我国东南典型侵蚀区坡地磷素流失机制模拟研究

为了研究侵蚀区坡地坡面径流和壤中流磷素流失特征,以浙江省湖州市安吉县花岗岩风化母质上发育的红壤为研究对象进行人工模拟降雨试验.结果表明,坡面径流和壤中流中的总磷流失浓度、总磷流失量均随着降雨强度的增大而增大,随着降雨强度的增大产流初期坡面冲刷效应显现;坡面径流总磷流失量所占每场降雨总磷流失量百分比分布在51%~92%;坡面径流总磷流失浓度在整个过程中波动幅度很大;坡面径流中总磷流失浓度在坡度25°下最高,壤中流中的总磷流失浓度在坡度8°下最高;坡度8°下坡面TP流失量最大,坡面总磷流失量受坡面径流量和雨强影响极显著(p0.01);壤中流总磷流失量较小,受雨强影响极显著(p0.01);磷素流失以坡面径流流失为主,壤中流流失为辅,磷素主要以颗粒态通过坡面径流流失,以溶解态通过壤中流流失.     

人工降雨条件下华南红壤氮素流失规律研究

采用人工模拟降雨装置,以华南地区典型雨强65、120 mm/h及坡度5°为实验条件,对华南红壤横向径流和纵向淋失的氮素流失规律进行了研究。结果表明:横向地表径流和其它形式均为2种雨强下雨水的主要分配途径,雨水在横向地表径流中的分配比例均超过39%,大于纵向淋失和横向壤中流的分配比例之和。2种雨强下横向地表径流总氮、硝态氮和氨氮流失比例均超过90%,远大于相应雨强下的壤中流与入渗流失比例,横向地表径流是各形态氮素流失的主要途径;雨强由65 mm/h增大至120 mm/h时,地表径流造成的氨氮、硝态氮和总氮流失量增加到2.42~2.67倍,淋溶损失造成的氨氮、硝态氮和总氮流失量则增加到1.42~2.33倍,雨强对地表径流各形态氮素流失的影响比淋失的要大。     

西湖龙泓涧流域暴雨径流氮磷流失特征

为掌握西湖入湖溪流龙泓涧流域非点源污染现状,研究了一年内3场暴雨径流过程中营养盐的流失特征.结果表明长历时暴雨事件一般会形成多个径流峰值,而其滞后于雨强峰值的时间取决于当次强降雨的分布.降雨的初期冲刷效应与前期降雨量有关,前期降雨量越少,总磷和氨氮的初期冲刷效应越明显,在退水阶段滞缓的壤中流会使总氮和硝态氮再产生一个浓度峰值.径流中各形态氮素的平均浓度(EMC)与降雨量、降雨历时、最大雨强和平均雨强均表现为负相关,与前5 d的降雨量表现为正相关,而总磷的EMC值与氮素有相反的变化规律.径流营养盐迁移通量随降雨量的增大而上升,Pearson分析表明总氮、硝态氮与径流水深(流量)具有较好的相关性.总磷、总氮、硝态氮和氨氮的平均迁移通量分别为34.10、1 195.55、1 006.62和52.38 g·hm~(-2),硝态氮为主要的氮素迁移类型(占总氮的84%).     

PAM对不同坡度坡地产流产沙及氮磷流失的影响

聚丙烯酰胺(PAM)是一种高效土壤改良剂,能影响土壤入渗、产流及溶质迁移、淋失.通过人工模拟降雨试验,研究了5°、15°和25°3个坡度水平下PAM对黄土高原沟壑区黑垆土坡地土壤侵蚀及氮磷流失情况的影响.结果显示:施加PAM后增加了5°和15°坡面的总产流量却减少了25°坡面的总产流量;PAM组初始产沙量较大,8 min以后,施加PAM组与对照组产沙速率出现差异并开始降低,表明施用PAM的起作用时间约为8~10 min,5°、15°和25°3个坡度的减沙率分别为38.2%、3.7%和53.9%.PAM对3个坡度径流中磷浓度有减小作用且不受坡度变化的影响,对5°和15°坡面铵态氮浓度影响不明显,但对25°坡面铵态氮浓度有明显减小作用,此外,PAM的施用能降低铵态氮初始流失浓度.施加PAM能影响土壤水分的再分配过程并减少3个坡度坡面硝态氮和磷的向下淋失.施加PAM后,5°、15°和25°坡面磷流失总量显著减少,减小幅度分别为77.6%、64.5%和85.1%;径流硝态氮流失总量随着坡度的增加先增加后减少,在15°~20°之间存在改变PAM对硝态氮影响作用的转折坡度值,PAM处理后的硝态氮流失量与径流量在0.05水平上显著相关,相关系数为0.998;PAM能够显著减少陡坡25°坡面溶解态铵态氮的流失量,减少幅度为60.1%.该项研究结果可为当地PAM的合理有效施用和提高水分及养分利用率提供科学指导.     

自然降雨下蔬菜地土壤侵蚀及氮素流失特征

为探究自然降雨下露天蔬菜地土壤侵蚀及氮素养分流失特征,基于径流小区原位观测试验,设置叶菜类和果菜类这2种处理,测定次降雨下不同类型蔬菜地坡面地表径流、侵蚀及其氮素(铵态氮和硝态氮)流失量,探讨露天蔬菜种植坡面土壤侵蚀及氮素流失特征及影响因素.结果表明：(1)果菜类(茄子-辣椒)蔬菜地的地表径流、侵蚀量及铵态氮、硝态氮流失量显著高于叶菜类(油麦菜-红薯叶),是后者的1.27～2.00倍.不同处理下第二季蔬菜坡面地表径流、侵蚀及其铵态氮和硝态氮流失占总流失量的50.86%～68.83%,是第一季蔬菜的1.03～2.04倍.蔬菜地坡面地表径流、侵蚀及其氮素流失集中在6月和7月,地表径流和侵蚀泥沙中氮素主要以地表径流中的硝态氮形式流失.(2)次降雨下,不同处理蔬菜地坡面地表径流、侵蚀及其养分流失在蔬菜生长期内呈波动变化,且流失量主要集中在几场典型降雨.整体上不同处理下第一季蔬菜地表径流和侵蚀泥沙中硝态氮和铵态氮流失量及含量低于第二季蔬菜,果菜类地表径流、侵蚀量及铵态氮、硝态氮流失量高于叶菜类.(3)蔬菜地坡面地表径流、侵蚀及其铵态氮和硝态氮流失量与降雨量和最大30 min降雨强度等降雨参数呈极...     

三峡库区兰陵溪小流域径流氮磷输出及其降雨径流过程特征

以三峡库区兰陵溪农林复合系统小流域为研究对象,对小流域氮磷流失量及其浓度进行连续监测,结合丰水期次降雨分析径流氮、磷输出变化特征及其响应过程.结果表明:(1)小流域雨季径流总量为50.92×10~4m~3,输出总氮载荷为52.43kg·hm~(-2),其中以硝态氮(30.26 kg·hm~(-2))和颗粒态氮(21.61 kg·hm~(-2))为主体,输出总磷为0.10 kg·hm~(-2);(2)降雨量分布具有阶段性特征,丰水期强降雨是土壤养分输出的主要驱动,其降雨径流贡献了雨季88%的总氮和90%的总磷流失;(3)小流域土壤养分氮、磷主要经由降雨形成地表径流过程输出,占养分总流失量的68%和74%;(4)降雨径流过程硝态氮浓度与径流量表现为负相关,养分输出主要在径流过程后期;径流的氨氮、总磷浓度与降雨量显著正相关,输出主要在径流过程前期;(5)雨季流域水体总氮浓度超标,降雨或非降雨期间均属劣Ⅴ类水质.     

北京市新建城区不透水地表径流N、P输出形态特征研究

2010年通过对北京市新建城区典型不透水地表径流水样的采集与分析,研究新建城区地表径流水质特征及其N、P输出形态组成,以期为城市地表径流污染的源区控制提供科学依据.结果表明,北京市新建区典型不透水地表屋面和道路地表径流污染初期冲刷效应显著,屋面径流污染负荷的输出主要集中在初期10 mm径流,而道路径流污染负荷的输出主要集中在初期15 mm径流.屋面地表径流TSS、COD、TN、NH4+-N、NO3--N和TP事件浓度均值分别为50.2、81.7、6.07、2.94、1.05和0.11 mg·L-1;道路地表径流TSS、COD、TN、NH4+-N、NO3--N和TP事件浓度均值分别为539.0、276.4、7.00、1.71、1.51和0.61 mg·L-1.屋面径流颗粒态COD、TN和TP分别占20.8%、12.3%和49.7%,道路径流颗粒态COD、TN和TP分别占68.6%、20.0%和73.6%.屋面径流溶解性氮素占总氮87.7%,其中NH4+-N和NO3--N分别占57.6%和22.5%,道路径流溶解性氮素占总氮的80.0%,其中NH4+-N和NO3--N分别占42.1%和35.0%.城市地表径流污染控制应加强NH4+-N和NO3--N的去除.     

长三角典型村域次降雨条件下氮素非点源输出特征

研究长三角典型都市农业村镇不同土地利用下的氮素非点源输出特征,以期为治理该区域的面源污染提供科学依据.通过典型次降雨径流事件中氮形态和输出负荷变化的研究发现:监测点总氮(TN)的事件平均浓度(EMC)为20.01～22.83mg/L,其中溶解态氮(DN)占TN的比例最大;研究区非点源氮流失以溶解态为主,DN又以溶解态有机氮(DON)为主.耦合各形态氮浓度与径流量特征,发现非点源氮素输出呈现2个峰值,且出现在径流峰值之前4～55min;TN、DN和硝态氮(NO3--N)浓度随降雨时间增加呈现减少趋势;氮素负荷受其浓度和径流量的共同作用,基本上呈现与氮素浓度相同的变化特征,但起伏变化较为平缓.氮素污染负荷积累曲线分析表明,村域地表径流各形态氮素均存在初期冲刷效应.     

北方典型灌区不同灌期农田系统中氮素迁移特征分析

以内蒙古河套灌区杭锦后旗解放闸灌域为研究区,分析2009年夏灌和秋浇前后土壤中、浅层地下水和土壤渗滤液中的硝态氮、总氮的分布特征,研究不同灌期农田系统中氮素的迁移规律及其影响因素.结果表明:夏灌对氮素的稀释作用明显,反硝化作用也会降低地下水中硝态氮的浓度,此外玉米地块的氮流失在夏灌时相对明显;秋浇是农田氮素淋失的主要阶段,一方面是硝态氮 (NO3-N) 在灌水作用下向下淋失,另一方面是土壤中的NO3-N 在反硝化作用下转变成N2O、N2和O2释放;夏灌与秋浇两次灌水前后地下水中总氮 (TN) 的峰值滞后于NO3-N,表明氮素的流失除以NO3-N的形式发生之外,部分氨氮以及有机氮等其他形式的氮素在灌溉驱动下也发生一定程度的纵向流失.     

中亚热带典型农业小流域氮素输出特征及监测采样频率研究

以湖南省长沙县的脱甲小流域为例,研究了中亚热带典型农业小流域中氮素输出的规律,并采用统计学方法确定合理的氮素输出监测频率.研究结果表明,该地区农业小流域氮素输出过程受降雨-径流过程和农业管理活动的影响明显,除颗粒态氮(PN)外,流域出口水体中铵态氮(NH+4-N)、硝态氮(NO-3-N)、可溶性氮(DN)和全氮(TN)的浓度均与沟渠径流量显著相关(p0.01).降雨-径流过程和农业管理活动也会影响河道水体中氮素化学形态,但其对氮素化学形态的影响往往是短期的,因为在整个观测期间内,仅NH+4-N/TN比例与径流量有显著相关关系(p0.01).对于不同形态氮素采样频率计算结果表明,水体中氮素浓度变异系数越大,在允许的误差范围内需要的监测频率越高.按照平均值误差的20%控制,NH+4-N和PN的采样频率要达到每天2次才能满足要求,采样频率显著高于NO-3-N、DN和TN(1天1次).如果将典型小流域中的氮素输出监测频率定为每天1次,NH+4-N和PN的相对误差将达到30%.该研究为阐明中亚热带农业小流域氮素输出规律和制定氮素监测策略和规范提供了样本.     

降雨对农家堆肥氮磷流失的影响及其面源污染风险分析

采用原位研究方法,经过历时120 d的农家堆肥试验,对比分析了秸秆、棚膜、土层、裸露等4种覆盖堆肥方式中,降雨对总氮、氨氮、硝态氮、总磷和可溶性磷径流流失的影响及其面源污染风险.结果表明,各种覆盖方式的堆肥随着堆肥的腐熟和径流的增加,氮素、磷素的径流流失浓度逐渐降低,其中总氮、氨氮、硝态氮浓度随时间的变化符合一级动力学方程,而总磷、可溶性磷符合直线方程.从各处理趋势来看,各种氮磷养分径流流失浓度与流失强度表现为无覆盖>秸秆覆盖>土层覆盖>棚膜覆盖.棚膜覆盖堆肥对面源污染的风险较小,可以作为改善农村环境卫生、控制氮磷流失的堆肥方法.     

北运河下游灌区不同土地利用方式非点源氮素输出规律

通过对北运河下游灌区3种土地利用方式（农田、林地和村庄）进行降雨径流水质监测,分析了不同土地利用方式地表径流溶解态氮素的流失情况.结果表明,林地总氮浓度最低,为3.14mg·L^-1;农田较高,为12.68mg·L^-1;村庄最高,为17.81mg·L^-1.氮主要以有机氮、铵氮、硝态氮这3种形态流失,流失比例分别为3...     

强降雨下农田径流中溶解态氮磷的输出特征 ——以崂山水库流域为例

在崂山水库流域建立了种植5种代表性作物玉米、大豆、花生、红薯和黄瓜的径流小区,对2009~2010年10次强降雨(大雨或暴雨)产流中溶解态氮磷浓度进行了定位观测,同时记录了降雨基本特征和径流小区各类型作物的种植生长信息.结果显示,5种作物所在径流小区产流中氨氮、硝氮和水溶性磷的事件平均浓度(EMC)均存在较明显的差别,施肥条件和作物类型是造成这种差异的主要原因.玉米、黄瓜所在径流小区产流中溶解态氮磷浓度明显高于其他作物,是由于这两种作物施肥量相对较大,而叶面积指数相对较小.各径流小区的溶解态氮磷流失量与作物叶面积指数存在明显负相关(P<0.05).降雨特征与径流小区溶解态氮磷物质迁移的相关性分析表明,迁移量与次降雨量、小时最大雨强呈现显著正相关(P <0.01).     

Estimation of ammonia nitrogen load from nonpoint sources in the Xitiao River catchment, China

Ammonia nitrogen (NH4+-N) is one of the three main forms of total nitrogen (TN). Most studies have estimated the load of TN from nonpoint sources instead of one specific form. The relationship between land use and concentrations of NH4+-N in runoff was analyzed using the hydraulic analysis functions of a Geographic Information Systems (GIS), and the annual loads of NH4+-N in the Xitiao River catchment were estimated according to model results. The results suggested that the calculated annual loads of NH4+-N...     

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.     

横坡与顺坡垄作径流氮磷输出及其富营养化风险对比研究

以沂蒙山区典型的坡耕地为例,通过2种雨强(40 mm·h-1和70 mm·h-1)下的野外原位模拟降雨试验,分析了横坡与顺坡垄作地表径流溶解态无机氮Inorganic-N(NO3--N、NH4+-N)以及溶解态磷(DP)的输出特征,并利用Inorganic-N/DP、NO3--N/DP和NH4+-N/DP等3种氮磷比对...     

秸秆还田对双季稻产量及氮磷径流损失的影响

为探索减少稻田氮磷流失的有效耕作措施,以南方典型黄壤双季稻田为研究对象,采用田间长期定位观测试验,研究了连续7 a(2008—2014年)秸秆还田(RFS)替代38.7%的N、40.8%的P₂O₅和42.7%的K₂O晚稻化肥投入与常规化肥(RF)处理对双季稻产量、地表径流中ρ(TN)、ρ(NH₄+-N)、ρ(NO₃--N)、ρ(TP)、ρ(DP)(DP为溶解态总磷)的影响.结果表明:与常规化肥处理相比,秸秆还田处理不仅可从源头上减少晚稻化肥投入,还可降低稻田径流液中氮、磷养分含量,分别使TN和TP流失量减少12.6%、9.7%;氮流失主要以DIN(可溶性无机氮)为主,DIN/TN(DIN输出量在TN输出量中所占比例)为66.2%～70.8%;磷流失主要以DP(可溶性磷酸盐)为主,DP/TP(DP输出量在TP输出量中所占比例)为60.1%～65.9%;秸秆还田处理下早稻较常规化肥处理有增产趋势,增幅为4.5%～10.1%,晚稻有减产风险,但减产差异不显著,平均减幅为6.3%.因此,秸秆长期还田是一种秸秆资源有效利用和节肥增效减失的耕作方式.      

含海水污水的短程硝化反硝化

采用SBR工艺通过控制游离氨(FA)浓度实现了含海水生活污水的短程硝化反硝化脱氮,并研究了不同海水盐度情况下,温度、pH值、NH₄⁺-N负荷等诸因素对短程硝化反硝化的影响.试验结果表明:大生活用水范围内的海水盐度情况下仍可实现短程硝化反硝化,但不同海水盐度情况下的NH₄⁺-N去除率与NHH₄⁺-N负荷有关,随着海水占生活污水比例的增加NH₄⁺-N负荷应逐渐减少.当NH₄⁺-N负荷小于0.15kg/(kg·d)时,短程硝化的NH₄⁺-N去除率仍可达到90%以上.升高温度有利于提高短程硝化脱氮效率,当温度从20℃升高到30℃时,亚硝化比增长速率增加1倍.反应温度应保持在25℃～30℃,pH值的最佳范围为7.5～8.5.较高的进水pH值有利于通过游离氨浓度控制亚硝酸型硝化的形成.     

Nitrogen removal from sludge dewatering effluent through anaerobic ammonia oxidation process

Anaerobic ammonia oxidation（Anammox） process is a novel and promising wastewater nitrogen removal process. The feasibility of transition of Anammox from denitrification and the performance of lab-scale Anammox biofilm reactor were investigated with sludge dewatering effluent. The results showed that Anammox process could be successfully started up after cultivation of denitrification biofilm and using it as inoculum. The transition of Anammox from denitrification was accomplished within 85 d. Anammox process was found suitable to remove ammonia from sludge dewatering effluent. The effluent ammonia concentration was detected to be 23.11 mgN/L at HRT of 28 h when influent ammonia concentration was fed 245 mgN/L, which was less than that for the national discharge standard Ⅱ （25 rngN/L） of China. Volumetric total nitrogen loading rate was up to 584.99 mg TN/（L. d） at HRT of 17 h, while influent concentrations were kept 243.25 mg NH4＊ -N/L and 288.31 mg NO2^- -N/L.     

北京市城市降雨径流水质评价研究

选取北京市城市天然雨水与3个不同下垫面(屋面、单位内部道路和环路干道道路)的降雨径流为研究对象,在2010年7～10月期间,测定了8场降雨中的13个理化指标,并采用灰色关联分析和主成分分析方法进行水质综合评价和污染物来源分析.结果表明,环路干道径流的综合水质最差,其他依次为屋面径流、单位内部道路径流和天然雨水,其中环路干道径流综合水质超出国家地表水Ⅴ类水质标准,天然雨水、单位内部道路径流和屋面径流综合水质满足国家地表水Ⅱ类水质标准;天然雨水与各下垫面降雨径流的主要污染物为氮,其中TN和NH4+-N平均浓度为5.49～11.75 mg.L-1和2.90～5.67 mg.L-1;环路干道径流中第一类污染物为P、SS和有机污染物,其主要来源为车辆轮胎和路面材质的磨损;第二类污染物为N和溶解态重金属,其主要来源为车辆尾气和大气干湿沉降.本研究结果可以为城市雨水水质评价、城市面源污染控制和雨水回收利用提供科学依据.