黄土高原坝系流域干湿季交替下氮输出特征及其源解析:以羊圈沟为例

本研究通过对干湿季氮湿沉降过程、降雨过程及基流过程进行动态监测,分析干湿季交替下降雨及基流过程的各形态氮浓度变化,探讨黄土高原坝系流域氮湿沉降对流域氮输出的影响并利用同位素方法解析氮输出来源.结果表明,2015年湿季(7、8月)共11场降雨,产生的氮湿沉降负荷约达814.18 kg,氮沉降通量约为4.26 kg·hm-2;干季(9月)共3场降雨,产生的湿沉降负荷约达155.58 kg,氮沉降通量为0.83 kg·hm-2,呈现出极大的季节变异性.通过对其中4场降雨过程进行动态分析发现,不同降雨强度对水体氮输出过程影响不同,4场降雨对流域水体的氮贡献量为16.94 kg.降雨径流氮输出负荷占流域水体氮输出负荷的比率为14.45%~64.84%,说明降雨对流域水体氮输出贡献很大.羊圈沟坝系流域δ15N变化范围较大,为-0.844‰~12.791‰,δ18O值在8.166‰~15.115‰范围内波动.     

磁湖底泥氮释放通量的研究

本研究通过对磁湖底泥氮释放的特性进行实验室静态模拟实验,测定不同温度对磁湖底泥中氮释放量的影响。结果表明,温度升高时,底泥中NH3-N、TN释放通量增大,NO2-N和NO3-N释放通量减小。磁湖底泥的TN释放通量为-120到-25 mg/m3.d,NH3-N、NO2-N和NO3-N和TN释放通量基本呈负释放,说明磁湖大部分氮元素沉积到底泥中。本研究为探讨磁湖水质的改善提供相关的依据,并为以后关于磁湖的治理研究提供一定参考。     

几种覆盖材料抑制湖泊污染底泥氮释放的试验研究

建立了一套模拟湖泊小试装置,分别采用含黏土的沙子、清洁黄土和土工布3种材料覆盖湖泊污染底泥,抑制底泥中的氮释放。试验控制在恒温25℃厌氧条件下进行,经过75d静置试验,结果表明:含黏土的沙子和清洁黄土均能有效抑制污染底泥的氮释放,而单独使用土工布的效果不佳;覆盖材料的覆盖厚度越厚,抑制污染底泥氮释放的效果越好;覆盖厚度为5cm、15cm和30cm的沙子对污染底泥氮释放的抑制率分别为74.9%、94.0%和96.8%,覆盖厚度为5cm、15cm和30cm的黄土对污染底泥氮释放的抑制率分别为77.2%、95.5%和98.8%,可见黄土的效果更优;从工程成本考虑,采用15cm覆盖厚度即可。     

南方红壤区氮湿沉降特征及其对流域氮输出的影响

本研究通过对江西千烟洲香溪流域雨季氮湿沉降及径流过程进行监测,分析降雨及径流过程的各形态氮浓度变化,探讨南方红壤区氮湿沉降特征及其对流域氮输出的影响.结果表明:1 2014年雨季(3~6月)共27场降雨,产生的氮湿沉降负荷达43.64~630.59 kg,氮沉降通量为0.44~6.43 kg·hm-2,呈现出极大的季节变异性;2对其中3场降雨过程进行动态分析发现,当降雨量为8~14 mm时,流域氮沉降负荷达18.03~41.16 kg,而该地区氮湿沉降通量为0.18~0.42 kg·hm-2.其中3场次降雨事件导致流域水体的总径流量为4 189.38 m3,TN总流失负荷16.72 kg,输出通量为4.64 kg·hm-2;DTN总流失负荷为9.64 kg,输出通量为2.68 kg·hm-2;NH+4-N总流失负荷2.93 kg,输出通量为0.81 kg·hm-2;NO-3-N总流失负荷5.60 kg,输出通量为1.56 kg·hm-2.3流域氮湿沉降对流域氮输出的贡献率约为56%~94%,说明降雨对流域氮流失影响巨大,并以硝酸盐为主,流域水体中总氮浓度超过河流水体富营养化阈值(1.5 mg·L-1)存在发生富营养化的隐患.     

污染河流底泥释放与耗氧对水质的影响

本文较系统地研究了苏州河底泥对水质的影响。应用底泥释放与悬浮的规律,提出了悬浮释放速率方程,其计算值与实测值的误差不大于30%;根据建立的底泥释放迁移和底泥耗氧过程的数学模式,探讨了苏州河污染底泥释放与耗氧对水质的影响,为苏州河污染底泥的评价提供依据。      

西辽河流域不同土地利用结构硝酸盐氮输出通量模拟

采用土槽模型渗流试验方法,结合土地利用结构现场调查资料研究了西辽河流域不同土地利用结构耕层土壤NO3--N淋溶输出通量的时空变化规律.结果表明,不同土地利用结构NO3--N淋溶输出通量的空间分布规律为农田〔50.23kg/(hm2.a)〕>沙荒地〔12.77kg/(hm2.a)〕>林地〔8.68 kg/(hm2.a)〕>草地〔4.17 kg/(hm2.a)〕,农田和沙荒地对NO3--N输出起源作用,林地和草地起汇作用;西辽河流域沙土区耕层土壤NO3--N输出总量为13.86×104 t/a,不同土地利用结构的NO3--N输出比例为农田(95.31%)>沙荒地(4.69%),农田是西辽河流域氮素营养管理的重点结构;NO3--N输出量夏季(65%)>秋季(25%)>春季(8%)>冬季(2%),夏季是流域氮素营养管理的重点时段;NO3--N淋溶输出通量与土壤硝态氮含量呈极显著正相关.      

丘陵地区流域土地利用对氮素径流输出的影响

氮素是地表水体富营养化的一个限制因子,土地利用对农业非点源污染的氮素输出具有重要的影响.以位于亚热带低山丘陵地区的安徽省南部宣城市梅村流域为实例,通过航空遥感图像解译、GIS分析和实地定位动态监测方法,研究了具有不同土地利用结构的农-林生态系统地表径流水的氮素含量和输出通量及其与土地利用的定量关系.结果表明:氮素的输出以NO₃^--N的输出为主,土地利用类型或土地利用格局对径流水中氮素的含量和输出具有非常显著的影响.在同一种土地利用结构系统下,NO₃^--N与T-N的含量间具有极显著的正线性关系;而只有林地-水塘系统下,NH₄⁺-N与T-N的含量间有极显著线性关系.而各类氮素的输出量间都具有极显著正的线性相关关系.各类氮素的输出量都与土地利用类型具有指数相关性,林地、水塘对氮素输出具有负效应,而水田和村庄则具有正效应.同时,土地利用类型对径流中氮素的含量也有影响.     

九龙江流域河流氮输出对土地利用模式和水文状况的响应

流域土地利用模式与水文状况影响河流氮的来源、迁移转化和输出,关乎流域健康与淡水生态系统服务的供给.本研究基于2010~2017年观测数据,采用流域模型、地理信息技术和数理统计等方法从多时空尺度探究亚热带中尺度近海流域——九龙江流域河流氮输出对流域土地利用模式和水文状况的响应机制.结果表明,NO₃^--N是九龙江流域河流水体主要的无机氮形态;农业和城市流域河流水体的氮浓度、输出负荷及其年际与季节变异性高于自然流域;丰水年各类流域河流水体的氮浓度和输出负荷差异总体上高于枯水年;相比水文状况,土地利用与氮年均浓度和输出负荷的正相关性更显著.总体而言,河流氮输出时空变化特征受流域土地利用模式和水文状况的共同作用.     

基于SWAT与DNDC模型对比研究亚热带流域氮淋溶与输出过程

本研究通过对亚热带香溪河小流域的氮输出进行长期监测,并通过DNDC与SWAT模型对流域氮素流失进行对比模拟研究,以期为合理建立适合亚热带流域氮循环模型提供科学依据.结果表明:(1)影响DNDC模型模拟小流域内氮素流失的关键参数包括降水、坡度以及氮肥施用量,而影响SWAT模型模拟的关键参数包括地下水滞后系数、最大冠层截留量、基流系数和土壤蒸发补偿系数;(2)DNDC模型模拟小流域内2014年的径流量、TN和NO-3-N排放量与实测值的偏差分别为5.19%、8.10%和71.70%,SWAT模型模拟小流域内2014年的TN、NO_3~--N和NH_4~+-N的排放量与实测值的偏差分别为2.04%、14.29%和8.89%;(3)通过对SWAT与DNDC模拟结果对比分析香溪小流域氮素流失时空分布特征,进一步耦合了DNDC和SWAT模型,有助于提高亚热带流域氮素流失模拟精确度.     

生物炭覆盖对底泥污染物释放的影响

为研究生物炭对底泥污染物释放的影响,将芦竹茎、芦苇茎、花生壳及玉米芯利用限氧升温炭化法烧制成生物炭(Biochar),在模拟反应器中覆盖在受污染底泥上,研究生物炭对上覆水NH4+-N、NO3--N、NO2--N、COD及PO34--P浓度的影响,并计算各指标累积释放量及释放速率;同时测定了生物炭可溶性NH4+-N和PO34--P的释放量.结果表明,未覆盖生物炭的对照组上覆水氨氮浓度在第25 d达到最大值4.27 mg·L-1,之后稳定在4.02 mg·L-1左右,而4种生物炭处理组在第25 d以后,氨氮浓度稳定在0.3 mg·L-1以下,其中芦苇处理组抑制效果最明显,氨氮累积释放量减少了85.61%;4种生物炭组COD累积释放量较未添加生物炭处理组减少了28.83%～30%;玉米芯生物炭处理组磷酸盐浓度高于对照组,芦竹及花生壳处理组对底泥磷的释放抑制效果较好.生物炭NH4+-N和PO34--P的释放量在前3 d最大,花生壳生物炭组氨氮释放量最大,为36.79mg·kg-1,玉米芯生物炭处理组磷酸盐释放量最大,为70.64 mg·kg-1.结果表明生物炭对底泥NH4+-N、COD及PO34--P的释放有削减作用,具有应用到污染水体底泥修复的潜力.     

北固湿地底泥氮磷释放特征初步研究

通过连续测定上覆水体中氮、磷的浓度,考察氮磷元素的释放过程和污染物在底泥中的污染水平。结果表明,扰动使得氮磷的释放有一定程度的增加,可见外在环境条件的变化可加速底泥氮磷元素的释放;湿地不同样点控制区底泥氮磷释放的空间变异性高;底泥氮磷释放对水体养分浓度的贡献不容忽视。     

湿地硝酸还原酶活性变化的干湿交替驱动机制

以北固山湿地沉积物为研究对象,采用室内培养方法研究不同前期含水率(1%～ 3%、7%～11%和16%～18%,重量百分数)沉积物变湿后(60%)以及由湿变干过程(从70%变干至5%～7%)硝酸还原酶(Nar)活性的变化规律,以期为干湿交替水分生态过程N2O形成与排放的评估提供依据.结果表明,在变湿后的48h,前期含水率...     

鄱阳湖流域多尺度C、N输送通量及其水质参数变化特征

本文选取鄱阳湖流域内从初级支流到最大干流再到湖区(香溪→架竹河→赣江→鄱阳湖)这一联通水系线路为研究对象,通过对丰水期和枯水期内各级河流对应流域及鄱阳湖湖区内水体中的各形态C、N浓度进行监测,计算各级河流间C、N元素运移通量,探讨鄱阳湖流域水体C、N迁移过程机制和水质参数变化特征,为鄱阳湖流域生态系统的综合健康管理提供科学依据.结果表明:(1)鄱阳湖通江流域的C、N浓度呈明显季节变化,其中TIC、TOC、TC浓度丰水期较高,而NO_3~--N和DTN浓度枯水期较高.丰水期TC增加的主要原因是TIC增加,丰水期TN主要以非溶解态存在,而枯水期TN主要以DTN中的NO_3~--N形式存在.(2)鄱阳湖通江流域的C、N输出通量呈明显季节变化,其中香溪各形态C丰水期通量较枯水期小,架竹河、赣江各形态C丰水期通量较枯水期大,香溪、架竹河、赣江流域各形态N在丰水期通量大多较枯水期小,各形态C、N通量与径流量在99%的置信水平上呈极显著正相关关系.(3)鄱阳湖流域水体参数丰水期COND、TDS、pH小于枯水期,丰水期ORP大于枯水期.     

扰动强度对太湖沉积物中磷释放及其形态转化的影响

通过室内试验模拟了太湖沉积物在不同扰动强度下的悬浮过程,研究了沉积物扰动强度对磷释放及其形态转化的影响.结果表明,较高扰动强度下(相当于太湖风速12 m.s-1),水体中不同形态磷(总磷、颗粒态磷、溶解性总磷)含量均高于较低扰动强度(相当于太湖风速8 m.s-1).其中,两者分别扰动1h后,总磷和颗粒态磷分别达到0.950 mg.L-1、0.384 mg.L-1和0.882 mg.L-1、0.328 mg.L-1,该水平保持到试验结束.然而,溶解性总磷则呈逐渐降低的趋势.这主要归因于悬浮物的吸附和微生物的快速利用.较高和较低扰动强度下,悬浮物上总磷(Tot-P)分别增加了10 mg.kg-1(平均值)和60 mg.kg-1(平均值).较高扰动强度下铁铝结合态磷的变化恰好说明了形态磷间存在转化趋势.因为铁铝结合态磷增加了85.7 mg.kg-1(平均值),明显高于Tot-P的实测值(10 mg.kg-1,平均值)和理论值(27 mg.kg-1,平均值),说明有其它形态磷转化成铁铝结合态磷.弱吸附态磷和钙结合态磷含量的降低正说明这一点.这显示在扰动状态下,不同形态磷之间至少发生了以水为媒介的间接性转化.     

洱海藻类水华高风险期沉积物氮磷释放通量时空变化

选择藻类水华高风险期,研究沉积物氮磷释放通量时空变化及影响因素,以揭示沉积物氮磷释放对洱海水质影响.结果表明:①2009、2013和2018年洱海沉积物氮磷释放通量整体呈上升趋势,与2009相比,2013年增幅较大,而2018年与2013年相比增幅较小;溶解性总氮(DTN)释放通量在11. 71～14. 15 mg·(m²·d)^-1,其中有机氮(DON)释放通量在6. 39～8. 42mg·(m²·d)^-1,占DTN的58%,无机氮(DIN)释放通量在5. 31～5. 73 mg·(m²·d)^-1,占DTN的42%;溶解性总磷(DTP)释放通量在0. 11～0. 14 mg·(m²·d)^-1,无机磷(DIP)释放通量在0. 07～0. 09 mg·(m²·d)^-1,占DTP的66%,有机磷(DOP)释放通量在0. 04～0. 05 mg·(m²·d...     

UV-B辐射对亚热带森林凋落叶氮、磷元素释放的影响

UV-B辐射对凋落物分解过程的影响已成为全球变化生态学研究中的前沿和热点问题之一.采用分解袋法对自然和UV-B辐射滤减两种环境下亚热带6种代表性树种(杉木、马尾松、木荷、香樟、青冈和甜槠)凋落叶氮、磷元素的释放动态进行了研究.结果表明,凋落叶氮元素的动态表现为直接富集、释放-富集和释放-富集-释放3种模式,磷元素的动态表现为直接释放、富集-释放-富集和无明显变化3种模式.与对照相比,UV-B辐射滤减显著延缓了甜槠凋落叶氮元素及青冈和甜槠凋落叶磷元素的释放(P<0.05),但促进了香樟凋落叶磷元素的释放(P<0.05),对其他树种凋落叶的氮或磷释放无显著影响.凋落叶的初始氮含量和C/N比值不能解释氮释放动态,C/P比值可以部分解释磷的释放.全球环境变化背景下UV-B辐射在湿润亚热带地区森林生态系统过程中的作用尚需进一步认识和理解.     

三峡库区典型消落带草本植物氮磷养分浸泡释放实验

三峡库区消落带植被淹水后腐烂分解,可能成为影响库区水环境安全的重要营养源.以三峡库区6种消落带优势草本植物茎叶为材料,利用室内浸泡模拟实验,测定上覆水中氮磷浓度的变化,结合初始基质碳、氮、磷含量分析,力图查明消落带草本植物淹水后氮磷养分释放特征.结果表明:①消落带植物初始基质碳、氮含量差异显著,而磷含量彼此相近.②消落带植物淹水分解造成上覆水pH升高,氧化还原电位(Eh)降低,氮磷养分快速释放和上覆水氮磷浓度增加,总氮(TN)和总磷(TP)释放量分别为(3.85±2.53)、(1.33±0.73)mg.g-1.消落带植物淹水TN和氨氮(NH4+-N)的释放过程呈抛物线状,TP呈对数曲线状.TN、TP的释放峰值时间平均15 d,NH4+-N平均33 d.养分释放量和释放速率均呈TN>TP>NH4+-N的特点,消落带植被经过3个月的浸泡,TN、NH4+-N和TP的释放负荷分别为:22.4、8.9、4.5 kg.hm-2.③植物初始基质的C含量越低,N、P含量越高,植物淹水后氮磷养分的释放量和释放速率就越大.