RIP-N模型对官厅水库库滨带去氮效应的流域尺度模拟分析

以官厅水库库滨带为研究对象,构建适用于流域尺度岸边带去氮负荷估算的生态水文模型——RIP-N(Riparian-Nitrogen)模型,对官厅水库库滨带2007年3~9月间岸边带去氮效应进行分析.同时,在延庆水保站开展田间尺度的野外模拟实验,结合室内外试验分析和以往研究成果,对模型模拟结果进行验证.RIP-N模型包括土壤化学过程模拟和植物生长过程模拟.前者包括土壤反硝化模拟、硝化模拟和氨挥发模拟;后者包括植物净第一性生产力(net primary productivity,NPP)模拟、植物生产力分配模拟和植物营养元素吸收模拟.结果表明:①RIP-N模型模拟值与实验值的决定系数大于0.5,证明该模型在空间尺度模拟上的有效性及模拟结果的可靠性;②模型模拟结果表明官厅水库库滨带流域3~9月对N的总去除量为5.91×103t;③RIP-N模型对官厅水库库滨带去氮环境效益分析表明,当前库滨带土地利用格局中,滩地、林地和草地是去污效果较好的土地利用类型,3~9月对流域的去N量占流域总去N量的76.5%,在非点源污染防治中起到\"汇\"的作用;但是研究区中专属湿地的\"汇\"作用表现不明显,3~9月去N量仅占流域总去N量的5.9...     

竹林河岸带土壤反硝化脱氮效果模拟及机理研究

以太湖流域上游南苕溪流域农业区竹林河岸带土壤为研究对象,采用乙炔抑制法研究不同外源硝态氮（NO₃^--N）添加量(模拟添加NO₃^--N浓度分别为0、5和10 mg·L^-1的污水,分别用N0、N5和N10处理表示)对不同离水距离（0～3、3～6、6～12 m）、不同深度（0～10、10～20、20～40 cm）土壤反硝化速率的影响.结果表明,N0、N5和N10处理的土壤72 h内的反硝化速率均值分别为59.65、163.56和295.81μg·kg^-1·h^-1,不同处理间差异显著.N5和N10处理的土壤对外源NO₃^--N的脱氮率均值分别为0.45和0.51,且N5处理显著低于N10处理;土壤反硝化速率和对外源NO₃^--N脱氮率均随NO₃^--N添加量的增大而增加.土壤反硝化速率随离水距离的增加而降低,表层土壤的...     

官厅水库库滨带非点源污染控制效应的遥感分析

选取官厅水库库滨带为研究区域,应用SPOT5遥感数据对其结构进行了解析,建立了高分辨率的Quick Bird遥感数据与SPOT数据的尺度转化关系,对SPOT信息提取结果进行了校核,以提高SPOT卫星对库滨带结构的解译精度;最后结合点上的实验结果对流域尺度上的库滨带的环境效益进行了分析.研究结果表明(1)官厅水库陆相库滨带的结构不利于非点源污染的防治,应该适当增加林地的比例,同时提高林地、草地的植被覆盖度;(2)按照官厅水库流域非点源区年均TN量为188.1×104t、TP量为101.2×104t计算,库岸库滨带对TN、TP的去除率分别为11.6%和0.4%;(3)为了有效地防止官厅水库流域的非点源污染,必须加强水库流域的农业管理和库岸库滨带的科学建设与管理.     

农业固废碳源对三峡库区消落带土壤脱氮性能的强化作用

三峡库区消落带土壤的脱氮能力与库区水体质量有密切关系,对其加以强化有助于提高消落带的径流氮素截留量,而适宜的碳源可促进生物脱氮。以花生壳、刨花、稻草秸秆、玉米秸秆和小麦秸秆5种农业固废作为反硝化碳源,研究了添加碳源后消落带土壤的脱氮效果及释碳情况。结果表明:m(固废碳源)∶m(土壤)为1∶4和1∶10下,5种碳源均强化了土壤的脱氮效果。m(固废碳源)∶m(土壤)为1∶10去除效果更好,添加5种碳源后25 d时土壤对NO3--N去除率均达到85%以上。2组碳源比例下所释放的总有机碳(TOC)浓度在10 d时均达到较高水平,1∶10碳源比例的TOC含量在实验后期出现了下降,添加秸秆类碳源材料的TOC含量较高,花生壳和刨花TOC含量较低且能满足NO3--N有效去除的碳源需要。综合考虑脱氮效果与安全性,认为花生壳和刨花为较适宜的农业固废碳源。     

小流域农业面源氮污染时空特征及与土壤呼吸硝化关系分析

土壤呼吸与硝化特性是控制土壤生态系统中氮素转化和面源氮流失的关键因子,也是土壤氮循环的重要组成部分.选取位于巢湖北部的柘皋河流域作为案例研究区,应用BaPS技术测定林地和农田土壤呼吸、硝化和反硝化特性,运用SWAT模型分析农业面源氮污染输出的时空特征,并初步探讨土壤呼吸和硝化特性与农业面源氮污染的相互作用关系.结果表明,由于土地利用和施肥量的变化,1996~2012年间的年均和月均面源氮污染负荷明显大于1980~1995年间的模拟结果,不同月份的面源氮污染输出负荷均存在显著性差异,月均氮负荷受降雨量影响密切.1996~2012年流域面源总氮流失平均负荷为10.40 kg·hm-2,明显大于1980~1995年的8.10 kg·hm-2,方差分析表明两个时期面源总氮流失负荷的空间分布存在一定的差异.林地的呼吸速率远大于农田的呼吸速率.农田较高的总硝化速率和反硝化速率导致土壤氮库中的氮素减少,从而在一定程度上使得面源氮污染的输出负荷减小.农田土壤的总硝化速率大于反硝化速率,导致农田硝态氮的面源污染流失量增加,而有机氮的流失量有所减少.因此,土壤呼吸与硝化特性的研究有利于从土壤生物学角度深入分析土壤氮循环,对农业面源氮污染的防治具有重要的理论和现实意义.     

岸边带湿地对富营养化河流的净化作用研究

对北运河上游污染严重流域实地调查发现,水中TN、TP和NH4+-N的最大超标倍数分别为12、10和7,以NH4+-N污染为主要特征.对北运河流域沙河水库附近一处典型岸边带湿地进行深入研究发现,天然河流岸边带湿地系统对河水中NH4+-N、TN和TP浓度有明显的削减作用,分别由河水中的27.0、29.0、1.82mg·L-1降至湿地中的2.50、6.54、0.12mg·L-1.由于微生物驱动的硝化-反硝化脱氮作用以及岸边带植物对营养元素的吸收作用,植被型岸边带沉积物中NH4+-N、TN和OM含量(分别为23.0mg·kg-1,0.66g·kg-1和9.13g·kg-1)分别为裸露型岸边带沉积物的0.20,0.48,0.67倍.植被型岸边带沉积物各层C/N比(平均为8.68)是裸露型岸边带沉积物各层C/N比(5.53)的1.6倍,为反硝化作用的发生提供了相对充足的碳源.与裸露型岸边带相比,植被型岸边带更利于营养元素的去除.作为工程实例,模拟天然河流岸边带湿地的罗马湖旁路/离线人工湿地系统对水体营养元素有显著的去除作用.     

三峡水库消落带土壤反硝化及DOM的影响

在重庆主城与涪陵选取了3个典型点位采集土壤样品,并对土壤的理化性质、原位反硝化速率、溶解性有机质（DOM）驱动的反硝化以及库区土壤的微生物进行了考察与分析.结果显示在海拔145～155m区间,淹水期镇安镇、涪陵区和鱼嘴镇最高氨氮（NH₄⁺-N）平均浓度分别为31.32,28.63和19.23mg/kg,均高于落干期.在淹水期,与高海拔区域土壤中硝酸盐氮（NO₃^--N）平均浓度相比,低海拔土壤中NO₃^--N平均浓度分别增大了46.91%（镇安镇）、37.89%（涪陵区）和29.69%（鱼嘴镇）.在淹水期,土壤有机质（SOM）平均浓度随着海拔高程的降低而降低,镇安镇、涪陵区和鱼嘴镇分别从109.16,80.93和82.61mg/kg降至65.63,64.53,53.41mg/kg.土壤中NH₄⁺-N和NO₃^--N的含量与现场反硝化速率呈显著正相关（P<0.05）,在提供充足的碳（C）和氮（N）营养元素后,土壤潜在反硝化速率表现出较大的时间和空间差异性.在由DOM驱动的反硝化实验中,DOM降解符合一级动力学模型（R²>0.93）,N₂O累积量符合Logistic模型（R²>0.97）.在三峡水库消落带土壤中,反硝化功能微生物主要是Bacillus和Comamonadaceae,其丰度变化与土壤潜在反硝化速率呈现显著的正相关性（P<0.05）.     

水位对湖滨带池杉（Taxodium ascendens）-落羽杉（Taxodium distichum）防护林土壤反硝化酶活性的影响

针对青山湖流域水体氮(N)污染问题,采用乙炔抑制法研究青山湖湖滨带全年不淹水区域(NFZ)和淹水区域(平均水位为0、5、15和25cm,分别记为WL0、WL5、WL15和WL25)池杉(Taxodium ascendens)-落羽杉(Taxodium distichum)防护林0～40 cm土壤反硝化酶活性(DEA)特征及其影响因素,本研究可为明确湖滨带池杉-落羽杉防护林对水体N污染的控制及其生态功能提供数据支持和理论支撑.结果表明：研究区土壤DEA均值(范围)为130.89(7.83～716.7)μg·kg^-1·h^-1,且具有较为明显的空间分异特征.WL0～WL25区域在水位增加情形下土壤NO₃^–-N、DOC、SOC和TN含量的增加共同驱动土壤DEA的增加,而土壤反硝化微生物功能基因丰度不是DEA变化的主要影响因素.NFZ区域较低的土壤含水量是该区域土壤DEA显著低于WL0～WL25区域的主要原因.WL0～WL25区域土壤NO₃^–-N、DOC、SOC和T...     

三峡库区消落带受淹土壤氮和磷释放的模拟实验

三峡库区消落带形成后,消落带土壤淹水初期将向上覆水释放氮和磷. 将消落带土壤样品进行加肥处理后与原始土壤进行模拟淹水实验.对原始土壤进行每日换水浸泡实验.结果表明:消落带进入淹水期10～15 d后,其上覆水中营养物含量趋于平衡,水体扰动对上覆水中ρ(TP)和ρ(TN)有正影响. 未经施肥处理的消落带土壤在江水浸泡下,对TP有吸附作用,使得浸泡结束后ρ(TP)下降33.4%. TN的溶出速率变化能较好地符合一级动力学方程,TP江水静态浸泡实验数据对一级动力学方程的拟合性较差;TP和TN的绝对溶出速率对一级动力学方程的相关性均较好.       

基于GIS的溶解态氮磷负荷模型研究

为了研究妫水河流域的氮磷非点源污染来源,在官厅水库周围进行了野外人工降雨实验,结果表明,氮磷输移率与径流量具有很好的相关性,溶解态氮、磷的平均相关系数分别是0.997 8和0.988 9,因此提出了新的溶解态氮磷负荷模型.从妫水河流域的土壤图、土地利用图中提取地理信息,以数字高程模型为依据,应用新模型研究了妫水河流域溶解态氮污染负荷的空间分布。结果表明,溶解态氮主要来自水浇平地,其次是低山和丘陵.     

上海城市河岸带土壤反硝化作用研究

2011年4月至2012年2月,以2个月为周期,在上海市不同地点浦东(PD)、金山(JS)、嘉定(JD)、青浦(QP)、崇明(CM)、闵行(MH)采集不同类型城市河岸带土壤,采用乙炔抑制法测定土壤反硝化速率.结果表明,上海河岸带土壤反硝化速率介于1.00～82.92 μmol·m-2·h-1之间,时空差异明显.不同区域,农田背景下的河岸带土壤反硝化速率(浦东:29.51 μmol·m-2·h-1,嘉定:36.99 μmol·m-2·h-1)要高于以草地(青浦:4.95 μmol·m-2·h-1,闵行:7.84 μmol·m-2·h-1)、矮灌丛(金山:27.83 μmol·m-2·h-1,崇明:23.26 μmol·m-2·h-1)背景为主的河岸带土壤;垂直变化上,2～5 cm深度处的河岸带土壤反硝化速率最大,随深度增加反硝化速率呈逐步降低趋势;季节变化上,河岸带土壤反硝化速率呈现夏秋高冬春低的特点,夏季是反硝化作用最为强烈的季节.温度、pH值、土壤有机碳(Soil Organic Carbon,SOC)、土壤总氮(Soil Total Nitrogen,STN)等是影响反硝化速率的重要因子,其中,反硝化速率与温度、SOC、STN含量呈正相关关系,与pH值呈负相关关系.     

亚硝酸盐对外碳源反硝化过程N2O还原的影响

本试验通过批次试验考察了亚硝酸盐对外碳源反硝化过程N2O还原的影响.结果表明NO2--N初始浓度为5.92~35.23mg/L时,随着NO2--N浓度的增加,反硝化过程中N2O的积累量逐渐增加;当NO2--N浓度为35.23mg/L时,NO2--N还原量的46.26%被转化为N2O.通过对比试验得出,N2O还原酶与亚硝酸盐还原酶对电子的竞争和游离亚硝酸(FNA)对N2O还原酶的抑制会导致N2O比还原速率下降,造成反硝化过程N2O积累.基于上述试验结果提出,污水处理厂可通过调控运行条件控制NO2--N浓度,降低反硝化过程的N2O的产生与释放;也可以通过短程硝化提高NO2--N浓度,促进反硝化过程N2O的积累,再通过N2O氧化甲烷减少N2O排放,同时提高产能37%.     

海水异养硝化-好氧反硝化芽孢杆菌SLWX2的筛选及脱氮特性

从分离自刺参养殖环境的7株候选菌株中筛选出1株具有较强异养硝化和好氧反硝化能力的菌株SLWX_2,通过形态学特征、生理生化特性和16S rRNA基因测序分析鉴定其为花津滩芽孢杆菌(Bacillus hwajinpoensis).该菌株脱氮特性研究结果表明,SLWX_224 h对氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮的去除率分别达到100%、99.5%和85.6%;当3种无机氮源同时存在时,菌株优先利用氨氮,再利用NO_2~--N和NO_3~--N,72 h 3种无机氮的质量浓度均降至0.013 mg·L~(-1)以下,表明该菌株能同时进行异养硝化和好氧反硝化完成脱氮;在氨氮负荷500 mg·L~(-1)、亚硝酸氮负荷100 mg·L·~(-1)和硝酸氮负荷200 mg·L~(-1)范围内,该菌的脱氮能力不受明显抑制,对3种形态的氮均有良好去除效果,96 h最多可去除180 mg NH_4~+-N、30 mg NO_2~--N和120 mg NO_3~--N,并且在硝化过程中没有亚硝酸氮积累.该菌株在海水养殖和高盐高氮工业废水的脱氮处理方面具有更大潜力.     

河岸缓冲区氮素截留研究进展

河岸缓冲区对氮素的有效截留以阻止其进入河流已得到广泛的认可,是美国资源局所认可的一种最佳管理措施。总结河岸缓冲区中氮素截留的主要机制、影响因素及缓冲区的管理原则。最主要截留机制为反硝化作用与植物吸收,相应的最主要影响因素是缓冲区的水文特征。为达到较好的氮素截留效率,必须重建退化的缓冲区、保护缓冲区的完整性与不受干扰,并与其他流域管理措施相结合。     

碳源类型对污水生物处理过程中氧化亚氮释放的影响

碳源是污水生物处理过程中N2O释放的重要影响因素.本试验以不同碳源(葡萄糖、乙酸钠和淀粉)条件下的SBR反应器为研究对象,分析了碳源类型对于N2O释放的影响作用.结果发现,N2O释放主要发生在好氧段,且释放总量受碳源影响,以乙酸钠为碳源的反应器产生的N2O最多,释放速率最大,其次为葡萄糖,淀粉最少,N2O转化率分别为7.80%,5.43%,2.59%.OUR试验结合PCR-DGGE分析,以乙酸钠为碳源时氨氧化菌优势种群发生了变化,测序结果表明其为Nitrosomonas 属细菌,因此N2O释放的差异是不同碳源条件下AOB菌群不同及其反硝化能力的不同所造成的.     

农田土壤N2O产生的关键微生物过程及减排措施

氧化亚氮(N2O)作为一种重要的温室气体,其全球排放总量仍然在持续上升.它不仅可以产生温室效应,还可以间接破坏臭氧层,使其在全球气候变化和生态环境变化研究中备受关注.土壤生态系统是大气中N2O的最重要排放源.本文详细论述了农田土壤中反硝化作用、硝化作用、硝化微生物的反硝化作用以及硝酸盐异化还原成铵作用等过程产生N2O的微生物学机制,并从土壤理化性质(土壤pH、氮素、有机质、土壤温度和湿度)和土壤生物等方面对农田土壤N2O排放的影响进行综述,在此基础上对农田土壤N2O的减排措施进行总结,并就今后农田土壤N2O排放的研究重点和方向进行了展望,为调控农田土壤温室气体排放、氮转化过程和提高氮素利用效率提供科学依据.     

不同电子受体反硝化过程中C/N对N2O产量的影响

试验采用SBR反应器,分别考察了不同C/N条件下,以硝酸盐和亚硝酸盐为电子受体的反硝化过程中N₂O产生情况.投加乙醇作为反硝化碳源,以硝酸盐为电子受体时调节C/N分别为0、 1.2、 2.4、 3.5、 5.0和20,以亚硝酸盐为电子受体时调节C/N分别为0、 1.8、 2.4、 3.0、 4.3、 5.2、 6.6和20.6.结果发现,以亚硝酸盐为电子受体时,最佳C/N为3.0,此时N₂O产生量为0.044 mg·L^－１;以硝酸盐为电子受体时,最佳C/N为5.0,此时N₂O产生量为0.135 mg·L^－１,是以亚硝酸盐为电子受体时的3倍.电子受体类型不同时,N₂O产生量的变化趋势类似：在碳源严重不足时,反硝化率和N₂O产生量均很低;碳源相对不足时N₂O产生量增加;C/N过大时,虽然反硝化速率很快,但N₂O产量也急剧增大.可见,与全程硝化反硝化工艺相比,短程硝化反硝化工艺可节省40%碳源,且控制C/N=3,其反硝化过程产生的N₂O远少于全程反硝化.