典型地区饱和土壤中硝态氮垂直运移及拟合

采用室内土柱模拟的方法, 研究了封丘地区农田土壤中硝态氮垂直运移规律. 结果表明: 在饱和条件下, 不同浓度硝态氮溶液(100mg·L^-1、200mg·L^-1)处理的土壤, 硝态氮运移的穿透曲线间无明显影响. 用含有不同价态陪伴阳离子(K⁺和Ca²⁺)的硝态氮溶液处理黄潮土0～30cm土层和风沙土, 硝态氮运移的穿透曲线基本重合; 而陪伴Ca²⁺硝态氮溶液处理的黄潮土30～60cm、60～90cm土层中硝态氮出流时间具有滞后效应. 硝态氮溶液全部运移出土体所需时间越长, 穿透曲线越平缓、峰值越低. CXTFIT2.0数学模型估算的稳定水流条件下饱和土壤中硝态氮淋失量具有较高精度, 相关系数均达到极显著水平.     

基于RZWQM模型模拟太行山低山丘陵区农田土壤硝态氮迁移及淋溶规律

太行山低山丘陵区是华北平原地下水补给区,近年来山区农田面积增加,农田过量氮肥投入造成地下水硝酸盐浓度逐年升高,因此,研究典型农田土壤氮淋溶过程对保护补给区地下水具有重要意义.本文以位于太行山低山丘陵区的中国科学院太行山生态试验站冬小麦-夏玉米轮作农田为研究对象,应用根区水质模型（root zone water quality model,RZWQM）对太行山低山丘陵区2015~2016年冬小麦-夏玉米的1个轮作周期内1m土壤剖面水分和硝态氮运移进行模拟.结果表明,土壤硝态氮淋溶主要发生在夏玉米季（雨季）,当全年施氮量为300 kg·hm^-2时,夏玉米季硝态氮淋失量达到59.9 kg·hm^-2,而冬小麦生长季硝态氮淋失量仅为2.12 kg·hm^-2.不同施氮量和不同降水年型下玉米季土壤硝态氮淋溶模拟结果表明,当施氮量为0、300和450 kg·hm^-2时,2016年（丰水年）极端降水后,玉米季土壤硝态氮潜在淋失量分别为10.5、59.9和136.5 kg·hm^-2;当全年施氮量为300 kg·hm^-2时,2013（枯水年）、2015（平水年）和2016年（丰水年）玉米季硝态氮淋失量分别占轮作周期总施氮量的9%、10%和20%;当全年施氮量为450 kg·hm^-2时,2013（枯水年）、2015（平水年）和2016年（丰水年）玉米季硝态氮淋失量分别占总施氮量的11%、17%和30%,表明大降水事件不仅对地下水形成大量补给,很大程度上也增加了累积在农田土壤中的硝态氮淋溶损失,增加了对区域地下水硝酸盐潜在污染威胁.     

青岛市农区地下水硝态氮污染来源解析

为了提高作物产量,肥料大量投入在农业种植区日益普遍,导致了农区地下水硝态氮（NO₃^--N）污染.农业面源污染是地下水硝态氮污染的主要原因.为了保障饮用水安全,明确农区硝态氮污染的来源是十分必要的.本研究分别于2009年和2019年在青岛农区随机选取35个采样点,借助反距离加权法（IDW）对硝态氮含量进行空间分布分析,通过测定氮、氧同位素进行溯源,运用SIAR模型量化污染源的贡献率.结果表明,青岛市地下水硝态氮含量（平均值）由2009年的38.49 mg·L^-1降低为2019年的22.37 mg·L^-1,但仍高于世界卫生组织（WHO）规定的饮用水中硝态氮的最大允许含量.2009年和2019年硝态氮含量都呈现由南向北逐渐增加的趋势,南部污染轻,北部污染重.δ15N-NO₃^-和δ¹⁸O-NO₃^-的交叉图显示青岛市地下水硝态氮主要来源是化肥、土壤氮、粪肥和污水.水同位素表明降水是青岛市地下水的主要来源.贝叶斯混合模型（SIAR模型）表明污染源贡献率为：粪肥和污水（47.42%） > 土壤氮（27.80%） > 化肥（14.35%） > 大气氮沉降（10.43%）.从2009~2019年青岛市地下水质量得到了改善,但硝态氮污染状况仍不容忽视,应根据硝态氮污染来源,有针对性地防治以确保农区饮用水安全和农业的可持续发展.     

东北海伦地区农村地下饮用水硝态氮污染特征及其影响因素分析

地下水硝态氮污染已成为一个全球性的问题,直接影响到人们的生活用水和身体健康.通过对海伦地区157口农村饮用水井取样分析,探讨了该地区地下水硝态氮污染的时空特征及其影响因素.结果表明,地下水中硝态氮平均含量14.01 mg·L^-1,超标率（≥10.00 mg·L^-1）达到26.11%.地下饮用水硝态氮的污染表现出明显的空间分异特征,在空间上地下水硝态氮污染程度从高到低依次为中部漫川漫岗农业区、东北丘陵漫岗农业区,西南平川漫岗农业区.在此基础上,从水井本身性质和污染物来源两方面分析了地下水硝态氮污染影响因素.在水井本身性质方面,水井管道材料不同导致地下水硝态氮受污染程度不同,其中单节管道水井的污染程度显著低于多节管道,平均浓度分别为5.08、 32.57 mg·L^-1,超标率分布为12.26%、 82.35%;整个地区水井硝态氮污染程度与水井绝对深度无显著关系,但在28个同一取样单元,深水井污染程度显著低于浅水井,其中单节管深井、单节管浅井、多节管深井、多节管浅井的平均浓度分别为1.84、 12.02、 25.14、 45.61 mg·L^-1.分析污染物来源可以发现,污染程度较高的地区多处于氮肥施用量较高、户均家禽牲畜量较多的地区,表明地下水硝态氮污染与化肥施用量以及家禽牲畜排泄量呈一定的正相关关系.     

我国主要河流水系硝态氮污染特征及定量源解析

准确定量污染来源组成是有效控制水体硝态氮污染的关键科学基础.采用荟萃分析的方法,收集了2000~2022年我国167条主要水系河流的硝态氮浓度和硝态氮的氮氧同位素等数据,分析了七大主要河流水系硝态氮污染的时空变异规律及其转化特征,定量识别了河流硝态氮的污染来源组成.结果表明,我国主要河流水系ρ（NO₃^--N）平均值为（4.54±3.99）mg·L^-1,其中9.6%的河流硝态氮浓度超过我国地表水环境质量标准（GB 3838-2002）规定的限值（10.0 mg·L^-1）,海河水系的硝态氮污染最为严重.东部地区河流水系的硝态氮浓度总体高于西部,各大河流水系支流的硝态氮浓度高于干流.除黄河水系以外,其他水系枯水期的硝态氮浓度总体高于丰水期.珠江水系、黄河水系中下游地区、辽河水系中游地区、松花江水系,以及海河水系河流水体存在显著的硝化作用,而长江水系、淮河水系和珠江水系下游地区存在显著的反硝化作用.污水/粪肥是长江水系、海河水系、辽河水系,以及东南诸河水系硝态氮的主要来源（> 50%）,土壤氮是松花江水系硝态氮的主要来源（56.4%）,化肥氮、土壤氮和污水/粪肥对珠江水系、淮河水系和黄河水系硝态氮的污染贡献为20%~40%.污水/粪肥对水系支流硝态氮贡献率总体大于干流的,土壤氮对干流硝态氮的贡献总体大于支流的.土壤氮、化肥氮和大气沉降氮对丰水期河流硝态氮的贡献率高于枯水期,而污水/粪肥对枯水期河流硝态氮的污染贡献率高于丰水期.因此,海河水系、长江水系、辽河水系、黄河水系支流与下游干流地区和珠江水系下游地区应重点控制生活和生产的污水排放等点源污染,而淮河水系、松花江水系、黄河水系中游干流地区和珠江水系中上游地区要重点控制化肥和土壤氮等流失造成的非点源污染.研究结果可为有效控制我国各河流水系硝态氮的污染提供科学依据.     

沙颍河流域典型癌病高发区土壤硝态氮对地下水和蔬菜硝酸盐积累的影响

在作物生长期、收获期和收获后采集土壤、地下水和蔬菜样品,探讨癌病高发区土壤硝态氮对地下水和蔬菜硝酸盐积累的影响,以及由此引发的健康风险.结果表明,氮肥施用和灌溉是造成沿岸土壤、地下水和蔬菜硝酸盐积累的主要原因.受到河流氮污染影响,灌溉用水中氨氮和硝态氮经过灌溉-蒸发和淋溶过程的反复交替,向土壤和地下水迁移,引起土壤、地下水和蔬菜硝酸盐的积累.紧邻沙颍河的癌病高发村庄,土壤、地下水以及蔬菜硝态氮积累均明显高于全区平均水平.土壤在作物生长期和收获后分别达到149.01 mg·kg-1和31.70 mg·kg-1,其中多年菜地土壤硝态氮积累最为突出,分别达到276.44和68.26 mg·kg-1.作物生长期地下水硝态氮平均含量达38.32 mg·L-1,超标近3倍,叶菜类蔬菜硝酸盐平均含量高达3269.04 mg·kg-1,超出允许含量1倍以上.癌病高发村庄居民存在突出的饮水和蔬菜硝酸盐暴露健康风险.     

连续施用养殖场鸡、鸽粪对土壤养分和重金属含量的影响

按照养殖场鸡粪和鸽粪含氮量计算其用量,进行连续6茬施用鸡粪和鸽粪（N 0～450 kg·hm^-2）菜心田间试验,研究对土壤养分和重金属含量的影响.结果表明,连续施用3茬鸡粪和鸽粪后,土壤铵态氮、硝态氮、有效磷及速效钾含量均明显提高,4种养分累积量随鸡、鸽粪用量增加而提高.由于后3茬遭遇较长时间强降雨,施用6茬后土壤硝态氮和速效钾含量不但比第3茬后有明显下降,甚至低于土壤原始含量,但铵态氮和有效磷含量仍比原始含量提高,而且含量增量随鸡、鸽粪用量增加而提高.鸡粪和鸽粪Pb、Cd、Cr含量及鸽粪As含量很低,连续施用6茬对土壤总Pb、总Cd、总Cr及总As含量影响不大,但2种粪肥Zn含量较高（分别为172.0、299.8 　mg·kg^-1）,施用6茬后土壤总Zn含量提高0.7～17.1 　mg·kg^-1.同时,鸡粪Cu（117.7 　mg·kg^-1）、As（39.6 　mg·kg^-1）含量相对较高,施用6茬后土壤总Cu、总As含量也有累积趋势.     

贵州汞矿矿区不同位置土壤中总汞和甲基汞污染特征的研究

为了深入理解汞矿矿区土壤中总汞和甲基汞的污染特征,应用AAS、GC-CVAFS方法,分别对贵州万山、务川和滥木厂汞矿矿区不同位置土壤以及对照区土壤中的总汞(THg)和甲基汞(MeHg)进行了测定.结果表明,万山汞矿区土壤THg和MeHg含量范围分别为1.1～790 mg·kg^-1和0.19～15μg·kg^-1,务川汞矿区土壤THg和MeHg含量范围分别为0.33～317mg·kg^-1和0.41～20μg·kg^-1,滥木厂汞矿区土壤THg和MeHg含量范围分别为0.41～610 mg·kg^-1和0.70～8.8μg·kg^-1.对照区土壤汞含量明显低于矿区土壤,其THg和MeHg含量范围分别为0.14～1.2 mg·kg^-1和0.09～0.23μg·kg^-1;对照区土壤THg含量接近或稍高于全球背景土壤THg含量0.01～0.5 mg·kg^-1.研究表明,汞矿区稻田土壤具有较强的汞甲基化能力,其MeHg含量明显高于菜地和旱田土壤;万山汞矿区土壤汞污染程度明显高于滥木厂和务川汞矿区土壤汞污染.     

北京市顺义区浅层土壤硝态氮的空间变异特征分析

顺义是北京市的主要水源地和农业生产基地,研究氮素在顺义区土壤中的分布累积及空间变异情况,对于了解顺义区的土壤潜在污染,指导农业生产,预防面源污染等具有重要作用.因此,本研究应用传统统计学方法和基于GIS的地统计学法研究了顺义区不同地点各土层土壤中硝态氮的空间分布特征.结果发现,地统计分析过程中,在考虑各向异性和趋势效应的情况下,各土层土壤硝态氮含量均具有空间相关性,理论变异模型主要为球状模型和指数模型.同时,选用普通Kriging插值法得到了各土层土壤硝态氮的空间分布图,并对其空间分布特征进行了分析.结果表明,研究区不同土层硝态氮空间分布状况各异,潮白河东部土壤硝态氮含量高于潮白河西部.     

灌溉与施氮对黑河中游新垦沙地农田土壤硝态氮动态的影响

研究了黑河中游绿洲边缘区新垦沙地农田不同灌溉量(分别为估算春小麦生育期需水量的0.6、0.8、1.0倍)和不同施氮量(0、140、221和300kg·hm-2)对春小麦不同生育期土壤硝态氮含量及分布动态的影响.结果表明,施氮量为硝态氮淋溶的决定因素,土壤剖面中硝态氮的含量随着施氮量的增加而增加,当施氮量在0～140kg·hm-2之间时,硝态氮的淋溶较为缓慢,而在221～300kg·hm-2范围时硝态氮的含量显著增加,这表明当施氮量高于221kg·hm-2时易引起硝态氮的淋溶.收获期土壤的硝态氮含量明显低于开花期,且硝态氮存在显著差异的土层深度变浅.在综合4个施氮处理的情况下,不同灌溉处理同一土层土壤硝态氮的含量无显著差异(p<0.05),这一结果表明灌溉量对春小麦生育期土壤硝态氮淋溶过程的影响要小于施氮量.不同灌溉处理同一土层土壤硝态氮含量的差异因施氮水平的不同而异,多数情况下,低灌溉处理(I0.6)与中等灌溉处理(I0.8)的土壤硝态氮含量高于高灌溉处理(I1.0),同时具有显著硝态氮含量差异的土层深度随施氮量的增加而递增,说明随着灌水量的减少硝态氮向下淋溶量也相应下降.     

滇池流域套作玉米对蔬菜农田地表径流污染流失特征的影响

采用田间小区试验,在自然降雨条件下,对滇池流域蔬菜(豌豆、西葫芦、马铃薯)单作与玉米套作蔬菜两种种植模式下农田地表径流的产生量与径流污染(TN、TP、COD、SS)的浓度进行了分析研究.结果表明:蔬菜单作和玉米套作蔬菜种植模式下地表径流量分别为94.7～128.9m·3hm-2和52.6～76.4m·3hm-2.蔬菜单作种植模式下地表径流中TN、TP、COD和SS浓度分别为10.6～35.8、0.79～3.23、54.6～224.1和35.0～478.3mg·L-1,流失量分别为1.74～2.39、0.18～0.26、7.71～10.59和10.4～21.7kg·hm-2;地表径流TP流失量以马铃薯单作模式最大,其余径流污染流失量以豌豆单作种植模式最大.玉米与蔬菜套作种植模式下地表径流中TN、TP、COD和SS浓度分别为11.7～23.8、0.23～3.54、26.5～222.1和49.7～541.3mg·L-1,流失量分别为0.82～1.22、0.10～0.16、4.17～6.03和8.71～12.6kg·hm-2;地表径流污染流失量均以玉米套作西葫芦种植模式最小.玉米套作蔬菜种植模式显著减少蔬菜农田地表径流量和径流污染流失,对地表径流量、地表径流TN、TP、COD和SS流失量的最大削减率分别为44.5%、53.1%、46.4%、52.1%和42.2%.     

稻麦轮作农田系统中氮素渗漏流失的研究

通过埋设土壤溶液抽滤器采集渗漏水样,对上海郊区大田条件下稻麦轮作系统中土壤氮素(N)的渗漏流失情况进行了观测研究.研究结果表明,稻季渗漏水中总氮(TN)浓度随时间呈下降趋势,其中,硝态氮(NO3--N)由泡田初期的10 mg·L-1以上迅速下降至2 mg·L-1以下,铵态氮(NH4 -N)则始终低于1.3 mg·L-1.施肥能引起渗漏水N素增加;稻田淹水过程也通过改变土壤氧化还原环境控制着N素形态的转换.麦季施肥小区渗漏水中N素形态以NO3--N为主,且施肥后迅速上升到平均7.11 mg·L-1;NH4 -N浓度在施肥和不施肥处理中均很低,分别为0.38 mg·L-1和0.36 mg·L-1.在稻季施肥2.50×104 kg·km-2和麦季施肥2.14×104 kg·km-2(以N计)的情况下,N素淋失负荷分别为6.08×102 kg·km-2和7.42×102 kg·km-2,分别占施肥量的2.4%和3.5%;施肥条件下两季总的N素淋失负荷比不施肥处理高出108.7%.     

基于GIS的华北高产粮区地下水硝态氮含量时空变异特征

集约化农业生产区地下水的硝酸盐污染是一个十分普遍的问题.选取华北平原典型高产粮区桓台县为研究对象,分别在2002年和2007年同一季节对该县境内的394个潜水水样和283个承压水水样的硝态氮含量进行了取样分析,应用地质统计学与GIS技术相结合的方法对其时空变异规律进行了分析.结果表明,2002年和2007年潜水硝态氮的平均含量分别为8.08 mg·L~(-1)和14.68 mg·L~(-1),承压水硝态氮的平均含量分别为3.87 mg·L~(-1)和7.19 mg·L~(-1),2007年比2002年含量增幅均接近1倍.2个时期承压水硝态氮含量的空间相关距离均远大于潜水硝态氮含量的相关距离.2007年与2002年相比,潜水硝态氮含量各等级(0～5、 5～10、 10～15、 15～20、 20～30和>30 mg·L~(-1))的面积变化幅度分别为-28.87%、 -14.63%、 13.06%、 14.37%、 12.23%和3.85%;承压水中前4个等级的面积变幅分别为-37.82%、 28.01%、 9.33%和0.48%.通过对地下水硝态氮含量的垂向分析发现,2个时期的承压水硝态氮含量与取样井深存在显著负相关关系,并且深层承压水的硝酸盐含量呈现上升趋势.     

介质粒径对复三维电极-生物膜脱硝反应器的影响

研究了无烟煤作填充介质时其粒径对复三维电极 生物膜反应器脱硝效果的影响 .选择了两种具有代表性的无烟煤粒径 :平均粒径D分别为 1 9mm和 4 0mm .研究了两种粒径介质的反应器出水中的NO-3 N、NO-2 N、pH变化 ,并对电流效率及处理负荷进行了对比 .结果表明在一定电流下 ,两反应器的NO-3 N去除率均能达到 98%;在同样操作条件下 ,D为 1 9mm反应器的脱硝能力优于D为 4 0mm反应器 ,前者比后者对水中NO-3 N的去除率高 10 %左右 .D为 1 9mm反应器的NO-3 N最高容积负荷、NO-3 N最高电极负荷、电流效率分别为 0 0 15kg (m3 ·h)、0 0 37mg (cm2 ·h)、36 0 %,均高于D为 4 0mm反应器约 10 %.以小粒径无烟煤为介质的反应器的生物量明显高于大粒径介质反应器 .     

大气氮沉降向典型红壤区农田生态系统定量输入研究

在2005年,通过对中国科学院红壤生态实验站(江西鹰潭)内农田小气候要素和湍流的观测及大气和雨水中氮化物的分析,借助大叶阻力相似模型,研究了大气氮素(N)通过干、湿沉降输入研究地农田生态系统的N通量.结果表明,全年通过大气沉降向该农田生态系统输入N 132.6 kg.hm-2,其中干沉降输入N 82.63 kg.hm-2,占大气总输入N的67.94%.干沉降过程中,气体中以NH3-N沉降为主,占气态N沉降的43.02%~89.89%(均值为71.05%);颗粒中以NO3--N为主,占颗粒态N的33.67%~94.54%(均值为61.01%).每月通过湿沉降(雨水)输入N 0.50~8.45 kg.hm-2,以7月和11月较高.     

大型古老锡矿影响区土壤和蔬菜重金属含量及其健康风险

对云南大型古老锡矿影响区的主要种类蔬菜及其土壤取样调查,测定分析As、Cd、Co、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn含量,通过暴露风险分析评价食用当地种植蔬菜引起重金属对人体的健康风险.结果发现,与非矿业影响区比较,锡矿影响区的蔬菜地土壤重金属污染严重,其中以As污染最严重,土壤平均As含量为1 225　mg·kg^-1,Nemero指数平均为50.1.锡矿影响区的蔬菜食用部位的重金属含量超标严重,As和Pb尤为严重,其最高含量(以干重计)分别达856　mg·kg^-1及506　mg·kg^-1;各类蔬菜重金属含量表现出叶菜类＞根茎类＞果菜类的趋势;当地居民通过食用这些蔬菜引起的As和Pb的暴露风险非常高,暴露风险指数分别为158和13.3,对当地居民健康有极大的潜在危害.研究结果表明,有必要对当地的土壤和蔬菜重金属含量及其健康风险进行更为详尽的调查研究.     

一种新型异养自养集成工艺处理地下水硝酸盐试验

研究了一种利用电化学产氢自养反硝化(electrochemical hydrogen autotrophic denitrification)与固相异养反硝化(solid-phase heterotrophic denitrification)集成技术去除地下水中硝酸盐的方法.这种方法能够高效去除水中的硝酸盐且操作简单.试验结果表明,当进水NO3--N浓度为70mg·mL-1,电流强度控制在40mA,HRT为3.9h时,出水中NO3--N浓度为1.2mg·mL-1,硝态氮去除率达到98.3%,TN去除率达到95.6%,反应器中没有NO2--N积累,且pH值稳定在7.0~8.1之间.     

北京城市生态系统地表水硝酸盐污染空间变化及其来源研究

利用2009～2010年北京城市生态系统地表水10处监测点水环境监测数据,评价了北京城市生态系统地表水硝酸盐污染状况及其空间分布,结合水化学因子相关关系分析了硝酸盐的主要来源.结果表明,北京城市生态系统地表水硝态氮(NO3--N)质量浓度为0.7～7.6 mg.L-1,其中,位于北京市东南部的地表水监测点(东便门和通惠河)水体NO3--N质量浓度为7.0～7.6 mg.L-1,显著高于上游8个监测点NO3--N质量浓度(P<0.01);Cl-质量浓度为14.8～86.0 mg.L-1,东便门、通惠河地表水监测点水体Cl-质量浓度为81.5～85.0 mg.L-1,约为上游其他8个监测点的2.3～5.8倍.东便门、通惠河地表水监测点水体电导率(EC)、SO24-质量浓度也表现出同NO3--N、Cl-相似的变化规律,表明东便门、通惠河两处地表水监测点附近存在明显的污染源.相关分析表明,地表水Cl-/Na+和SO24-/Ca2+呈明显的线性相关,说明地表水NO3--N污染来源比较单一;水体中NO3--N/Cl-及NO3--N的质量浓度状况说明北京城市生态系统地表水NO3--N污染来源主要是城市污水,包括污水处理厂的废水、垃圾沥出液及生活污水.未来北京市地表水治理应重点关注东便门、通惠河等东南部下游水体污染治理.     

去除地下水中硝酸盐的渗透性反应墙研究

通过土柱试验模拟地下水环境,研究以发酵树皮和沙子混合物为反应介质的渗透性反应墙(生物墙)对地下水中硝酸盐的去除情况,探讨其作用机制与影响因素,为硝酸盐污染地下水的修复提供经济有效的方法.结果表明,从模拟生物墙运行的第3 d起,墙内为强还原环境(Eh在-100 mV之下),有利于硝酸盐的还原降解.在15 d的运行时间内,模拟生物墙对水中硝态氮(NO3--N)的去除率为80%～90%左右(NO3--N由进水的20 mg·L-1可降至出水的1.6 mg·L-1);出水中亚硝态氮(NO2--N)的浓度较低,一直小于2.5 mg·L-1;出水中铵态氮(NH4+-N)的浓度在前2 d较低,从第3 d起升至12 mg·L-1.模拟生物墙对NO3--N的去除机制主要为吸附和微生物降解.提高模拟生物墙内水流速度后,NO3--N的去除率有所下降,出水中NH4+-N的浓度明显降低.在模拟生物墙下游串联一个模拟沸石墙,可去除水中98%的NH4+-N.