黑藻腐解对水-底泥-黑藻系统中磷迁移转化的影响

在步入式模拟实验室内,通过控制温度、光照等措施模拟水-底泥-黑藻系统,设置对照组和30g黑藻组、60g黑藻组自然腐解,检测黑藻衰亡腐解期间黑藻生物量及水、底泥和黑藻中总磷及各形态磷含量的变化,从而探讨磷在该系统内的迁移转化。结果表明:黑藻腐解具有明显的阶段性,实验初期分解速率明显高于实验中后期。黑藻组DO总体变化趋势一致,均先下降再升高,pH值在实验期间整体变化不大,变化区间均为7.4~8.4。对照组与30 g黑藻组中ORP总体呈先上升再下降趋势,60 g黑藻组ORP呈先下降后上升趋势。在整个研究阶段,磷含量上升幅度排序为60 g黑藻组>30 g黑藻组>对照组。黑藻的腐解改变了系统中磷元素的循环,在腐解前期抑制底泥中磷的释放,腐解后期促进磷的释放,并对各形态磷的迁移转化有明显影响。     

苦草不同生命阶段对水体、底泥中氮迁移转化的影响

沉水植物的生长发育、衰亡过程会对水体中氮循环产生一定影响。为了研究氮在水体-底泥-沉水植物系统中的迁移转化规律,构建了人工模拟的水体-底泥-沉水植物(苦草)系统,连续270 d测定了苦草整个生命周期内水体、底泥、苦草中总氮(TN)及各形态氮含量的变化。结果表明,在苦草生长期的前90 d中,苦草生物量增长了近30倍,水体和底泥中的TN浓度都有所降低;90 d之后苦草陆续进入衰减期及腐解期,整个体系的TN浓度持续下降,在第180天时苦草组的水体及底泥TN浓度都小于空白组。至试验结束的第270天,苦草已经完全腐解,底泥中TN浓度比第180天下降了9.11%,但水体中的TN浓度与第90天时相当,是第180天的2.42倍。苦草组底泥及苦草中的NH₄⁺-N和NO₃^--N浓度在试验周期内变化较大,苦草组NH₄⁺-N和NO₃^--N在生长期由底泥迁移到苦草中,被植物吸收和利用,随着苦草的逐渐衰亡腐解,NH₄⁺-N和NO₃^--N大量释放,一部分沉积在底泥中;而空白组NH₄⁺-N和NO₃^--N在底泥及水体中波动不大。     

沉水植物黑藻腐解过程中营养盐释放过程

为探究沉水植物衰亡过程中营养盐的释放规律,采用黑藻(Hydrilla verticillata Royle)作为研究用沉水植物,在实验室内模拟了黑藻在初春温度下腐解过程中的主要营养盐碳、氮、磷的释放过程.结果表明:黑藻在试验初期迅速腐解,该过程中向水体释放大量碳(81.31%)、氮(81.62%)、磷(85.94%).但随着时间的推移,黑藻向水体释放的磷大部分沉积进入底泥,而氮有部分沉积进入底泥,同时有部分以气体形式移出水体.黑藻腐烂分解产生的厌氧条件以及高TOC供给促进水体反硝化作用加快氮素移出水体.但是较大生物残留量会引起水体缺氧,植物残体分解加剧,导致水质严重恶化,因此需要适时收割水生植物来控制水体残留生物量.     

苦草对水-底泥-沉水植物系统中氮素迁移转化的影响

通过模拟水-底泥-沉水植物(苦草)系统,检测了苦草整个生命周期内总氮及各形态氮含量的变化,以反映N在该系统内的迁移转换.结果表明,在整个研究阶段,空白组和苦草组系统氮含量(水体+底泥+苦草中氮含量)均持续降低,但苦草组(实验始末)氮含量降低幅度明显高于空白组,其中苦草组系统中TN、NH4+-N、NO3--N含量分别减少了41.68%、81.96%、93.34%,分别比空白组提高了11.39%、31.90%、0.28%;苦草组底泥中TN、NH4+-N、NO3--N含量分别减少了43.45%、87.41%、96.50%,分别比空白组提高了13.78%、37.26%、1.68%.苦草的存在促进了底泥氮的释放,显著提升了底泥微生物活性及氮循环菌的数量,从而加快了系统内的氮素循环,并在其生命周期的不同阶段明显改变各形态氮的迁移及转化方式.2012年7~10月,苦草组系统总氮(TN)减少幅度最大,到10月份,水体中氮素含量达到最少.     

3种水生植物腐解过程中磷营养物质迁移、转化过程研究

室内模拟沉水植物狐尾藻(Myriophyllum verticillatum L)、浮水植物菱角(Trapa bispinosa Roxb)、挺水植物荷花(Lotus flower)在5.7 g·L~(-1)初始生物量密度下的腐解过程,并探究该过程中磷营养物质迁移、转化规律.结果发现,3种植物腐解速率在第2 d上升至最大值(分别为1.075、1.455、1.16 g·d~(-1))后出现下降-上升-下降的变化规律,并且在整个腐解周期内种间差异性显著(p0.01),造成整个腐解周期内狐尾藻、菱角、荷花3种植物平均磷释放速率分别为0.456、0.670、0.537 mg·g~(-1),且以无机磷酸盐为主;水中释放的磷在底泥吸附及其自身沉降等作用下,明显向底泥迁移转化,水中磷含量下降,最终在试验结束时恢复至初始水平(0.5 mg·L~(-1));该研究可为湖泊水生植被系统的修复或重建提供科学参考.     

沉水植物黑藻腐解对微囊藻休眠体复苏的影响

模拟沉水植物黑藻(Hydrilla verticillata)生物量(以湿质量计)分别为0、10、25和50 g时,在17℃下腐解过程中对微囊藻(Microcystis)休眠体复苏的影响,并通过测定沉积物和上覆水的理化指标,探究腐解过程中环境因素的变化及其对微囊藻复苏的影响.为期84 d的腐解试验结果显示,沉水植物黑藻的腐解对微囊藻休眠体复苏具有抑制作用,且黑藻生物量越高抑制作用越强.另外,水体及沉积物中的TN、TP和总有机物含量,沉积物表面的光照强度及pH均随黑藻的腐解时间及黑藻生物量的不同而变化.黑藻的腐解会使沉积物中w(TN)升高;与无黑藻组相比,黑藻生物量越多释放到上覆水中的TN越多,但由于沉积物的吸附及微生物的作用,各试验组中上覆水ρ(TN)呈逐渐下降趋势;黑藻的腐解引起沉积物w(TP)显著升高,并在短时间内造成上覆水中ρ(TP)增加,64 d后复原到初始水平;沉积物及水体中的总有机物含量呈先升后降的趋势,在腐解后期水体中ρ(TOC)基本恢复到初始水平.在腐解过程中抑制微囊藻复苏生长的因素可能包括ρ(TP)的升高及光照强度和pH降低.      

腐解黑藻生物量对高硝态氮水体氮素的影响

采用常见沉水植物黑藻为试验材料,引入太湖底泥并设定上覆水初始ρ(硝态氮)为15 mg/L,模拟初春沉水植物大规模腐烂时的温度,开展为期32 d的黑藻腐解试验研究. 结果显示,黑藻腐解对水体中ρ(氨氮)与ρ(硝态氮)之和的影响呈U字型,试验条件下黑藻腐解生物量为2.0 g(相当于0.111 kg/m2)时,水体中ρ(氨氮)与ρ(硝态氮)之和最低. 随着黑藻的腐解,释放进入水体的有机质和氮素增加,但同时也提高了水体中的ρ(TOC)/ρ(硝态氮)值,降低了Eh,提高了微生物的活性,因此有利于反硝化反应的发生.      

锆改性高岭土覆盖对底泥与上覆水之间磷迁移转化的影响

以无覆盖和高岭土覆盖作为对照,通过底泥磷释放控制模拟实验考察了厌氧条件下锆改性高岭土覆盖对重污染河道底泥与上覆水之间磷迁移转化的影响.结果表明,厌氧条件下,重污染河道底泥会释放出大量的磷进入上覆水中,且所释放出来的磷主要以溶解性磷酸盐为主.高岭土覆盖可以略微降低底泥磷向上覆水迁移的通量,而锆改性高岭土覆盖则可以极大降低底泥磷向上覆水迁移的通量.被高岭土覆盖层所吸附的磷中29%以氧化还原敏感态磷(BD-P)形式存在和63%以残渣态磷(Res-P)形式存在.被锆改性高岭土覆盖层所吸附的磷中绝大部分(90%)以金属氧化物结合态磷(NaOH-P)和Res-P形式存在,厌氧状态下很难被重新释放出来进入上覆水体.与无覆盖相比,厌氧条件下锆改性高岭土覆盖不仅不会促进底泥BD-P的释放,而且还会促进底泥NaOH-P的形成.X射线光电子能谱(XPS)和固相31P核磁共振(NMR)技术分析证实了锆改性高岭土覆盖层吸附水中磷酸盐的主要机制为配位体交换和形成内配合物.上述结果说明锆改性高岭土适合作为一种活性覆盖材料控制重污染河道底泥磷的释放.     

底泥中氮的主要迁移转化过程及其转化模型的研究

研究了NO_3~--N,NH_4~+-N在底泥中的扩散、吸附以及NO_3~--N的反硝化等过程.结果表明,在泥-水界面间,NH_4~+-N主要向上浮水中扩散,NO_3~--N主要向间隙水中扩散.扩散到间隙水中的NO_3~--N45％被吸附,30％因反硝化作用而失掉,其反硝化速率常数在7—11cm层最大.氮的吸附速率常数在表层最大.建立了间隙水中NO_3~--N和NH_4~+-N的转化模型,并计算了氮在泥-水界面间的扩散量,计算结果与实测结果基本相符.     

静止和水动力扰动状态下锆改性沸石添加对河道底泥磷迁移转化的影响

通过底泥培养实验,并采用磷形态分级提取方法对底泥进行分析,研究了静止和水动力扰动这2种状态下锆改性沸石添加对不同深度处底泥中磷迁移和形态转化的影响.结果表明,无论是在静止还是在水动力扰动状态下,锆改性沸石添加均不仅降低了上覆水中溶解态活性磷(SRP)质量浓度,而且降低了不同深度处间隙水中SRP的质量浓度,并且还降低了底泥-上覆水界面SRP扩散通量.此外,当不存在和存在水动力扰动作用时,向表层底泥(0～10 mm)中添加锆改性沸石,不仅促使添加层中氧化还原敏感态磷(BD-P)和盐酸提取态磷(HCl~-P)向金属氧化物结合态磷(Na OH-rP)和残渣态磷(Res-P)极大转变,降低了添加层中潜在可移动态磷(Mobile-P)含量,而且还降低了添加层下方底泥(10～20 mm)中Mobile-P含量.与静止状态相比,水动力扰动状态下锆改性沸石添加对河道底泥磷迁移转化的影响规律存在一定的差异.水动力扰动虽然可以增强锆改性沸石添加对表层底泥间隙水中SRP的钝化效果,以及对底泥-上覆水界面SRP扩散通量的削减效应,但是却会略微降低锆改性沸石添加控制底泥中磷向上覆水体中释放的效率.表层底泥中潜在可移动态磷含量、不同深度处间隙水中SRP的质量浓度以及底泥-水界面SRP扩散通量的下降,对于锆改性沸石改良技术控制底泥磷向上覆水体释放至关重要.以上结果说明,无论是在静止还是在水动力扰动状态下,锆改性沸石添加均可以有效地控制河道底泥中磷向上覆水体的释放.     

氮素在土壤-作物中迁移转化的试验研究

为研究氮素在土壤和作物体系中的运移规律。本文开展土壤箱栽试验,分析农作物玉米在关中盆地3种不同类型土壤中对氮素的吸收以及土壤中氮素的迁移转化规律。结果表明,在试验初期,3种土壤中三氮主要以NH4＋的形式存在,随着农作物生长NH4＋含量减少,同时NO2-和NO3-含量均有不同程度的累积。作物收获后,土壤和作物体系中有相当数量的氮素残留,而且土壤中氮残留相对较高,导致氮素的损失率较大,流失的N素必将会对土壤、甚至地下水产生污染,因此建议该地区针对不同的土壤类型控制氮肥施用量,合理施用氮肥。     

污水地表漫流处理系统中氮的迁移转化试验研究

采用试验室模拟的方法 ,对污水地表漫流处理系统中氮的迁移转化进行了试验研究 ,并对系统中氮的去除进行了分析。结果表明 ,地表漫流处理系统中氮的迁移转化包含 4个过程 :( 1 )土壤表层对NH4 + 的吸附作用 ,( 2 )NH4 + 的硝化作用 ,( 3)NO3- 向厌氧层的迁移作用 ,( 4 )作物吸收和反硝化作用。其中 ( 3)对整个系统氮的去除率起着决定性作用 ,可以通过投加CaCO3来强化系统的脱氮能力     

沉水植物腐解对水体水质的影响

在玻璃温室大棚内,模拟太湖的水、土、植物情况,研究了苦草在衰亡腐解过程中营养盐的释放规律以及对水体水质的影响,并初步探讨了其影响机理. 在初始生物量为689g/m2的条件下,苦草衰亡与腐烂分解对水体水质的影响呈2个阶段. 第1阶段为10月—翌年2月寒冷的秋、冬季节,表现为降解释放过程,但这一过程向水体及底泥中释放的碳、氮、磷较少,大部分碳、氮、磷仍保留在苦草残体中,水体pH及ρ(DO)也没有明显的变化. 第2阶段为3—4月天气回暖后,苦草残体的腐解速率急剧加快,向水体及底泥释放大量营养盐;3月水体TOC、TN、TP总量较2月分别增长了216.64%、60.96%、144.40%,底泥中TOC、TN、TP总量分别增长了31.20%、9.41%、19.99%;pH增长了6.27%,ρ(DO)降低了91.5%. 沉水植物腐解过程中各营养盐的赋存形态不断发生转化,并在水-底泥-植物三者间进行迁移.      

人工湿地系统中氮、磷迁移转化规律试验研究

基于美人蕉垂直流人工湿地装置,研究废水中不同形态的氮和磷在人工湿地中的迁移转化规律,探讨人工湿地在脱氮除磷过程中填料、植株与微生物之间的关系和作用.结果表明,湿地装置1#出水口中各种污染物的去除效率均优于其他出水口,处理效果总体上沿程下降;装置中的基质对废水中氮、磷的吸附能力在湿地运行初期最强;美人蕉对氮、磷的累积量地上部分为1 407.68 mg/m2和260.52 mg/m2,地下部分为460.76mg/m2和62.01 mg/m2.表明植物对氮、磷污染物的吸收主要集中在地上部分.     

不同曝气方式对城市重污染河道水体氮素迁移与转化的影响

以南京仙林大学城的重污染河道水体为对象,利用模拟方法研究不同曝气方式（底泥曝气、水曝气）对水体氮素迁移与转化的影响.结果表明,在缺氧和温度升高条件下,底泥氮素主要以NH 4＋-N形式向上覆水释放;上覆水NH 4＋-N的最大累积量表现为：水曝气〈底泥曝气〈对照,3种工况下上覆水中NH 4＋-N的最高质量浓度分别为9.40...     

高效藻类塘对农村生活污水的处理及氮的迁移转化

研究了高效藻类塘系统处理高氮农村污水氮的去除及其迁移转化规律.高效藻类塘和水生高等植物塘水力停留时间分别为8 d和4 d,进水总氮和氩氮分别为17.13-133.2 mg/L和1.85～108.3 mg/L,两级高效藻类塘对总氮和氨氮的全年平均去除效率分别为29.4%和91.6%,季节处理效率排序为夏季>秋季>春季>冬季.高效藻类塘中氨氮的降解和转化途径依次为硝化作用、藻类同化吸收及其他途径、氨氮挥发;硝化作用占氨氮总转化量的50%以上;高效藻类塘内可以发生氨氮沉淀,但可忽略不计.总氮的去除以藻类同化形成颗粒有机氮经分离后得以去除为主,氨氮挥发较少.可采用藻类塘出水回流至化粪池或改进水生高等植物塘构造强化反硝化.提高系统的整体脱氮效果.     

大型水生植物混合腐解对入湖河口水质的影响及适宜生物量研究

为探究水生植物腐解释放的营养盐在泥-水-植物系统中迁移规律以及冬春季衰亡期大型水生植物的最适生物量,在塑料通风大棚内,开展不同梯度生物量下多种水生植物混合腐解试验.选择冬季蠡湖-陆典桥浜河口区的水生植物为研究对象,根据实际收割规律,设定腐解试验的生物量依次为除根部以外总生物量的0%、20%、40%、60%、80%、100%,于2018年12月25日开展试验,共150 d.结果表明:①与恒温室内条件相比,近自然条件下多种混合水生植物腐解的前2个阶段具有长时性和持续性.②水生植物腐解致使含C、N、P元素的指标在0~30 d内快速升高,70 d左右达到峰值,100 d后缓慢降低直至稳定,整个变化过程持续近120 d,但植物茎叶未彻底分解,多数沉积在底泥表面.③泥-水-植物系统中,试验初期底泥以释放营养盐为主,30 d后以吸附为主;相关性分析表明,茎叶生物量与水体和底泥中养分浓度均呈正相关.研究显示,与其他试验组相比,收割后水生植物生物量剩余20%时更有利于入湖河口水质的改善.