模拟排水沟渠非点源溶质氮迁移实验研究

农田排水沟渠是由水-底泥-植物组成的复合生态结构,其间非点源溶质的迁移转化对研究沟渠拦截、控制和管理农业非点源污染具有重要意义.本研究以模拟排水沟渠静态实验为基础,以典型非点源溶质氮素为例,分析了实验期内水体、底泥及芦苇不同介质内氮含量变化过程,分析了底泥吸附与解析、芦苇生长与衰败等年内不同时期对水体中氮素浓度的影响,探讨了水-底泥-芦苇复合生态体内氮迁移及对水体中氮浓度的影响机制.结果表明,底泥的吸附与解吸、芦苇生长的吸收和同化对水体中氮素浓度均有影响,10月之前这种影响表现为促使水体中氮素浓度降低,是水体的氮净化过程;10月之后这种净化作用开始降低,11月之后表现为促使水体中氮素浓度升高.同时,模拟沟渠水-底泥-芦苇生态体内氮迁移联系密切,任一介质内或介质间氮素迁移转化都会引起水体中氮素浓度相应调整.     

川中丘陵区自然沟渠水体与沉积物中砷的分布特征及污染评价

通过对川中丘陵区72条自然沟渠水体和沉积物总砷含量的调查与分析,研究了该区自然沟渠水体和沉积物总砷含量的分布特征,并利用综合指数法和地累积指数法分别对该区自然沟渠水体和沉积物总砷的污染状况进行了评价.结果表明:①川中丘陵区自然沟渠水体总砷含量在2.20～44.13μg·L~(-1)之间,平均值为7.44μg·L~(-1),其中,有22.22%的沟渠水体总砷含量超过WHO限定标准;沉积物总砷含量在3.40～17.78 mg·kg~(-1)之间,平均值为8.64 mg·kg~(-1),有5.56%的沟渠沉积物总砷含量超过国家一级土壤标准;②不同类型自然沟渠水体和沉积物总砷含量差异显著,沟渠水体总砷含量大小顺序为:居民区沟渠水田沟渠旱地沟渠荒地沟渠;沉积物总砷含量大小顺序为:居民区沟渠水田沟渠荒地沟渠旱地沟渠;③自然沟渠水体总砷含量与水体总氮、总磷含量呈显著正相关,沉积物总砷含量与沉积物总氮、总磷和有机质含量均呈显著正相关;④水体和沉积物总砷含量评价结果显示,川中丘陵区大部分自然沟渠总砷含量处于清洁水平,但仍有部分自然沟渠处于轻度污染状态,具有潜在的砷污染风险.     

三峡库区典型农田小流域水体汞的时空分布特征

以三峡库区典型农田小流域——重庆涪陵王家沟为对象,分别于2012年11月~2013年9月对流域内不同类型水体总汞(THg)和总甲基汞(TMeHg)含量进行为期1 a的监测,探讨汞在农田流域水体中的时空分布特征.结果表明,流域内水体THg、TMeHg浓度范围分别为1.12~64.04 ng·L-1、0(未检出)~4.24 ng·L-1,均值分别为(13.54±10.55)ng·L-1、(0.22±0.42)ng·L-1,各类型水体THg均以颗粒态为主,雨水和池塘水TMeHg以颗粒态为主,井水和沟渠水则相反.在空间分布上,THg表现为雨水最高,池塘次之,井水最低,W2井相较于其他井THg浓度最高,各沟渠点水体THg浓度差异不大;TMeHg表现为沟渠水最高,池塘次之,井水最低,井水TMeHg浓度下游大于上游,各沟渠点水体TMeHg浓度差异大,甲基化率为沟渠水>池塘水>井水>雨水.在时间变化上,各类型水体THg浓度均表现为冷季高于暖季,TMeHg浓度则因水体类型而异.综合分析发现雨水是流域内汞的重要来源;农田流域颗粒物的迁移是汞、甲基汞迁移的主要途径,地表径流是影响流域对水库汞负荷贡献量的重要因素.     

20年来密云水库主要入库河流总氮变化趋势和影响因素

密云水库是北京市最主要的饮用水源地,但近年来,密云水库遭遇了氮类污染物浓度逐渐增加的问题.因此,本文分析了密云水库主要入库河流潮河和白河在1990—2010年的总氮变化趋势和影响因素.结果表明,1990—2010年期间,潮河、白河的总氮浓度呈明显增加的趋势,且TN浓度随流量的增加呈减小趋势,经流量校正后,潮河在非汛期和白河的TN浓度显著增加,2000年后汛期潮河的TN浓度减小;总氮主要以硝态氮存在,与总硬度的相关系数最大;20年来,区域人类活动逐渐增强,水利水保措施并未改变总氮浓度增加的趋势.农业非点源污染物和畜禽养殖污染物的增加是入库河流总氮增加的主要原因,径流量减少又放大了这一效应,污染物主要通过淋溶作用补给到地下水,再补给到河流水体中.研究表明,要有效控制河流的总氮浓度,应把重点放在减小地下水的过度利用和控制区域内的非点源污染上.     

青铜峡灌区氮磷运移特征试验研究

以青铜峡灌区为例,通过对输水、田间以及排水系统典型沟渠、地块的监测试验,分析了作物灌溉期氨氮、硝氮和总磷在灌区输水系统、田间系统和排水系统中的迁移变化特征.结果表明,在输水系统中,氮磷浓度大致呈递增趋势,递增的幅度与渠道基质及其中的氮磷含量有关;在田间系统,农田排水中氮磷浓度受田间施肥过程影响较大,田间氮磷流失以氮素为主,尤以硝氮较为突出;作物生长期前后,田间土壤中氮素含量在60 cm以上变化较大,下层变化较小,土壤中总磷含量变化相对较小;排水系统中,氮磷浓度沿纵向整体上是一个逐步下降趋势,从农沟口到总排口,氨氮浓度下降了25%,硝氮浓度下降了41%,总磷浓度下降了45%;受养殖污染以及部分工业、生活排污影响,干级排水沟氮浓度出现上升现象,其中以氨氮表现最为显著.     

三峡水库主要入库河流氮营养盐特征及其来源分析

以2004～2005年的三峡水库3条主要入库河流(长江、嘉陵江、乌江)中的水文、水质的调查数据为依据,研究了三峡水库入库河流中主要的水文变化特征、氮营养盐的季节性分布规律及其形态组成.结果表明,3条入库河流的流量、流速呈现季节性变化,三峡水库入库河流的主要水文特征值已处于水华暴发的危险范围内,很容易发生水华.3条入库河流中总氮含量年均值都在1.55～2.15 mg/L之间,总体偏高,乌江武隆断面的总氮浓度最高,嘉陵江北碚断面次之,长江朱沱断面最低,并且3条河流丰水期水体中总氮含量均高于枯水期,说明非点源对氮污染影响较大;溶解态无机氮(DIN)是总氮的主要存在形式,而其中又以硝酸盐氮(NO3--N)为主,平均占到DIN的70%以上.氮素污染多以还原态氨氮(NH4 -N)的形式排入水体,经过硝化作用,NH4 -N氧化成亚硝酸盐氮(NO2--N),然后再氧化成稳定的NO3--N,并且消耗掉水体中大量的氧.入库河流水体中的NO3--N主要来自农田径流、城市污水、城市径流以及淹没土壤的释放,NH4 -N的来源主要是城市污水、工业废水以及少量的生活垃圾和船舶废水.     

外源氮输入对不同土地利用排水沟底泥反硝化和N2O排放影响

农田排水沟通过底泥硝化-反硝过程可消纳部分农业面源氮.水稻、蔬菜和水果是太湖地区种植业的主要土地利用类型,各种植区排水河沟密布,且不同种植区沟道接受外源氮差异明显,直接影响沟道消纳氮能力.分别采集太湖地区果园、稻田和菜地种植区排水沟道沉积物,设计上覆水N0、N1、N2、N3和N4这5个外源NO-3-N输入梯度,净氮输入量分别为0、0.5、1.0、5.0和10 mg·L~(-1),开展室内培养试验,研究外源氮输入对不同土地利用区排水沟道底泥反硝化和N2O排放的影响.结果表明,外源氮输入激发了排水沟底泥反硝化作用,3条沟道底泥反硝化速率均随上覆水NO-3-N输入浓度增大显著增大(P0.05),底泥累积反硝化量与输入NO-3-N浓度呈显著线性正相关关系(R20.75);除菜地外,沟道底泥N2O排放速率和累积排放量随外源NO-3-N输入浓度增大均无显著增大趋势(P0.05).在无外源氮或低外源氮输入时(N0和N1),果园、菜地和稻田种植区3种沟道之间底泥反硝化和N2O排放累积损失氮量的差异不显著(P0.05).随NO-3-N输入浓度增大,特别是高外源氮输入(N3和N4)条件下,果园和稻田排水沟道底泥反硝化消纳氮量显著高于菜地沟道底泥反硝化损失氮量(P0.05),而菜地排水沟底泥N2O排放损失氮量显著高于其它2条沟道底泥的N2O排放损失氮量(P0.05).排水沟底泥有机碳矿化速率与反硝化损失速率成正相关关系(n=15),微生物矿化(CO2-C)作用促进了沟道底泥硝化反硝过程.     

三峡库区大宁河沉积物营养盐时空分布及其与叶绿素的相关性分析

为研究大宁河底泥营养盐时空分布与藻细胞分布的关系,本研究在大宁河选择4个代表性的取样点:菜子坝、白水河、双龙和大昌,利用垂直重力采泥器,按照2 cm厚度分层选取底泥,检测底泥中总氮,氨氮、硝态氮、亚硝态氮、总磷、无机磷、有机磷和叶绿素的垂向分布,分析叶绿素与营养盐的相关性.结果表明,菜子坝底泥0.0~2.0 cm总氮浓度最高,白水河底泥2.0~4.0 cm的总氮浓度最高;菜子坝底泥2.0~4.0 cm氨氮浓度最高,1和2月白水河底泥4.0~6.0 cm浓度较高;硝酸氮和亚硝酸氮(除3月)在菜子坝底泥2.0~4.0 cm浓度最高;氨氮、硝酸氮和亚硝酸氮浓度在同一个采样点底泥4.0 cm以下分层差异不显著;白水河底泥总磷0.0~6.0 cm呈增加趋势,菜子坝底泥表层的总磷和无机磷的浓度显著高于其它分层,而且每一分层中总磷、无机磷浓度都高于其他3个取样点相应的分层;有机磷在菜子坝和大昌的浓度高于白水河和双龙的浓度,但是同一采样点底泥不同分层的有机磷浓度差异不显著;同一深层底泥中的叶绿素a浓度在大昌最高,其次是白水河,再次菜子坝,双龙处的叶绿素浓度最低;只有1月在大昌取样点处无机磷和叶绿素a的浓度显著正相关,相关系数为0.87,底泥中的营养盐不是影响底泥藻细胞分布的主要影响因素.     

农业非点源污染田间模型及其应用

非点源污染的负荷定量化研究是控制、评价和管理非点源污染的基础.农业非点源污染负荷估算包括农田排水估算和排水中的污染物浓度预测2个环节.依据水量平衡原理,农田排水应用DRAINMOD模型估算;将农田的施肥和灌溉过程"合成"作为田间污染物浓度的脉冲输入,农田排水中的污染物浓度变化则视作对应于此脉冲输入的响应过程,而污染物在田间的复杂迁移转化过程以逆高斯概率密度函数隐含表达.以此为基础,构建了农田尺度农业非点源污染负荷估算模型.以青铜峡灌区典型试验区为例,对稻田排水沟中硝态氮(NO_3~--N)和总磷(TP)的负荷过程进行了模拟,结果表明,模型估算结果和实测污染物负荷过程非常接近,Nash-Suttcliffe模拟效率系数分别为0.963和0.945,表明该模型具有较高的可靠性.     

环渤海湾诸河口底质现状的调查研究

20 0 1年 6月实地采集了环渤海湾诸河口 19处土样 ,进行了汞、铜、锌、铅、砷、总氮、总磷和有机质含量分析 ,发现环渤海湾诸河口底泥中基本无重金属 (及砷 )污染 ,但与历史资料相比 ,近年来重金属含量普遍增加 ,特别是铅和锌含量增加幅度较大 .大多数河口底泥中的总氮和总磷含量较高 ,尤其是海河口附近的河口总氮和总磷含量高达 0 14%和 0 0 9%,通过与水体的交换 ,将对水体富营养化产生影响 .     

流域农业面源污染生态工程调控措施

农业面源污染是导致目前流域水环境质量恶化的重要原因。文章从流域水环境状况、农业面源污染现状出发,结合面源污染的特点和研究发展历程,重点探讨了流域农业面源污染生态工程调控的可行性。     

农业非点源污染物在排水沟渠中的模拟与应用

排水沟渠系统是农业非点源污染田间产污和外界受纳水体之间的过渡带.通过对排水沟渠系统不同级别排水沟渠间递推关系以及农田排水和非点源污染物在其中迁移转化过程的分析,应用水动力学基本方程和污染物迁移转化方程,构建了农田排水及其中非点源污染物在排水沟渠中的一维迁移模型,并对模型求解进行了探讨;在此基础上,以黄河上游青铜峡灌区第...     

近地表土壤水分条件对坡面农业非点源污染物运移的影响

采用人工模拟降雨实验,研究了近地表土壤水分条件,尤其是土壤水分饱和条件对土壤侵蚀过程中农业非点源污染物运移的影响.结果表明,前期近地表土壤水分条件对土壤侵蚀过程中农业非点源污染物的迁移有着很大影响.饱和含水量时径流及泥沙中非点源污染物的流失浓度和流失量大于非饱和含水量,且前期近地表土壤含水量越大,径流及泥沙中农业非点源污染物的流失浓度和流失量越大.土壤氮素的主要流失途径是降雨所产生的径流,约占总流失量的90.4%～99.8%;土壤磷素的流失途径是降雨径流和侵蚀产沙,分别占总流失量的2.67%～23.5%和76.5%～97.3%.同时,土壤质地对磷素养分的流失有很大影响,杨凌土随泥沙流失的DP浓度和流失量均大于安塞黄绵土.最后,提出了采取最佳管理措施等控制农业非点源污染的针对性建议.     

青铜峡灌区典型排水沟水污特征解析

以2009年青铜峡灌区排水沟实测流量和污染物浓度为基础,结合典型排水沟纳污现状调查及灌区灌溉与排水特点,对比点源污染和非点源污染的浓度和负荷特征,对典型排水沟污染物来源进行解析.结果表明,青铜峡灌区典型排水沟农田排水期盐分、氨氮、总磷月平均浓度依次为1 124、8.59、0.48 mg.L-1,非农田排水期盐分、氨氮、总磷月平均浓度分别为1 952、18.13、4.15 mg.L-1,农田排水期月平均输出盐分、氨氮、总磷负荷为20 896、90.35、5.80 t,非农田排水期月平均输出盐分、氨氮、总磷负荷分别为7 842、67.81、21.38 t.其中,第一排水沟水污过程与农田灌溉排水周期具有很好的一致性,表明第一排水沟以农田灌溉排水和农业非点源污染为主;第三排水沟、银新沟等则在承接农田灌溉排水的基础上,接纳了较多的点源污染,表现出点源与非点源综合污染并以点源污染为主导的污染特征.     

滩涂农业垦区排水沟连接度对氮磷输出的影响

沟渠廊道提供了氮磷输送与排放通道,同时还提供氮磷滞留降解的环境,因此排水沟渠及其连通程度与氮磷输移及面源污染排放密切相关。为揭示不同连接度水平对氮磷污染物质扩散功能和净化功能的影响,论文以江苏盐城农业垦区排水沟为研究对象,分别在2015年8月和10月两次降水事件前后对不同等级排水沟进行4次水质（氮磷）监测,研究构建了基于氮磷输移过程关系的沟渠廊道连接度模型,进而利用回归模型分析了垦区排水沟连通度与氮磷输移的关系,结果显示：1）氮磷负荷呈现出10月雨前 < 8月雨前 < 10月雨后 < 8月雨后的时间变化特征,并有从上游到下游先升后降的空间变化特征;2）回归模型分析表明,排水沟TN、TP 输出随沟渠廊道连接度的增大呈先增后减的趋势,且其拐点分别位于沟渠廊道连接度为0.79、0.77时。研究表明,排水沟连接对于农田排水沟的扩散和净化功能的发挥起着重要作用,农业面源污染可以通过提高排水沟连接度来控制。     

区域尺度黄河流域面源污染负荷特征与来源解析

掌握黄河流域甘肃段面源污染负荷特征及其来源,是在区域尺度上提升水环境污染治理水平的重要基础。基于DPeRS面源模型,从农田径流、城镇径流、畜禽养殖、农村生活、水土流失5大污染类型,选取TN、TP、NH₃-N和COD 4个污染指标,对甘肃黄河流域9个市(州)58个县(区)面源污染进行污染负荷估算、污染来源解析及空间分布分析。结果表明:从模型估算结果看,2018年整个流域TN、TP、NH₃-N和COD面源污染排放负荷均值分别为65.6,11.8,19.1,77.2 kg/km2。从区域尺度分析,甘肃黄河流域TN、TP面源污染负荷最高的区域均是兰州市安宁区,分别占整个流域总负荷的10.83%和5.16%;NH₃-N和COD面源污染负荷最高的区域均是临夏回族自治州临夏市,分别占整个流域总负荷的26.23%和56.56%。从污染产生来源分析,TN、TP、NH₃-N和COD的首要污染来源分别为农田径流、水土流失、农田径流和畜禽养殖。从空间分布分析,黄河流域各县(区)面源污染总负荷呈中间高两边低的分布特征,污染负荷较重的区域主要集中在黄河兰州段、大夏河临夏段、渭河天水段等局部区域。     

黄河支流非点源污染物(N、P)排放量的估算

为了估算黄河支流域非点源污染物的排放量,为今后黄河流域的治理提供科学的依据,对黄河流域的6个子流域(渭河流域、泾河流域、洛河流域、无定河流域、窟野河流域、黄甫川流域)进行了水样、土样和泥沙样的采集分析;结合6个子流域的多年水文资料,利用已经被证明了的平均浓度法对黄河6个子流域的氮磷污染物进行了定量描述,估算出各个流域的氮磷排放量.结果表明,95%的全磷、大于53%的全氮来自于非点源污染,非点源污染是造成黄河污染的主要原因.各流域非点源污染的发生具有明显的地域分异特征.硝态氮主要来自于渭河,铵态氮主要来自于泾河,其次是渭河.从全氮看,绝大部分氮来自于渭河和泾河.全磷则主要来自于泾河,其次是渭河.泾河和渭河是6条河流中对黄河污染物排放量贡献最大的2条河流.     

外源碳氮输入对沟道底泥反硝化潜势与阈值影响——以宁夏引黄灌区排水沟为研究对象

采集宁夏引黄灌区排水沟道底泥,开展上覆水土柱培养试验,分别模拟0,5,10,20mg/L 4种外源氮输入梯度和0,100mg/L 2种外源碳输入梯度处理下沟道水质的变化情况.在水力停留培养47d内对上覆水NO₃^--N、NH₄⁺-N、DOC及反硝化速率进行测定,并计算氮素消纳量以评估底泥反硝化脱氮潜势与阈值.结果表明：上覆水NO₃^--N浓度随时间延长而降低（P<0.01）,且同时段内上覆水NO₃^--N浓度在外源碳添加较无碳源条件下显著降低（P<0.05）,试验末期NO₃^--N浓度在无碳源和添加碳源条件下分别下降52.1%,93.6%;添加碳源条件下上覆水NO₃^--N浓度在20d时已稳定至较低水平,而未添加碳源处理NO₃^--N浓度在试验47d后仍有较大消纳空间;无碳源和添加碳源条件下底泥反硝化氮素消纳量阈值分别为263.7,865.6μmol/L,氮素累积消纳量占培养柱体系内总氮量的比率随外源碳氮的增加而增大（P<0.05）,未添加碳源条件下反硝化过程可以消纳培养土柱体系内10.3%~11.4%的氮量,而在添加碳源后提高至17.7%~37.3%本研究可为引黄灌区农业面源污染高效治理提供科学依据.