密云水库周边小流域大气氮磷沉降特征研究

大气沉降是氮磷元素进入水体的重要途径之一,为了解密云水库水源地周边大气氮磷沉降特征,选取土门西沟小流域为研究区域,设置降水、降尘自动采样器进行为期一年(2019年9月—2020年8月)的大气沉降收集,分析大气干、湿沉降中不同形态氮磷通量逐月和季节变化及其影响因素,估算大气氮磷沉降对小流域及密云库区氮磷输入的贡献. 结果表明:①土门西沟小流域大气氮、磷年沉降通量分别为38.393和1.952 kg/(hm2·a),氮磷干湿沉降通量季节性变化显著. ②湿沉降受气象(降雨量、温度、降雨时间间隔)等因素影响,氮磷沉降通量表现为夏季>春季>秋季>冬季,温度升高、降雨时间间隔变长均会使氮磷湿沉降浓度增大,而降雨量大小与大气湿沉降通量直接相关. ③干沉降受物质来源及气象等因素影响,氮磷沉降通量呈夏冬季高、春秋季低的特点,其中风向、风速是影响大气氮磷干沉降的重要因子. ④经计算,土门西沟小流域大气氮、磷沉降贡献分别为1 339.90和1.50 kg/a,分别占其氮、磷输出贡献的28.57%和0.39%,若不考虑空间差异性,预计大气沉降直接落入密云水库总氮(TN)和总磷(TP)的沉降量分别为551.18和28.02 t. 研究显示,大气沉降是密云库区周边面源污染综合管理的重要一环,未来应引起足够关注.      

洱海大气氮磷干沉降特征及其影响因素

大气氮磷干沉降是湖泊外源营养盐输入的重要途径之一，对湖泊水体富营养化及生态系统演化具有重大影响。文章为了深入揭示洱海湖区大气氮磷干沉降（颗粒物）对水体的贡献，于2021年全年对洱海周边布设的6个站点进行了为期1 a的大气干沉降连续监测，使用自动降尘采样器湿法收集大气干沉降。分析了洱海湖区氮磷干沉降通量的时空分布特征，估算了氮磷干沉降直接入湖负荷量。结果表明：洱海湖区干沉降（颗粒物）TN、TP沉降通量年内总体呈先降后升再降的趋势。TN沉降通量范围为8.78～84.93 kg/km2，均值为(33.44±15.94) kg/km2;TP沉降通量范围为0.38～11.91 kg/km2，均值为(4.04±2.69) kg/km2;2021年洱海湖区干沉降TN、TP直接入湖负荷量分别为107.69 t和13.28 t,TN、TP干沉降直接入湖负荷量约占流域农业面源排放量的3.91%和5.12%；影响洱海湖区TN、TP干沉降的主要因素包括湖区上空低层风场环流、湖区降雨分布、气溶胶粒径以及小流域下垫面土地利用现状。     

杭州北里湖春、夏季大气氮、磷沉降研究

采集与分析了杭州北里湖2010年2月-7月这半年中干湿沉降,并计算了大气TN,TDN(总溶解氮),TP和TDP(总溶解磷)的干湿沉降通量的基础上完成的.结果表明,在北里湖地区N沉降以湿沉降为主,占61.5%,并且N沉降中主要是TDN,平均值86.7%;P沉降以干沉降为主,占61.2%,TDP占49.1%.湿沉降中TN时北里湖的富营养化有一定影响,而TP的影响比较小.TN,TP湿沉降通量与降水量相关度比较高,但TN,TP沉降通量月际变化幅度却比较小,平均为427.45和5.96 kg/km2.后3个月中TDN沉降通量低于前3个月,有利于减轻北里湖的富营养化.通过与太湖地区N,P沉降的比较,发现城市环境对N,P沉降影响很大.     

太湖氮磷营养盐大气湿沉降特征及入湖贡献率

2009年8月—2010年7月在太湖流域不同区域10个采样点收集降水样品230多个,测定其中不同形态N,P营养盐的质量浓度,分析太湖大气湿沉降中N,P营养盐沉降特征,计算N,P营养盐湿沉降率及其占太湖河流入湖负荷的贡献率. 结果表明:湿沉降中ρ(TN)年均值为3.16 mg/L,DTN(溶解性总氮)占TN的70%以上,其中以NH₄+-N为主;湿沉降中ρ(TN)年均值最高值出现在南部湖区,最低值出现在北部湖区. 湿沉降中ρ(TP)年均值为0.08 mg/L,相对较低. 5个区域湿沉降中不同形态N的质量浓度均表现为冬季高、夏季低,而不同形态N,P的湿沉降量均为夏季最大. 南部、东部湖区TN的湿沉降率相对较大. 各采样点湿沉降中NH₄+-N沉降率约占DTN沉降率的30.4%～52.0%,NO₃--N沉降率约占DTN的31.6%;各区域间湿沉降中DTP(溶解性总磷)占TP的比例差异较大. 大气湿沉降中TN和TP的年沉降总量分别为10 868 和247 t,为同期河流入湖负荷的18.6%和11.9%,湿沉降对太湖富营养化的贡献及可能带来的水生态系统的影响不容忽视.      

滇池大气沉降氮磷形态特征及其入湖负荷贡献

为研究季节变化和降雨量对滇池各种氮磷形态浓度的影响,采用紫外分光光度法测定大气沉降的各种氮磷形态浓度,探讨滇池湖面氮磷对水污染的贡献.结果表明,滇池大气沉降氮浓度普遍符合雨季低,旱季高的特点;大气沉降氮磷负荷与降雨量正相关,季节性变化主要呈雨季高,旱季低.大气沉降氮负荷以DIN为主,占总氮沉降负荷的63. 70%;磷负荷以PP为主,占总磷沉降负荷的45. 54%,过度施肥和肥料中氮磷的流失是大气湿沉降中主要的氮磷来源.结合入湖河流数据,滇池大气沉降中TN和TP的沉降量分别为河流入湖负荷的6. 14%和12. 76%,因而滇池主要污染来源仍然是入湖河流带来的负荷.但滇池大气沉降氮磷通量与其他地区相比处于中等偏上地位,所以该贡献仍需重视.     

杭州北里湖大气沉降研究

本文主要研究了2011年2月至2012年2月杭州北里湖大气中的干、湿沉降,并通过计算大气中TN、TP、DTN和DTP的沉降通量来研究其对北里湖的影响程度。结果表明:杭州北里湖氮沉降主要以湿沉降为主,且大气氮沉降物中主要是以DTN的形式存在,最高可达99.5%;而磷沉降则以干沉降为主,DTP的月干沉降通量在TP月总沉降通量中所占的比例相对较低;TN、TP的月湿沉降通量与降水量有着密切的相关关系,都会随着降水量的增大而增大;同时DTN的月湿沉降通量在TN月湿沉降通量中所占的比例非常高,而DTP的月湿沉降通量在TP月湿沉降通量中所占的比例较少,这间接说明了氮对北里湖的影响要高于磷。     

亚热带农田和林地大气氮湿沉降与混合沉降比较

本研究在位于我国亚热带区域的湖南省长沙县金井河流域,设置一个农田监测点和一个林地监测点,开展了完整的2a(2011年3月至2013年2月)大气氮素(N)湿沉降和混合沉降(湿沉降+部分干沉降)的监测,评价两种方法监测的大气氮素沉降的差别,并建立一种采用氮素混合沉降来估算氮素湿沉降的方法.结果表明采样点氮素湿沉降和混合沉降以NH_4~+-N沉降量最高,其中农田点大气氮湿沉降、混合沉降量分别为26.2 kg·(hm~2·a)~(-1)、28.9 kg·(hm~2·a)~(-1),湿沉降、混合沉降NH_4~+-N、NO_3~--N和可溶性有机氮(DON)分别占湿沉降、混合沉降总氮(TN)的49.7%、31.3%、19.0%和48.7%、31.6%、19.7%.林地点大气氮湿沉降、混合沉降量分别为23.6 kg·(hm~2·a)~(-1)、27.8 kg·(hm~2·a)~(-1),湿沉降、混合沉降NH_4~+-N、NO_3~--N和DON分别占湿沉降、混合沉降TN的53.9%、34.8%、11.4%和49.6%、31.6%、18.9%.研究区域降雨量与湿沉降、混合沉降雨水中NH_4~+-N、NO_3~--N和TN浓度均有极显著负相关关系,而与沉降量有显著正相关性.两监测点湿沉降与混合沉降的雨水中N素浓度具有极显著线性相关性(决定系数大于0.82),根据二者之间建立的回归方程,农田点采用混合沉降估算湿沉降中NH_4~+-N、NO_3~--N和TN沉降的系数值分别为0.875、0.774和0.852;林地点相应的系数值分别为0.859、0.783和0.819,该系数值主要与监测点的氮素湿沉降量及大气颗粒态氮的污染水平有关.亚热带区域采用大气氮素混合沉降替代氮素湿沉降,将导致氮素湿沉降被高估10%~18%,利用氮素混合沉降和氮素湿沉降之间的回归方程,可以较好实现采用混合沉降来估算湿沉降.     

洞庭湖大气氮湿沉降的时空变异

为研究洞庭湖大气氮素湿沉降的时空变化规律,于2016年1—12月对洞庭湖不同生态区的4个监测点的湿沉降进行了为期1年的观测.结果表明:采桑湖(CSH)、断港头(DGT)、蒋家嘴(JJZ)3个监测点的全年大气氮湿沉降量分别为49.9、38.7和90.9 kg·hm~(-2),其中NO_3~--N沉降量分别占30.3%、25.8%和33.1%,NH_4~+-N沉降量分别占32.9%、41.7%和51.1%,DON沉降量分别占36.8%、32.5%和15.9%;沅江(YJ)监测点7—12月的大气氮湿沉降量为19.0 kg·hm~(-2),NO_3~--N、NH_4~+-N和DON分别占62.2%、25.1%和12.7%,除YJ监测点外,其他各监测点NH_4~+-N沉降量高于NO_3~--N沉降量.湿沉降量与降雨量呈正相关,而湿沉降浓度与降雨量呈负相关;在CSH、DGT和JJZ监测点,湿沉降量均在春季最高,分别占全年总沉降量的54.4%、60.2%和49.7%,JJZ监测点在各个季节的总氮沉降量均高于CSH和JJZ监测点.     

滇池大气沉降氮磷形态特征及其入湖负荷贡献

为研究季节变化和降雨量对滇池各种氮磷形态浓度的影响,采用紫外分光光度法测定大气沉降的各种氮磷形态浓度,探讨滇池湖面氮磷对水污染的贡献。结果表明,滇池大气沉降氮浓度普遍符合雨季低,旱季高的特点;大气沉降氮磷负荷与降雨量正相关,季节性变化主要呈雨季高,旱季低。大气沉降氮负荷以DIN为主,占总氮沉降负荷的63.70%;磷负荷以PP为主,占总磷沉降负荷的45.54%,过度施肥和肥料中氮磷的流失是大气湿沉降中主要的氮磷来源。结合入湖河流数据,滇池大气沉降中TN和TP的沉降量分别为河流入湖负荷的6.14%和12.76%,因而滇池主要污染来源仍然是入湖河流带来的负荷。但滇池大气沉降氮磷通量与其他地区相比处于中等偏上地位,所以该贡献仍需重视。     

2009-2018年太湖大气湿沉降氮磷特征对比研究

为了研究太湖2009-2018年大气湿沉降的时空变化特征,于2009年8月-2010年7月及2017年8月-2018年7月进行了两次环太湖大气湿沉降逐月调查,并从降水中ρ（TN）和ρ（TP）、湿沉降率及沉降通量三方面,对比分析了太湖大气湿沉降的时空变化特征.结果表明:①2009年8月-2010年7月降水中ρ（TN）、ρ（TP）平均值分别为3.170、0.077 mg/L;2017年8月-2018年7月降水中ρ（TN）、ρ（TP）平均值分别为3.160、0.056 mg/L;T检验结果表明,两次调查ρ（TN）、ρ（TP）污染水平差异显著,主要是由于2017年8月-2018年7月较高污染浓度降水事件的减少,全年降水中ρ（TN）、ρ（TP）变异较小.②与2017年8月-2018年7月相比,2009年8月-2010年7月太湖TN、TP湿沉降率平均值分别下降33%和53%,且TN、TP湿沉降空间分布更均匀.③与2009年8月-2010年7月相比,2017年8月-2018年7月太湖流域大气TN、TP沉降通量分别为7 641和131 t,分别下降30%、47%.研究显示,两次调查降水中ρ（TN）平均值均远高于水体富营养化阈值（0.2 mg/L）,因此大气湿沉降中的营养盐对太湖富营养化的贡献不可忽视.      

城镇分布对新安江水系及千岛湖营养盐浓度的影响

快速城镇化会加剧地表水体氮磷营养盐的富集,引起水体富营养化问题. 研究城镇分布对河流与湖库氮磷污染特征的影响,分析其污染热点与来源具有重要意义. 于2020年7月—2021年7月调查了新安江水系及千岛湖水体氮磷污染的时空变化特征,分析了水质与土地利用类型的关系,揭示了千岛湖水体氮磷污染的来源. 结果表明:①时间上,新安江水系氮磷浓度季节性变化差异明显. TN浓度表现为冬季枯水期〔(1.96±1.24) mg/L〕>主汛期〔(1.63±0.71) mg/L〕>春汛期〔(1.42±0.49) mg/L〕,TP浓度表现为主汛期〔(0.101±0.049) mg/L〕>冬季枯水期〔(0.067±0.068) mg/L〕>春汛期〔(0.06±0.033) mg/L〕,汛期氮、磷浓度分别是非汛期的1.6和2.4倍. ②空间上,城镇污染对水体营养盐浓度影响显著. 水体流经人口集中、城镇化程度高的屯溪区后,TN、TP、NH₄+-N浓度平均增幅分别为86.1%、77.7%和164.4%,干流水体受纳歙县城镇三大支流来水后,TN、TP浓度平均增幅分别为47.6%、70.3%. ③ Spearman相关分析结果表明,5 km缓冲区耕地和建筑用地面积占比与氮磷营养盐各形态浓度之间均存在显著正相关关系,其中建筑用地面积占比对NH₄+-N浓度影响较大(R=0.323,P<0.001),耕地面积占比对NO₃?-N影响相对较大(R=0.265,P<0.05). 研究显示,城镇面源污染是新安江水系氮磷污染的主要来源,降雨径流是水体磷富集的主要驱动力,枯水期城镇污染对水体氮浓度的影响较大,在千岛湖营养盐控制中应尤为关注上游城镇污染管控.      

鄱阳湖入湖河流氮磷水质控制限值研究

鄱阳湖近年氮磷营养物浓度逐步升高,入湖河流是鄱阳湖氮磷输入的重要途径.采用BATHTUB模型建立了鄱阳湖入湖河流与湖区ρ（TP）、ρ（TN）的响应关系,模拟了入湖河流执行GB 3838—2002《地表水环境质量标准》中不同氮磷标准限值对湖区水质的影响,发现当入湖河流ρ（TP）执行河流Ⅲ类标准限值或超过Ⅲ类标准限值时,对应湖区ρ（TP）超标;入湖河流执行Ⅲ类及以上湖泊水质标准限值时,湖区水质可以达到Ⅲ类保护目标,但对入湖河流存在一定的过保护现象.因此,以满足现行湖泊水质达标为情景,以湖泊ρ（TP）、ρ（TN）各类别标准限值为目标,试算了入湖河流氮磷控制限值,提出了鄱阳湖入湖河流的氮磷控制限值建议方案,其中鄱阳湖湖体水质目标为Ⅲ类时,入湖河流ρ（TP）、ρ（TN）控制限值分别为0.075和1.20 mg/L,此时入湖河流氮磷控制限值方案既能保证湖泊水质达标,又不会造成对河流的水质控制过于严格.研究显示,基于湖泊水环境质量达标情况试算的入湖河流氮磷所需控制限值,建议可作为解决入湖氮磷污染控制问题的参考.      

长江中下游湖泊水体氮磷比时空变化特征及其影响因素

为弄清长江中下游浅水湖泊水体氮磷比(TN/TP)对湖泊富营养化状况及水系连通性的指示意义,对该区域26个湖泊开展了春、夏两季的水质调查,比较了不同水文、水质状况湖泊之间TN/TP差异,探讨了影响湖泊TN/TP的主要因素.结果发现,长江中下游湖泊TN/TP存在较大的时空差异性,春季TN/TP平均值为21.52±14.28,过水性湖泊、深水湖泊以及富营养化湖泊3种类型水体中,富营养化湖泊的TN/TP较低,为14.38±7.40,深水湖泊的TN/TP最高,为40.97±33.37;夏季调查湖库的TN/TP平均值为21.73±23.78,其中深水湖泊的TN/TP仍为最高,达96.38±45.91,富营养化湖泊的TN/TP仍为最低,达10.91±4.44.春、夏相比,过水性湖泊和深水湖泊夏季的TN/TP显著上升,而富营养化湖泊却明显下降,且降幅随富营养化程度升高而加大.相关性分析发现,无论是春季还是夏季,湖泊TN/TP都与水体深度显著正相关.此外,湖泊富营养化程度越高,TN/TP与浮游植物生物量的关系就越弱,富营养化程度越低,TN/TP越高,磷对浮游植物生长的限制越明显.研究表明,长江中下游湖泊富营养化治理营养盐策略上,多数湖泊控磷更为重要,在一些富营养化较为严重的湖泊,局部疏浚、合理挖深、外源控制和调整渔业生产方式等是值得探索的修复途径.     

城市湖泊氮磷沉降输入量及影响因子——以武汉东湖为例

城市湖泊是受人类影响最严重生态系统之一,正面临着水体污染和生态系统退化的双重压力.研究氮、磷沉降输入量及影响因素对城市湖泊管理具有重要的实践意义.本文通过对中国最大的城市湖泊之一——武汉东湖进行为期1年的氮、磷沉降连续监测,研究了大气混合沉降对武汉东湖的氮、磷输入动态,并探讨了氮、磷沉降的影响因素.结果表明:武汉东湖大气氮、磷年沉降通量分别为22.80、1.37 kg·hm~(-2)·a~(-1);总氮年沉降负荷为76.94 t·a~(-1),氨氮年沉降负荷为31.83 t·a~(-1),总磷年沉降负荷为4.61 t·a~(-1),分别占其东湖年入湖污染物的7.28%、7.61%和4.41%.从时间格局看,总氮沉降通量的季节性差异较为明显,表现为:春季(9.03 kg·hm~(-2))夏季(6.01 kg·hm~(-2))秋季(3.90 kg·hm~(-2))冬季(3.86 kg·hm~(-2));而总磷沉降通量呈现出仅春季较高(0.52 kg·hm~(-2)),占全年的38%,其他三季总磷沉降通量变化较小的特征.相关性分析显示,氮、磷沉降负荷量与降雨量、降雨时间间隔及空气颗粒物浓度(PM_(10)、PM_(2.5))等因素呈显著正相关,与相对湿度呈显著负相关.分析表明,随着控源、截污等措施对城市湖泊氮、磷输入的控制,氮、磷沉降对城市湖泊的生态影响应引起足够的重视.     

深圳市主要饮用水水库水质的评价

采用标识指数法和污染指数法,评价和分析了深圳市13个主要饮用水库的水质状况。研究结果表明,深圳市饮用水库营养盐浓度较高,总氮和总磷超标的水库分别占92.3%和38.5%。按单因子评价法,石岩水库为Ⅴ类,深圳水库和罗田水库为Ⅳ类,梅林水库刚好达到Ⅱ类,其余水库为Ⅲ类。两种评价方法一致,而标识指数法不仅可以判断水质是否超标,而且能够确定水质具体类别,具有计算简单、分析结果直观等优点。     

人工模拟降雨条件下黄土坡面水-沙-氮磷流失特征

黄土坡沟水沙及养分流失严重,不仅造成土地生产力下降,对水环境也存在潜在威胁.为探索黄绵土坡面水沙氮磷流失相关关系,采用人工模拟降雨试验,研究不同雨强（45、60、75、90、105、120 mm/h）、不同坡度（5°、10°、15°、20°、25°）下黄土裸地水沙氮磷的流失规律.结果表明:①产流量可用坡度的二次多项式表达,确定系数（R2）达0.83以上,产沙量随雨强变化规律不明显,但随坡度增加呈显著增加趋势.②各雨强下,25°与5°坡面的ρ（TN）比值范围为1.63~5.42,波动较大,而ρ（TP）随坡度的增加基本呈增加趋势,但整体数值低于ρ（TN）.③各雨强下ρ（吸附态氮）随降雨历时的延长呈剧烈起伏变化;大雨强（105和120 mm/h）下ρ（吸附态磷）随降雨历时的延长逐渐减少至稳定值,其他雨强下ρ（吸附态磷）随降雨历时的延长呈现波动增加.各雨强与坡度下,ρ（吸附态氮）与ρ（吸附态磷）分别占ρ（TN）、ρ（TP）的60.66%、96.62%,是黄土裸坡氮磷的主要流失形式.④随水沙流失的氮磷中,TN占主要部分,其流失量是TP流失量的1.43~22.46倍,径流量增加时TN流失量显著增加,而产沙量增加时TP流失量显著增加.研究显示,雨强和坡度变化对水沙氮磷流失影响各异,吸附态氮磷是黄土养分流失的主要途径,可为黄土坡耕地水土流失治理提供科学依据.      

官厅水库上游河流营养物参照状态的制定

采用参照河流百分位法、一般河流百分位法和多元线性回归法,制定了官厅水库上游流域河流雨季和旱季的营养物参照状态,探讨季风气候对河流营养物参照状态的季节性影响,并识别影响官厅水库上游河流营养物浓度的主要人类活动.结果表明：参照河流点和一般河流点总氮（TN）和总磷（TP）浓度在雨季和旱季均表现出明显的季节性差异.参照河流百分位法、一般河流百分位法和多元线性回归法制定的营养物参照状态在雨季和旱季也均存在季节性差异,取3种方法的平均值作为官厅水库上游河流的营养物参照状态：TN在雨季和旱季参照状态的建议值分别为1.580和1.672mg/L; TP在雨季和旱季参照状态的建议值分别为0.075和0.055mg/L.影响河流TN浓度的人类活动按贡献大小依次为：畜禽养殖污染负荷强度、耕地（坡度0~8°）比例和城市用地比例.影响河流TP浓度的人类活动按贡献大小依次为：耕地（坡度0~8°）比例和畜禽养殖污染负荷强度.