基于DPSIR模型的曲周县氮素资源可持续利用评价与预测

我国北方地区由于氮素利用效率低导致的环境问题日益凸显。以驱动力-压力-状态-影响-响应(DPSIR)模型为基础,选取38项指标构建河北省曲周县氮素资源可持续利用评价指标体系,结合1997—2017年曲周县统计资料,对研究区氮素资源可持续利用进行评价,并利用灰色预测模型分析研究区氮素资源可持续发展趋势。结果表明,1997—2017年曲周县氮素利用驱动力、状态、影响因素评价值均呈上升趋势,而压力因素评价值呈下降趋势,响应因素评价值呈先下降后上升趋势。曲周县氮素资源在多重因素共同影响下由弱可持续水平向基本可持续水平发展。灰色预测模型预测结果显示2018—2030年研究区氮素资源可持续利用呈上升趋势。情景模拟结果表明研究区城镇化率、人均GDP、农民人均纯收入和城镇人均可支配收入提高10%,均可以使曲周县氮素资源可持续利用综合评价值提高。在曲周县经济发展和城市化进程中,增加经济作物种植面积,加大废弃物处理设施的投入以促进家庭消费系统中氮的资源化,可以提高曲周县氮素资源可持续利用水平。     

紫外老化前后聚氯乙烯微塑料对氮元素的吸附研究

氮素是农业面源污染的主要污染源之一,而水环境中的微塑料和氮素间存在相互作用,从而会对环境造成影响甚至产生扩大农业面源污染的环境风险,为探究自然环境中微塑料与氮素的相互作用行为,本文进行了聚氯乙烯(PVC)微塑料紫外老化前后对氮素的模拟吸附实验。所得结论如下：PVC微塑料对氮素存在吸附作用,且紫外老化作用明显增强PVC微塑料对氮素的吸附能力,同时老化时间越长吸附能力越强。聚氯乙烯微塑料颗粒对氮素的吸附可用准二级动力学方程很好的拟合,且在24h左右时接近吸附饱和。此外,Langmuir和Freundlich吸附等温模型对该吸附过程均表现出较好的拟合度,表明微塑料对氮素的吸附过程包含多种方式,为单层物理吸附和多层化学吸附相结合的过程。     

西苕溪流域土地利用对氮素输出影响研究

以位于太湖地区的西苕溪流域为研究区,利用Arcview3.2的水文模拟和空间分析扩展模块进行子流域划分和典型小流域选择,通过对2000年TM/ETM遥感影像解译获得流域土地利用数据.在2004年分3次(7月、9月、12月)监测了各个小流域出口的总氮浓度,用以表征流域氮素输出强度.基于以上数据,分析了小流域氮素输出的时空变化差异以及土地利用结构对氮素输出影响.结果表明:各个小流域氮素输出差异很大,空间上有从上游到下游逐渐增大的趋势,时间变化上,西苕溪流域中下游的小流域氮素输出7月>9月>12月,上游地区的小流域则与之相反,这与流域的降雨径流分布和土地利用方式差异有关.多个小流域的对比分析表明,流域土地利用结构对氮素输出的影响更大.流域内林地面积比例越大,氮输出强度越小;相反,与人类活动有关的土地利用类型如耕地和居民地比例增大将带来氮素输出增大的后果,而氮素输出的强度似乎与流域面积大小无关.     

黄浦江上游蔬菜田氮素流失规律测坑研究

通过测坑试验,研究了黄浦江上游蔬菜田渗漏水中氮素的变化动态和流失规律。结果表明,蔬菜田渗漏水中氮素以NO3^--N为主,NO3^--N作为氮素在土壤中流失的主要形态将成为施用氮肥造成地下水污染的重要来源;施用精制有机肥或粗猪粪代替部分化学氮肥有利于减少蔬菜田渗漏水中氮素的流失。     

成都平原西部土壤氮素空间变异特征及影响因素

为探究成都平原西部土壤氮素的空间异质性及其影响因素,基于134个耕层土壤采样点,运用经典统计学和地统计学方法揭示w（TN）和w（AN）（AN为碱解氮）的空间变异特征,并利用方差分析和回归分析,研究不同因素对其空间变异的影响程度.结果表明:研究区土壤w（TN）为0.81~3.50 g/kg,平均值为1.94 g/kg;w（AN）为44.42~263.99 mg/kg,平均值为138.70 mg/kg.半方差分析显示,土壤w（TN）和w（AN）的块金效应分别为52.41%和63.92%,具有中等程度的空间自相关,表明其空间分布受结构性和随机性因素共同影响.土壤氮素空间分布特征均呈现由东北向西南逐渐递增趋势.回归分析结果表明,成土母质能独立解释14.8%和9.4%的w（TN）和w（AN）空间变异;土壤类型（土类、亚类和土属）对研究区w（TN）和w（AN）空间变异的独立解释能力分别在3.6%~17.2%和5.7%~17.2%之间.各土地利用方式下,土壤w（TN）、w（AN）平均值均表现为耕地>农林用地>园地,土地利用方式对土壤w（TN）空间变异的独立解释能力仅5.8%,对w（AN）无显著影响.研究显示,成都平原西部土壤氮素含量总体处于丰富水平,其中温江-郫县一带含量相对较低,高值区在金马河以南区域.成土母质和土壤类型对土壤氮素空间变异的影响总体高于土地利用方式.      

碳源对反硝化细菌的反硝化速率和群落结构的影响

为探究碳源类型在反硝化过程中对氮素转化和微生物群落组成的影响,分别建立R1（以C₆H₁₂O₆为碳源）和R2（以CH₃COONa为碳源）反应器,通过分析R1和R2反应器中反硝化过程的氮素转化情况,评价C₆H₁₂O₆和CH₃COONa对脱氮效果的影响,并运用动力学模型对R1和R2反应器中反硝化能力进行评价;同时,采用高通量测序技术表征2种碳源对反应器中微生物群落结构和多样性的影响.结果表明:①运行后期的R1、R2反应器中单位生物量的反硝化速率（以NO₃--N计,下同）分别为8.56、11.26 mg/（g·h）,R1反应器中NO₂--N累积平均值为11.34 mg/L,显著高于R2反应器（0.20 mg/L）,且R1反应器中NH₄+-N累积平均值为6.58 mg/L,是R2反应器（0.65 mg/L）的10.11倍.②反应器中NO₃--N还原过程均符合Haldane模型,其中R1、R2反应器中单位生物量的r_max（最大降解速率）分别为35.61、47.79 mg/（g·h）,表明R2反应器中的反硝化能力强于R1反应器.③微生物经过富集后,其细菌多样性和物种丰度下降,但发挥反硝化作用的微生物相对丰度逐渐增加.R1和R2反应器中共同的优势菌门有Proteobacterias、Bacteroidetes、Firmicutes和Gracilibacters,其在R1反应器中的相对丰度依次为96.14%、2.06%、0.66%和0.47%,在R2反应器中依次为79.75%、6.88%、9.47%和2.13%,优势菌门在不同运行时间的丰度表达上存在消长变化状态.研究显示,C₆H₁₂O₆和CH₃COONa在反硝化过程的氮素转化上存在明显差异,对各类优势菌群的相对丰度有明显影响.      

木沥河流域氮素污染及其污染源解析

为甄别粤港澳大湾区木沥河流域氮污染物来源,本研究应用铵盐同位素示踪技术、硝酸盐同位素示踪技术和多元线性混合模型等方法有效识别了该流域氮素来源的变化.结果表明,木沥河流域氮素污染严重,木沥河水体NH~+_4-N和NO~-_3-N浓度显著高于上游两条支流;除此之外,大坑山支流断面和木沥河下游养殖区断面虽无明显人口居住,仍然面临较高的氮素污染风险.铵盐同位素和硝酸盐同位素定性分析结果表明,木沥河流域氮素污染主要来源于土壤、肥料、大气颗粒物和动物及人排泄物;多元线性混合模型计算结果显示,大坑山支流上流处氮素主要来源为大气沉降,其贡献率在80%左右;鸡笼坑支流上游土壤有机氮平均贡献率可达33%,大于大坑山支流(9%)和木沥河(24%);大坑山支流下游、鸡笼坑支流下游和木沥河中上游污水及粪肥对氮素污染贡献率最高可达70%;值得注意的是,养殖区断面远离人口聚集地,各种养殖已被清理,但污水及粪肥的贡献率仍高达56%,远高于木沥河下游的淡水河水闸断面(3%),这可能要归咎于沉积物中残留的禽畜排泄物.本研究定性和定量地分析了木沥河流域氮素来源,为大湾区的水质管理和污染源治理提供了理论依据.     

沸石粉和硝化抑制剂投加对污泥堆肥过程中氮素保存和温室气体排放的影响

沸石粉能够通过对氨氮的物理吸附作用,降低堆肥过程中的氮素损失;硝化抑制剂(如3,4-二甲基吡唑磷酸盐,DMPP)能够抑制氨氧化细菌的活性,阻止硝化反应中铵态氮向硝态氮的转化,从而从源头减少反硝化作用而造成的氧化亚氮温室气体的排放.目前国内针对沸石粉和硝化抑制剂(DMPP)作为添加剂对污泥堆肥过程中的保氮作用研究较少,其是否能够实现污泥堆肥过程中温室气体减排也值得深入探讨.本研究以脱水污泥作为研究对象,以蘑菇渣为辅料,设置空白对照、沸石粉和硝化抑制剂(DMPP)添加组,进行21 d的堆肥试验,研究沸石粉和DMPP的添加对污泥堆肥过程的氮素损失和温室气体排放的影响.结果表明,1%的沸石粉添加(湿重)不仅可以减少5%的温室气体排放,而且能够减少2.9%的总氮损失;而DMPP的添加虽然可以减少N_2O的排放,但会显著增加CH_4及NH_3的排放,从而导致温室气体排放和氮素损失的增加.     

水库与河流沉积物中好氧甲烷氧化菌群落差异性研究

甲烷在自然生态系统碳循环过程中起着重要作用,氮素形态的差异影响了甲烷氧化菌的氧化作用.选取北京市密云水库和北运河两类不同污染类型的水体作为研究区域,采用克隆文库分子生物学的方法,探究氮素形态及其来源的差异对MOB细菌群落特征的影响.结果表明：密云水库与北运河沉积物中氮素形态有显著差异,水库中氮素以NO₃^--N为主,河流中氮素以NH₄⁺-N为主;氮素形态的差异影响了MOB细菌的系统发育,密云水库沉积物中MOB细菌的高同源性菌群主要来自湖泊生态系统,与NO₃^--N有较强的响应关系,北运河沉积物中MOB细菌高同源性菌群主要来自污水处理厂废水和活性淤泥,与NH₄⁺-N有较强的响应关系,不同环境中氮素对MOB细菌的影响主要依赖于氮素的主要存在形态及其主要来源.北运河等重污染河流中MOB细菌群落的联系更紧密更趋于模块化,对环境变化的敏感程度更高,微生物更脆弱,更容易受到水质变化以及人类活动的干扰.北运河沉积物中NH₄⁺-N对MOB细菌氧化速率的抑制性强于密云水库沉积物中NO₃^--N对甲烷氧化的抑制作用.重污染的城市河流中高浓度的NH₄⁺-N通过抑制甲烷氧化速率和促进产甲烷产生速率的双重作用影响了河流沉积物中甲烷的产生.     

锡渣及其类似物中钽铌的回收

多数锡矿石都含有钽铌矿物，在炼锡过程中所产生的锡渣中常常含有相当数量的钽铌。但由于品位太低，若直接运用常规的冶炼钽铌的方法来处理这类锡渣，是很不合算的。若用稀硫酸处理这类渣，浸出酸溶物，则可以富集集中的钽铌，生产出入造钽铌精矿，然后用湿法冶炼工艺回收其中的钽铌。其工艺过程如下：