黔中黄壤坡耕地区域降水及其氮磷输入特征

黄壤坡耕地不仅具有“黏、酸、瘦”的特点,而且水土、养分流失普遍严重,引起一系列农业面源污染环境问题。以黔中黄壤坡耕地氮磷流失长期定位监测基地为平台,于2008─2012年连续5年进行观测,研究了降水及氮磷湿沉降浓度、总量及季节性变化等特征,探明了降雨带入的氮磷养分对黄壤坡耕地养分流失的贡献,为农业生产、农业面源污染防治对策提供科学依据。结果表明：2008─2012年间,年降雨次数变幅为46~109次,年均64次;年降雨量变幅为558.4~901.5 mm,年均695.7 mm;频次降雨量变幅为6.5~15.5 mm,平均10.9 mm。5年湿沉降TN、NO3--N、NH4+-N、TP浓度变幅,分别为1.57~3.31、0.17~0.79、0.10~0.94和0.06~0.48 mol·L-1,平均值分别为1.91、0.42、0.28、0.14 mol·L-1,均与降水量呈负相关,但未达到显著水平;5年湿沉降TN、NO3--N、NH4+-N、TP输入量变幅,分别为11.19~18.47、0.96~5.47、1.22~6.65和0.42~1.34 kg·hm-2·a-1,平均值分别为14.32、3.37、2.77、1.09 kg·hm-2·a-1,TN、TP输入量与降雨量呈正相关(相关系数分别为0.774、0.707,P值分别为0.0003、0.0015)。输入量季节性变化5─8月最为集中,5─7月TN输入量为6.95 kg·hm-2,占全年TN输入量的比例高达51.1%;6─8月TP输入量为0.49 kg·hm-2,占全年TP输入量的比例高达47.4%,即冬、春季较低,夏、秋季较高。湿沉降TN、TP输入量相当于当地施肥投入的氮、磷素总量的7.54%、1.14%,因此在农业生产中制定施肥方案时,可考虑坡耕地湿沉降养分的输入,尤其是氮养分的输入。     

氮磷营养盐因子对缘管浒苔生长、叶绿素荧光特性和氮磷富集的影响

为探讨大型海藻缘管浒苔(Ulva linza)对氮、磷加富的生理响应及其机制,分析了氮、磷浓度变化对藻体相对生长速率(Rr.g),氮、磷富集,叶绿素(Chl)含量,类胡萝卜素(Car)含量,色素比值(Chl a/Chl b、Chl/Car)以及叶绿素荧光参数的影响.结果表明,在30μmol·L-1P浓度不变条件下,随着N浓度的增加,藻体P含量持续降低,而其Rr、g、N含量、Chl含量、Car含量、色素比值(Chl a/Chl b、Chl/Car)和叶绿素荧光参数均逐渐上升,N3处理(500μmol· L-1 N)缘管浒苔Rr.g和叶绿素荧光参数均达到最大值,N4处理(1 000 μmol·L-1)缘管浒苔Chl含量、Car含量和Chl a/Chl b比值均达到最大值.在500 μmol·L-1N浓度不变条件下,依次增加P浓度,缘管浒苔Rr,g没有显著差异,N含量没有显著变化,而P含量则呈明显上升趋势,其他指标变化幅度小.综上所述,与P相比,N的变化对缘管浒苔生长、光合色素和光合作用的影响更明显,在N浓度为500 μmol·L-1、P浓度为30 μmol ·L-1、N/P比值为16.67条件下,藻体生长最佳.当水体富营养化加剧时,缘管浒苔富集氮、磷的能力持续上升.     

河流岸坡净化径流中氨氮的实验室研究

利用实验室内建立的河流岸坡展开对地表径流中氨氮在模型内部沿程净化效果的实验研究。结果显示,河流岸坡对氨氮的去除率在90%以上;沿程氨氮浓度在缓坡模型的第二断面、第三断面的浓度及净化效率较为稳定,而在陡坡模型中的第三断面浓度及净化效率均出现较大波动;此外,合理的进水负荷使两种河流岸坡对氨氮的去除率稳定在96%左右;相比较而言,缓坡模型沿程对氨氮的净化效率要比陡坡模型稳定。     

海河流域河流富营养化程度总体评估

以海河流域2009年地表水水质现状数据为基础,分别运用河流水体富营养化潜势和浮游植物表征河流富营养化水平.结果显示,流域河流水体中富营养盐含量相对较高,河流水体中TN、NH3-N平均含量分别为8.13、4.34 mg·L-1,分别超过《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)Ⅴ类限值(2 mg·L-1)4倍、2倍以上.北三河水系(北运河、潮白河、蓟运河)、子牙河水系和海河干流中TN浓度超过9 mg·L-1;海河流域河流水体中TP平均含量为0.87 mg·L-1,超过地表水Ⅴ类限值(0.4 mg·L-1)2倍以上.北三河水系、子牙河水系和黑龙港运东水系水中TP平均含量均超过1.0 mg·L-1.主要河流3%处于中或贫营养,44%处于极富营养化水平,主要分布在北三河水系、子牙河水系和漳卫河水系,表明流域河流总体呈现富营养化状态,平原段河流富营养化严重.河流治理要兼顾耗氧污染控制和营养盐控制,以改善河流水质.     

亚热带红壤丘陵区浅层地下水氮淋失特征研究

土壤养分累积引起的氮素(N)淋失是导致农区地下水污染的重要原因,也是农业面源污染的重要形式.本文以湖南省长沙县典型亚热带红壤丘陵流域为研究对象,通过连续定位观测,研究了林地、稻田、菜地和茶园4种代表性土地利用类型浅层(130~150 cm)地下水中N浓度的逐月动态变化特征.连续3年(2010—2013年)的观测结果表明:4种土地利用类型下浅层地下水总氮(TN)平均浓度差异显著(p0.05),其中,林地最低(0.85 mg·L-1),茶园最高(7.64 mg·L-1);从N的形态构成来看,林地、菜地和茶园浅层地下水中N形态以硝态氮(NO-3-N)为主,分别占TN的46.7%、70.2%和72.8%,而稻田浅层地下水N形态则以铵态氮(NH+4-N)为主,占TN 43.5%,表明土壤淹水条件是影响地下水N淋失形态的关键因子.地下水各形态N浓度的动态变化在不同土地利用下也迥然不同:林地地下水各形态N的含量低、变幅小,而稻田、菜地和茶园地下水N浓度变幅较大;采用单因子方法对不同土地利用下地下水的水质进行评价,结果表明:研究区浅层地下水中TN和NO-3-N无显著污染,NH+4-N污染较为严重,而综合指数法(F值法)进一步表明研究区浅层地下水污染主要出现在稻田和茶园,因此,控制稻田和茶园N肥的施用量是预防亚热带红壤丘陵区地下水N污染的关键.     

小麦-玉米轮作体系农田氮素淋失特征及氮素表观平衡

连续6年采用渗漏计法研究了不同施氮处理下陕西关中小麦-玉米轮作区农田土壤90 cm深度处氮素(N)淋失特征和土壤-作物体系氮素表观平衡状况.结果表明:该地区农田氮素淋溶主要发生在降雨量较多的玉米季,且集中在8月和9月.监测期内,TN和NO-3-N年平均流失量分别为2.72~23.07 kg·hm-2和1.53~18.72 kg·hm-2,年流失率分别为0.65%~3.44%和0.82%~3.32%,且年总氮、硝态氮流失量均随年施氮量增加呈指数增加.氮素淋失形态中,NO-3-N比例较高,可占总氮淋失量的56.00%~81.00%,且随着氮肥用量的降低,其占总氮淋失量的比例也随之减小.可见,施氮量的大小在一定程度上会影响淋失液中各形态氮的比例.氮素表观平衡结果显示,随着施氮量提高,氮素在土壤中的残留和表观氮盈余均呈现指数增加趋势.长期施氮条件下,土壤-作物体系氮素表观损失率的幅度为32.60%~55.20%,土壤表观残留率为-0.17%~8.20%.多年监测结果表明,优化施氮模式下,作物不仅可以获得较高的产量和氮肥利用率,农田氮素淋失量也大幅降低,在节约肥料资源的同时减轻了潜在的环境风险.     

耐冷高效亚硝酸盐型反硝化细菌的分离、筛选与鉴定

在10℃条件下,以亚硝酸钠为唯一氮源从长期淹水的冬水田中分离得到了12株亚硝酸盐型反硝化细菌.采用乙酸钠为唯一碳源,以高效去除亚硝酸盐氮和总氮且产生较低生物量氮为主要指标筛选出了一株反硝化能力最强的亚硝酸盐型反硝化细菌,命名为Y-12.研究发现,该菌在20℃条件下,对亚硝酸盐氮和总氮的去除率分别为99.87%和57.74%,产生了3.25 mg·L-1的生物量氮;在15℃条件下,对亚硝酸盐氮和总氮去除率分别为99.48%和51.53%,产生了3.00 mg·L-1的生物量氮.对其16S rRNA基因序列进行分析,发现该菌与恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida)的同源性达到99%;对其特异性磷脂脂肪酸进行分析,发现与恶臭假单胞菌(Pseudomonas-putida-biotype A)的相似指数为0.469,初步鉴定为恶臭假单胞菌.     

节水灌溉与控释肥施用对太湖地区稻田土壤氮素渗漏流失的影响

在太湖流域采用田间小区试验研究了干湿交替节水灌溉与控释肥(控释BB肥与树脂包膜尿素)施用对稻田30 cm深土壤渗漏水总氮(TN)、铵态氮(NH+4-N)、硝态氮(NO-3-N)和亚硝态氮(NO-2-N)浓度的动态变化及氮素淋失的影响.结果表明:各处理渗漏水TN、NH+4-N和NO-2-N浓度均在施肥后10 d内达到高峰,然后逐渐下降.渗漏水氮素以NH+4-N(0.22~15.15 mg·L-1)为主,平均占TN 70.1%,NO-3-N(0.10~0.95 mg·L-1)占TN比例较低,平均为13.0%,NO-2-N(0~0.24 mg·L-1)平均仅占TN 1.3%.与淹灌相比,节灌对稻田渗漏水氮素浓度及各氮素占总氮的比例影响不大,但降低了14.2%的渗漏水量和9.4%的TN淋失量.施氮显著提高了渗漏水氮素浓度以及NH+4-N和NO-2-N占TN的比例.控释BB肥和树脂包膜尿素较常规尿素处理水稻全生育期渗漏水TN平均浓度分别降低10.2%和43.3%,TN淋失量分别降低26.1%和39.5%.综上,干湿交替节灌结合树脂包膜尿素施用有利于降低氮素渗漏损失,促进农田面源污染减排.     

赣江流域土地利用方式对无机氮的影响

赣江无机氮是鄱阳湖氮素输入的主要来源,查明流域土地利用方式对赣江无机氮的影响对鄱阳湖的富营养化防治具有重要意义.基于2013年1月和6月对赣江干流和主要支流NO-3-N和NH+4-N的浓度测定,通过不同空间尺度和土地类型等级划分,利用相关分析和冗余分析研究土地利用方式对赣江无机氮浓度的影响.结果表明,不同空间尺度的子流域划分方式对赣江流域土地利用类型与无机氮浓度的相关性有较大影响.与NO-3-N相比,选择更小的子流域划分尺度有助于分析土地利用方式对NH+4-N浓度的影响;在温度较高、微生物活动强烈的季节,也应选择更小的子流域划分尺度研究土地利用方式对无机氮浓度的影响.一级土地利用分类下,赣江流域水田、水域对NO-3-N起"源"作用,林地、草地起"汇"作用;居民建设用地对NH+4-N起"源"作用,林地起"汇"作用.二级土地利用分类下,水田中丘陵水田是赣江NO-3-N浓度的主要来源,其次为平原水田,山区水田最小.居民建设用地中的城镇用地和其它工矿建设用地是赣江NH+4-N的主要污染来源,农村用地是NO-3-N的主要污染来源.     

污泥龄对低氧丝状菌活性污泥微膨胀系统的影响

为了研究污泥龄(SRT)对低氧丝状菌活性污泥微膨胀系统的影响,采用序批式间歇反应器(SBR)进行试验,分别按照厌氧/好氧和单级好氧的方式运行,考察了不同SRT下丝状菌污泥微膨胀系统的沉降性、脱氮除磷过程以及污泥特性的变化.结果表明,在好氧水力停留时间充分的条件下,低氧环境不但不会影响丝状菌微膨胀污泥的硝化进程,而且还有助于同步硝化反硝化(SND)、单级好氧除磷的发生.厌氧/好氧运行时,SRT与活性污泥的比硝化速率、比释磷速率和比吸磷速率成反比,与SND率和污泥的含磷量成正比.单级好氧运行时,减小SRT对硝化过程影响不大,但是有助于改善除磷效果.活性污泥的比耗氧速率(SOUR)、胞外聚合物(EPS)中多糖与蛋白质含量的比值、以及粘度都与SRT成反比.适当地减小SRT可以改善丝状菌微膨胀污泥的沉降性.厌氧/好氧运行时,厌氧段微氧环境易引发过度丝状菌污泥膨胀;单级好氧运行时,SRT过低会造成污泥黏性骤增而引发黏性污泥膨胀.