锂同位素在水环境领域的研究进展

近年来有关锂同位素的研究及其应用已成为水环境领域研究的热点问题之一。锂的两个稳定同位素(~6 Li和~7 Li)之间相对质量差较大,容易产生明显的同位素分馏,研究表明温度是控制锂同位素分馏的关键因素,扩散驱动以及配位数差异也会对锂同位素分馏产生重大影响。自然界中锂同位素的组成变化很大,δ7 Li值在-40‰~+50‰之间变动,不同地质体的δ7 Li值的明显差异使锂同位素的应用范围更加广泛。锂元素较高的化学活动性决定了它能够积极地参与各种水环境演化过程,并被作为新的示踪工具应用于环境水体污染、水循环以及卤水形成与演化等领域。概述了锂同位素作为良好的示踪工具在水环境领域取得的最新研究成果,以期为拓展锂同位素在环境地质方面的应用研究提供借鉴。     

地表水中氨氮与铁锰共存下的垂向转化规律研究

为掌握地表-地下联合系统中氨氮与铁锰共存条件下的转化规律,以石佛寺水库为例,通过在入库、出库监测断面布点采样并进行土柱模拟试验,对库区地表水中氨氮转化规律进行研究。结果表明:地表-地下联合系统中的库底土层对地表水中氨氮、铁、锰的去除均存在扩散-吸附-生物氧化3个阶段,且铁的去除要优先于氨氮和锰。对氨氮和铁的去除主要集中在0~40 cm,最大去除率分别为81.25%、60%;对总锰的去除则主要集中在25~45 cm,最大去除率为89.24%。通过对库区地表-地下联合系统中氮素以及铁锰转化相互影响的机理研究,掌握了在地表水至地下水的动态转化过程中,库区不同深度土层中氨氮与铁锰之间的相互作用,为实现氨氮与铁锰同时去除提供了思路。     

农田降雨径流污染模型探讨 ——以上海郊区农田氮素污染模型为例

农田降雨径流污染是非点源污染研究中的一个重要问题,估算其发生负荷的难度很大。通过对农田降 流污染模型结构的理解和适当简化不可直接建械的部分,对农田非点源污染物输出的重要环节－－降雨径流和污染物迁移进行了模拟。根据实测资料对SCS法的部分参数作了修正,使小块农田的降雨径流关系适合上海的区域自然地理条件;采用比较完善的径流试验资料建立了相应的径流单位线;并利用水流流速与固体颗粒被冲刷强度的关系,选择合适的试验资料,分析得到了径流过程与氮素流失浓度的相关关系,从而建立了以修正的SCS法、径流单位线和径流过程与氮素流失浓度的关系为基础的农田降雨径流污染模型。在具备较长系列降雨量资料的条件下,该模型确定了不同降雨量频率代表年份上海郊区农田氮素的年流失量。     

紫色土坡耕地氮淋溶过程及其环境健康效应

本研究通过观测3场不同降雨强度及不同施肥方式处理下氮素随紫色土坡耕地的壤中流迁移过程,并对氮素淋溶效应的环境健康效应进行风险评价,进而为控制紫色土地区氮素非点源污染及建立合理施肥制度提供科学依据.结果表明,不同降雨强度下,氮素随壤中流输出形态差异较大,溶解态氮(DN)的比重为53.74%~99.21%,其中硝酸盐(NO-3-N)的比重约为35.70%~93.65%,而在中雨强度下硝酸盐比重高达84.09%~93.65%;对于不同降雨强度,中雨强度下(降雨量为24.7mm)壤中流各形态氮素输出通量最高,总氮(TN)、DN、颗粒态氮(PN)、铵态氮(NH+4-N)和亚硝态氮(NO-2-N)输出通量分别可高达737.17、711.12、26.06、12.70和0.46 mg·m-2,而NO-3-N输出通量可高达686.12 mg·m-2,对地下水环境存在巨大污染隐患.通过对地下水氮素进行污染风险评价,表明秸秆还田能够有效缓解施肥带来的氮淋溶效应,降低地下水氮素污染风险,特别是有机-无机肥配施能有效减缓地下水污染状况,达到改善土壤肥力从而增加农作物产量的目的.     

城市污泥堆肥中氮素在土壤中的矿化特征

采用室内好氧矿化培养实验方法,研究了城市污泥堆肥应用于林地土壤后其氮素的矿化特征,考察了环境因素对其矿化的影响,并通过与尿素对比,评价了污泥堆肥的供氮能力。结果表明,在8%~20%水分含量下,污泥堆肥的潜在可矿化氮量(N0)和一级反应速率常数(k0)均随水分含量升高先增加后降低,而尿素的N0和k0则随水分升高而增加。在10~30℃温度范围内,污泥堆肥的N0和k0均随温度升高而增加,而尿素的N0随温度升高先增加后降低,尿素的k0随温度升高而增加。对于净氮释放率,污泥堆肥随水分含量升高先增加后降低,随温度升高而增加;而尿素则随水分升高而增加,随温度升高没有明显变化。在同一施肥(以氮计)水平条件下,污泥堆肥和尿素的净氮释放率表现为尿素净氮释放率(93.67%~97.04%)污泥堆肥净氮释放率(67.93%~80.15%),污泥堆肥的肥效释放较尿素缓慢。污泥堆肥和尿素通过矿化作用释放出铵态氮,经硝化作用转化为硝态氮,在水分较高和温度较高时,更多的硝态氮在土壤中的累积,可能造成潜在环境风险。     

Fractionation of heavy metals in runoff and discharge of a stormwater management system and its implications for treatment

A stormwater management system utilizing the mechanisms of sedimentation and filtration/infiltration was developed and constructed for the immobilization of suspended solids and heavy metal constituents （Fe, Zn, Pb, Cr, Cu, Cd, Ni） in runoff. Monitoring took place between May 2010 and November 2012 on a total of 24 storm events. This research on the fractionation of heavy metals in runoff and discharge of a stormwater system provided insight on the actual efficiency of the system and determined the implications for treatment of the particulate-bound and dissolved heavy metals in runoff. Results revealed that the partitioning of heavy metal load in runoff in either dissolved or particulate-bound were influenced by flow rate and total suspended solids load, and evident in high-intensity storm （rainfall-runoff event）. On the other hand, the partitioning of heavy metal load discharge from the stormwater system was more apparent during the early period of discharge having higher variability in dissolved than particulate-bound heavy metal. Findings revealed that fractionation of heavy metals played an important role in the performance of the stormwater system; thus, must be considered in designing stormwater systems. For the stormwater system to be effective, it is recommended to design the system treating not only the early period of a storm （first flush criteria） rather until the peak part of the hydrograph （high flow rate where partitioning was greatest） from a load basis.     

海洋环境中溶解氧稳定氧同位素研究进展

溶解氧(DO)的稳定氧同位素组成(δ18ODO)是水生系统DO生物地球化学循环研究的有效示踪剂之一,不同生物地球化学过程引起的氧同位素分馏会反馈到溶解氧同位素组成上。在近年来水生环境中溶解氧同位素研究的基础上,回顾了溶解氧同位素的分馏机理及其影响因素,以及氧同位素的测试技术和海洋环境中溶解氧同位素的应用。在现阶段取得的主要研究进展基础上,提出今后研究及发展趋势应侧重于同位素分析测试技术的提高,特别是高效、快速、连续预处理方法的建立,基础理论研究和关键物理过程在海洋环境溶解氧同位素分布中的作用及其控制机制等方面。     

硝化耦合CANON的铁锰氨生物净化工艺启动与运行

在某生物除铁除锰水厂,以中试模拟滤柱开展了硝化耦合CANON的铁锰氨生物净化工艺启动与运行试验,并分析了氨氮转化去除路径.结果表明,生物除铁除锰滤池历经164 d驯化培养,可实现硝化耦合CANON去除氨氮并稳定运行,特征值ΔNH+4-N/ΔNO-3-N为1.49,生物滤柱对Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)和NH+4-N的氧化去除量分别为(9.87±1.17)、(2.25±0.06)和(1.51±0.06)mg·L-1.基于氮素守恒和溶解氧(DO)守恒分析,通过CANON过程去除的氨氮质量分数为33.48%~38.87%,氨氮去除量与实际需氧量的平均比例为1∶3.79~1∶3.94.温度越低,氨氮经CANON过程去除的质量分数越低.     

秸秆还田对外源氮在土壤中转化及其微生物响应的影响

秸秆还田是农业生产上提高土壤肥力的重要措施,而秸秆中较高的碳氮比,使秸秆碳的利用率较低,温室气体排放较高,因此配施无机氮磷肥能够调控土壤中元素计量比,增加微生物活性和元素利用率,促进土壤肥力提升.本研究选择在模拟秸秆还田条件下,添加¹⁵ N标记的无机氮肥,研究不同养分肥料添加对土壤中外源氮转化与分配的影响,以及微生物响应特征.结果表明,秸秆添加增加了土壤和土壤溶液中铵态氮和总氮含量;秸秆与无机氮肥配施条件下,土壤中¹⁵ N-TN在100 d培养时期内基本保持在28~33 μg,¹⁵ N-NH₄⁺在前30 d培养时期内逐渐增加,而后逐渐降低;施P增加了土壤中¹⁵ N-TN和¹⁵ N-NH₄⁺的含量,却使土壤溶液中¹⁵ N量降低了28%.无机氮肥在土壤中的分配表明,¹⁵ N在土壤中的比例基本保持在52%~61%,磷肥的添加使¹⁵ N在土壤中的分配比例最大提高了16.5%,而土壤溶液中¹⁵ N的比例由第5 d的36%降低至100 d时30%,使外源¹⁵ N损失量减少了1.2倍.秸秆添加促进了微生物活性,显著提高了土壤MBN的量;而无机肥料的添加进一步促进了土壤微生物的活性,100 d培养实验后,秸秆与无机氮、磷肥同时添加使MBN增加到对照处理的2.0和2.2倍.磷肥添加促进了微生物对¹⁵ N的利用,使¹⁵ N-微生物生物量氮（¹⁵ N-MBN）的量比添加秸秆和氮肥处理的提高了1.5倍.对土壤氮转化酶活性（β-1,4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶,NAG）的研究结果表明,氮肥降低了土壤酶活性和底物亲和性,而氮磷肥同时添加时,酶活性较单加秸秆处理提高了48.1%.本研究可为深入了解稻田土壤生态系统氮循环、实现农田土壤肥力提升和温室气体减排提供理论依据.     

华南湿润区坡地氮素流失规律比较试验研究

通过两个径流场的对比试验,研究了华南湿润地区针叶林坡面氮素随降雨径流的流失规律,结果表明,氮素流失量均与坡面径流量和降雨强度具有极显著的线性相关关系,在没有施肥的情况下,氮流失形态以氨氮、硝氮为主,总氮产出浓度随降雨径流的增大,逐步下降,最后趋于稳定。在施放尿素的情况下,氮素随径流的流失形态以氨氮、硝氮和溶解态的尿素为主,总氮的产出浓度呈先升高而后随降雨径流的增大逐渐减少最后趋于稳定的特性。