三江平原农田渠系中氮素的时空变化

以三江平原开发强度不同的浓江上游段和别拉洪河中游段的农田排水渠系为研究对象,根据毛、农、斗、支、干5个渠道级别设采样点,分析TN、NH⁺₄-N和NO^-₃-N在渠系中的时空变化规律及其影响机制.结果表明,别拉洪河中游段渠系中的TN、NH⁺₄-N和NO^-₃-N浓度大于浓江上游段;TN、NH⁺₄-N、NO^-₃-N的浓度峰值沿着渠系从低级向高级移动,浓江上游段峰值出现的最高级别是干渠,而别拉洪河中游段是斗渠;多等级的排水渠系对氮素起到了一定的截留作用,且别拉洪河中游段渠系对氮素的截留大于浓江上游段;2个渠系中的TN、NH⁺₄-N的季节变化趋势相一致,6～9月逐月减少,而NO^-₃-N的季节变化不明显且没有规律;TN与NH⁺₄-N、NO^-₃-N呈显著性正相关,浓江上游段TN与NH⁺₄-N、NO^-₃-N之间的关系适合幂函数模型,而别拉洪河中游段适合三次曲线模型;通过多元回归分析得到别拉洪河中游段渠系中的TN浓度与NH⁺₄-N、NO^-₃-N之间的关系模型可以解释78%的TN浓度.     

水库沉积物贫营养型好氧反硝化菌(Pseudomonas sp.)分离及其对微污染水体脱氮效率分析

为探究深水水库沉积物微生物功能特征及利用价值,于2019年在实验室对小湾水库表层沉积物微生物进行了驯化分离,并分析了其中一株细菌的脱氮效率.结果表明,分离出的细菌XW731经鉴定属于假单胞菌属（Pseudomonas sp.）,是一种贫营养型好氧反硝化菌;在分别以NH₄⁺-N、NO₃^--N和NO₂^--N为唯一氮源时,该菌对NH₄⁺-N、NO₃^--N和NO₂^--N去除率分别为33.6%、68.5%和9.1%;以NH₄⁺-N和NO₃^--N为氮源时,对NH₄⁺-N和NO₃^--N去除率分别为66.4%、89.6%,同步硝化反硝化能力更强.将该菌投加到两种城市微污染水体后测试表明,该菌对城市河道水体的NH₄⁺-N和NO₃^--N去除率分别为38.3%和42.4%,对城市降雨水体的NH₄⁺-N和NO₃^--N去除率分别为22.2%和7.7%.     

微囊藻毒素含量与自然水体环境影响因子的相关性

研究了太湖流域湖州段、杭州市贴沙河和某水华池塘等自然水体的微囊藻毒素水平,利用相关性分析、主成分分析、聚类分析等统计方法,探讨了自然水体中微囊藻毒素MCLR和MCRR与环境影响因子的相关性.结果表明,3处水体的微囊藻毒素MCLR水平为0.049～12.30μg/L,MCRR为0.032～7.90μg/L,底层水中微囊藻毒素的含量显著高于表层水;水体中MCLR的平均浓度与TN、NH₄⁺-N、NO₂^--N和TP呈显著正相关(p<0.01),与水温、DO和氮磷比呈显著负相关(p<0.01),MCRR的平均浓度与NO₃^--N和氮磷比呈显著正相关(p<0.01),与pH、DOC、高锰酸盐指数、光密度呈显著负相关(p<0.01);TP和NO₂^--N是影响MCLR生物合成的主导因子,NO₃^--N和氮磷比是影响MCRR生物合成的重要因子;NO₂^--N和NO₃^--N可能分别是MCLR和MCRR生物合成中利用的主要无机氮源.     

淡水沼泽湿地泥炭沉积中氮素分布特征

采用冬季采样,现场分层的方法,系统地研究了我国面积最大的淡水沼泽湿地--三江平原沼泽湿地中河床-河漫滩型泥炭地和谷底洼地型泥炭沉积中TN、NH₄⁺-N和NO₃^--N的分布特征.结果表明,在不同沉积层中,NH₄⁺-N、NO₃^--N明显富集于Aso层,TN在Hil层含量最高.TN含量随着泥炭粒级的减小而明显增加,NH₄⁺-N主要分布在粒级0.149～0.074mm的泥炭机械组分中,NO₃^--N主要分布在粒级0.03～0.149mm的泥炭机械组分中.     

抚仙湖梁王河流域农业耕作与流域水质响应关系研究

以抚仙湖北岸梁王河流域为研究对象,选取流域中2种典型耕作方式水稻-小麦（R-W）轮作和烤烟-豌豆（T-P）轮作的农田.通过对农田地下水和梁王河水的同步观测及农田耕作情况的调查,发现移栽、施底肥、追肥及排水等耕作措施使地下水中TP、PO^3-₄-P、TN、NO^-₃-N和NH⁺₄-N含量在短时间尺度内有明显升高.农田作物在不同生育期对养分的吸收规律与地下水中的TP、PO^3-₄-P、TN、NO^-₃-N和NH⁺₄-N含量在长时间尺度上响应关系明显,作物处于对相应养分吸收高峰期时地下水中该养分含量就会明显降低,反之则会升高.梁王河水TP和PO^3-₄-P的含量在流域农田全处于耕作期时要比流域部分农田处于休闲期分别低5.8%和21.7%,而TN、NH⁺₄-N及NO^-₃-N含量在流域农田全处于耕作期要比流域部分农田处于休闲期分别高11.5%、242.6%和9.55%.     

厌氧膜生物反应器耦联部分亚硝化/厌氧氨氧化用于污水处理研究

本研究构建了厌氧膜生物反应器（AnMBR）-部分亚硝化/厌氧氨氧化（PN/Anammox）污水处理工艺,以探究AnMBR-PN/A工艺处理效果最佳的水力停留时间（HRT）.AnMBR将厌氧生物处理与膜分离技术相结合实现有机物去除,AnMBR出水NH₄⁺-N通过PN部分转化为NO₂^--N,最终通过NO₂^--N氧化剩余NH₄⁺-N去除.实验结果表明：在HRT=11.2 h时,AnMBR-PN/A工艺化学需氧量（COD）去除率稳定在97%以上,COD转化为CH₄效率超过77.5%,总氮（TN）去除率为78%,出水COD和TN浓度分别低于14和11 mg·L^-1.AnMBR段COD去除率达到95%,平均甲烷产率为0.39 L·L^-1·d^-1.PN段实现了NO₂^--N的高效积累,其出水中NO₂^-/NH₄⁺为0.91±0.11.Anammox段出水中的NO₂^--N、NH₄⁺-N和NO₃^--N浓度分别低于1.0、4.9和5.1 mg·L^-1.高通量测序结果表明PN段氨氧化菌主要为Nitrosomonas,丰度为7.09%,Anammox段主要微生物为Candidatus Brocadia,丰度高达21.01%.本研究构建的AnMBR-PN/A工艺实现了污水处理过程的高效能源回收和深度自养脱氮,研究成果为工程应用提供了理论支撑.     

羟胺对一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化工艺的原位恢复及运行稳定性的影响

一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化（CPNA）工艺的脱氮性能常因亚硝酸盐氧化菌（NOB）大量增殖导致的NO₃^--N积累而恶化.本研究通过连续试验考察长期低剂量投加羟胺（NH₂OH）对CPNA工艺原位恢复及其长期运行稳定性的影响.结果表明,低剂量投加NH₂OH（1.5 mg·L^-1）可快速原位恢复CPNA工艺,TN去除率在45 d内从18.6%恢复至82.2%,ΔNO₃^--N/ΔNH₄⁺-N比值从0.73±0.05下降至0.13±0.03;以相同方式在100 d内持续投加NH₂OH,CPNA工艺的TN去除率长期保持在82.2%±4.9%,ΔNO₃^--N/ΔNH₄⁺-N比值可长期稳定在0.13±0.03.16S rRNA高通量测序结果表明,羟胺投加期间,脱氮功能菌群变化显著,Nitrospira的丰度从28.22%下降到2.74%,厌氧氨氧化菌Candidatus Kuenenia丰度从初始的3.43%明显增长到22.86%.低剂量投加羟胺可有效促进CPNA工艺的快速原位恢复,并保持其长期稳定运行.     

土壤中溶解性有机质对不同类型堆肥的响应差异

为探究不同类型堆肥施用对土壤溶解性有机质（DOM）的影响,以空白土壤为对照,采用紫外、荧光光谱并结合平行因子分析对分别添加不同比例的牛粪堆肥、餐厨垃圾堆肥和污泥堆肥土壤中DOM进行分析,探究DOM结构变化特征及其驱动因素.结果表明,3种堆肥施用后土壤中AN、NH₄⁺-N、DOC和SOM含量均显著提高,SOM和DOC含量随堆肥添加量的增加而增加;施用牛粪和餐厨垃圾堆肥更有利于土壤中AN、NO₃^--N和DOC含量的提高,而施用污泥堆肥土壤中NH₄⁺-N和SOM含量更高.堆肥施用后DOM结构特性的改变主要表现为共轭苯环结构、疏水性组分、醌基和显色组分含量显著提高,不饱和有机分子π→π^*的跃迁更为活跃,DOM分子量增大,腐殖化程度增强.堆肥低剂量添加（5%）时,餐厨垃圾堆肥更有利于DOM的芳构化和腐殖化;堆肥较高剂量添加（10%和20%）时,牛粪堆肥更能驱动DOM结构变化;污泥堆肥对DOM结构影响最弱.堆肥施用后土壤DOM荧光组分相对含量发生改变,小分子类腐殖质相对含量增加,类蛋白相对含量降低.二维相关光谱表明,施用牛粪和餐厨垃圾堆肥土壤中DOM荧光组分变化顺序为：类蛋白 > 大分子类富里酸 > 小分子类腐殖质;而施用污泥堆肥土壤中表现为：大分子类富里酸 > 类蛋白 > 小分子类腐殖质.DOM结构变化受多种因素共同影响,影响程度表现为：堆肥种类 > 添加比例 > 理化因子 > 培养时间.DOC和AN含量的增加是引起DOM腐殖化程度增强和类蛋白相对含量降低的重要因素,小分子类腐殖质相对含量与NO₃^--N含量显著正相关,DOM中大分子类富里酸相对含量因外源SOM的输入而增加.     

限NH4+和限NO2-厌氧氨氧化系统的运行特性及微生物种群特征

在控制进水TN浓度<50 mg·L^-1、水力停留时间为2.0 h和水温为20℃条件下,采用连续流完全混合式反应器对比研究了限NH₄⁺和限NO₂^-厌氧氨氧化系统的脱氮效能及微生物种群特征.结果表明,尽管两厌氧氨氧化反应器维持了类似的TN去除负荷［0.45~0.5 kg·（m³·d）^-1］和TN去除率（70%左右）,但限NH₄⁺厌氧氨氧化反应器中ΔNO₃^-/ΔNH₄⁺呈现更快的上升趋势.批式试验及高通量测序结果表明,限NH₄⁺厌氧氨氧化反应器比限NO₂^-反应器具有更为显著的功能及微生物种群空间异质性.Candidatus_Brocadia是两反应器中的优势厌氧氨氧化菌属,限NH₄⁺条件下Candidatus_Brocadia在大粒径颗粒污泥中的富集水平（53.9%）显著高于絮体污泥（19.1%）;而在限NO₂^-条件下颗粒污泥与絮体污泥中Candidatus_Brocadia的相对丰度差别不大,分别为28.1%和21.3%.两反应器中均有Nitrospira存在且主要生存于絮体污泥中,对O₂的需求应是驱动Nitrospira于絮体污泥中生长的关键因素;此外,限NH₄⁺（即NO₂^-富余）环境可以促进Nitrospira的生长繁殖.综上,提出了基于选择性排泥的限NH₄⁺厌氧氨氧化系统优化运行策略.     

太湖地区农田土壤中铵态氮和硝态氮的时空变异

对太湖地区农田土壤3种主要水稻土类型:白土、黄泥土和乌栅土在小麦和水稻生长期间土壤剖面中NH₄⁺-N和NO₃^--N含量的时空变异进行了研究.结果表明:NH₄⁺-N在1a中的2月份和9月含量较高;4月份和11月的含量较低.NH₄⁺-N在土壤剖面中的空间变异为土壤上层到土壤下层呈逐渐递减趋势,以表土层含量为最高,在40cm以下基本上趋于稳定.NO₃^--N的含量低于NH₄⁺-N,在1a中小麦生长季节(旱作)高于水稻生长季节(水作);NO₃^--N在土壤剖面中的空间变异为:旱作时的土壤表层到底层迅速下降;但在水稻生长季节土壤剖面中表层土壤的NO₃^--N含量低于底层的NO₃^--N的含量,出现明显的淋溶现象.在旱作期间NO₃^--N随NH₄⁺-N呈指数曲线变化,而在水稻生长期间没有这种关系.NH₄⁺-N和NO₃^--N含量与土壤有机质呈显著的直线线性正相关关系.但NH₄⁺-N和NO₃^--N仅在旱作时随土壤粘粒含量和土壤pH值的升高而呈对数曲线下降.     

覆盖处理对猪粪秸秆堆肥中氮素转化和堆肥质量的影响

为了探讨覆盖措施对堆肥化中氮素转化与堆肥质量的影响,在自制的强制通风静态堆肥箱中,模拟研究了覆盖腐熟堆肥后,下层猪粪秸秆堆肥及覆盖层中氮素形态和其他腐熟度指标的变化.结果表明:覆盖处理降低了下层堆肥中的含水率、种子发芽指数(GI值)、升温期和高温期的pH值,增大了降温期后的堆肥电导率EC值,而对堆温影响不大.覆盖处理未改变堆制初期下层堆肥中氨气的释放总量,只延缓了氨气的释放时间,但明显增加了降温期后堆肥中硝态氮和有机氮的含量.在堆制期间,覆盖处理的下层堆肥中硝态氮、有机氮、总氮和总磷含量的增幅分别比对照高66.7％、33.8％、32.7％和138.6％;而有机碳降解率、铵态氮和腐殖质含量的降幅则分别比对照低1.1％、8.0％和3.7％.覆盖层中pH值、铵态氮和硝态氮含量的变化说明腐熟堆肥能够吸收下层堆肥释放的氨气并进行硝化作用;覆盖层的腐熟堆肥总体上进行了矿化作用,从而影响了下层堆肥的氮素转化过程及质量.     

北洛河流域水质空间异质性及其对土地利用结构的响应

根据2011年10月和2012年10月的北洛河流域水体采样数据,利用GIS技术和地统计学方法,分析了北洛河流域水质指标TP、TN、NO-3-N、NH+4-N和高锰酸盐指数(CODMn)的空间变异特征,并探讨了子流域尺度上不同土地利用结构对河流水质的影响.结果表明,北洛河流域水质指标TN和NO-3-N受结构性因素影响显著,表现出较强的空间变异性,而TP、NH+4-N和CODMn受到结构性因素和随机性因素共同作用,表现出较弱的空间变异特征.TN与农业用地面积百分比呈显著正相关关系,与林地面积百分比呈显著负相关关系,NO-3-N与农业用地面积百分比存在显著正相关关系.可以初步推测,控制TN空间异质性分布的结构性因素是农业用地和林地,而控制NO-3-N空间分布的结构性因素为农业用地.     

三峡库区兰陵溪小流域土地利用及景观格局对氮磷输出的影响

以三峡库区兰陵溪小流域为研究对象,分析了流域水体氮、磷等输出时空特征及土地利用景观格局对其产生的影响.结果表明,流域总氮(TN)、总磷(TP)、硝态氮(NO-3-N)主要来源于园地,6~9月汛期的氮磷输出显著大于1~5月的非汛期;非汛期铵态氮(NH+4-N)主要来源于住宅用地,汛期NH+4-N则来源于园地,以林地为主的集水区氮磷输出在两个时期均较低.林地面积比与非汛期NO-3-N、TP及汛期的TN、TP显著负相关;住宅用地面积比与非汛期的NO-3-N、TN及汛期的NO-3-N、TN、TP显著正相关;园地面积比与汛期的NH+4-N、TN显著正相关.PD与非汛期的氮素及汛期的NO-3-N、NH+4-N显著正相关;CONT与汛期的氮素及非汛期的TP呈负相关;耕地、未利用地比例以及景观格局指数ED与氮磷输出的相关性较弱,而SHMN和水域比例尚未表现出显著相关性.此外,两个研究时期NH+4-N与土地利用及景观格局变量的回归关系要优于NO-3-N、TN和TP,R2分别为0.885和0.969,而汛期的回归关系也比非汛期显著.典型相关分析进一步显示,不同土地利用斑块类型导致的景观破碎化能较好解释氮磷输出的影响,两典范轴累积解释氮磷输出变量的90%,景观变量PD贡献最大,对流域水质评价与预测具有重要意义.     

白洋淀湿地水质与水生物相关性研究

水质与水生物间关系是湿地生态学的研究热点,研究成果可为湿地水生态修复提供科学依据.在白洋淀湿地设置14个采样点,选取9个水质因子、4类11个水生物指标,利用冗余分析(RDA)方法对其进行研究.结果表明,白洋淀湿地水质和水生物相关性显著,前两个排序轴水质与水生物的相关系数分别为0.973和0.821,特征值分别是0.862和0.059.DO、NO₃^--N、SD、TN和TP是影响水生物的主要水质因子,第一排序轴与NO₃^--N和DO显著正相关;第二排序轴与SD显著正相关,与TN和TP显著负相关.比较可知,NO₃^--N、DO对浮游动植物影响显著,特征值占主要水质因子总特征值的89%;SD、TN和TP对底栖动物及大型水生植物影响大,特征值占主要水质因子总特征值的94%.     

同步硝化反硝化耦合除磷工艺的快速启动及其运行特征

以低COD/N生活污水(C/N为3∶1~4∶1)为进水基质,在序批式活性污泥反应器(SBR)中接种好氧颗粒污泥(AGS),通过逐步降低溶解氧(DO)浓度的方式快速实现同步硝化反硝化耦合除磷.反应器运行20 d后(DO浓度为0.50~1.0mg·L-1),系统出现同步硝化反硝化耦合除磷的现象.在随后运行的40 d里,反应器对废水COD、NH+4-N、TN和TP的平均去除率分别为84.84%、93.51%、77.06%和85.69%;出水NO-3-N和NO-2-N平均浓度分别为4.01 mg·L-1和3.17 mg·L-1.反应器启动运行后期,污泥体积指数(SVI)为55.22 m L·g-1,沉降性能良好,颗粒结构较完整.不同氮源的周期曝气阶段结果表明,对TN的去除率为NH+4-NNO-2-NNO-3-N;对TP的去除率为NO-3-NNO-2-NNH+4-N,反应器主要以同步硝化反硝化脱氮和反硝化方式除磷.     

不同季节辽河口营养盐的河口混合行为

分别于2010年4、7、11月对大辽河口水域进行了3个航次的调查,测定了水体中各形态营养盐的浓度.结果表明,各形态氮、磷浓度的季节变化明显.PO3-4-P、DOP、DTP和TP平均含量的季节分布相似:均为4月最高,11月次之,7月最低;而PP平均含量由大到小依次为11、4、7月.NO-3-N、NO-2-N的含量为7月最高,4月最低;NH+4-N、DON、PN的含量为4月最高,7月最低.4月NH+4-N为TN的主要存在形态,而7、11月NO-3-N为N的主要存在形态.NO-3-N、DIN、TN在3个季节的河口混合过程中均呈保守性;而NO-2-N、NH+4-N、DON在4、11月也是保守性的,但在7月为非保守性,在河口内部存在添加源.3个季节大辽河口水域的硅酸盐均呈现保守行为,11月平均含量最高,4月最低.     

南太湖地区小型浅水湖泊自净能力季节变化研究

以南太湖地区小型浅水湖泊为对象,研究了湖泊水体自净能力季节变化的特征.结果表明,湖泊对高锰酸盐指数、总氮(TN)、铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3--N)、总磷(TP)、叶绿素a(Chl-a)的净化能力季节性差异较大.各水质指标春季和冬季自净效果较好,夏季自净效果较差的是NH4+-N和NO3--N,秋季是TP和Chl-a.湖泊四季水体有机污染较轻,TN、TP污染严重.TN、TP浓度条件适宜藻类生长,水体容易发生富营养化,磷为限制性因子.Chl-a浓度显示湖泊在夏秋两季处于富营养化水平,冬春两季转变为中营养水平.浮游植物的生长与暴发对水质有较大影响,并影响到湖泊的自净能力.影响水体pH值和溶解氧(DO)浓度的主要因素是水生植物的种类和数量,农田肥料流失和农村生活污水排放是造成水体中氮磷含量过高的主要原因.过量使用有机肥使得夏季湖泊水体中有机氮占TN的主要部分,其他季节NO3--N占TN的主要部分.主成分分析结果表明,影响南太湖地区小型浅水湖泊自净能力的3个主成分分别为浮游植物因子(水温、pH、高锰酸盐指数和Chl-a)、农田排水因子(pH、DO和TN)和营养因子(TN和TP).聚类分析结果表明,3个湖泊11个采样点4个季节的水质可聚为两大类,春秋冬季为一类,夏季为一类,这一结果是受温度变化及农田排水所致.利用水温和pH拟合出用于计算湖泊水体中的高锰酸盐指数、TN、TP、Chl-a的线性方程,提高了现场快速预测能力.     

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.