Evaluation of Existing and Modified Wetland Equations in the SWAT Model

The ability to accurately simulate flow and nutrient removal in treatment wetlands within an agricultural, watershed‐scale model is needed to develop effective plans for meeting nutrient reduction goals associated with protection of drinking water supplies and reduction of the Gulf of Mexico hypoxic zone. The objectives of this study were to incorporate new equations for wetland hydrology and nutrient removal in Soil and Water Assessment Tool (SWAT), compare model performance using original and improved equations, and evaluate the ramifications of errors in watershed and tile drain simulation on prediction of NO₃‐N dynamics in wetlands. The modified equations produced Nash‐Sutcliffe Efficiency values of 0.88 to 0.99 for daily NO₃‐N load predictions, and percent bias values generally less than 6%. However, statistical improvement over the original equations was marginal and both old and new equations provided accurate simulations. The new equations reduce the model's dependence on detailed monitoring data and hydrologic calibration. Additionally, the modified equations increase SWAT's versatility by incorporating a weir equation and an irreducible nutrient concentration and temperature coefficient. Model improvements enhance the utility of SWAT for simulating flow and nutrients in wetlands and other impoundments, although performance is limited by the accuracy of inflow and NO₃‐N predictions from the contributing watershed. Editor's note : This paper is part of the featured series on SWAT Applications for Emerging Hydrologic and Water Quality Challenges. See the February 2017 issue for the introduction and background to the series.     

火电灰渣场自然恢复下灰渣养分及重金属含量研究

对自然恢复下4类不同年代样地的灰渣养分含量及重金属含量进行研究,通过对比分析发现,有机质、全氮、全钾、全磷含量随着自然恢复时间的增加呈现递增的趋势,全磷含量在各恢复阶段与对照样地之间并不存在显著差异(P0.05)。pH随着恢复时间的增加呈现递减的趋势。对灰渣综合质量指数进行研究发现,自然恢复长期、中期、短期与自然恢复初期对比均有显著提高(P0.05),且随着自然恢复时间的增加灰渣综合质量指数逐渐提高。对灰渣场锌、铅、铜3种重金属研究后发现,在自然恢复下随着时间的增加,灰渣中重金属含量均呈现递减的趋势。     

巢湖周边表土中有机质、全氮和全磷空间分布及其相关性

测定了巢湖周边3 528 km2范围内60个混合土样中的有机质(organic matter,OM)、全氮(total nitrogen,TN)和全磷(total phosphorus,TP)含量,通过GS 7.0+地统计学分析软件、Surfer 8.0及Mapinfo 8.5软件研究了这3种营养盐的空间分布,并使用SPSS 17.0软件对各指标间的相关性进行了分析.结果表明:①巢湖周边表土中ω(OM)、ω(TN)和ω(TP)平均值依次为19 500、1 027和483 mg.kg-1,东巢湖表土中ω(OM)和ω(TN)均值高于西巢湖,而磷矿的存在导致了ω(TP)均值西高东低;②位于巢湖西南的杭埠-丰乐河和白石天河周边表土中(TP)本底值较高,且水土流失十分严重,巢湖面源污染管理必须高度重视该两河的TP控制;③在线性模型下,巢湖周边表土中ω(OM)、ω(TN)和ω(TP)的块金值/基台值依次为0.015、0.202和0.128.巢湖周边表土中ω(OM)、ω(TN)和ω(TP)具有极强的空间自相关性,三者Pearson检验为两两显著相关,巢湖周边表土中ω(TN)和ω(TP)可由ω(OM)通过文中所得的公式估算,精度能满足日常管理需要.     

垦殖对湿地土壤有机碳垂直分布及可溶性有机碳截留的影响

通过测定和计算兴凯湖地区沼泽湿地及由其垦殖而来的旱田和水田土壤剖面有机碳含量和密度及土壤剖面不同深度土壤溶液中可溶性有机碳含量,分析了垦殖对兴凯湖周边沼泽湿地土壤有机碳垂直分布及土壤剖面截留可溶性有机碳的影响.结果表明,垦殖显著影响湿地0～40 cm土壤有机碳含量,大豆田和水稻田0～10、10～20、20～30、30～40 cm土壤有机碳含量与湿地相比分别降低了79.07%和82.01%、79.01%和82.28%、79.86%和92.90%、37.49%和78.05%;40 cm以下土层土壤有机碳含量垦殖前后差异不显著.大豆田和水稻田有机碳密度相比沼泽湿地分别降低了25.50%和47.35%,但三者1 m深土壤中大部分的有机碳均是储存在0～50 cm土层中.垦殖前后土壤有机碳含量与深度之间的关系均可用指数函数来描述,垦殖改变了土壤有机碳含量但并未改变其随土壤深度的变化规律.垦殖为大豆田土壤剖面对可溶性有机碳的截留效果较湿地和水稻田更明显,沼泽湿地和水稻田对可溶性有机碳的截留效果大致相当.     

滨岸缓冲带控制农田氮磷流失的作用和机理研究

农田面源氮磷的流失是导致河流湖泊等水体产生富营养化的主要原因之一,其带来的环境、经济及社会问题已引起国内外广泛关注。近年来,关于滨岸缓冲带截留污染物的效率和机理已成为研究热点。文章介绍了滨岸缓冲带在农业面源污染防治上的功能和作用,论述了滨岸缓冲带对氮磷养分的截留转化机理以及稳定同位素技术在机理研究中的应用,讨论了影响滨岸缓冲带截留转化氮磷养分的调控因子,在此基础上就目前滨岸缓冲带控制农田氮磷流失研究中存在的问题提出了未来的研究展望。     

海水生物滤器氨氮沿程转化规律模型

生物滤器是海水循环水养殖系统中的核心水处理单元,其主要用于去除对养殖生物有害的氨氮、有机物等.本研究基于吸附原理和一级反应生物膜理论构建了氨氮在生物滤器中沿程转化规律的数学模型,并通过实验加以验证.实验所用生物滤器采用竹制空心生化球填料,装填高度为70 cm,在pH为7.1～7.6,DO为5～7 mg.L-1,气水比20∶1左右,有机负荷约为4g.(m3.h)-1,水力停留时间(HRT)为1 h条件下,生物滤器中氨氮的去除主要发生在填料高度0～10 cm处,10～70 cm处氨氮去除量很少.进水氨氮质量浓度的增大和水力停留时间的降低都会导致出水氨氮质量浓度增大.此外,模型对进水氨氮质量浓度较低时的沿程出水氨氮质量浓度具有很好的预测效果;当进水氨氮质量浓度较高时,预测值略低于实际结果.     

基于AnnAGNPS模型四岭水库小流域氮磷流失特征的模拟研究

采用流域尺度的农业非点源污染模型——AnnAGNPS模拟预测苕溪流域四岭水库小流域氮磷流失情况,分析氮磷流失空间分布特征.结果表明,单位面积总氮、总磷流失量在空间分布上有一定的相似性,均呈现出南部大于北部,西部高于东部的特点.以竹林地为主的林地是氮磷输出的最主要来源,其对氮、磷流失总量的贡献率在90%以上.设定不施肥处理(CK)、适地养分管理(SSNM)、当地高产竹农普遍采用的施肥方法(FFP)这3种施肥方式对林地主要植被类型竹林进行情景分析,模拟结果表明,与FFP相比,SSNM在一定程度上减少了氮磷输出,其中溶解性氮和颗粒态氮流失量分别削减8.17%、4.33%,溶性磷和颗粒态磷流失量依次减少9.08%、1.02%.     

废弃尾矿库15种植物对重金属Pb、Zn的积累和养分吸收

在废弃的铅锌尾矿库进行人工植被恢复试验.对3年生15种植物重金属积累和养分吸收特性的研究表明,植物对土壤重金属和养分的吸收积累因植物种类、部位、金属种类和种植时间的不同而有显著差异.树木不同器官Pb质量浓度高低的总趋势为根〉叶〉茎,部分树种Zn质量浓度表现为叶〉根和茎;在15种参试植物中,加拿大紫荆根系Pb和Zn质量浓度均处于最高水平（分别为1 803 mg.kg-1和2 120 mg.kg-1）,盐肤木具有最高的茎枝Pb、叶片Pb和Zn质量浓度（分别为280、546和1 507 mg.kg-1）,旱柳具有最高的茎枝Zn质量浓度（729 mg.kg-1）和较高的叶片Zn质量浓度（1 153 mg.kg-1）.枫香、紫花苜蓿对Pb,旱柳、盐肤木、紫花苜蓿对Zn的转移系数TF值均〉1.植物Pb的富集系数BCF值均小于0.17,旱柳、盐肤木、紫花苜蓿Zn的BCF值达0.37～0.43.固氮植物体内N含量显著高于其它植物,火炬树、臭椿对P和夹竹桃对K的吸收积累能力强.随着种植时间的增加,植株体内有重金属质量浓度增加、营养元素含量下降的趋势.盐肤木、旱柳等重金属积累树种及紫穗槐、紫花苜蓿、截叶胡枝子、桤木等固氮植物在铅锌尾矿治理中具有应用前景.     

静置/好氧/缺氧序批式反应器（SBR）脱氮除磷效果研究

以静置段代替传统厌氧段,采用后置缺氧方式,考察了静置/好氧/缺氧序批式反应器(SBR)(R1)的生物脱氮除磷(BNR)性能,并与传统厌氧/好氧/缺氧序批式反应器(SBR)(R2)进行对比.两反应器进水乙酸钠、氨氮(NH+4-N)及磷酸盐(PO3-4-P)浓度均分别为350 mg·L-1(以COD计)、40 mg·L-1及12 mg·L-1,水力停留时间(HRT)为12 h.研究结果表明,R1长期运行中磷的去除率与R2相当,分别为92.4%和92.1%,而总氮(TN)去除率则较R2高,分别为83.5%和77.0%.R1静置段省去搅拌但仍能起到厌氧段的作用,为好氧快速摄磷奠定了基础,同时R1缺氧段发生反硝化摄磷,使出水磷降至0.91 mg·L-1.好氧段内R1发生了同步硝化-反硝化(SND),贡献了18.0%的TN去除量,R2也存在SND,但脱氮贡献率较少,仅为9.8%.R1和R2后置缺氧反硝化均以糖原驱动,反硝化速率分别为0.98、0.84 mg·g-1·h-1(以每g VSS产生的N(mg)计),出水TN分别为6.62、9.21 mg·L-1.研究表明,静置段代替传统厌氧段后,可获得更好的脱氮效果,且工艺更为简化.     

胞外聚合物磷酸盐形态对生物除磷过程的影响研究

以不同DO条件下污泥龄(SRT)分别为10 d和30 d的两组实验室A/O-SBR反应器活性污泥为研究对象,探讨了胞外聚合物(EPS)磷酸盐形态对生物除磷过程的影响.结果表明,污泥絮体中的磷主要分布于EPS中,PO3-4-P和聚磷酸盐(Poly-P,包括低分子量聚磷酸盐LMW PolyP和高分子量聚磷酸盐HMW Poly-P)是EPS磷的主要形态;EPS对生物除磷的影响明显大于细菌细胞,EPS磷的厌氧降低量和好氧升高量为胞内磷变化量的2.8~6.4倍.EPS中的LMW Poly-P和HMW Poly-P含量均表现厌氧降低和好氧升高的变化规律;对于相同SRT的污泥,中DO(2.5~3.5 mg·L-1)条件较低DO(0.7~1.0 mg·L-1)条件下EPS的LMW Poly-P和HMW Poly-P有更大的厌氧降低量和好氧升高量,对应着更明显的生物除磷过程,说明EPS不仅是生物除磷过程的中转站,而且参与了生物聚磷过程.