Assessing the Effectiveness of Winter Cover Crops for Controlling Agricultural Nutrient Losses

A nutrient loss reduction strategy is necessary to guide the efforts of improving water quality downstream of an agricultural watershed. In this study, the effectiveness of two winter cover crops, namely cereal rye and annual ryegrass, is explored as a loss reduction strategy in a watershed that ultimately drains into a water supply reservoir. Using a coupled optimization-watershed model, optimal placements of the cover crops were identified that would result in the tradeoffs between nitrate-N losses reduction and adoption levels. Analysis of the 10%, 25%, 50%, and 75% adoption levels extracted from the optimal tradeoffs showed that the cover crop placements would provide annual nitrate-N loss reductions of 3.0%–3.7%, 7.8%–8.8%, 15%–17.5%, and 20.9%–24.3%, respectively. In addition, for the same adoption levels (i.e., 10%–75%), sediment (1.8%–17.7%), and total phosphorus losses (0.8%–8.6%) could be achieved. Results also indicate that implementing each cover crop on all croplands of the watershed could cause annual water yield reduction of at least 4.8%, with greater than 28% in the months of October and November. This could potentially be detrimental to the storage volume of the downstream reservoir, especially in drought years, if cover crops are adopted in most of the reservoir's drainage area. Evaluating water yield impacts, particularly in periods of low flows, is thus critical if cover crops are to be considered as best management practices in water supply watersheds.     

基于压力响应关系法的湖泊营养物基准制定

湖泊富营养化与氮、磷及有机物含量过高密切相关,建立数字型营养物基准能够防止富营养化对水体指定用途造成影响.太湖流域是我国华东地区经济腹地,近年来流域内湖泊水质每况愈下,对其基准研究可为湖泊治理提供依据.详细介绍了压力响应关系法制定湖泊营养物基准的步骤,并将此方法运用到太湖流域营养物基准制定研究中.为满足大多数水体指定用途,研究中将该流域湖泊基本功能确定为娱乐、永生生物栖息地及饮用水,以此构建流域概念模型.选择压力变量为总氮(TN)、总磷(TP)和有机物,响应变量为叶绿素a(chl-a).用非参数分析法和线性回归法分别建立压力-响应模型,通过2种方法相互验证得到TN、TP和CODMn基准分别为0.593、0.067和4.092 mg/L.     

水华束丝藻与铜绿微囊藻净化水体氮磷及其脂质积累过程比较

选取水华束丝藻与铜绿微囊藻作为典型水华蓝藻,探索水华蓝藻净化水体及合成生物柴油的潜力.采用氮磷浓度为NH4-N 7.5 mg/L,PO43--P 1.0 mg/L的模拟污水,重点考察了在光照强度与温度不同的条件下2种微藻对氮磷的去除率,并利用尼罗红荧光染色法测定了微藻中的中性脂含量.结果表明,2种藻对PO43--P的去除率均较高,最高达到98％,对NH4+-N的去除率稍低,最高为52％.水华束丝藻及铜绿微囊藻均具有较强积累中性脂的能力,适宜的温度与光照条件有利于微藻对氮磷的去除及细胞中脂类的积累.2种藻均在光照强度为12 000 lx时中性脂含量更高.水华束丝藻在温度为18 ～22℃条件下,生长更优,氮磷净化效果较好,中性脂积累能力更强.而铜绿微囊藻在温度为22～ 26℃时表现更好.     

基于生态分区的我国湖泊营养盐控制目标研究

为更好地控制我国湖泊的富营养化水平,在五大湖泊生态分区的基础上,对不同生态分区的100个湖泊总氮(TN)、总磷(TP)、TN/TP与叶绿素a(Chl-a)的关系进行了分析,进而提出了不同生态分区的湖泊营养盐控制目标.结果表明,五大湖泊生态分区中,东北湖区富营养化水平最低,华北湖区富营养化水平最高,近几年五大湖区湖泊富营养水平呈上升趋势.从TN、TP对五大生态分区湖泊Chl-a浓度的影响看,TP是东北和华北湖区湖泊藻类生长的限制性营养盐,而TN和TP同时是中东部、云贵和蒙新湖区湖泊藻类生长的限制性营养盐.从TN/TP判断,在TN/TP<10的湖泊中,除华北湖区外的其他4个湖区湖泊Chl-a均受TN显著影响;TP仅对东北、蒙新湖区湖泊的Chl-a有显著影响.在TN/TP>17的湖泊中,除蒙新湖区外的其他4个湖区湖泊Chl-a均受TP显著影响,而在中东部、云贵和蒙新湖区,TN对Chl-a也有显著影响.在10相似文献   

基于物质流分析的钾素流动与循环研究

我国钾矿资源匮乏,自给率低,主要的使用和流动过程集中在种植业活动中.本研究利用物质流分析方法对2009年我国种植业生产和消费过程中钾素的流动和循环过程进行了解析.结果表明,农田土壤钾素平均亏损量达到50.4 kg·hm-2,大量钾素由陆生生态系统进入水生生态系统,造成资源流失.伴随降雨径流进入水环境的钾素达231.2万t·a-1,占当年化学钾肥施用量的40.97%.生活污水排放是钾素进入水体的另一主要途径,城市和农村区域的年排放量分别为67.1万t·a-1和54.7万t·a-1,占进入水环境钾素总量的19.00%和15.50%.其中通过城市污水处理厂排放进入地表水环境中钾素为50.5万t·a-1,占城市区域排放总量的75.25%.     

水稻种植对中亚热带红壤丘陵区小流域氮磷养分输出的影响

以湖南省长沙县的脱甲流域(高水稻种植面积比例)和涧山流域(低水稻种植面积比例)为研究对象,对比研究红壤丘陵地区典型农业流域水稻种植对河流水体氮磷浓度和输出强度的影响.连续16个月的监测结果表明,脱甲和涧山流域河流水体均存在比较严重的养分污染,尤其是氮污染;对比两个流域,脱甲流域河流水体的氮磷浓度水平和水质恶化程度均高于涧山流域.从养分组成来看,脱甲流域河流水体中氮以铵态氮为主(占总氮的58.5%),而涧山流域主要是硝态氮(占总氮的76.1%).脱甲流域中可溶性磷占总磷比例为47.1%,高于涧山流域的37.5%.从养分浓度变化的时间动态而言,两个流域河流中各形态氮素水平在1~2月和7月较高,而可溶性磷和总磷在5~6月和10~12月出现两个峰值.由于两个流域河道径流主要集中在水稻种植期间的4~10月,脱甲流域河流中较高的氮磷养分浓度意味着潜在的氮磷流失风险.脱甲流域月平均总氮输出通量为1.67 kg·(hm2·月)-1,总磷为0.06 kg·(hm2·月)-1,均高于涧山流域的0.44 kg·(hm2·月)-1和0.02kg·(hm2·月)-1.考虑到两个流域的气候、地形地貌、土壤类型、农田耕作方式相似而只是水稻种植面积比例不同,因此,在该地区传统的水稻栽培管理模式下,较高面积比例的水稻种植对流域河流水体环境存在潜在威胁.     

不同养殖模式池塘沉降颗粒营养物质组成特征

2012年4~10月采用自制沉降颗粒收集装置收集主养草鱼和黄颡鱼池塘生态系统中沉降颗粒物,开展了颗粒物质的垂直沉降量以及沉降颗粒中碳氮磷等营养物质的组成及沉降通量的季节变化特征的研究。结果表明:养殖可以显著提高池塘颗粒物质的垂直沉降量,主养草鱼池塘中颗粒物质垂直沉降量显著高于主养黄颡鱼池塘(p0.01),且两种养殖模式池塘颗粒物质沉降量随着养殖时间推进有显著增加的趋势。主养草鱼的池塘中颗粒物质垂直沉降量在100.39~414.66g/(m2·d)之间变化,平均为224.46g/(m2·d),主养黄颡鱼池塘中沉降颗粒物质垂直沉降量在34.14~272.91g/(m2·d)之间变化,平均为155.18g/(m2·d)。两种养殖模式沉降颗粒的碳氮磷成分在养殖周期内的变化规律不明显但具有相似的变化趋势,主养黄颡鱼池塘沉降颗粒中TN、TC、TOC和TON的含量均比同时期主养草鱼高,且均随着养殖时间的推进,沉降颗粒中碳氮磷的总量呈增加趋势。两种养殖模式池塘沉降颗粒中的C/N比值与沉积物中的C/N比值较为接近,表明沉降颗粒与沉积物营养物质来源具有一定的相似性,同时养殖系统内养殖对象与其所处环境的相互依存和相互影响对颗粒物质的产生以及沉降具有重要作用。     

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.     

生物炭改良剂对小白菜生长及低质土壤氮磷利用的影响

生物炭技术是近年来新兴的具有多重农业和环境效益的土壤改良技术.本研究以宁夏低质淡灰钙土为研究对象,以"中白78"小白菜(Brassica chinensis)为供试作物,分别按0、1.5%、3%和5%(质量分数)的比例添加花生壳生物炭(Biochar,BC)和基于花生壳生物炭研发的生物炭改良剂(BC-based amendment,AD),系统研究了BC和AD对小白菜植株生长、产量及土壤养分利用有效性的影响.结果表明:BC和AD的添加均增加了小白菜的株高和产量,与BC相比,AD对小白菜的增产效果更为显著(BC和AD处理的产量分别为对照的2.34~3.77倍和4.37~4.60倍).各剂量BC处理中,小白菜地上部、根系生物量的顺序为1.5%BC3%BC≈5%BC;而对于AD处理,3种添加量处理的小白菜生物量无显著性差异.增产的主要原因包括两方面:第一是两种材料中主要养分对小白菜生长的直接贡献;第二则是两种材料均促进了小白菜根系的生长,增强了根际效应,从而改变了N、P等土壤养分的利用有效性.BC和AD的加入均增加了小白菜对N的利用有效性,AD促进了小白菜对P的利用有效性.可见,BC和AD均可作为土壤改良剂,改善宁夏低质淡灰钙土的养分状况,提高作物产量.     

北京河流水污染现状分析研究

通过总结近年来北京河流中氮磷、有机质和重金属等方面的研究成果,结果表明北运河水系各河段水质均较差,劣Ⅴ类水质的河流长度超过80％,城市河流污染特征明显,主要污染指标为耗氧型有机污染物和氨氮,重金属污染较轻,悬浮物中的重金属占较大的比重;永定河水系枯水期氮污染较重,主要是硝态氮超标,以颗粒态磷为主要形式的磷污染较轻,重金属含量大都低于地表水Ⅲ类标准;潮白河水系水质较好,各水质指标除个别断面外大都满足中Ⅲ类水标准,重金属含量大都符合Ⅰ～Ⅲ类水标准。