长江上游高山森林小溪流磷输出及其汇流特征

长江上游水源涵养地高山森林溪流磷输出不仅是森林生态系统磷输出的主要形式,而且与下游水域环境密切相关,但对此人们一直缺乏必要的关注.因此,为了解森林溪流磷的最大输出潜力,于2013年8月中旬溪流流量较大的季节,调查了海拔3600~3700 m的高山森林18条溪流的磷输出及其从源头到尽头的变化特征.结果表明:在所选样地内,溪流中总磷储量为8120.1 mg,单位水体面积储量为5.4 mg·m-2,单位水体面积总输出量为150.3 kg·km-2·d-1,单位集水区面积总输出量为0.2 kg·km-2·d-1,集水区潜在年输出总量约为67.7 kg·km-2.溪流中总磷含量维持在检出限0.01~0.6 mg·L-1之间,所有溪流上游总磷含量和储量均明显高于下游;溪流尽头总磷储量仅为源头总储量的29.2%,尽头平均浓度为源头平均浓度的30.9%.这些结果表明,高山森林溪流具有明显的磷输出特征,但从源头到尽头的汇流过程中,溪流水体能显著降低总磷含量及储量,表现出明显的自净能力,这也是高山森林生态系统养分传输纽带的重要体现.     

季节性冻融格局变化对高山森林土壤氮素淋溶损失的影响

气候变化情景下冻融格局的改变可能导致寒冷生物区土壤氮的淋溶损失,从而改变土壤养分循环和森林溪流的水体环境.因此,为了解季节性冻融循环及其变化对高山森林土壤氮淋溶损失的影响,于2010年5月到2012年4月期间,采用土柱培养实验,利用海拔形成的温度差异模拟气候变暖过程,将高山森林(海拔3600 m)土壤分别培养在海拔3600 m(A1)、3300 m(A2)和3000 m(A3)的森林地表,研究了生长季节与冻融季节不同关键时期的土壤氮淋溶特征.结果表明:川西高山森林土壤氮素淋溶损失随着海拔增加而增加,其损失量为(1.85±0.39)kg·hm-2·a-1(A3)(1.87±0.34)kg·hm-2·a-1(A2)(2.94±0.73)kg·hm-2·a-1(A1),其中,62%以上的氮损失发生在季节性冻融期间.冻融季节高山森林土壤氮素淋溶流失的主要形式为铵态氮和硝态氮,且铵态氮的淋溶损失量高于硝态氮,而生长季节土壤氮素淋溶损失的主要形式是可溶性有机氮.这意味着冻融循环格局在很大程度上控制着高山森林土壤氮素淋溶损失特征,未来气候变暖可能降低高寒森林土壤氮素肥力,增加森林溪流中的氮含量.     

三峡库区规模化顺坡沟垄果园氮、磷输出过程及流失负荷

通过对三峡库区顺坡垄沟构型的规模化柑橘园集水区次降雨过程径流氮、磷进行动态监测,分析典型降雨事件氮和磷流失负荷,并探讨了规模化柑橘种植对土壤氮磷流失及入库河流水环境的影响.结果表明:①顺坡沟垄柑橘园集水区径流氮和磷年流失负荷分别为13.43 kg·(hm~2·a)~(-1)和1.26 kg·(hm~2·a)~(-1),春季施肥及强降雨冲刷是集水区污染物高负荷的主要原因;②集水区全年总氮(TN)和总磷(TP)的EMC为8.49 mg·L~(-1)和0.87 mg·L~(-1),超过发生水体富营养化含量标准;③春季施肥后的2场典型降雨中,长历时暴雨径流硝态氮(NN)和溶解态磷(DP)负荷为4.94 kg·hm~(-2)和0.28 kg·hm~(-2),分别占TN和TP流失负荷的92.90%和64.69%;短历时大雨径流NN和DP负荷为0.52 kg·hm~(-2)和0.05 kg·hm~(-2),分别占TN和TP的65.92%和74.88%,溶解态氮和磷是顺坡沟垄坡面果园径流氮和磷流失的主要途径;④集水区氮磷流失表现出显著的"初始冲刷效应",初期20%的地表径流流失了58.0%的TN, 57.0%的DN, 58.5%的NN, 79.0%的AN, 62.0%的TP, 63.5%的DP和60.0%的PP,控制初期地表径流对降低入库径流养分具有重要作用.     

抚仙湖尖山河小流域山地典型地类非点源污染特征与分析

通过在尖山河小流域建立径流场.在自然降雨条件下采集水样,检测分析地表径流中各污染物的浓度,研究自然状态下和人为干扰下山地不同地类污染物的输出量,探讨高原湖泊山地非点源污染的特征与规律.研究结果表明:研究区内各地类产流量的关系是坡耕地>人工林>灌草丛>次生林,各地类产沙量大小关系是坡耕地>人工林>次生林>灌草丛,产流量与降雨量相关性更为显著;次生林、坡耕地、灌草丛、人工林4种土地类型产流的总无机氮输出量平均值分别为0.94 mg·m-2、19.70mg·m-2、1.74 mg·m-2、17.22 mg·m-2,总磷平均值分别为0.32mg·m-2、3.58 mg·m-2、1.12 mg·m-2、2.85 mg·m-2;产沙过程中单位面积水解氮输出量平均值为0.41 mg·m-2、7.17 mg·m-2、0.89 mg·m-2、0.23 mg·m-2,速效磷平均值为0.04 mg·m-2、1.14 mg·m-2、0.03 mg·m-2、0.02 mg·m-2;产流过程中输出的污染物大于产沙过程中的输出量,尖山河小流域农业非点源污染控制应以控制产流污染物为主.     

湖南蔡家塘森林小流域氮和硫的输入输出特征

以湖南韶山蔡家塘小流域2001～2003年的监测数据为基础,对森林在酸沉降作用下无机氮(NH 4,NO-3)和硫输入、输出的月均通量进行了研究.结果表明,总氮的年输入通量为24～28 kg·hm-2·a-1,主要以NH 4形式(占总输入氮的62%～67%)输入该森林生态系统;年氮输出通量为2～3kg·hm-2·a-1,主要以NO-3形式(占总输出N的83%～98%)输出该森林生态系统.韶山森林年无机氮的滞留量达到22～26kg·hm-2·a-1,其中NH 4占到总氮净截留量的68%～72%.硫的截留量为13～21 kg·hm-2·a-1.高氮沉降导致了一部分氮的输出,但是输出氮仅占到输入氮的8%～9%.有超过90%的氮被生态系统截留.由此可以推断,韶山森林尽管有高氮输入,但是生态系统远没有达到氮饱和状态.     

北固山湿地虉草氮磷积累和转移能力的研究

通过研究镇江北固山湿地中优势种虉草(Phalaris arundinaces Linn)的生物量以及不同时期各器官总磷/总氮含量及氮/磷累计的动态变化规律,探讨了虉草对氮磷的转移能力.结果表明:1)虉草生物量呈先增加后减少的趋势,茎的生物量远大于叶和根.2)叶中的氮含量大于茎和根,在4月份时达到峰值33.02 mg·g-1;根中的磷含量远大于叶和茎,在8.94～9.83 mg·g-1之间.3)各器官对氮的累积以茎为最高,在5月份时达峰值,为16272 mg·m-2;根中的磷累积最高,茎其次,峰值分别为3196 mg·m-2、5097 mg·m-2.4)相关性分析结果提示氮/磷的去除量与植物的生物量成正相关,适时收割虉草可以从湿地中转移氮和磷.     

基于SWAT模型的黑河流域不同土地利用情景的非点源污染研究

以卫星遥感影像为基础,运用GIS与环境模型(SWAT2000)相结合的技术手段和景观生态学的研究方法,探讨了黑河流域土地利用与非点源污染的关系;从土地利用恶化与改善出发,对模型进行水量、泥沙和营养负荷部分的参数率定和验证并分析其在黑河流域的适用性,在此基础上通过对不同土地利用情景下非点源污染负荷的定量化分析,研究了土地利用/土地覆被变化对黑河流域非点源污染的影响过程.结果表明,随着流域林地面积的增加,流域径流深逐渐减少,水土流失量逐渐减少.从而使得流域产沙量也相应减少.林地的非点源污染单位负荷为:氮0.67kg·hm-2·a-1,磷0.11 kg·hm-2·a-1;耕地的单位负荷为:氮8.85 kg·hm-2·a-1,磷4.2kg·hm-2·a-1;当流域全部为林地时.总氮与总磷的负荷量分别为99.001t和17.145t.在2000年土地利用情景下总氮与总磷的负荷量分别为173.334t和38.653t;随着对植被的破坏,即土地恶化,会导致流域非点源污染的急剧增加;反之,随着退耕还林、水源涵养林保护工程的实施,流域水环境会得到极大的改善.     

溶解氧和光照对狐尾藻衰亡释放氮磷碳的影响

将杀青后的狐尾藻(Myriophyllum spicatum)切成0.5～1cm段浸泡于添加氯仿(抑制微生物活性)的装水烧杯中,置于人工气候箱(温度为5℃),考察光照和溶解氧对因植物组织溶解而导致的氮磷碳释放的影响。研究结果表明曝气组总氮释放量平均3.33mg/L,比不曝气组高6.39%。总磷释放量平均15.07mg/L,比不曝气组低50%以上。COD平均释放量66.83mg/L,为不曝气组2倍以上。(1)曝气抑制了硝氮释放。在搅拌作用下,植物残体和水溶液充分碰撞与接触,加速植物残体中氮和碳向水中转化,导致曝气组总氮、氨氮、有机氮和COD升高。曝气组植物残体破碎导致表面积增加对磷吸收的促进程度强于对附着作用的降低以及植物残体磷释放作用的增加,综合作用下导致水中磷浓度降低。曝气抑制了硝氮、总磷、溶解性总磷和溶解性无机磷释放。(2)有光照组总氮、总磷和COD平均浓度分别为3.13,30.53和32.51mg/L,分别为无光照组的1.24,3.28和2.46倍。光照促进狐尾藻总氮、氨氮、硝氮、总磷、溶解性总磷、溶解性无机磷及碳的释放,但抑制有机氮释放。     

冬水田转稻麦轮作对小麦生长季温室气体排放的影响

用静态暗箱-气相色谱法测定了川中丘陵地区典型冬水田(RF)及冬水田转稻麦轮作处理(RW)在小麦生长季的温室气体排放通量,并同步测定了土壤温度、水分和可溶态碳氮含量.结果表明,RW在小麦生长季的CH4、生态系统呼吸CO2和N2O平均排放通量分别为0.05、117.01 mg·m-2·h-1(以C计)和77.19μg·m-2·h-1(以N计),而RF相应通量分别为1.43、7.85 mg·m-2·h-1和-0.61μg·m-2·h-1.RW施氮肥后出现N2O的排放峰,其N2O直接排放系数为1.28%.土壤可溶态有机碳含量与CO2通量之间呈显著正相关关系(r=0.342,p0.01),与CH4、N2O的相关关系不显著;硝态氮、可溶态总氮含量与N2O通量的关系为显著正相关,但与CH4通量呈显著负相关.RF的综合增温潜势(以CO2-eq计,下同)为3.03 Mg·hm-2,大于RW(-1.66 Mg·hm-2),暗示冬水田转稻麦轮作会降低生态系统的综合增温效应.     

基于BDPs的多级土壤渗滤系统处理受污染河水的试验研究

针对受污染的流入滇池的河流河水,采用具有曝气段和缺氧段的两段式多级土壤渗滤(multi-soil-layering,MSL)系统,开展了在缺氧段添加非水溶性可生物降解多聚物(BDPs)材料PBS颗粒的强化脱氮除磷研究.结果表明,添加PBS碳源可有效解决传统MSL系统因碳源不足而导致的脱氮效果不理想的问题.在河水污染较轻及较重两种情况下,系统对TN的平均去除率分别达到78%、85%,平均单位表面去除负荷分别为9.09g·m-·2d-1、24.55g·m-·2d-1;TP平均去除率分别达到92%、98%,平均单位表面去除负荷分别为0.76g·m-·2d-1、2.02g·m-·2d-1.此外,系统对COD的平均去除率可达到75%以上.     

澜沧江流域沉积物间隙水-上覆水营养盐特征与交换通量分析

为分析澜沧江梯级水库建设对澜沧江流域沉积物-水界面交换过程的影响,于2016年2~3月对澜沧江云南段间隙水-上覆水氮、磷营养盐进行了调查与分析.结果表明,澜沧江自然河道沉积物间隙水总氮(TN)均值为15.254 mg·L~(-1),显著高于水库均值6.577 mg·L~(-1);但其总磷(TP)均值为0.654 mg·L~(-1),低于水库区域的1.432 mg·L~(-1).澜沧江流域沉积物间隙水氮、磷浓度均高于上覆水浓度,上覆水-间隙水垂向TN浓度在表层沉积物处达到最大值,且自然河道总溶解氮(DTN)扩散通量均值为2.117 mg·(m~2·d)~(-1),高于水库的均值0.785 mg·(m~2·d)~(-1);但其总溶解磷(DTP)扩散通量为0.044 mg·(m~2·d)~(-1),低于水库的均值0.053 mg·(m~2·d)~(-1),上覆水氮盐主要来源于沉积物间隙水.澜沧江梯级水库建设导致的沉积物组成差异与水体扰动差异是间隙水-上覆水界面交换差异的主要原因.     

水稻种植对中亚热带红壤丘陵区小流域氮磷养分输出的影响

以湖南省长沙县的脱甲流域(高水稻种植面积比例)和涧山流域(低水稻种植面积比例)为研究对象,对比研究红壤丘陵地区典型农业流域水稻种植对河流水体氮磷浓度和输出强度的影响.连续16个月的监测结果表明,脱甲和涧山流域河流水体均存在比较严重的养分污染,尤其是氮污染;对比两个流域,脱甲流域河流水体的氮磷浓度水平和水质恶化程度均高于涧山流域.从养分组成来看,脱甲流域河流水体中氮以铵态氮为主(占总氮的58.5%),而涧山流域主要是硝态氮(占总氮的76.1%).脱甲流域中可溶性磷占总磷比例为47.1%,高于涧山流域的37.5%.从养分浓度变化的时间动态而言,两个流域河流中各形态氮素水平在1~2月和7月较高,而可溶性磷和总磷在5~6月和10~12月出现两个峰值.由于两个流域河道径流主要集中在水稻种植期间的4~10月,脱甲流域河流中较高的氮磷养分浓度意味着潜在的氮磷流失风险.脱甲流域月平均总氮输出通量为1.67 kg·(hm2·月)-1,总磷为0.06 kg·(hm2·月)-1,均高于涧山流域的0.44 kg·(hm2·月)-1和0.02kg·(hm2·月)-1.考虑到两个流域的气候、地形地貌、土壤类型、农田耕作方式相似而只是水稻种植面积比例不同,因此,在该地区传统的水稻栽培管理模式下,较高面积比例的水稻种植对流域河流水体环境存在潜在威胁.     

洱海藻类水华高风险期沉积物氮磷释放通量时空变化

选择藻类水华高风险期,研究沉积物氮磷释放通量时空变化及影响因素,以揭示沉积物氮磷释放对洱海水质影响.结果表明:①2009、2013和2018年洱海沉积物氮磷释放通量整体呈上升趋势,与2009相比,2013年增幅较大,而2018年与2013年相比增幅较小;溶解性总氮(DTN)释放通量在11. 71～14. 15 mg·(m~2·d)~(-1),其中有机氮(DON)释放通量在6. 39～8. 42mg·(m~2·d)~(-1),占DTN的58%,无机氮(DIN)释放通量在5. 31～5. 73 mg·(m~2·d)~(-1),占DTN的42%;溶解性总磷(DTP)释放通量在0. 11～0. 14 mg·(m~2·d)~(-1),无机磷(DIP)释放通量在0. 07～0. 09 mg·(m~2·d)~(-1),占DTP的66%,有机磷(DOP)释放通量在0. 04～0. 05 mg·(m~2·d)~(-1),占DTP的34%.②洱海沉积物氮磷释放通量空间差异也较大,其中氮释放通量呈南部北部中部趋势,磷释放通量表现为北部中部南部趋势; 2009、2013和2018年相比,由北向南各湖区氮释放通量增幅分别为17%、13%和23%,磷释放通量增幅分别为19%、28%和29%.③2009、2013和2018年相比,洱海沉积物氮磷含量总体稳定,不是影响其释放通量变化主因,水华高风险期水体pH增加和DO下降是影响沉积物氮磷释放通量变化的重要因素,洱海保护应关注水体环境因子变化导致的沉积物氮磷释放增加问题.     

石盘丘小流域不同土地利用方式下土壤氮磷流失形态及通量

为了解三峡库区小流域不同土地利用方式下土壤氮、磷流失特征,为农业非点源污染防控提供科学依据;采用田间试验的方法,研究了三峡库区石盘丘小流域水田、旱坡地、林地、柑橘园和菜地这5种土地利用方式下地表径流不同形态氮、磷流失浓度与通量的特征.结果表明：全氮流失通量的顺序为水田[17.73 kg·（hm²·a）^-1] > 柑橘园[4.86 kg·（hm²·a）^-1] > 旱坡地[4.33 kg·（hm²·a）^-1] > 菜地[4.00 kg·（hm²·a）^-1] > 林地[2.41 kg·（hm²·a）^-1];全磷流失通量的顺序为菜地[4.97 kg·（hm²·a）^-1] > 柑橘园[1.87 kg·（hm²·a）^-1] > 水田[0.93 kg·（hm²·a）^-1] > 林地[0.27 kg·（hm²·a）^-1] > 旱坡地[0.19 kg·（hm²·a）^-1];5种土地利用方式下氮、磷流失主要集中在降雨频繁的4~5月,占全年氮、磷流失总负荷的53.80%~96.52%和56.03%~87.78%;氮流失主要以硝态氮（16.16%~52.70%）的形态流失,全氮流失通量与径流量呈现出显著正相关关系（R²=0.9826）;在菜地中颗粒磷是磷流失的主要形态（83.30%）,但在其他土地利用方式中表现不显著.不同土地利用方式下不同形态氮、磷流失存在显著差异,其中菜地应针对强降雨情况下颗粒磷流失的问题采取措施,水田应避免在降雨集中时期施肥;科学施肥和合理地土地利用方式配置是治理小流域农业非点源污染的重要途径.     

山地城市新建湖库氮磷营养盐时空特征研究

重庆市园博园龙景湖是一新建的山地河道型深水湖库.通过为期一年对龙景湖水库氮磷营养盐的监测,研究龙景湖水库氮磷营养盐的时空格局、变化特点和相互关系,分析园博园旅游区人为活动的特点以及上游流域来水水质对水库水质的影响.结果表明,龙景湖水库整体总氮和总磷年均浓度分别为(1.42±0.46)mg·L-1和(0.09±0.03)mg·L-1,存在丰水期平水期低于枯水期的季节性波动.湖库主水体区、开阔水体区和库湾区受所在区域影响因素不同,氮磷浓度分布存在时空异质性:主水体区季节变化特征与湖库整体基本一致;两个开阔水体区将主水体区分别与上游、库湾连接,顺水流方向的氮磷浓度沿程逐渐降低,开阔水体区氮磷营养盐受上游来水水质和周围园区功能布设影响;典型库湾区营养盐浓度高于主水体区和开阔水体区.湖库丰水期颗粒态的氮、磷占总氮、总磷质量分数分别为51.7%和72.8%,枯水期硝酸盐氮、活性磷酸盐分别占总氮、总磷质量分数为42.0%和59.4%,氨氮和溶解态有机氮占总氮质量分数相对稳定;氮磷比全年均值为18.429±7.883,营养物限制情况上,氮、磷为主要限制因素的时段分别为5.3%、21.2%.     

农业耕作对三峡水库支流库湾消落带土壤氮、磷含量及流失的影响

三峡水库低水位运行时,消落带由于落干期与作物生长期重叠,常被近岸农民开垦利用,然而传统的农业种植可能会影响库区水环境.为对比农耕和弃耕的水环境效应,选择一级支流澎溪河库湾消落带为研究区域,以玉米、土豆和花生地为研究对象,选择农耕期（2018年3~9月）和退耕期（2019年3~9月）对农耕地和弃耕地土壤各氮、磷形态含量进行研究,同时构建了农耕地与弃耕地氮、磷平衡模型,比较分析农耕和弃耕状态下土壤氮、磷收支特征及其流失风险.结果表明,玉米地土壤氨氮、全磷和无机磷含量在不同种植期差异显著;农耕地的氨氮和硝态氮的含量显著高于弃耕地,全磷、无机磷和钙结合态磷的含量显著低于弃耕地;土壤氮、磷盈余量大小顺序为玉米>土豆>花生,分别是76.89、51.92和43.74 kg·hm^-2以及79.69、75.76和17.78 kg·hm^-2,整体上,3种作物用地氮、磷盈余量大于流失风险值,研究区农耕地氮、磷污染潜势呈现.综上可知,消落带农业耕作将迫使氮、磷流失风险加剧,不利于水环境保护.     

低碳源条件下改良双污泥系统脱氮除磷优化研究

在低碳源废水条件下,通过对改良后的双污泥处理工艺与传统厌氧-好氧-缺氧工艺效果进行比较分析,探究解决城市生活污水碳源不足的方法.实验组反应器为改良型双污泥系统,即在原双污泥系统缺氧段增加两个阶段的微曝气(曝气量0.5 L·min~(-1)),对照组反应器为多级厌氧-好氧-缺氧SBR.结果表明,进水COD、氨氮、SOP浓度分别为200、35、10 mg·L-1时,实验组比对照组脱氮除磷效果好(去除率分别为:TN 94.8%与60.9%;TP 96.5%与75%),出水SOP浓度0.35 mg·L-1,NH+4-N浓度0.50 mg·L-1,TN浓度1.82 mg·L-1,完全满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A标准.采用优化后的工艺,单位碳源(以COD计)可实现的最大的氮、磷的去除量分别为0.17 g·g-1和0.048 g·g-1,可以最大程度地解决当前城市废水碳源浓度较低的问题.     

宜兴市横山水库底泥内源污染及释放特征

为弄清宜兴市横山水库底泥内源污染及释放特征,对水库典型断面进行采样分析.结果表明,横山水库表层沉积物中的总氮、总磷和有机质的平均含量分别为2778 mg·kg^-1、899 mg·kg^-1和3.1%,内源污染严重,且水库下游沉积物的污染程度高于水库上游.磷形态分析结果表明,铁结合态磷（Fe-P）和铝结合磷（Al-P）是沉积物中的主要结合态磷,分别占总磷的质量分数为28%和39%.底泥活性磷（弱吸附态磷、有机磷以及铁磷之和）平均含量为255 mg·kg^-1,占总磷的质量分数为38%.底泥氮磷平均释放速率分别为18.0 mg·（m²·d）^-1和0.60 mg·（m²·d）^-1.相关性分析结果表明,沉积物有机质含量与磷酸根、氨氮、二价铁的扩散释放通量相关性显著（P<0.05）,说明沉积物中有机质的矿化可能是底泥氮磷释放的主要影响因素.