农田生态系统大气氮、硫湿沉降通量的观测研究

2007年10月至2008年9月,借助自动降雨收集器(APS-2A)及自动气象观测站(VSALA-M52),在中国科学院红壤生态实验站(江西鹰潭)农田区内定位采集雨水样本,探讨了大气氮、硫湿沉降特征,估算了大气氮、硫的湿沉降向农田生态系统的输入通量.结果表明,雨水中氮、硫素的月质量浓度变异较大,全氮(T-N)、铵态氮(NH_4~+-N)、硝态氮(NO_3~--N)和硫(SO_4~(2-)-S)的月质量浓度,即ρ(T-N)、ρ(NH_4~+-N)、ρ(NO_3~-N)和ρ(SO_4~(2-)S)分别为1.09～7.84、0.64~6.25、0.34～1.83和0.95～7.64mg·L~(-1),均与降水呈负相关,其中ρ(T-N)、ρ(NH_4~+-N)、ρ(SO_4~(2-)-S)与降水的相关性达到比较显著水平(n=11,p<0.10).湿沉降月通量F(T-N)、F(NI_4~+N)、F(NO_3~--N)和F(SO_4~(2-)-S)分别为1.0～7.84、0.64～6.25、0.17～1.54和1.22～9.15 kg·hm~(-2),均与降水呈正相关,其中F(T-N)、F(NH_4~+-N)和F(SO_4~(2-)-S)与降水的相关性均达到显著水平(n=11,p<0.05).季节上,雨水氮、硫浓度及湿沉降氮、硫通量均呈冬春>夏秋的特性.湿沉降向农田生态系统输入N 35.94 kg·hm~(-2)·a~(-1)和S45.93 kg·hm~(-2)·a~(-1),其中NH4~+-N的年沉降通量为22.92 kg·hm~(-2),占湿沉降氮总量的63.75%.     

高效异养硝化-好氧反硝化菌株TS-1筛选及降解特性

从实验室定向驯化的活性污泥中分离筛选出一株具有异养硝化-好氧反硝化功能的菌株TS-1.通过生理生化及16S r RNA基因序列鉴定其为脱氮副球菌,通过单因素和正交实验对其去除NH_4~+-N的最佳条件进行优化,并通过对比进一步探究其在不同氮源条件下对各形态无机氮的去除规律.结果表明该菌株最适碳源为丁二酸钠,最佳C/N为15,最佳接种量为5%,最适温度为30℃、p H为8.0.以初始浓度约为100 mg/L的NH_4~+-N、NO_3~--N和NO_2~--N分别为单一氮源时,菌株TS-1对各形态氮的去除率为97.49%、100%和95.94%;维持各形态氮初始浓度不变,将其两两混合时发现混合氮源中若包含NO_2~--N会使菌株OD_(600)值达到最大值所用时间延长,氮源中含有NH_4~+-N会降低菌株对其他形态氮源的去除率,以及NO_3~--N的添加会使菌株对NH_4~+-N的去除能力降低;3种形态氮源同时存在的条件下,该菌对各氮源去除能力由强至弱为NO_2~--NNH_4~+-NNO_3~--N.本研究从活性污泥中分离筛选出一株具有高效异养硝化-好氧反硝化功能的菌株TS-1,通过研究碳源、氮源、温度、p H得到了最佳降解条件,可为废水短程脱氮提供参考.(图9表4参37)     

大气氮磷湿沉降特征及对沙源区水库水环境的影响

研究典型沙源区水库大气氮、磷湿沉降时空分布特征及水环境污染效应对水生态环境的治理与修复具有重要意义。以往的研究多集中在沿海地区、长江流域及南方地区,而对于干旱少雨、多大风天气、蒸发量远远大于降水量的沙源区水库则鲜有报道。以京蒙沙源区大河口水库为研究对象,于2014年3月—2016年2月在水库周围5个不同区域湿沉降采样点收集样品80个,测定TN、各形态氮和TP浓度,分析湿沉降中N、P营养盐的沉降特征,估算大气氮、磷湿沉降率及湿沉降对水库富营养化的贡献,探讨氮、磷湿沉降对水库水环境所产生的影响。结果表明,大河口水库湿沉降中N沉降所占比例最大,总氮质量浓度年均值为0.50 mg?L~(-1),其中NH_4~+-N高于NO_3~--N,两者共占约70%;P沉降较少,总磷质量浓度年均值为0.08 mg?L~(-1)。湿沉降中氮、磷营养盐主要来源于畜禽养殖,农业化肥施用及秸秆和牛粪焚烧等。大气氮、磷湿沉降率呈明显的季节性变化特征,表现为夏季最大,夏、秋两季TN、TP的湿沉降率分别占全年的75%和80%。水库周围各区域湿沉降呈现西北库区各季节沉降率较东南库区高的特征。通过大气湿沉降进入大河口水库的TN年负荷量为1.89 t?a~(-1),TP年负荷量为0.10 t?a~(-1),分别为同期河流入库负荷的5.27%和7.14%,这主要与北方沙源区多风少雨的典型气候特征和当地环境条件有关。尽管大河口水库大气氮、磷沉降仍以干沉降为主,但湿沉降对地处生态环境极其脆弱的沙源区水库水环境的影响及可能带来的水生态环境问题不容小视。     

春夏季长江口及其邻近海域表层和底层环境因素、氮分布分析

以2007─2013年连续7年长江口及邻近海域(包括长江口、杭州湾和舟山渔场)春、夏两季的调查资料为依据,研究了长江口及其邻近海域表层和底层温度和盐度的空间分布特征、无机氮(DIN)含量的分布趋势及DIN含量的结构特征。研究结果表明:长江口、杭州湾和舟山渔场3个区域春、夏两季表层和底层温度分布均呈现西高东低。表层东西向相差3℃左右,底层东西向相差2.2℃左右,表层和底层温度无显著性差异。3个区域盐度分布不同,长江口盐度分布呈现西低东高,梯度明显,杭州湾盐度变化不明显,舟山渔场东部和南部盐度较高;3个区域表层和底层盐度无明显差别。长江口表层和底层DIN含量有差别,表层含量大于底层;在杭州湾和舟山渔场表层和底层DIN含量变化不明显。长江口、杭州湾和舟山渔场表层和底层的DIN结构均以NO_3~--N(硝酸盐)为主,其次是NH_4~+-N(氨氮),含量最低的为NO_2~--N(亚硝酸盐)。表层和底层的温度和盐度无显著性差异,可能是表层和底层DIN含量结构一致的主要因素。2007─2013年春、夏季表层和底层DIN结构比例变化一致,DIN的结构分布受水深的影响不大。表层和底层的NO_3~--N所占DIN百分比基本在60%以上,NH_4~+-N所占DIN百分比在3%~41%,NO_2~--N所占DIN的百分比均低于5%。因此,DIN含量的变化主要受NO_3~--N和NH_4~+-N的变化影响。     

两株海洋异养好氧硝化-反硝化细菌的筛选、鉴定及能力测试

通过对近海沉积物进行微生物培养,分离鉴定了两株好氧反硝化细菌MD5和MD8,研究其在有氧条件下的反硝化能力及其相关影响因子.菌株形态、16S rRNA序列比对、系统发育分析及亚硝酸盐还原酶基因(nirS)结果显示,菌株MD5为一株盐单胞菌属Halomonas细菌,菌株MD8为一株产碱杆菌属Alcaligenesx细菌,其Gen Bank注册号分别为KM362826和KM406394.MD5和MD8在有氧条件下都具有硝化和反硝化的能力,在以NH_4~+-N作为唯一氮源的能力测试中,可分别达到81%和88.3%的去除能力;在以NO_3~--N为唯一氮源的能力测试中,可分别达到85.3%和92.1%的去除能力;在NH_4~+-N和NO_3~--N都存在的条件下,总无机氮(DIN)的去除率达到72%和76.8%.pH值、盐度和碳氮比(C/N)等因子对菌株MD5和MD8的DIN、NH_4~+-N和NO_3~--N的去除能力具有不同程度的影响.如低pH值(5.5-6.5)条件下,MD5和MD8的NH_4~+-N和NO_3~--N去除率受到显著抑制(P0.05),其最佳pH值范围为7.5-8.5;在盐度为10-30 g/L的范围内,MD5对NH_4~+-N和NO_3~--N的去除率随着盐度的增长而增加,而MD8的最佳盐度范围稍低于MD5(20-25 g/L);在C/N低于6的条件下,MD5和MD8的NH_4~+-N和NO_3~--N的去除率都显著降低(P0.05),但MD5比MD8表现出较低的C/N适应范围(8-10).以上研究表明,MD5和MD8在有氧培养条件下具有较强的硝化-反硝化能力,可应用于海水养殖池塘养殖废水的处理,具有良好的应用潜力.     

黑麦草在模拟人工湿地中对奶牛场污水高浓度氮的吸收转化

以土壤为基质,黑麦草(Lolium multiflorm)为植被,通过模拟间歇性人工湿地净化系统处理不同质量浓度的奶牛场污水试验,研究黑麦草对高质量浓度畜牧场污水中氮的吸收转化效果.结果表明,黑麦草在间歇性进水的污水质量浓度高达TN(816.8±125.1) mg·L~(-1),NH_4~+-N(443.6±97.9) mg·L~(-1),NO_3~--N(141.5±51.7) mg·L~(-1)都能较好的适应,生长良好.在不同浓度处理的净化系统中,水力停留时间为8d的条件下,NH_4~+-N的去除率为75.9%～88.3%;NO_3~--N的去除率平均为69.3%;TN的去除率74.5%～83.1%.该试验黑麦草对污水中氮的吸收转化在系统对氮净化中的贡献率平均为20.03%.     

表流人工湿地氮素形态组成及去除效率研究

人工湿地是一种高效、低耗的污水处理方法,能有效降低水体生物耗氧量、化学耗氧量、总悬浮物及污染细菌等,而对氮(N)的去除率较低且不稳定。水体中的总氮(TN)可分为颗粒物有机氮(PON)和总可溶性氮(TDN)。目前对TDN的各组分,如可溶性有机氮(DON)、氨氮(NH_4~+-N)和硝氮(NO_3~--N)的去除机理及方法较为关注,而对总体上的PON和TDN的组成比例及去除率了解仍不充分。该研究在北京野生动物救护中心水禽栖息的人工湖及配套人工湿地展开,从2014年4—11月监测了净化前后水体中各种N形态组成和去除率,并分析了藻类爆发与PON和TDN去除率的关系。结果表明,4─7月人工湖中PON质量浓度占TN质量浓度47.83%±9.90%(平均值±标准差,下同),8─10月升至86.93%±7.71%。水体中PON与叶绿素a(Chl a)质量浓度呈显著正相关(n=8,r=0.76,P0.001),由此推测8─9月藻类急剧增多可能使人工湖中的TDN转变为PON。生长季人工湖水进入表流人工湿地后PON降低60.02%±22.97%,PON去除量占TN去除量90%以上。PON与Chl a的去除率均表现为8─10月低于4─7月,暗示在浮游生物爆发期人工湿地PON的去除能力可能达到了满负荷。另外,生长季表流人工湿地对水体TDN去除效果不明显(-16.40%±27.88%)。该研究获得结论,水禽栖息的污水进入表流人工湿地后TN去除主要以PON为主,且PON去除率与藻类动态相关。针对此类污水,增强人工湿地PON去除能力将能有效提高污水TN去除率,尤其在藻类爆发期除N效果更为显著。     

武汉市南湖湖水和沉积物中氮的时空分布

沉积物中大量的有机态氮在水环境中大部分通过分解矿化作用转化为溶解的NH_4~ -N,再通过硝化、反硝化和Anammox作用等与其它溶解的无机态氮(DIN)联系起来.间隙水是沉积物中DIN(包括NH_4~ -N和NO_3~--N)释放进入上覆水的介质,进人间隙水中的DIN可以通过浓度差扩散、生物(微生物和底栖动物等)的扰动和风浪再悬浮作用等向上覆水迁移或交换,成为水体的"内源",使得在外源氮输入得到控制后,其内源氮的释放仍能维持水体的富营养化.本文对武汉市南湖湖水和沉积物中氮的时空分布进行研究,旨在探明氮在湖水和沉积物间的迁移转化规律.     

武夷山常绿阔叶林生态系统降水分配与离子输入特征

大气降水是森林生态系统重要的水源和养分的主要来源之一。于2014年11月—2015年11月对武夷山中亚热带常绿阔叶林生态系统林外雨、林内雨和树干流定位观测,分析了各类降水中的养分离子(NO_3~--N,SO4~(2-)-S,Cl-和Ca~(2+)、Mg~(2+)、K~+、Na~+)浓度动态变化规律及养分离子输入量,以期为进一步研究常绿阔叶林生态系统的水量平衡及养分循环过程提供基础数据。结果表明:研究期间大气降水量(林外雨)为2 623.7 mm,树干流量仅占大气降水量的4.5%,9.8%的大气降水被冠层截留;林内雨、树干流与林外雨量的动态变化规律相似,林内雨、树干流量与林外雨量呈极显著正线性相关关系(P0.001)。各类降水年加权平均pH值表现为林外雨树干流和林内雨。各类降水在降水量较小的1—2月,各阴阳离子的浓度普遍较高,在降水量较大的3—8月,阴阳离子浓度普遍较低。整体上,树干流的离子浓度林内雨林外雨。研究表明武夷山常绿阔叶林生态系统降水分配过程中,林内雨是养分输入的主要形式,各养分离子年输入量占总输入量的比例均在90%以上。通过林内雨输入林地较多的养分离子是SO4~(2-)-S和K~+,分别为24.51、37.53kg·hm~(-2)·a~(-1);SO4~(2-)-S和K~+也是总养分输入量的主要离子,二者分别占离子输入总量的24%和36%,NO_3~--N的年输入量也达到了12.44kg·hm~(-2)·a~(-1),占到养分离子总输入量的11%以上。     

冰封期乌梁素海不同形态氮、磷和叶绿素a的空间分布特征及其响应关系

湖泊水体中氮、磷和叶绿素a空间分布特征及其响应关系对辨识水环境质量具有重要意义。尤其对于冰封期典型的水文气候条件,将表现出特殊的环境地球化学行为,冰封期结冰过程使水体不同形态的氮、磷由冰层向水体迁移,导致冰下水体中营养盐浓度、叶绿素a浓度大于冰层,冰下水体污染物浓度增加。为量化不同污染物质在冰-水介质中迁移规律,于2020年1月14日采集乌梁素海12个样点的冰样和冰体,检测了各采样点不同形态氮磷和叶绿素a浓度。结果表明:冰样中高值ρ_((TN)) 0.838 mg·L~(-1)、ρ_((NH_4~+-N)) 0.109 mg·L~(-1)、ρ_((NO_3~--N)) 0.347 mg·L~(-1)分别位于湖心区的Q8采样点和北湖区的J11采样点。TN、NH_4~+-N、NO_3~--N集中分布在中层冰、下层冰和上层冰,冰下水体中北湖区的ρ_((TN))、ρ_((NH_4~+-N))、ρ_((NO_3~--N))、ρ_((NO_2~--N))出现高值。在冰样和冰下水体中总磷(TP)和溶解性总磷(DTP)的分布规律均为北湖区最高,南湖区最低。并且TP和DTP集中分布在下冰层。冰样中Chl-a在北湖区、湖心区和南湖区的平均质量浓度分别为2.455、1.407和1.210 mg·L~(-1),41.6%采样点的中层冰和下层冰中含有高浓度的Chl-a。冰下水体中Chl-a的质量浓度范围是1.530—12.280mg·L~(-1),均值为7.874mg·L~(-1)。冰封期乌梁素海的氮、磷和叶绿素a集中分布在冰下水体中。线性回归分析表明冰层和冰下水体中不同形态的氮、磷对叶绿素a的响应存在不同程度的差异。研究结果可为乌梁素海进一步的污染治理提供参考和借鉴。     

宁夏燃煤电厂周围降水降尘中硫氮沉降特征研究

燃煤电厂是SO_2和NOx的主要排放源之一。本世纪初以来,随着煤炭等行业的快速发展,中国西北地区大气酸沉降速率加快。以宁东能源化工基地3个燃煤电厂为监测点,初步探讨了2019年1—6月电厂周围降水降尘S、N组成特征。结果表明:研究区SO_4~(2-)月沉降量、NO_3~-月沉降量、NH_4~+月沉降量、无机N月沉降量、SO_4~(2-)/NO_3~-和NO_3~-/NH_4~+均存在较大变异,其平均值分别为(2.51±0.07)、(1.17±0.05)、(0.23±0.01)、(1.40±0.05) kg·hm~(-2)·month-1、(3.82±0.26)和(5.34±0.21);马莲台电厂和灵武电厂具有较高的SO_4~(2-)月平均沉降量、NH_4~+月平均沉降量和SO_4~(2-)/NO_3~-,鸳鸯湖电厂具有较高的NO_3~-月平均沉降量、无机N月平均沉降量和NO_3~-/NH_4~+;除SO_4~(2-)/NO_3~-外,5月各指标的测定值较高,2月各指标的测定值较低;除SO_4~(2-)月平均沉降量外,各指标在取样距离间差异较小。以上结果意味着,SO_4~(2-)是研究区降水降尘中主要的酸沉降形式、NO_3~-是其主要的N沉降形式,体现了以燃煤电厂为主导的工业源排放特点;研究区SO_4~(2-)沉降量与全国水平相当,但低于区域S沉降临界负荷。N沉降量高于中国西北地区平均值,且超过了区域可接受的沉降量;鉴于本研究收集的大气沉降为湿沉降加部分干沉降,故可能低估了研究区S、N总沉降量。考虑到酸沉降的时间累积性,宁夏燃煤电厂S、N限排工作依然十分必要。     

高硝氮酒厂废水生物反硝化体系的构建及细菌群落特征

白酒生产过程中伴随高氮废水的产生,其中包含氨氮(NH_4~+-N)、硝氮(NO_3~--N)和亚硝氮(NO_2~--N),企业基于现有的曝气等工艺可以去除NH_4~+-N,但却难以有效去除NO_2~--N和NO_2~--N,导致总氮(TN)含量无法达到新标准(TN 20 mg/L),因此高效去除废水中的NO_3~--N和NO_2~--N成为当下的研究热点.采用上流式厌氧污泥床(up-flow anaerobic sludge blanket,UASB)生物反应器驯养活性污泥,形成稳定的微生物群系;筛选得到最佳碳源,构建了生物厌氧反硝化脱氮体系,并通过三代全长16S rRNA测序分析了体系的细菌群落结构.结果显示,在甲醇、乙酸钠、丁二酸钠、葡萄糖、酒厂原水、柠檬酸钠和MicroC多种碳源中,MicroC效果最佳,在处理高硝氮废水(NO_3~--N=531 mg/L)时,添加量为C/N=1.0,出水的NO_3~--N含量小于1 mg/L,NO_3~--N去除率达98%,COD去除率超过90%.该体系中,反硝化前期斯氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri)和硫杆菌(Thioclava sp.)是优势种,还原大量的NO_3~--N,而细菌多样性较低;反硝化后期微嗜酸寡养单胞菌(Stenotrophomonas acidaminiphila)变成优势种,还原残留的NO_3~--N.本研究表明以MicroC为碳源的厌氧反硝化体系可实现酒厂高硝氮废水低成本且高效率的脱氮处理,物种Pseudomonas stutzeri发挥主要的反硝化作用,结果对反硝化工程有重要的指导意义.(图8表3参30)     

上海市浦东农业区降水氮浓度的时间分布

于2008年在上海市浦东农业区设置采样点按月收集降水样品,测定降水NO3--N和NH4+-N浓度,分析氮浓度的变化规律及其影响因素,并计算氮沉降通量。结果表明,浦东农业区降水氮浓度和年沉降通量均较高,ρ(NO 3--N)平均值为0.44 mg.L-1,年沉降通量为5.19 kg.hm-2.a-1;ρ(NH 4+-N)平均值为1.36 mg.L-1,年沉降通量为15.91 kg.hm-2.a-1;TN年沉降通量为21.10 kg.hm-2.a-1,其中NH4+-N占75.4%。降水NO3--N和NH 4+-N浓度在主要生长季(4—10月)低于非主要生长季(11月至次年3月);而NH 4+-N沉降量在主要生长季高于非主要生长季,NO3--N沉降量在主要生长季和非主要生长季差异较小,这主要是人为活动、降水日数与降水量以及风向等因素的综合作用所致。降水氮输入对研究区初级生产力的提高具有积极意义,但降雨氮浓度已超过水体富营养化阈值,可能加剧农业区内水体富营养化。     

氮沉降对长白山白桦山杨天然次生林土壤微生物量碳氮和可溶性有机碳氮的影响

土壤理化性质易受氮沉降、温度变化、二氧化碳浓度等外界环境因子的影响,其中土壤微生物量碳、氮(MBC、MBN)和可溶性有机碳、氮(DOC、DON)作为土壤中高活性物质,更易受到诸如氮沉降等环境变化的影响,尤其是不同月份的温度和水分变化会对其产生显著影响。长白山白桦山、杨天然次生林对人工模拟氮沉降响应的控制试验始于2006年,共设计3个氮添加处理,即对照CK(N 0 kg·hm~(-2)·a~(-1))、低氮LN(N 25 kg·hm~(-2)·a~(-1))和高氮HN(N 50 kg·hm~(-2)·a~(-1)),每个处理重复3次。于2017年植物生长季(5-10月),按照不同土壤深度(上层0-10 cm和下层10-20 cm)分别对土壤pH、DOC、DON和MBC、MBN进行了分析。结果表明,(1)氮添加导致土壤pH显著降低(P0.05),变异系数随氮添加量逐步降低,且上、下层土壤表现一致。(2)氮沉降对上层土壤DOC表现为促进作用,对下层土壤DOC影响不显著(P0.05)。HN处理抑制上层土壤DON,而LN处理对5月和9月的上层土壤DON有促进作用,对6月和8月有抑制作用;LN处理促进下层土壤DON,而HN处理有抑制作用。(3)氮沉降在春季月份对MBC和MBN有抑制作用,秋季月份有促进作用;LN处理降低了夏季月份MBC和MBN,HN处理则差异不显著。(4)氮添加、月份、土壤深度以及三者之间的交互作用对土壤各指标都有显著影响,由此可见,单个月份的研究结果并不能代表整个生长季的总体变化趋势。故建议在开展土壤易发变化组分研究时,应同时关注时空变化对其的影响,并进行综合分析,才能确保研究结果的准确性和完整性。     

南亚热带典型乡土阔叶人工林与桉树人工林土壤微生物量氮及可溶性氮特征

土壤微生物量氮(Microbial biomass nitrogen,MBN)及可溶性氮可表征土壤氮素的动态变化规律与土壤肥力水平,其研究可为人工林建设中的树种选择以及人工林多重服务功能的评价提供科学参考.对我国南亚热带地区红椎(Castanopsis hystrix)、米老排(Mytilaria laosensis)、火力楠(Michelia macclurei)和山白兰(Paramichelia bailonii)等4种乡土阔叶人工林以及外来速生桉树(Eucalyptus)人工林不同土层(0-20 cm、20-40 cm和40-60 cm)土壤MBN与可溶性氮[游离氨基酸(Free amino acid,FAA)、硝态氮(NO_3~--N)和铵态氮(NH_4~+-N)]含量特征进行研究.结果表明,林分类型、土层深度及二者的交互作用对土壤NO-3-N含量无显著性影响(P0.05);4种乡土阔叶人工林在0-20 cm土层的土壤MBN含量高于桉树人工林;桉树人工林土壤FAA含量在各土层均呈现出高于乡土阔叶人工林的趋势,但桉树人工林土壤NH_4~+-N含量与乡土阔叶人工林之间无明显规律.Pearson相关分析表明土壤pH值和有机质含量是影响不同树种人工林土壤MBN、FAA和NH_4~+-N含量的2个主要因素.总体而言,4种乡土阔叶人工林土壤在有效性氮储备和供应方面并不一定优于桉树人工林.     

宝象河雨季径流过程氮素输移特征及来源示踪

为探究滇池主要入湖河道的氮素来源及输移特征,研究于雨季对宝象河水系径流氮营养盐进行了系统监测,分析了宝象河径流过程中氮的浓度、赋存形态特征及其变化规律等环境过程,并对不同区位的氮来源进行了示踪.结果表明,干流总氮浓度从上至下呈现增长趋势,河源至中游地区以硝酸盐氮(NO_3~--N)为主,而下游则以氨氮(NH_4~+-N)为主.流域主要氮源总氮浓度从低到高依次为:雨水、村镇排污口、农田沟渠径流、城市排污口,其中农田沟渠径流以NO_3~--N为主,而其他三类则以NH_4~+-N为主.雨季宝象河流域各主要氮源的汇入是导致宝象河径流氮浓度及其赋存形态的变化的重要原因,不同氮源的氮赋存形态在一定程度上决定了对应受纳区河道径流氮赋存形态.干流水体δ~(15)N-NO_3~--N从河源至入湖口呈现先增后减的趋势,其变化范围是6.576‰—9.708‰.流域雨水、农田沟渠径流、村镇排污口和城市排污口等氮源δ~(15)N-NO_3~--N分别为3.389‰—5.619‰、6.681‰—19.623‰、5.031‰—9.278‰和5.497‰—7.02‰.降雨和土壤径流是河源氮素主要贡献源;农业源和村镇源是上游、中游地区氮素主要贡献源;宝象河下游除了农业源、村镇源外,城市源也是其主要贡献源.研究结果能为滇池流域氮素面源污染精确治理和调控提供依据.     

石灰氮对土壤NH3、N2O排放的影响

为了研究石灰氮对土壤氨(NH_3)挥发和氧化亚氮(N_2O)排放的影响,本研究采用室内模拟方法,共设置石灰氮(LN)、尿素(Ur)、碳酸氢铵(AB)和对照(CK)等4个处理,分别采用原位通气和静态箱法测定NH_3和N_2O排放速率.结果表明,与AB处理氨挥发速率逐渐降低的特征相比,LN与Ur处理氨挥发速率均呈先增加后降低的特征,且LN处理的氨挥发速率高于Ur处理.Ur、AB处理的N_2O排放为单峰,LN处理先后出现两个排放峰.培养前期(2—12 d),LN处理土壤NH_4~+-N显著高于Ur和AB处理,与该处理前期NO_3~--N含量增幅较小、随后增长速率加快相吻合.AB和Ur处理的N_2O、NH_3排放速率均与土壤NO_3~--N和NH_4~+-N显著相关,但LN处理仅NH_3挥发速率与土壤NO_3~--N、NH_4~+-N显著相关.LN、AB和Ur处理NH_3挥发系数分别为5.9%、5.3%和2.5%,N_2O排放系数分别为0.52%、1.13%和0.76%.综上,施用石灰氮可显著降低N_2O排放,但增加了NH_3挥发风险,因此施用石灰氮时应综合考虑其氮素损失及环境风险.     

洱海近岸不同种植类型农田沟渠径流氮磷流失特征

为研究不同种植类型对沟渠径流氮磷流失的影响,以洱海西岸苗木地、菜地和稻田3种种植类型农田内的典型灌排单元为研究对象,通过监测沟渠径流流入和流出灌排单元断面的氮、磷浓度,分析不同种植类型对沟渠径流氮、磷浓度的影响及相对贡献。结果表明,不同种植类型农田沟渠出水径流氮、磷浓度从大到小依次为菜地、稻田和苗木地,其中稻田和苗木地沟渠出水口径流总氮(TN)浓度大于GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅳ类水,而总磷(TP)浓度低于地表Ⅳ类水标准,菜地沟渠出水口径流TN、TP浓度远大于地表V类水标准。菜地沟渠出水口径流中各形态氮、磷浓度均大于沟渠入水口,苗木地则相反。5、6月稻田沟渠出水口径流各形态氮、磷浓度大于沟渠入水口,其他月份则相反。3种种植类型下沟渠径流氮磷的主要形态为无机氮和可溶性总磷(DTP),分别占TN和TP浓度的70.32%~81.49%和70.33%~79.33%,NO_3~--N占无机氮浓度的75.13%~84.75%。不同种植类型对沟渠径流TN、NH_4~+-N、NO_3~--N、TP和DTP浓度的贡献率从大到小依次为菜地(56.41%、85.81%、44.61%、66.17%和64.80%)、稻田(-4.50%、-15.14%、-10.01%、-0.85%和-0.29%)和苗木地(-89.88%、-64.81%、-96.49%、-72.11%和-69.69%)。     

牦牛排泄物输入对若尔盖高寒泥炭地土壤短期氮转化的潜在影响

牦牛放牧是若尔盖泥炭地一个普遍现象,牦牛排泄物直接返还于泥炭地.通过室内短期培养实验,利用~(15)N稳定同位素成对标记法结合马尔可夫链蒙特卡洛随机采样方法(MCMC)数值模型,研究牦牛排泄物输入对泥炭地土壤氮初级转化速率的影响.结果表明,施粪组土壤NH_4~+-N的总生产速率(17.49 mg kg~(-1) d~(-1))约为对照组的2倍(8.94 mg kg~(-1)d~(-1)),其中有机氮的矿化作用是其主要来源途径.两种处理土壤NH_4~+-N的总消耗速率均大于各自总生产速率,其中被微生物的同化作用固定于难分解有机氮库中的NH4+-N分别占其总消耗量的70%(对照组)和91%(施粪组).微生物的自养硝化作用是两种处理土壤NO_3~--N的主要产生途径,分别为5.31 mg kg~(-1) d~(-1)(对照组)和2.13 mg kg~(-1) d~(-1)(施粪组),均占各自NO_3~--N总生产量的80%以上.对照组和施粪组土壤NO_3~--N的主要利用方式均为NO_3~--N的异化还原作用,分别为0.20和0.24 mg kg~(-1) d~(-1).施粪组土壤N_2O累积排放量最高,为7.81 mg kg~(-1),对照组次之,为6.08 mg kg~(-1),施尿组最少,为3.04 mgkg~(-1).施粪和施尿使土壤CH_4累积排放量分别增加了2.08和9.49 mg kg~(-1).施粪组和施尿组土壤CO_2累计排放量分别为对照组(145.17 mg kg~(-1))的3.89倍和22.63倍.总体来说,牦牛粪便输入通过促进土壤有机氮的矿化作用、抑制微生物的自养硝化作用以及促进NO_3~--N的异化还原作用,提高了土壤的供氮能力和减少了NO_3~--N的淋溶风险.     

氮沉降对城市绿地植物及土壤养分的影响初探——以果岭草(Cynodon dactylon)为例

大气氮沉降是近年来全球变化研究的焦点问题之一,大量而持续的氮沉降对陆地生态系统造成了广泛的影响,但关于氮沉降对城市绿地生态系统的影响及其机制仍然缺少足够的研究。通过模拟氮沉降控制试验,以NH_4NO_3作为外加氮源,设置了N0、N1、N2和N3(分别相当于氮沉降0、5、10、15 g·m~(-2)·a~(-1))4个不同处理,历时12个月,探讨不同程度氮沉降增加对典型城市绿化物种果岭草(Cynodon dactylon)生长状况及土壤化学性质的影响。研究结果表明:(1)氮沉降量为5 g·m~(-2)·a~(-1)时,果岭草地上、地下生物量以及植株密度最大;氮沉降量为10 g·m~(-2)·a~(-1)时,株高最高;根冠比随着施氮量的增加呈减小趋势;适量氮沉降处理有利于植株的生长以及生物量的积累;同时,降水的季节变化可能影响植物对氮的吸收利用;(2)城市绿地土壤pH值随施氮量的增加呈减少趋势,低度适量的氮沉降作用于城市碱性土壤可以中和土壤酸碱度,调节土壤pH值;(3)施氮处理使得城市绿地土壤中的有效氮含量和城市绿地生产力得到一定程度提高。本研究结果证明氮沉降将对城市绿地植物及土壤理化性质产生持续的影响,同时一定程度的氮沉降对城市绿地植物生产力的提高具有促进作用。