5种沉水植物的氮、磷吸收和水质净化能力比较

选取轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)、苦草(Vallisneria natans)、金鱼藻(Ceratophyllum demersum)、穗状狐尾藻(Myriophyllum spicatum)、微齿眼子菜(Potamogeton maackianus)等5种乡土沉水植物为研究对象,在室内静水条件下对其氮、磷吸收和水质净化能力进行比较研究.结果表明,不同沉水植物试验前后的含水率差异较小,变化范围为89.8%~92.0%,但净增生物量差异较大且均存在显著性差异,变化范围(干重计)为1.52~12.92 g·m-2,其中净增生物量最高的轮叶黑藻是最低的微齿眼子菜的8.5倍.不同沉水植物试验前后植株氮、磷含量变化范围分别为26.54~34.44 g·kg~(-1)和2.54~4.01g·kg~(-1),其中金鱼藻的植株氮、磷含量相对偏高.不同沉水植物处理的水质TN、TP去除率范围分别为63.8%~83.1%和49.2%~70.8%,均显著高于CK处理的39.9%和36.9%,去除率大小顺序均为:轮叶黑藻金鱼藻苦草穗状狐尾藻微齿眼子菜CK.不同沉水植物处理的水质TN、TP去除率与净增生物量存在较高相关性,相关性系数分别为0.994(P0.01)和0.996(P0.01).不同沉水植物氮、磷直接吸收贡献率范围分别为1.5%~13.3%和2.2%~13.2%,扣除水体自身自净能力后沉水植物的增效作用贡献率范围分别为22.5%~29.9%和10.1%~20.6%,表明水质净化氮、磷去除过程中沉水植物的增效作用要大于直接吸收作用.     

香港石岗──小溪磷、氮浓度的变化及影响因素

研究香港石岗一条小溪在１９９１年夏雨季溪流中氮和磷的浓度及其在暴雨过程中的变化。结果表明：在基本径流中的氮、磷浓度很低，而在暴雨期间，溪流的氮、磷浓度随水文过程线的上升而增加，但随着暴雨时间的延长，氮、磷浓度随水文过程线增加的趋势会逐渐减弱。与小溪下游汇入的河流比较来看，人为活动对河流的氮、磷浓度影响较大，如不加以控制，将会引起水质恶化。     

香港石岗——小溪磷、氮浓度的变化及影响因素

研究香港石岗一条小溪在1991年夏雨季溪流中氮和磷的浓度及其在暴雨过程中的变化。结果表明:在基本径流中的氮、磷浓度很低,而在暴雨期间,溪流的氮、磷浓度随水文过程线的上升而增加,但随着暴雨时间的延长,氮、磷浓度随水文过程线增加的趋势会逐渐减弱。与小溪下游汇入的河流比较来看,人为活动对河流的氮、磷浓度影响较大,如不加以控制,将会引起水质恶化。      

基于周边站点优化选取的随机森林PM2.5小时浓度预测研究

空气中的PM_2.5是威胁人体健康的主要大气污染物,对其进行有效预测和及时预警具有重要意义.大量研究表明,纳入周边站点信息的随机森林模型在单站点PM_2.5预测中显示出良好的效果,但在周边站点选取问题上目前尚缺乏针对性研究,部分选取方法带有主观性.本文提出了一种基于时间滞后互相关分析的周边站点优化选取方法,并以上海十五厂空气质量监测站（国控站）为例,构建了预测该站未来1~24 h PM_2.5浓度的随机森林回归模型集,比较分析了预测模型中各输入因子的重要性.研究发现,预测站点当前PM_2.5浓度值对未来1~16 h的预测最为重要,而气象要素中的风向则对于未来17~24 h的预测重要性最高;周边站点PM_2.5信息随着预测时间的延长,其重要程度排名有明显提升,且不同站点对不同时间预测的影响具有显著差异,在建模时应区别对待,优化选取.比较结果表明,使用本文方法选取周边站点建立的预测模型不仅在RMSE等精度指标上具有一定优势（12 h和24 h预报RMSE分别降低11.8%和13.3%）,还在有实用价值的污染事件空报率上有明显降低（12 h和24 h预报空报率分别降低16.1%和25.6%）,具有业务应用潜力.     

浅析高污泥浓度与生物脱氮除磷的关系

通过污水厂运行实践发现在脱氮处理工艺中高污泥浓度有利于提高脱氮除磷效率,主要介绍了高污泥浓度在硝化、反硝化除磷过程中的有利点.具体从反应速率、回流溶解氧、有机碳源分配、同程反硝化等方面进行脱氮除磷论述.在处理设施允许的条件下应尽量提高污泥浓度,已提高系统的脱氮除磷效率.     

草海湿地小流域土地利用与景观格局对氮、磷输出的影响

识别主要污染物和污染源对草海湿地生态系统的保护与管理具有重要的现实意义.基于2012年5—10月6个小流域的水质观测数据、土地利用结构与景观格局指数,研究了草海湿地入湖小流域氮、磷输出的时空变化规律及其与景观格局的关系,以期为草海湿地综合治理提供参考.结果表明,草海湿地北面建设用地面积比例呈西北、东南方向逐渐降低和景观破碎度逐渐减小的趋势,具有明显的城市-城郊-农村的景观格局梯度,景观格局影响流域水质.多元统计分析表明,小流域氮磷输出受景观组成属性和空间属性综合影响,城镇建设用地百分比与TN、TP和COD呈显著正相关关系(r分别为0.995、0.978和0.996,p0.01),景观破碎度(CONTAG、ED、MPS)和多样性(SHDI)与水质(TN、TP、COD)具有显著的相关关系,CCA的第一排序轴解释了建设用地面积比例、景观指数与水质指标相关性的96.0%.可见,威宁城镇化快速发展威胁了草海湿地生态安全,需进行草海周边城镇化进程的调整和控制.     

基于遥感与随机森林算法的陕西省土壤有机质空间预测

遥感数据作为反映土壤组成结构及植被生长状况的数据源,借助辅助环境因子的土壤属性预测在数字土壤制图中日益受到重视。论文运用随机森林（Random Forest,RF）算法,基于AWIFS（分辨率56 m）和MODIS（分辨率250 m）遥感数据及501个实测样点数据对陕西省土壤有机质空间分布状况进行预测,并对预测精度进行估算。结果表明陕西省土壤有机质含量以南部的秦岭山地区和大巴山区为最高,土壤有机质含量大于25 g·kg^-1,黄土高原南部处于中等水平,大部分在16~25 g·kg^-1之间,关中平原和汉中低山丘陵区含量偏低,大部分在13~25 g·kg^-1,而黄土高原北部和风沙滩区含量大部分低于10 g·kg^-1。基于AWIFS影像的预测效果要优于MODIS影像,成像日期对有机质预测的影响不大。基于RF模型的土壤有机质预测精度在设定的不同抽样百分比条件下,独立验证数据集的平均误差大部分不超过3 g·kg^-1,预测值与实测值的相关系数在0.7以上。高程是影响土壤有机质预测的最重要因子,当影像的分辨率降低时,样点分布的地理经纬度和坡度对土壤有机质预测的影响上升,植被因子的影响程度下降。     

调水型水库藻类对调水氮、磷浓度与水量的响应

以南方某典型的调水型水库为研究对象,采用EFDC模型建立了水库的三维水动力和富营养化模型,并根据长历时的水文和水质数据对模型进行了率定和验证.基于模型计算结果,分析了水库氮、磷浓度对藻类生长的影响,计算了藻类对调水氮、磷浓度及调水量的响应关系.结果表明,水库氮、磷浓度对藻类生长的限制作用很小.在降幅相同的情况下,降低磷浓度比降低氮浓度的藻类浓度降幅更大,削减60%的氮,叶绿素a无明显下降,削减60%的磷,叶绿素a平均下降12.4%,分别削减90%的氮和磷,叶绿素a分别平均下降17.9%和35.1%.当调水量高于现状的20%,藻类浓度随调水量增大而降低,当调水量低于20%,藻类浓度随调水量增大而升高,调水量比现状增大1倍,叶绿素a平均降低25.7%,调水量降至20%,叶绿素a平均升高38.8%.本研究对于支撑水源地的富营养化控制工作具有重要意义.     

基于高时间分辨率静止卫星数据的区域耗水时空格局研究——以春旱季节淮河流域蚌埠以上农业区为例

论文提出了一个基于高时间分辨率静止卫星的陆面区域蒸散模型(a Land Regional Evapotranspiration Model based on High Temporal Resolution Geostationary Satellite Data, LREMHT),该模型基于对地表温度日过程的傅立叶拟合计算感热通量,进而地面实测潜在蒸发的日总量及其空间分布对模型结果进行了验证,表明模型计算合理,可用于区域耗水模拟。利用该模型计算分析了春旱季节（2005年4月份）淮河流域蚌埠以上农业区的区域耗水时空分布格局,结果表明：①日内：耗水最低值出现在日出前后,最高值出现在正午能量交换最活跃的时刻;②月内：一日耗水最高值出现时刻逐步往后推移：上旬出现在11：00前后,中旬出现在13：00前后,而下旬出现在14：00前后;日总量呈现递增趋势;③区域耗水月总量在空间上呈现北高南低、西高东低的趋势,由东南向西北递增,西北农业区耗水量最高。图7表1参33     

基于自组织映射与随机森林耦合模型的流域水质空间差异性评估

流域水环境质量空间分布特征分析是推进流域精细化管理的基础.本研究基于流域特征指标与水质的关联性,以子流域为分析单元,利用自组织映射人工神经网络模型（SOM）对苕溪流域水质数据聚类分析为3类后与随机森林模型（RF）进行耦合,对全流域水质进行了空间差异性评估.研究结果显示,上游山地区域水质较好,而平原河网人口集聚区的COD_Mn、NH₃-N及TP浓度较高,山地与平原过渡地带水质则主要受到COD_Mn和TN的影响.采用自然环境、社会经济及土地利用/覆盖指标作为流域特征进行水质分级模式识别,SOM与RF模型耦合模型的准确率稳定在80%左右;在对强相关性特征进行筛选识别后,将蒸发蒸腾量、坡度、人口密度、大于10℃积温、旱地占比、城镇用地占比及景观多样性指数为作为输入特征,准确率可达83%,可以有效地开展全流域水质分级评估.     

珠江河口地区农田水体N、P污染研究

以张松村和万顷沙十五涌的农田水渠为研究对象,根据水系分布情况设置采样点,分析N﹑P在渠系中的时空变化规律.结果表明,农田水渠水体N、P平均浓度高于附近河涌及珠江河道.两个研究区中TN、NH4+-N浓度沿着排水水流方向总体上有逐渐减小的趋势,而NO3--N浓度逐渐增大.万顷沙十五涌农田水渠TP沿着排水水流方向逐渐减小,而张松村的变化无明显规律. Spearman相关分析结果显示,张松村农田水渠TN与NH4+-N、TP、CODcr呈显著性正相关;NH4+-N与NO3--N呈负相关;万顷沙十五涌农田水渠TN与NH4+-N、TP、NO3--N和CODcr呈显著性正相关.该研究可为珠江河口地区水环境保护和农业面源污染治理提供参考依据.     

嘉陵江鲁班水库氮磷时空分布特征及截留率

鲁班水库是四川省第三大水库,具有灌溉、发电、防洪的功能。针对当前鲁班水库总氮（TN）、总磷（TP）浓度超标问题,阐明水库氮（N）、磷（P）时空分布特征,量化水库TN和TP的截留量及截留率,并识别影响水库水质的关键因素。结果表明：水库TN浓度年均值为(0.65±0.22)mg/L,TP浓度年均值为(0.05±0.03)mg/L。水库对TN和TP的截留率分别为55.38%和53.66%,其中,通过灌溉调水的途径去除的TN和TP分别占水库总截留量的38.11%和40.85%。除了外源N、P输入以外,水库中藻类的生长、死亡和分解过程影响水库N、P浓度,以及水库对N、P的截留率。可通过降低外源N、P输入,同时控制水库内部藻类的生长改善鲁班水库水质。     

长江流域养殖池塘氮磷污染负荷估算

长江流域平原区水网密布、渔业发达,养殖池塘造成的氮磷污染问题突出,是河湖富营养化的重要污染源之一;从大空间尺度,精细化估算养殖池塘的氮磷污染负荷,对水污染的精准防控具有重要意义.以长江流域为研究区,依托Google Earth Engine遥感大数据平台,构建了基于机器学习算法的养殖池塘识别模型,精细化识别了长江流域养殖池塘的分布与类型;梳理养殖坑塘的氮磷污染研究案例,针对长江流域养殖坑塘的特征,构建氮磷污染负荷的估算方法,评估氮磷污染负荷的时空分布.研究结果表明：2021年,长江流域养殖池塘总面积为14567km²,包括鱼塘5820 km²、虾蟹塘8747 km²、氮磷排放量分别为95059、16224 t;中部地区的氮磷污染负荷最大,东部地区次之,西部地区最小.本研究是遥感大数据在大尺度污染负荷定量分析的尝试应用,方法适用于其它类型污染负荷的估算.     

好氧颗粒污泥同时脱氮除磷实时控制的研究

为实现以厌氧/好氧方式处理生活污水常低温同时脱氮除磷好氧颗粒污泥(AGS)工艺的实时控制,研究了冬季低温条件下磷负荷变化对系统同时脱氮除磷的影响及DO、pH值和ORP的变化规律;并通过静态实验研究了同时脱氮除磷AGS中聚磷菌(PAO)的组成.结果表明,DO、pH值和ORP的特征点对应反硝化结束、厌氧放磷结束、吸磷结束以及硝化结束等阶段,可以作为AGS同时脱氮除磷的实时控制参数.同时脱氮除磷AGS中,以氧作为电子受体的PAO能够去除总磷酸盐的14.19%;以氧和NO3--N作为电子受体的PAO能够去除总磷酸盐的74.32%;以氧、NO3--N和NO2--N作为电子受体的PAO能够去除总磷酸盐的11.47%.在好氧条件下AGS可以实现同时硝化、反硝化、好氧吸磷和反硝化吸磷.     

东苕溪水体氮、磷形态分析及其空间差异性

于2009~2011年在东苕溪开展了4次全流域野外调研,系统分析了东苕溪水体氮、磷形态特征及其空间差异性.东苕溪可分为上游、中-上游、中-下游3个河段,分别具有山溪性河流、城镇影响河流、平原型河道特征.结果表明,水体中氮以溶解态为主,硝态氮(NO₃^--N)是溶解态总氮(DTN)的主要形态;颗粒态磷比例略高,溶解态总磷(DTP)的相对贡献沿程降低.溶解态有机氮(DON)、磷(DOP)分别占DTN和DTP比例的22%、42%,且TN与DON、TP与DOP之间显著正相关.中-上游河段的氨氮(NH₄⁺-N),DOP和溶解性正磷酸盐(PO₄^3--P)含量最高且电导率与NH₄⁺-N、DOP之间存在显著正相关,表明城镇污、废水排放影响水体氮、磷含量及形态特征;浊度与各形态磷之间均存在极显著正相关,河段下游开矿、行船及挖沙引起的矿质颗粒输入或沉积物再悬浮是磷素的重要来源,但水体中部分溶解态磷吸附在矿质颗粒表面形成胶体物质,导致中-下游河段DTP略有降低.     

海河流域氮磷面源污染空间特征遥感解析

以MODIS遥感数据为驱动,采用以遥感像元为基本模拟单元的DPeRS（Diffuse pollution estimation with remote semsing）面源污染负荷估算模型,分析了2016年海河流域氮磷面源污染空间分布特征,并对“十三五”《重点流域水污染防治规划》中划定的海河流域172个控制单元进行面源污染优先控制单元分析.结果表明,2016年海河流域总氮（TN）排放量为13.62万t,入河量为2.53万t;总磷（TP）排放量为8152t,入河量为1597t;空间分布上,海河流域中部和南部地区氮磷面源污染较重,其中河北省片区氮磷面源污染物排放量及入河量最大;农田径流型是海河流域氮磷面源污染的主要类型,其次城镇径流影响也较大;筛选出海河流域TN和TP面源污染优先控制单元分别为127和131个,面积占比分别为84.2%和87.0%.     

洨河沉积物中有机物、氮、磷浓度分布特征

海河流域由于水资源匮乏,污染河水被用于灌溉的情况较为普遍,存在严峻的环境风险。研究了海河流域典型纳污河流洨河沉积物中有机物(OM)和不同形态氮、磷浓度与分布,分析了洨河沉积物沉积和释放的机理及其可能产生的环境影响。结果表明:沉积物中总氮(TN)的沉积和释放机理与OM类似,沉积物中OM和TN浓度分布与河水中的不相关,可能是由于沉积物中OM与TN浓度在不同河段受不同因子控制,在沉积物未疏浚河段,OM与TN主要源于深层沉积物向表层沉积物中的扩散释放,而在底泥疏浚河段,沉积物中OM与TN浓度与水利条件以及微生物活动等多种因素有关;沉积物中总磷(TP)浓度与水体中的相关性不显著,可能是因为钙磷(Ca-P)与铁铝磷(Fe/Al-P)会结合成某种难溶性磷;沉积物中TP浓度与TN、OM浓度相关性不显著,因为沉积物对磷的吸附主要与水体中的Ca ²⁺、Al ³⁺、Fe ²⁺(或Fe ³⁺)浓度有关。     

三峡库区香溪河流域非点源氮磷负荷分布规律研究

三峡水库蓄水后,水动力条件改变,营养盐不断累积,导致库区部分支流库湾水华现象及水体富营养化问题严重.本文以香溪河支流为研究区,以氮磷为研究对象,应用SWAT模型进行不同时空尺度非点源氮磷分布式模拟和分析.结果表明:径流和营养盐负荷受降雨影响并与其呈正相关关系,丰水年总氮(TN)和总磷(TP)负荷分别为3.48×103t和0.40×103t,枯水年分别为2.04×103t和0.23×103t,在4—9月丰水期,TN和TP贡献率分别为84.1%和89.4%;TN和TP负荷强度空间差异较大,差异系数分别为0.34和0.58,TN最大值和最小值分别为29.39 kg·hm-2·a-1和3.86 kg·hm-2·a-1,TP最大值和最小值分别为4.900 kg·hm-2·a-1和0.535 kg·hm-2·a-1;TN以硝氮(NO-3-N)为主,TP以矿物磷(MIN-P)为主,TN与TP的相关系数r为0.9258,TP与MIN-P的相关系数r为0.8596,有机氮(ORG-N)与有机磷(ORG-P)的相关系数r为0.9839,氨氮(NH+4-N)与亚硝氮(NO-2-N)的相关系数r为0.9723;污染控制的重点支流是高岚河流域和古夫流域,尤其是耕地面积比例较大的水月寺,黄粮、榛子、古夫4个乡镇,以及库湾周边的七里溪.     

辽河流域氨氮水质基准与应急标准探讨

水质基准是水质标准制/修订的科学依据,针对我国流域状况进行水质基准研究,并以此为依据制/修订我国相关水质标准已成为迫切需求.针对辽河流域的水生生物分布和水质状况,借鉴美国氨氮基准方法学,对氨氮毒性数据进行分析,得出了以水体温度和pH值为自变量的辽河流域氨氮急性和慢性基准函数方程,由方程可知,pH值8.0,25℃时,辽河流域的氨氮急性和慢性基准分别为3.06,0.364mg/L.利用荷兰和澳大利亚的水质基准技术对推算结果进行了验证和比较,结果表明3种方法得值在同一数量级,且荷兰基准技术方法相对保守.此外,基于生态风险评估对氨氮水质基准向应急水质标准的转化进行了探讨.     

降雨季节岷江上游高山森林溪流非木质残体氮和磷贮量特征

高山森林生态系统氮和磷可随溪流非木质残体的输出和降解而流失,进而影响下游水体环境,但目前缺乏必要关注.因此,本文以岷江上游高山森林为研究对象,于2013年8月(雨量最大季节)调查了18条溪流中的非木质残体(树皮、树叶和1 cm树枝)氮和磷贮量特征.结果表明,该区域溪流中非木质残体氮在单位面积集水区的贮量为2684 mg·hm-2,在单位面积溪流的氮贮量为774 mg·m-2,其中,树皮、树叶和1 cm树枝在单位面积溪流的贮量分别为112、154和508 mg·m-2,分别占总氮贮量的14%、20%和66%;溪流中非木质残体磷在单位面积集水区的贮量为468 mg·hm-2,在单位面积溪流的磷贮量为135 mg·m-2,其中,树皮、树叶和1 cm树枝在单位面积溪流的贮量分别为15、31和89mg·m-2,分别占总磷贮量的11%、23%和66%.回归分析结果表明,非木质残体氮和磷贮量均随溪流长度和面积的增加而显著增加,但随溪流流量的增加表现为先增加再降低的趋势.这些结果为深入认识岷江上游高山森林氮和磷流失途径及其对下游生态系统的潜在影响提供了新的思路.