洱海流域农业面源污染空间分布特征及分类控制策略

作为典型的高原坝区农业型流域,洱海流域农业面源污染严重,威胁洱海水质.以洱海流域为研究对象,综合数理分析及GIS技术,开展流域农业面源污染负荷分析及评价,使用排污系数法估算了2018年洱海流域农村生活、畜禽养殖业和种植业污染中COD（化学耗氧量）、TN（总氮）、TP（总磷）的排放负荷,并通过等标污染负荷法在GIS空间分析反映流域内污染排放分布情况.结果表明:①2018年洱海流域农业面源主要污染物COD、TN、TP的排放量分别为11 188.20、2 752.56和259.33 t.COD排放量主要来自畜禽养殖,TN与TP的排放量均主要来自种植业.②洱海流域农业面源主要污染物COD、TN、TP等标污染负荷分别为559.41、2 752.56和1 296.63 m3/a.种植业等标污染负荷在总等标污染负荷中的占比最高,为36.40%,其次是畜禽养殖业,为34.44%.③各乡镇的等标污染负荷差异较大,等标污染负荷范围为（286.16±150.67）m3/a,等标污染负荷强度范围（0.13±0.067）m3/a.④聚类分析结果表明,洱海流域农业面源污染可分为种植业主导型、种植业高污染型、生活污染主导型和畜禽养殖业主导高污染型等4种类型.研究显示:来源于种植业的面源污染是洱海流域水环境保护需要控制的首要污染源,TN是需要控制的首要污染物;排放量与等标污染负荷的空间分布特征均呈流域北部乡镇污染物排放量较高,但流域西部各乡镇排放强度较大的特征;流域内各乡镇防治面源污染需要针对其污染来源特点分别采取推进种养平衡、推广绿色种植、分区控制农田径流以及推进农村生活污水治理等分类控制策略.      

氮磷限制条件下螺旋鱼腥藻产生土嗅素特征研究

采用批量培养的方法研究了螺旋鱼腥藻在氮限制和磷限制条件下生长与土嗅素的产生特征.在磷限制条件下螺旋鱼腥藻的生长速率降低,不易生成异形胞;而在氮限制下鱼腥藻生长良好,并生成异形胞,异形胞形成的比例为3.5%~4.4%.在磷限制和氮限制条件下,单位细胞土嗅素的浓度在培养的前20d内都处于急速下降的趋势,之后开始趋于平缓,分别维持在3.18×10-5,3.68×10-5ng/cell左右.氮限制条件下螺旋鱼腥藻单位细胞土嗅素的生成量略高于磷限制条件下.氮限制条件下,螺旋鱼腥藻单位细胞叶绿素a的生成量高于磷限制条件下.螺旋鱼腥藻单位细胞产生的土嗅素与叶绿素a的质量比(geosmin/Chl a)在磷限制条件下要高于氮限制条件下.     

洱海流域城镇化对农村生活污水排放量的影响

为揭示城镇化对流域内农村生活污水排放量的影响程度,以洱海流域为研究对象,采用综合指标评价法,选取城镇人口所占比例、农民年人均纯收入、农村水冲厕普及率及建成区面积4项指标,从人口、经济、社会生活方式、空间4个维度建立洱海流域城镇化综合评价体系,综合评价了流域城镇化水平,并采用相关分析法和多元回归分析法研究洱海流域城镇化4项指标对流域农村生活污水排放量的影响. 结果表明:2006—2012年,洱海流域的城镇化水平不断提高,大理市城镇化综合水平领先于洱源县. 大理市农村生活污水的排放量与城镇人口所占比例相关关系不明显,相关系数为0.246;与农民年人均纯收入、农村水冲厕普及率和建成区面积呈显著正相关,相关系数分别为0.951、0.980、0.969;洱源县农村生活污水的排放量与这4项指标的相关性较大理市明显,相关系数分别为0.754、0.973、0.998、0.975. 4项指标对大理市农村生活污水排放量的影响权重为农村水冲厕普及率>农民年人均纯收入>建成区面积>城镇人口所占比例,对洱源县农村生活污水排放量的影响权重为农村水冲厕普及率>城镇人口所占比例>建成区面积>农民年人均纯收入. 研究显示,在现有城镇化水平下,对洱海流域农村生活污水排放量最主要的影响因素为农村水冲厕的普及率,社会生活方式城镇化对洱海流域农村生活污水排量的影响最突出.      

东五里湖底泥污染对菹草石芽萌发及轮叶黑藻生长的影响

为探究沉水植物在东五里湖恢复的可行性,在测定东五里湖底泥污染指标的基础上,选择了在梅梁湾及贡湖适宜生长的季节上互补的2 种典型沉水植物为研究对象,进行了菹草石芽萌发及轮叶黑藻生长试验.结果表明,东五里湖底泥重金属污染Cd>Cu>Pb>Zn>Cr;东五里湖与梅梁湾底泥上菹草石芽萌发率的统计学差异并不显著(P>0.05),但石芽在东五里湖底泥中出现了休眠现象.在同一底泥中,不同N、P 水平上覆水下轮叶黑藻的POD、SOD 活性无统计学差异(P>0.05),不同底泥,同-N、P 水平下轮叶黑藻POD、SOD 活性t 检验有显著差异(P<0.05),轮叶黑藻在东五里湖底泥中衰老较快.底泥对轮叶黑藻抗氧化酶系统起主导性作用,东五里湖水生植物恢复主要受底泥重金属Cd的胁迫.     

入湖河流水质对土地利用时空格局的响应研究:以洱海北部流域为例

揭示土地利用与入湖河流水质的内在联系是非点源研究的重要内容,以洱海北部流域为研究对象,从土地利用类型组成和空间格局入手,综合空间分析和统计分析方法对两者响应关系进行研究.结果表明,研究区平均坡度(SLOPE)、植被区面积百分比(VEG)作为表征土地利用类型组成的指标,与入湖河流TN和TP的关系显著,斑块密度(PD)、农业用地斑块密度(PDagr)、水体形状指数(LSIwat)作为表征土地利用空间格局的指标,与TP和NH+4-N的关系显著;类型水平下,入湖河流水质对土地利用空间格局的响应关系较景观水平强,水质响应指标为雨季TP和旱季NH+4-N,回归调整系数R2分别为0.761和0.978;旱季,入湖河流水质对土地利用的响应关系强于雨季,水质响应指标为TN、TP和NH+4-N.因此,进行洱海北部流域非点源污染治理时可考虑提高植被覆盖率和农业用地集约化程度,尽量避免旱季对自然水体的人为干扰,后续进行土地利用空间格局与入湖河流水质关系研究建议选类型水平.     

HRT对A/O-BF处理低碳氮比农村生活污水脱氮的影响

通过四组平行小试装置,研究空床水力停留时间(HRT)对缺氧/好氧生物滤池(Anoxic/oxic biofilter,A/O-BF)去除低碳氮比(C/N)农村生活污水中氮的影响;结合高通量测序,研究了不同HRT条件下的脱氮效能和微生物群落变化特征,优选出最佳HRT.结果表明:①缺氧段HRT为6 h的条件下,好氧段HRT为9和10 h时,A/O-BF对NH₄+-N和TN的平均去除率均分别为99%和75%,显著高于HRT为7 h(分别为93%和66%)和8 h(分别为96%和70%)时的情况.②好氧段HRT为9 h的条件下,缺氧段HRT为6 h时,A/O-BF对TN的平均去除率为78%,明显高于HRT为4 h(59%)、稍高于HRT为5 h(74%)和7 h(75%)时的情况.③好氧段HRT为9 h时,其硝化菌属Nitrosomonas和Nitrospira的总丰度占11.42%,明显高于HRT为7 h(4.61%)、8 h(7.39%)和10 h(7.64%)时的情况.④缺氧段HRT为6 h时,其主要的反硝化菌属Denitratisoma占5.83%,明显高于HRT为4 h(0.81%)、5 h(2.90%)和7 h(3.27%)时的情况.研究显示,HRT影响A/O-BF的脱氮效能和微生物群落分布特征,处理低碳氮比(1.4~3.0)农村生活污水时,A/O-BF好氧段和缺氧段的最佳HRT分别为9和6 h.      

铜绿微囊藻和孟氏颤藻在富营养化湖泊中生长特征的模拟研究

为了模拟富营养化状态下2种蓝藻在湖泊中的生长特征,采用大型室内湖泊模拟装置进行了模拟研究,并通过三角瓶实验以及光合作用速率的响应实验对模拟装置中藻的生长特征进行了分析.湖泊模拟装置中,铜绿微囊藻和孟氏颤藻在对数生长期的特征生长速率分别为0.43d-1和0.32d-1,但对数生长期很短,仅3～4d.在对数期后有一个很长的"线性期",即生物量随时间近似成线性增长.在氮、磷较为充分的条件下,由于较强的光合作用导致了水体pH的升高,以及生物量增高导致了藻的自遮蔽作用,使藻的生长容易出现碳源限制和光限制.受水下光的影响,2种藻细胞内叶绿素a含量在对数期内一直增大.随后颤藻细胞内叶绿素a含量又逐渐降低,而微囊藻细胞内叶绿素a含量仍保持较高的水平,其原因可能是微囊藻能适应更高的pH.     

应用藻类生长潜力试验的方法研究滇池藻类生长的控制因子

采用滇池不同湖区的湖水进行藻类生长潜力试验(AGP试验),研究了稳定环境下,氮、磷两种可控的水华诱导因素对滇池铜绿微囊藻生长潜力的影响.结果表明,滇池各个湖区藻类生长的主要控制因子并不一致,北部与西部湖区,磷是两湖区藻类生长的主要限制性营养物质;湖心与南部湖区,磷和氮都是蓝藻生长的主要控制因子,但它们单独作用都不能有效促进铜绿微囊藻的生长.实验N/P(质量比)在4～20之间,这一范围内N/P对滇池铜绿微囊藻生长没有显著影响.     

洱海湖滨带不同基底高程下菰出苗及生长特征

为研究洱海不同类型湖滨带菰(Zizania caduciflora)的出苗及生长的特征,在2010年3月和6月(菰的主要出苗和生长季节)调查洱海湖湾型和非湖湾型湖滨带不同基底高程上菰生物量、密度、植株叶片数、植株高度等的变化,分析洱海水位变化的影响.结果表明:随着湖滨带基底高程的降低,洱海湖滨带菰的密度、生物量、单株叶片数呈先增高后快速降低趋势,株高则呈增大后基本不变的趋势;从株密度及生物量看,随着3—6月洱海水位的降低,湖湾型和非湖湾型湖滨带菰生长的最适基底高程都随之下降,3月为1 964.85 m,6月为1 964.55 m,所对应的水深均为0.3 m.3月和6月湖湾型湖滨带能够出苗良好的基底高程比非湖湾型分别低了0.3和0.6 m;随着水位的下降,湖湾型湖滨带菰出苗良好的范围向水下延伸,但在非湖湾型湖滨带,出苗良好的最低高程几乎不变.湖湾型和非湖湾型湖滨带菰出苗和生长的差异显示出其影响因素不同,在湖湾型湖滨带,水深动态变化是主要影响因子,而在非湖湾型湖滨带,风浪作用和水深动态变化存在共同作用.     

螺旋鱼腥藻土嗅素的产生和分布规律

在12L玻璃瓶中,对富营养底泥培养条件下螺旋鱼腥藻生长时土嗅素的产生情况进行了研究.结果表明,随着螺旋鱼腥藻生物量增加,土嗅素产生量增大,最大浓度可达626ng/L,远超出人体可感知浓度(10ng/L).嗅味物质在螺旋鱼腥藻生物量出现最大值前76h达到最高浓度.生长过程中,土嗅素主要分布在螺旋鱼腥藻细胞内,占总含量的85%~95%,远高于胞外含量.培养初期底泥刚向水体中释放氮时,藻细胞更倾向利用类异戊二烯合成土嗅素,导致土嗅素与叶绿素含量比值增大;随着水体中的氮含量逐渐充足,土嗅素与叶绿素含量比值趋于稳定,维持在0.0015左右.因此,当野外水体的氮含量充分时,螺旋鱼腥藻土嗅素产生量的变化可通过叶绿素含量的变化得到反映.