亚热带流域氮磷排放与养殖业环境承载力实例研究

畜禽养殖业粪便排放已经成为我国农村地区主要的农业面源污染源之一,也是制约养殖业良性发展的主要瓶颈.本文以湖南省长沙县典型亚热带流域为研究单元,基于流域水环境定位观测、耕地氮(N)磷(P)消纳能力以及养殖业调查和土壤分析资料,初步分析了亚热带丘陵区的面源污染现状及畜禽养殖业的环境承载力.结果表明,研究区金井河流域134.4 km2范围内N、P年负荷分别为N 2.72 t·km-2和P0.11t·km-2,其中养殖粪便对水体总氮(TN)、总磷(TP)负荷的贡献率分别约为42.2％和62.0％.区内平均畜禽养殖密度为3.46 AU·hm-2(相当于流域内年出栏生猪24.39万头),显著高于现有化肥用量条件下流域的实际承载力1.13 AU·hm-2(相当于流域内年出栏生猪6.35万头),因此养殖密度过高是导致研究区水体NP负荷较高的主要原因.区内N、P盈余量分别为N 35.8 kg·hm-2、P 18.61 kg·hm-2.研究区基本不施用化肥条件下畜禽养殖业的最大环境承载力为7.26 AU·hm-2,在有机肥占合理施肥量30％条件下,当地畜禽养殖业的环境承载力为2.74AU·hm-2(相当于流域内年出栏生猪19.50万头).降低养殖密度、调整养殖业空间布局以及提高养殖废弃物的资源化利用率是防治当前面源污染的有效途径.     

近10 a来珠江三角洲地区氮收支演变及区域差异分析

采用2000、2005 和2010 年三个不同时期的工业、农业、环保、自然条件和人口等相关数据,通过大量数理统计分析对近10 a 来珠江三角洲（简称“珠三角”）地区的氮收支演变与区域差异进行了评估。结果表明,在过去三个不同时期,珠三角地区氮的年输入、输出量有升有降,但是氮盈余总量却呈现出较显著的增加趋势,单位面积氮盈余量也从2000 年的43.43 kg/（hm²·a）增加到2010 年的51.92 kg/（hm²·a）。整个珠三角地区的负荷氮水平较全国平均水平偏高,但尚低于同样经济发展迅速、人口密集的长江三角洲地区的平均水平。快速的城市化发展和日益增强的人类活动对珠三角地区氮收支变化具有较大影响,且表现出非常显著的内部区域差异,深圳、东莞、佛山和广州等城市均面临较为严峻的氮污染潜势。     

快速城市化背景下县域尺度农田氮素平衡状况的演变 ——以江苏省宜兴市为例

以苏南宜兴市为例,通过收支计算,揭示快速城市化背景下县域尺度农田土壤氮素平衡的演变及其主要影响因素.结果表明,自1985年以来,由于化肥施用量的大幅度下降和有机肥使用的减少,宜兴市农田氮素输入总量减少,氮素盈余由1985年的131.7kg/hm2减少至2008年的5.0kg/hm2,收支逐渐趋于平衡.这一变化有利于减少农田生态系统氮素的积累,从而降低非点源污染的危害.然而,人畜排泄物利用的减少虽然能够在一定程度上降低农田氮素的盈余,但增加了向水体的直接排放,从全局考虑不利于区域水环境质量的改善.     

生物表面活性剂产生菌的分离鉴定及碳氮源优化

采集炼油厂内长期石油污染土壤,经富集培养、蓝色凝胶平板筛选和发酵液表面张力测定等方法,从油泥中筛选出产生物表面活性剂的土著微生物1株,命名为S2,并对其进行生理生化性能测定与产物特性及结构研究.结果表明,该菌鉴定为铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosa,测定证明其发酵液表面张力稳定,最佳条件下发酵液表面张力可由75mN·m-1降至35mN·m-1,临界束胶浓度（CMC）值为0.25g·L-1,远远低于一般化学表面活性剂的CMC值.发酵液乳化性能优于对照的十二烷基磺酸钠(SDS)及十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)等常用的化学表面活性剂.对培养基成分进行优化,选定的最佳碳源为菜油,最佳氮源为硝酸钠,优化培养条件后,产物最大产量达到了4.7g·L-1.     

白石水库颗粒有机物及沉积物中碳、氮稳定同位素的空间分布特征

于2013年10月对辽宁省白石水库水质、颗粒有机物及底泥沉积物中δ~(13)C和δ~(15)N值的空间分布特征进行了研究.结果表明:白石水库POC的平均浓度为(1.76±0.98)mg·L~(-1);TP的平均浓度为(0.04±0.03)mg·L~(-1);TN的平均浓度为(1.80±0.08)mg·L~(-1),TP和POC从上游到下游呈现逐渐降低的趋势;TN的水平分布变化不大.小型颗粒有机物的δ~(13)C值平均为(-24.6±0.9)‰;δ~(15)N值平均为(4.8±0.4)‰.大型颗粒有机物的δ~(13)C值平均为(-22.5±0.9)‰;δ~(15)N值平均为(6.7±0.5)‰,颗粒有机物的δ~(13)C和δ~(15)N变化范围都很广,小型颗粒有机物的δ~(13)C和δ~(15)N值最大差异可达4.6‰和2.7‰,大型颗粒有机物的δ~(13)C和δ~(15)N值最大差异分别为3.3‰和1.8‰.底泥沉积物的δ~(13)C值平均为(-24.2±1.2)‰;δ~(15)N值平均为(4.1±0.7)‰.大型颗粒有机物与小型颗粒有机物之间的δ~(13)C和δ~(15)N值存在极显著正相关关系(P0.01).颗粒有机物和底泥沉积物中δ~(13)C和δ~(15)N值的水平分布具有由上游到下游逐渐增大的规律,颗粒有机物与沉积物之间的δ~(13)C和δ~(15)N值存在显著正相关关系(P0.05).垂直分布中,颗粒有机物的δ~(15)N值是表层大于底层,TN和大型颗粒有机物的δ~(15)N值呈显著正相关(P0.05),POC与颗粒有机物的δ~(15)N值呈极显著正相关关系(P0.01).白石水库水中和沉积物中的有机质主要来源于浮游生物和土壤有机质,颗粒有机物的δ~(13)C值与POC和TP呈显著负相关(P0.05).     

再生水灌溉对土壤团聚体中有机碳、氮和磷的形态及分布的影响

为了解再生水灌溉对砂质紫色土土壤有机碳、氮和磷的形态及其在不同粒级团聚体中分布的影响,比较了四川省彭州市灌溉年限分别为3a和8a的2个再生水灌溉区土壤中不同粒径团聚体中有机碳、氮和磷的分布及化学形态.结果表明,再生水灌溉区土壤有机碳、氮和磷主要分布在>2mm和2mm的大粒径团聚体所占比例下降,向较小粒径转化;>0.25mm团聚体中有机碳和氮含量显著上升,在所有5个粒级的团聚体中磷素含量都有显著提高.再生水灌溉还有利于紫色土重颗粒态有机碳和颗粒态氮的形成,且灌溉时间越长,效果越明显.在除<0.053mm的其它4个粒级团聚体中,再生水灌溉区土壤中交换态磷及钙结合态磷比例上升,而铁铝结合态磷比例下降.综上,再生水灌溉有效的改善了砂质紫色土土壤的有机碳库、氮库和磷库,长期灌溉可以减少人工施肥量.     

两株异养硝化细菌的氨氮去除特性

从生物陶粒反应器中分离得到2株异养硝化细菌ZW2和ZW5,对2菌株的生理生化实验以及16S rDNA序列分析,确定菌株ZW2和ZW5分别为假单胞菌(Pseudomonas sp.)和粪产碱杆菌(Alcaligenes faecalis),并对其硝化性能和脱氮能力进行了研究.结果表明,2株细菌能在利用有机物的同时进行硝化和脱氮作用.经过60h的培养,ZW2和ZW5对氮素的去除率可以分别达到43.90%和48.52%,对COD的去除率分别为67.48%和78.21%.在此过程中,亚硝酸盐浓度一直保持在微量水平,硝酸盐稍有积累,说明2株异养硝化细菌同时也具有好氧反硝化功能.     

三江平原水田氮的侧渗输出研究

为探讨三江平原水田面源污染物氮的输出机制,通过不同尺度田间原位实验,研究了氮在水田-田埂-渠系系统侧渗输出过程中氮含量、田埂截留率及侧渗速率的变化规律.并对水田氮流失负荷进行了量化.结果表明,近沟渠田埂宽度对侧渗速率和截留氮素的能力影响明显.随田埂宽度的增加,侧渗速率降低,而田埂对氮素的截留能力增强,其中,田埂对氨氮(...     

太湖西部河湖氮污染物来源及转化途径分析

通过2014年枯水、丰水两期监测,综合分析了太湖西部入湖河流与湖区水体及其沉积物的无机氮形态与同位素特征,并利用δ~(15)N识别了太湖西部上游区氮污染来源及转化途径的生物化学作用机制.结果表明:NO_3~--N与NH_4~+-N为研究区域入湖河流无机氮的主要形态,而NO_3~--N为西部湖区水体无机氮的主要形态;δ~(15)N-NO_3~-的数值范围揭示了西部入湖河流在枯水季NO_3~--N主要来源于农用化肥,有少量矿化土壤有机氮,而丰水季则以生活污水为主,有少量矿化土壤有机氮及农用化肥;δ~(15)N-NH_4~+的数值范围说明了生活污水是河流水体NH_4~+-N的主要来源;通过水体及沉积物样品NO_3~--N、NH_4~+-N、δ~(15)N-NO_3~-、δ~(15)N-NH_4~+的协同分析可知,湖区氮的赋存形态主要受湖区水体硝化作用及沉积物内反硝化作用的影响.     

纳米银和银离子对土壤中硝化微生物及其氨氧化速率的影响

为研究纳米银对土壤硝化微生物及其氮转化的影响,采用土壤培养方式,对不同剂量纳米银(10、50、100 mg·kg~(-1))和银离子(1、5、10 mg·kg~(-1))暴露下黄棕壤和水稻土硝化细菌数量、土壤酶活性、amoA基因丰度、NH_4~+-N与NO_3~--N含量变化以及土壤潜在氨氧化速率进行研究.结果表明,纳米银和银离子暴露后,2种土壤亚硝酸细菌和硝酸细菌数量显著减少;土壤酶活性受到抑制,对脲酶的影响大于过氧化氢酶;土壤氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)的amoA基因丰度均降低,对AOB基因丰度的影响大于AOA.在2种土壤中外源添加(NH_4)_2SO_4时,随着纳米银和银离子暴露剂量增加,土壤NH_4~+-N含量累积,NO_3~--N含量减少,氨氧化速率降低,铵态氮向硝态氮的转化受阻.综上所述,纳米银和银离子对土壤硝化微生物产生毒害作用并影响铵态氮转化,且影响程度与土壤理化性质有关.