城镇河流CO2及CH4排放与市政排水管网污水输入的关联影响

城镇污染河流日益剧增的碳排放是当前我国许多城市共同面临的环境问题.本研究以上海市市郊城镇河网R1与中心城区河流R2为研究对象,监测了其在旱天与雨天条件下的CO_2及CH_4排放特征,分析了城镇河流污染程度及类型与碳排放的关联影响,并同时解释了市政排水管网污水输入影响城镇河流CO_2及CH_4排放的机制过程.结果表明:①旱天时,中心城区河流的CO_2与CH_4平均排放通量为(2.48±1.02)mmol·(m~2·h)~(-1)与(1.21×10~(-2)±0.71×10~(-2)) mmol·(m~2·h)~(-1),市郊城镇河网的CO_2与CH_4的平均排放通量则为(1.53±0.39)mmol·(m~2·h)~(-1)与(9.26×10~(-3)±9.18×10~(-3)) mmol·(m~2·h)~(-1).雨天时,受市政排水管网污水影响,中心城区河流泵站下游的水体的CH_4通量大幅增加,可达旱天时的119倍;②本研究与全球其他河流碳排放统计数据进一步表明,城镇河流碳排放与本身污染水平存在关联性,总体上污染程度高的河流碳排放强度也高;③从PCA相关性分析结果来看,河流有机污染是影响碳排放的重要因素,这在中心城区河流与市郊城镇河网中都有体现;河流碳排放与氮污染的相关性随区域下垫面利用类型不同而有所不同;在污染较轻的城镇河流中,水体物理因子也是一个重要的影响因素;④排水管网污水输入对城镇河流碳排放的影响,体现在短期内向河流中输入的大量CH_4,以及长期上强化受纳河流碳物质赋存及循环,并进一步提高河流本身的CO_2与CH_4排放潜势.     

长江经济带氮淋溶流失空间格局及其水环境影响评估

氮淋溶流失是地表和地下水环境退化的重要驱动过程.由于氮素迁移转化过程复杂,量化氮淋溶流失及其水环境影响是区域营养盐管理的重点和难点.本研究从天然和人为输入角度构建了陆域氮淋溶流失模型,核算了2011—2015年长江经济带地级市单元的氮淋溶流失量,并基于灰水足迹和水资源量评估了氮淋溶流失的水环境影响.结果表明:①长江经济带的氮年均输入强度为8465 kg·km~(-2),以人为输入源为主,占总氮输入的89.9%;②研究区总氮输入的19.4%被淋溶流失到水环境中,平均淋溶流失强度为1656 kg·km~(-2);非点源是长江经济带的最大来源,淋溶流失系数平均值为0.143;③基于实测氮通量的反演结果与氮淋溶流失核算量存在显著的线性相关关系,表明基于氮输入核算的氮流失量能够反映氮淋溶流失空间分布规律;④长江经济带的氮淋溶流失导致的灰水足迹已经超过地区水资源总量,地级市单元的氮污染指数最高达到29.2,氮的水环境超载问题十分严重.     

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.     

不同氮污染特征河流N2O浓度、释放通量与排放系数

以铁岭市22条河流为研究对象,分析了河流N_2O溶存浓度、释放通量及排放系数.根据氮素的主要赋存形态及氮素浓度,22条河流可分为铵态氮污染(铵态氮平均浓度5.86 mg·L~(-1))、硝态氮污染(硝态氮平均浓度3.05 mg·L~(-1))和氮限制(溶解性无机氮平均浓度1.04 mg·L~(-1))河流这3种.总体上,N_2O溶存浓度介于17.03~9 028.60 nmol·L~(-1),均值为546.75nmol·L~(-1),饱和度均值为6 256%;河流水-气界面N_2O释放通量介于17.21~15 655.3μg·(m~2·h)~(-1),均值为949.36μg·(m~2·h)~(-1).铵态氮污染河流断面N_2O浓度和释放通量显著高于硝态氮污染和氮限制断面(LSD,P0.05).根据IPCC方法计算了河流N_2O排放系数(EF_(5r)),结果表明3种类型河流EF_(5r)呈现极为明显的差异,EF_(5r)变异系数达到445%.硝态氮污染河流EF_(5r)均值为0.000 5,显著低于IPCC建议值(0.002 5);但铵态氮污染河流硝态氮浓度较低,导致EF_(5r)计算均值高达0.445 6,为IPCC建议值的180倍;氮限制河流EF_(5r)均值为0.005 0,为IPCC建议值的2倍.因此,在计算EF_(5r)时应充分评估河流的氮污染状况.本文根据河流氮污染特征,结合不同类型河流N_2O产生机制,对EF_(5r)进行了分类计算,探讨了EF_(5r)的修正计算方法.建议针对氨氮污染和氮限制河流采用[N_2O]/[NH_4~+]方法计算EF_(5r);如不考虑河流氮污染特征,建议采用[N_2O]/[DIN]方法计算EF_(5r).     

水位对密云水库消落区土壤磷通量影响的模拟研究

南水北调来水引起的水库水位变化导致消落区幅带变化,这直接会影响土壤中磷的转化及通量.本研究采集了陆相和水相分别离水界面1 m和2 m处的4种土柱样品,分别用来模拟消落区淹水和落干情景.在实验室内逐步模拟水位上升或下降,模拟期为9个月,并在每隔3个月的期间收集样品进行分析测试,以研究土壤中无机磷的转化规律.结果表明,密云水库受人为干扰相对较小,与三峡库区相比消落带土壤中总磷含量偏低.模拟过程中,土壤中的无机磷含量始终占总磷含量的50%以上,即无机磷为主要形态.淹水模拟过程中,不同土柱及不同深度的土壤中铁磷的变化复杂,反映了铁磷的含量易受pH、氧化还原电位、有机质等多因素影响.落干模拟过程中,土壤中铁磷和钙磷的变化最为明显,9个月的模拟期后,铁磷的含量较初始值下降了53%~71%,钙磷在土柱表层样品中的含量逐渐减小,而在中层和下层中的含量有所上升.无论是淹水还是落干过程,离水界面1 m内的陆相和水相消落区土壤中磷的转化最为活跃.在模拟的9个月期间,水库淹水期陆相1 m内消落带土壤总磷通量为82.3 kg,铁磷通量为-30.7 kg,铝磷通量为-44.8 kg,钙磷通量为222.6 kg,总无机磷通量为126.5 kg,即消落带土壤中铁磷和铝磷有所释放或转化,而钙磷、总无机磷和总磷皆有所增加.     

白洋淀沉积物氨氮释放通量研究

白洋淀沼泽化趋势不断加重,本文分析了沉积物氨氮释放风险与水质效应,评估沉积物中氨氮交换通量对上覆水体水质产生的重要影响.结果表明:白洋淀淀区表层水氨氮(NH_4~+-N)平均浓度在0.0~0.49 mg·L~(-1)之间,硝氮(NO_3~--N)平均浓度维持在0.09~0.20 mg·L~(-1),总氮(TN)浓度范围为1.40~4.52 mg·L~(-1),淀区水质在V类水平和劣V类水平.沉积物NH_4~+-N的平均含量在61.1~160.6 mg·kg~(-1),NO_3~--N含量整体平均值较低,范围在4.3~9.0 mg·kg~(-1),TN含量平均值在1555~4400 mg·kg~(-1)之间.整个白洋淀淀区表层沉积物孔隙水中NH_4~+-N浓度明显高于上覆水浓度,NH_4~+-N存在从沉积物向上覆水释放的风险.淀区沉积物-水界面潜在NH_4~+-N扩散通量范围为-9.3~38.3 mg·m~(-2)·d~(-1),NH_4~+-N潜在内源释放风险非常高.烧车淀区、南刘庄区、圈头区的潜在NH_4~+-N平均释放通量达到10.0 mg·m~(-2)·d~(-1)以上.为了避免白洋淀沼泽化过程加快,水质氮污染需要采取相应措施进行有效控制,而控制沉积物NH_4~+-N的内源释放是其中的关键环节.     

秦岭油松林不同坡位土壤CO2、CH4、N2O通量研究

在秦岭南坡火地塘林区天然次生油松林内选取上、中、下3个坡位,采用静态箱-气相色谱法对土壤CO_2、CH_4、N_2O通量进行了1年的监测.结果表明,坡位间土壤质地和水分的差别是引起不同坡位CO_2与N_2O通量差异的主要原因:下坡位土质为壤土,水分适宜,CO_2平均排放量为(156.49±9.72)mg·m~(-2)·h~(-1),CH_4平均吸收量为(77.43±14.27)μg·m~(-2)·h~(-1),都处于3个坡位间最高水平;中坡位土质为粉砂壤土,土壤粒径小,透气性差,CO_2排放量和CH_4吸收量均为3个坡位间的最小值,N_2O平均排放量为(9.57±0.66)μg·m~(-2)·h~(-1),为3个坡位间的最高值,且显著高于上坡位土壤N_2O通量(p0.01);上坡位土质为砂壤土,土壤孔隙度大且地表植被少,N_2O平均排放量为(5.59±0.74)μg·m~(-2)·h~(-1),为3个坡位间的最小值.总体来说,油松林土壤是CO_2、N_2O的排放源,是CH_4的吸收汇.3个坡位CO_2年通量具有明显的季节规律,表现为倒"S"形变化,且与土壤温度显著正相关(p0.01).受冻融循环的影响,N_2O主要在非生长季大量排放;生长季末期,受降雨事件影响,油松林中坡位出现N_2O吸收峰值.生长季上、下坡位CH_4吸收峰值的出现同样伴随着降雨事件的发生,非生长季,中坡位因土壤水分过高而出现短暂的CH_4排放现象.不同坡位土壤温室气体的全球增温潜势(Global Warming Potential,GWP)从大到小依次是上坡位、下坡位和中坡位.     

巢湖西部河口区沉积物氮磷分布特征与原位扩散通量估算

选取巢湖西部重污染入湖河口区,研究表层沉积物氮磷污染特征,并运用Fick定律估算沉积物-水界面氮磷原位扩散通量.结果表明:南淝河、派河、十五里河河口表层沉积物总氮平均含量达到2208.17 mg·kg~(-1),氮形态以有机氮为主,占比达到90%以上.表层沉积物总磷平均含量为704.59 mg·kg~(-1),其中铁铝结合磷、活性有机磷和钙镁结合磷分别占比27%、28%和18%.河口区水体氨氮浓度从上覆水到孔隙水中总体呈上升趋势,沉积物表层(0~5 cm)孔隙水中氨氮平均浓度为25.42 mg·L~(-1),是上覆水中的7倍.沉积物孔隙水中硝氮与正磷酸盐浓度在垂向上随深度的增加呈先上升后降低的趋势,在沉积物-水界面附近达到浓度最高值.3个河口沉积物孔隙水中氮磷营养盐均向上覆水扩散,其中氨氮扩散通量分别为25.87、74.85与18.08 mg·m~(-2)·d~(-1).硝氮与正磷酸盐扩散通量较低,范围分别在1.38~2.78和0.011~0.024 mg·m~(-2)·d~(-1)之间.总体上看,巢湖西部河流入湖河口区表层沉积物氮污染严重,且存在较高的氮磷营养盐释放风险,应是巢湖富营养化控制过程中重点关注的区域.     

北港河流域水质特征及主要污染物通量估算研究

通过对北港河进行水文水质同步监测,采用多元统计法对26个采样点位10个监测指标进行分析,识别出流域水环境污染特征及主要影响因素,并进一步估算了主要污染物的通量,以期为有限资料条件下的河流污染治理提供依据.结果表明:北港河水系污染严重,主要污染物为氮、磷及有机污染物;表征生活污水、面源污染与畜禽养殖废水对水质影响的主成分的贡献率为47.95%,表征工业污染的主成分的贡献率为12.50%;重污染企业数、人口密度、建设用地占比与流域氮、耗氧有机物具有显著正相关性,表明重污染企业数、人口密度与建成区分布是影响水质的最重要指标;按污染轻重,可将流域划分为3类分区:上游轻污染区、谷饶溪及东寮坑重污染区、其他区域则为中度污染区.污染物通量变化趋势分析显示,COD_(Cr)、NH_4~+-N通量变化趋势基本与流量变化趋势一致,而TP通量则受上游点源排放影响出现一定差异性.通量变化趋势主要受水闸调度影响呈现开闸大幅度上升、闭闸大幅度下降的规律,在闭闸初期则受练江干流高水位顶托作用影响,流量及污染物通量为负值,练江干流水倒灌入北港河;此外,监测期间COD_(Cr)、NH_4~+-N最高日污染通量出现在第2次开闸期间,分别为39.23、4.98 t·d~(-1),TP最高日污染通量则出现在第1次开闸期间,为547.36 kg·d~(-1).污染通量贡献率分析表明,干流水质主要受谷饶溪及东寮坑影响,其中,谷饶溪COD_(Cr)、NH_4~+-N、TP污染贡献率分别达到了64%、47%、22%,东寮坑COD_(Cr)、NH_4~+-N、TP的贡献率则分别为26%、28%、25%,建议加强对该汇水区内生活污水、工业废水等点源污染控制.     

南京冬季一次重霾污染事件PM2.5区域传输收支分析

利用WRF-Chem模式对2015年12月21—23日南京一次重霾污染过程进行模拟.基于合理的模拟评估,采用大气传输通量计算法,着重分析了此次霾污染过程中模拟的南京地区PM_(2.5)的传输收支特征,以及周边地区大气污染物传输对南京市PM_(2.5)变化的贡献.结果表明,此次霾污染过程中,本地源与外来源区域传输共同影响着南京市的空气质量.PM_(2.5)的跨区域传输是此次重霾污染发生和消亡的重要因素.在霾污染事件的形成维持阶段,南京地区是作为周边地区PM_(2.5)的接收区,大气污染物主要由南京的西边界输入,大气污染物的外源输入是南京PM_(2.5)污染的主要贡献来源,占南京PM_(2.5)污染的84%.在霾污染事件的消亡阶段,南京地区则是作为周边地区PM_(2.5)的源,大气污染物主要由南京的东边界持续向外输出.