,在2 mo左右之后其含量达到初始态的8.4倍,在实验后期,粪便对土壤养分的影响作用逐渐消失;粪便在夏季对周围10 cm内土壤的养分(NO3--N、NH4+N、速效K和无机P)含量能产生显著影响(P<0.05),但影响范围难以达到周围30 cm左右.与通常结论不同的是,在整个实验周期内,牦牛粪便并没有显著提高土壤有机C、全N和全P的含量.图4表1参31     

不同水力负荷下凤眼莲去除氮、磷效果比较

采用人工模拟方法,研究了不同水力负荷(0.14、0.20、0.33和1.00m3.m-2.d-1)对凤眼莲去除富营养化水体氮、磷效果的影响,试验期间进水TN、NH4+-N、NO3-N、TP平均质量浓度分别为4.85、1.33、2.92和0.50mg.L-1。结果表明,凤眼莲净化系统对富营养化水体具有较好的去除效果,低水力负荷(0.14、0.20m3.m-2.d-1)下,出水TN、NH4+-N和TP均达到了GB3838—2002《地表水环境质量标准》的Ⅳ类水质标准;当水力负荷提高到1.00m3.m-2.d-1后,出水TN、NH4+-N、NO3-N和TP质量浓度明显上升。4种水力负荷下,凤眼莲净化系统对TN和TP去除率分别为84.95%和80.65%、73.87%和73.04%、51.60%和64.05%、30.77%和47.79%,即随水力负荷的提高而降低;相应的TN、TP去除负荷分别为0.58和0.06、0.72和0.07、0.83和0.11、1.47和0.23g.m-2.d-1,即随水力负荷的提高而增加。综合考虑净化效果和污水处理能力,本试验条件下凤眼莲系统的水力负荷宜控制在0.33m3.m-2.d-1。     

水面流湿地系统水质净化效果及河道洗盐动态规律--以天津泰达再生水景观河道生态修复中试工程为例

分析研究了天津开发区滨海盐碱土地区再生水景观河道水面流湿地生态修复中试工程水质净化效果以及河道洗盐动态变化规律。结果表明:水面流湿地系统对COD去除效果不明显,去除率最高仅为30 % ;对氮、磷具有较高的去除率,TN、NH4-N及NO3 --N的平均去除率分别达到6 5 %、38%和6 0 % ,TP和PO43 -的平均去除率分别达到87%和90 .2 %。另外在土壤盐分不断溶出的同时河道洗盐效果是明显的     

上海桃浦河水质现状分析与污染评价

桃浦河是上海苏州河的重要支流之一,其水质状况令人堪忧。选取桃浦河15个采样点,通过实地观测和室内实验分析,测得水体NH_4~+-N、COD_(Mn)、NO_2~--N、NO_3~--N等相关指标。运用国标对照、单因子评价法、模糊综合评价法等方法对桃浦河水体进行综合分析。结果表明桃浦河DO含量较低,NH_4~+-N含量超标严重,为劣5类水,水体自净能力总体较差,其中南段河流自净能力较好,其次为中段、北段。基于上述研究,提出了桃浦河整治的多项措施。     

农田生态系统大气氮、硫湿沉降通量的观测研究

2007年10月至2008年9月,借助自动降雨收集器(APS-2A)及自动气象观测站(VSALA-M52),在中国科学院红壤生态实验站(江西鹰潭)农田区内定位采集雨水样本,探讨了大气氮、硫湿沉降特征,估算了大气氮、硫的湿沉降向农田生态系统的输入通量.结果表明,雨水中氮、硫素的月质量浓度变异较大,全氮(T-N)、铵态氮(NH_4~+-N)、硝态氮(NO_3~--N)和硫(SO_4~(2-)-S)的月质量浓度,即ρ(T-N)、ρ(NH_4~+-N)、ρ(NO_3~-N)和ρ(SO_4~(2-)S)分别为1.09～7.84、0.64~6.25、0.34～1.83和0.95～7.64mg·L~(-1),均与降水呈负相关,其中ρ(T-N)、ρ(NH_4~+-N)、ρ(SO_4~(2-)-S)与降水的相关性达到比较显著水平(n=11,p<0.10).湿沉降月通量F(T-N)、F(NI_4~+N)、F(NO_3~--N)和F(SO_4~(2-)-S)分别为1.0～7.84、0.64～6.25、0.17～1.54和1.22～9.15 kg·hm~(-2),均与降水呈正相关,其中F(T-N)、F(NH_4~+-N)和F(SO_4~(2-)-S)与降水的相关性均达到显著水平(n=11,p<0.05).季节上,雨水氮、硫浓度及湿沉降氮、硫通量均呈冬春>夏秋的特性.湿沉降向农田生态系统输入N 35.94 kg·hm~(-2)·a~(-1)和S45.93 kg·hm~(-2)·a~(-1),其中NH4~+-N的年沉降通量为22.92 kg·hm~(-2),占湿沉降氮总量的63.75%.     

黑麦草在模拟人工湿地中对奶牛场污水高浓度氮的吸收转化

以土壤为基质,黑麦草(Lolium multiflorm)为植被,通过模拟间歇性人工湿地净化系统处理不同质量浓度的奶牛场污水试验,研究黑麦草对高质量浓度畜牧场污水中氮的吸收转化效果.结果表明,黑麦草在间歇性进水的污水质量浓度高达TN(816.8±125.1) mg·L~(-1),NH_4~+-N(443.6±97.9) mg·L~(-1),NO_3~--N(141.5±51.7) mg·L~(-1)都能较好的适应,生长良好.在不同浓度处理的净化系统中,水力停留时间为8d的条件下,NH_4~+-N的去除率为75.9%～88.3%;NO_3~--N的去除率平均为69.3%;TN的去除率74.5%～83.1%.该试验黑麦草对污水中氮的吸收转化在系统对氮净化中的贡献率平均为20.03%.     

臭氧污泥减量过程中混合液各参数的变化

实验用污泥的初始浓度(MLSS)分别限定为4g/L、7g/L和11g/L,用以探讨不同浓度下臭氧氧化过程中COD、N和P浓度的变化。结果表明:臭氧氧化过程中,MLSS和MLVSS基本呈线性下降;臭氧对污泥细胞的溶解可以引起混合液中COD、N和P浓度的升高,升高速率受污泥浓度和臭氧浓度影响较大;TKN和硝态氮是N的主要存在形式,TKN和TN随时间均呈先增加后趋缓的变化规律;臭氧对氨氮和亚硝酸盐氮有较强的氧化能力,二者浓度均呈先增大后减小的规律;而硝酸盐氮呈一直增加趋势;臭氧对COD的氧化也很明显,表现为COD的增加速率随氧化时间的增加而不断降低;总磷的浓度基本呈线性增加,单位质量污泥的总磷释放量差异不大;臭氧对MLSS的彻底减量会引起臭氧溶胞利用率的降低,因此应该合理控制臭氧化反应的时间。     

不同源类型农业非点源负荷特征研究——以新田小流域为例

以珠江三角洲北部新田小流域为研究对象,采用源类型法,在流域范围内建立林地、果园、旱地和水田四个全封闭的农业用地单元,并对四个单元出口处的径流量进行同步采样,分析COD、BOD、氨氮、总氮和总磷等污染物的负荷特征.结果表明:(1)流域地表水存在着明显非点源污染现象,不同源类型,地表径流的污染程度不同.(2)不同源类型农业非点源污染负荷强度不同,其中水田、旱地单位面积非点源负荷强度较大,果园、林地各项污染物的负荷强度相对最小.受地表扰动、施肥等人类活动影响,流域内水田、旱地是农业非点源污染发生的关键源区.(3)流域范围内,不同源类型农业非点源负荷总量不同,其中,果园各项污染物非点源负荷总量最大,其次是林地,水田、旱地非点源负荷输出总量较小,流域范围内,源面积成为影响非点源负荷总量的主要因素.(4)相应的非点源污染治理不仅是关键源区,同时应关注大面积流失区.     

草、藻型湖泊水体生态及理化特性的实验对比

2006年9月,根据营养水平和种植水草的差异设计了6个浅水湖泊模拟系统,实验用水草为菹草(Potamogeton crispusLinn.)和马来眼子菜(Potamogeton malaianus-Miq).在15个月实验期间,通过多次监测各系统的景观外貌和水质,对草、藻型湖泊生态及理化特性的差异进行研究,得出以下结论:(1)草、藻型系统分别对应清水和浊水2种状态,景观外貌差异很大.(2)水草可使湖泊系统维持在清水状态,在一定条件下,甚至可使富营养化湖泊维持在清水状态;但是水草腐烂分解等也可使水质迅速恶化,甚至引起湖泊草、藻状态的转变;关键在于,对于不断变化的环境条件,系统内水草能否健康生长.(3)由于营养和生产力水平低,贫营养系统的水质指标随时间变化较小,草、藻型系统间的差异不明显,DO变化范围分别为8.1～14.4 mg·L~(-1)、7.5～11.6 mg·L~(-1),pH 8.71～9.89、8.25～9.22,TP 0.006～0.012 mg·L~(-1)、0.006～0.053 mg·L~(-1),TN 0.11～0.71 mg·L~(-1)、0.10～0.83 mg·L~(-1),NH_4~+-N 0.01～0.17 mg·L~(-1)、0.01～0.26 mg·L~(-1),PO_4~(3-)-P 0.002～0.012 mg·L~(-1)、0.000～0.008mg·L~(-1).(4)由于水草和藻类的大量生长等,中营养与富营养系统湖水的DO、pH、水温和NH_4~+-N的日变化明显,日变化曲线呈“⌒”形,且具有季节性变化规律;由于水草向底泥中输氧气等原因,与藻型湖泊相比,草型湖泊水中TP、TN和NH_4~+-N的浓度较低,PO_4~(3-)-P浓度较高,草、藻型系统的TP均值分别为0.16、0.51 mg·L~(-1),TN 1.30、8.32 mg·L~(-1),NH_4~+-N 0.19、0.43mg·L~(-1),PO_4~(3-)-P 0.07、0.01 mg·L~(-1).     

Watershed land use effects on lake water quality in Denmark

Mitigating nutrient losses from anthropogenic nonpoint sources is today of particular importance for improving the water quality of numerous freshwater lakes worldwide. Several empirical relationships between land use and in-lake water quality variables have been developed, but they are often weak, which can in part be attributed to lack of detailed information about land use activities or point sources. We examined a comprehensive data set comprising land use data, point-source information, and in-lake water quality for 414 Danish lakes. By excluding point-source-influenced lakes (n = 210), the strength in relationship (R2) between in-lake total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP) concentrations and the proportion of agricultural land use in the watershed increased markedly, from 10-12% to 39-42% for deep lakes and from 10-12% to 21-23% for shallow lakes, with the highest increase for TN. Relationships between TP and agricultural land use were even stronger for lakes with rivers in their watershed (55%) compared to lakes without (28%), indicating that rivers mediate a stronger linkage between landscape activity and lake water quality by providing a "delivery" mechanism for excess nutrients in the watershed. When examining the effect of different near-freshwater land zones in contrast to the entire watershed, relationships generally improved with size of zone (25, 50, 100, 200, and 400 m from the edge of lake and streams) but were by far strongest using the entire watershed. The proportion of agricultural land use in the entire watershed was best in explaining lake water quality, both relative to estimated nutrient surplus at agricultural field level and near-lake land use, which somewhat contrasts typical strategies of management policies that mainly target agricultural nutrient applications and implementation of near-water buffer zones. This study suggests that transport mechanisms within the whole catchment are important for the nutrient export to lakes. Hence, the whole watershed should be considered when managing nutrient loadings to lakes, and future policies should ideally target measures that reduce the proportion of cultivated land in the watershed to successfully improve lake water quality.