Expansion of the MANAGE Database with Forest and Drainage Studies

The “Measured Annual Nutrient loads from AGricultural Environments” (MANAGE) database was published in 2006 to expand an early 1980s compilation of nutrient export (load) data from cultivated and pasture/range land at the field or farm scale. Then in 2008, MANAGE was updated with 15 additional studies, and nitrogen (N) and phosphorus (P) concentrations in runoff were added. Since then, MANAGE has undergone significant expansion adding N and P water quality along with relevant management and site characteristic data from: (1) 30 runoff studies from forested land uses, (2) 91 drainage water quality studies from drained land, and (3) 12 additional runoff studies from cultivated and pasture/range land uses. In this expansion, an application timing category was added to the existing fertilizer data categories (rate, placement, formulation) to facilitate analysis of 4R Nutrient Stewardship, which emphasizes right fertilizer source, rate, time, and place. In addition, crop yield and N and P uptake data were added, although this information was only available for 21 and 7% of studies, respectively. Inclusion of these additional data from cultivated, pasture/range, and forest land uses as well as artificially drained agricultural land should facilitate expanded spatial analyses and improved understanding of regional differences, management practice effectiveness, and impacts of land use conversions and management techniques. The current version is available at www.ars.usda.gov/spa/manage-nutrient .     

Performance of bamboo fxed-bed-polyurethane fluidized bed integrated reactor treating domestic sewage

为解决剩余污泥问题,研制了产泥率少的片状竹炭固定床-聚氨酯切块流化床一体化反应器,在保证流化床高浓度微生物的同时,维持竹炭固定床的好氧,兼性厌氧,以实现污泥的原位分解.试验采用南京林业大学紫湖溪生活污水,COD为140—170 mg·L-1,TP为1—2 mg·L-1,TN为35—45 mg·L-1,氨氮25—30 mg·L-1,SS为35—40 mg·L-1.反应器在第30 d启动成功.稳定的运行结果显示,水力停留时间为10 h时,反应器对有机物的去除效果较好,出水中COD、TN、TP、氨氮的浓度分别为19 mg·L-1、7 mg·L-1、0.47 mg·L-1、4.5 mg·L-1,去除率达到87%、76%、72%、84%,出水中各指标均满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）中的一级B排放标准.经竹炭固定床处理的出水SS浓度很低,长期维持在14 mg·L-1左右,二沉池出水中的SS平均浓度为12.7 mg·L-1,整个反应器对二沉池依赖性较小.     

化肥和有机肥配施生物炭对紫色土壤养分及磷赋存形态的影响

研究紫色土壤养分含量与不同形态磷含量对生物炭配施化肥和有机肥的响应,探明不同施肥处理对紫色土壤养分和磷形态的影响,以期为生物炭在紫色土区的合理农用提供科学依据.采用盆栽试验方法,设置对照(CK)、传统施肥(F)、化肥+20 t·hm-2稻壳生物炭(FP)、化肥+10 t·hm-2稻壳生物炭+10 t·hm-2玉米生物炭(FPM)、有机肥+20 t·hm-2稻壳生物炭(PP)和新鲜有机肥+20 t-hm-2稻壳生物炭(NPP)这6个处理,通过测定土壤养分含量的变化和不同形态磷之间的转化,阐明化肥和有机肥配施生物炭对紫色土壤养分及磷赋存形态的影响.结果表明:①生物炭施用可提高土壤pH值,其中PP和NPP处理的效果最好,其根际土壤pH较F处理分别提高了 1.78和1.87个单位.②配施生物炭(FP、FPM、PP和NPP)处理较F处理能显著提高土壤有机质、全氮、全磷和有效磷含量,表现出明显的根际效应,而显著降低速效钾的含量.③与F处理相比,PP和NPP处理能够显著增加植株根部生物量、植株全磷和全钾含量,而显著降低植株全氮含量.④土壤中最主要的磷赋存形态是中度活性磷,其占比为46.64％～57.46％.施用生物炭能够促进土壤难溶态磷向有效磷转化,提高活性磷和中度活性磷的比例,且表现出明显的根际效应.⑤施用生物炭有利于土壤有机磷的矿化,促进NaHCO3-P.向NaHCO3-Pi转化,其中PP处理的矿化作用最明显.配施生物炭可以改善土壤磷营养状况,促进土壤难溶态磷向有效态磷转化,其中PP处理的效果最优.因此,生物炭配施腐熟猪粪是紫色土区最有效的养分管理方式.     

PD-DPR系统处理城市污水与高硝酸盐废水实现稳定亚硝酸盐积累和磷去除的特性

本研究以模拟城市污水和高硝酸盐废水为处理对象,在一个厌氧-缺氧-微曝气运行的SBR反应器内,将短程反硝化工艺(PD,NO_3~-→NO_2~--N)与反硝化除磷工艺(DPR)耦合,并通过联合调控进水C/N比、厌氧排水率和缺氧时间,考察了PD-DPR系统的亚硝酸盐积累特性和除磷性能.结果表明,经过140d,NO_3~-→NO_2~--N转化率(NTR)为80.1%,PO~(3-)_4-P去除率高达97.64%.在厌氧段(180 min),聚糖菌(GAOs)和聚磷菌(PAOs)对污水有机碳源进行充分利用,将其转化为内碳源;缺氧段(150 min),反硝化聚糖菌(DGAOs)和异养反硝化菌(DOHOs)分别进行内源和外源短程反硝化实现NO~-_2-N稳定积累,同时反硝化聚磷菌(DPAOs)进行高效反硝化吸磷;微曝气段(10 min),在不发生硝化反应的前提下,PAOs超量吸磷,提高了系统的除磷性能.系统出水NO~-_2-N/NH~+_4-N为1.31∶1(接近厌氧氨氧化工艺理论值1.32∶1),PO~(3-)_4-P浓度为0.30 mg·L~(-1),COD浓度为12.94 mg·L~(-1).其出水水质可满足与厌氧氨氧化(ANAMMOX)工艺耦合进行深度脱氮的需求.     

三峡水库总磷时空变化特征及滞留效应分析

磷是水域重要的营养或污染物质之一,主要随河川径流循环,河流大型水库建设和运行将对磷的输运和转化产生重要影响.基于三峡水库2008～2016年实测水文和水质资料,建立了总磷(TP)通量和泥沙通量的统计模型,利用模型插补TP的日过程浓度后建立了TP通量计算公式,分析了三峡水库TP浓度时空变化特征、通量变化及滞留效应.结果表明,不考虑区间小支流TP入汇影响, 2008～2012年,三峡入库TP浓度年际变化为0.196～0.290mg·L~(-1),年内TP浓度变化趋势呈"M"型,具有明显的双峰特性,三峡干流上游至下游TP浓度基本表现为沿程减小,部分年份清溪场断面TP浓度高于寸滩,该时段三峡年均入库TP通量和滞留率分别为8.23万t和49.76%. 2013～2016年,三峡年均入库TP通量和滞留率明显减小,分别为4.79万t和12.03%.     

方解石/氯磷灰石混合物添加对水体内源磷迁移转化的调控效应和机制

阐明方解石/氯磷灰石混合物添加对内源磷迁移转化的调控效应与机制,对于其实际应用至关重要.为此,本文采用氯化钙和磷酸钠制备得到氯磷灰石,再与天然方解石进行混合,形成氯磷灰石和方解石的混合物,然后通过批量吸附实验考察了该混合物对水中磷酸盐的去除作用,再通过底泥培养实验考察了该混合物添加对底泥中磷迁移转化的影响.结果表明,该混合物对水中磷酸盐的去除能力明显强于单纯的方解石和氯磷灰石;该混合物对水中磷酸盐的去除动力学过程较好地符合准二级和Elovich动力学模型;增加方解石和氯磷灰石的投加量均有利于该混合物对水中磷酸盐的去除;溶液共存钙离子促进了该混合物对水中磷酸盐的去除.该混合物的添加可以有效控制底泥中磷向上覆水体的释放,导致上覆水中的溶解性活性磷(SRP)浓度处于相对较低的水平.此外,该混合物添加还可以降低间隙水中SRP的浓度,其对间隙水中SRP的削减作用对其调控底泥中磷向上覆水体的迁移转化起到重要的作用.该混合物添加虽然会增加底泥中磷的含量,但所增加的磷主要是以稳定的钙磷形式存在,发生二次污染的风险低.结果显示,方解石/氯磷灰石混合物可以作为底泥改良材料用于水体内源磷释放的控制.     

太湖竺山湾沉积物碳氮磷分布特征与污染评价

为了揭示太湖竺山湾沉积物中碳、氮和磷的分布特征,本研究在太湖竺山湾设置3个断面(湖湾内,A断面;湖湾中部,B断面;开敞湖区,C断面) 10个采样点,采集沉积物柱状样,每2 cm间隔分层测定沉积物中总氮(TN)、总磷(TP)和总有机碳(TOC)含量,以揭示其水平分布和垂向分布特征.结果表明,在空间上竺山湾表层沉积物呈现开敞湖区向湖湾富集的特征,湖湾内部碳、氮和磷含量显著高于开敞湖区(P 0. 01),其中湖湾内(A断面)表层沉积物TN、TP和TOC含量分别为1. 53、1. 55和11. 31 mg·g~(-1),而靠近开敞湖区(C断面)表层沉积物TN、TP和TOC含量仅为0. 75、0. 57和6. 70 mg·g~(-1).垂向分布特征表现为表层富集,3个断面TN、TP和TOC含量随着底泥深度的增加均呈现出下降趋势,表层沉积物TN、TP和TOC含量分别是底层的2～3、2～5和2～3倍.整体而言,竺山湾沉积物TP含量均值为0. 93 mg·g~(-1),属于重度污染,而TN平均含量为1. 11 mg·g~(-1),属于轻度污染;有机氮指数和综合污染指数显示,竺山湾北部地区污染水平为重度污染区,有机污染相对较强,TP的污染指数(STP)处于1. 03～3. 87之间,属于重度污染.     

太湖草藻型湖区磷赋存特征及其环境意义

研究草藻型湖区上覆水和沉积物磷赋存特征及环境意义有助于明晰磷在沉积物-水界面的迁移转化过程,对于深入理解不同类型湖区的富营养化过程及富营养化湖泊的治理具有重要现实意义.在太湖典型草藻型湖区进行四季多点采样,分析草藻型湖区水体及沉积物中不同磷形态的时空差异,并揭示其环境意义.结果表明:①藻型湖区上覆水中总磷(TP)、溶解性总磷(DTP)、溶解性无机磷(DIP)和颗粒态磷(PP)显著高于草型湖区,时间分布上大都表现出夏秋高于冬春的特点,PP是TP的主要组成部分,占比71. 8%～89. 6%.叶绿素(Chl-a)浓度与上覆水中磷赋存形态呈相似的时空分布特征.②藻型湖区表层沉积物TP含量为372. 38～529. 64 mg·kg~(-1),草型湖区为304. 29～454. 27 mg·kg~(-1),藻型湖区表层沉积物TP含量明显高于草型湖区,冬季沉积物TP含量最高,夏季最低,这与外源污染的输入以及不同环境条件下内源磷在沉积物和上覆水间的迁移转化有关.③沉积物中不同磷赋存形态数量分布由小到大依次均为:NH_4Cl-P、Fe-P、Org-P、Res-P、Al-P和Ca-P.表层沉积物Mobile-P(NH_4Cl-P+Fe-P+Org-P)在TP中的占比藻型湖区为9. 10%～16. 93%,略高于草型湖区8. 11%～13. 50%,Res-P在TP中占比藻型湖区为10. 06%～14. 97%,草型湖区为11. 02%～20. 28%.藻型湖区内源磷释放风险大,不利于磷的固定与埋藏.不同类型的湖区富营养化程度明显不同,在磷的释放与埋藏中也表现出不同变化特点.藻型湖区因其较高的内源磷负荷和释放潜力,值得特别关注.     

洱海藻类水华高风险期沉积物氮磷释放通量时空变化

选择藻类水华高风险期,研究沉积物氮磷释放通量时空变化及影响因素,以揭示沉积物氮磷释放对洱海水质影响.结果表明:①2009、2013和2018年洱海沉积物氮磷释放通量整体呈上升趋势,与2009相比,2013年增幅较大,而2018年与2013年相比增幅较小;溶解性总氮(DTN)释放通量在11. 71～14. 15 mg·(m~2·d)~(-1),其中有机氮(DON)释放通量在6. 39～8. 42mg·(m~2·d)~(-1),占DTN的58%,无机氮(DIN)释放通量在5. 31～5. 73 mg·(m~2·d)~(-1),占DTN的42%;溶解性总磷(DTP)释放通量在0. 11～0. 14 mg·(m~2·d)~(-1),无机磷(DIP)释放通量在0. 07～0. 09 mg·(m~2·d)~(-1),占DTP的66%,有机磷(DOP)释放通量在0. 04～0. 05 mg·(m~2·d)~(-1),占DTP的34%.②洱海沉积物氮磷释放通量空间差异也较大,其中氮释放通量呈南部北部中部趋势,磷释放通量表现为北部中部南部趋势; 2009、2013和2018年相比,由北向南各湖区氮释放通量增幅分别为17%、13%和23%,磷释放通量增幅分别为19%、28%和29%.③2009、2013和2018年相比,洱海沉积物氮磷含量总体稳定,不是影响其释放通量变化主因,水华高风险期水体pH增加和DO下降是影响沉积物氮磷释放通量变化的重要因素,洱海保护应关注水体环境因子变化导致的沉积物氮磷释放增加问题.     

黄河水环境特征与氮磷负荷时空分布

黄河是我国西北和华北地区重要的供水水源,由于地形和降雨等自然因素以及频繁的人类活动影响,黄河流域水环境问题日渐凸显.为明确黄河干流水环境特征、水质现状以及流域氮磷负荷时空分布,本研究于2019年的4～5月和10～11月对黄河干流全河段水环境进行了调查研究.基于野外采样研究结果以及室内实验数据,结果发现:①从源区至河口多个水体理化参数逐渐上升的趋势反映了越来越频繁的人类活动以及中下游水土流失等的共同作用,此外,水库对溶质的截留与沉积具有显著的效果;②两个季节水质差异较小,从源区至河口水质等级由"优秀"下降至"一般";③降雨是黄河流域氮磷赋存形态及其负荷具有季节性差异的关键因素;④黄河流域内氮磷赋存形态及其负荷所具有的空间差异性主要受控于人类活动与水土流失的影响.本研究结果可为控制黄河流域入河氮磷负荷以及改善水质提供科学依据.