人类活动净氮输入时空变化特征及其影响因素——以香溪河流域为例

为了阐明人类活动对三峡库区第一大支流香溪河流域氮输入的影响程度,基于人类活动净氮输入（NANI）模型估算了2001~2015年间香溪河流域乡镇水平的人类活动净氮输入,分析了氮输入的主要来源及其动态变化.结果表明：时间尺度上,香溪河流域人类活动净氮输入（NANI）因氮素施用的变化而呈现先上升后下降最后上升的趋势,但2015年相对2001年的NANI下降了143kg N/（km²·a）;空间尺度上,香溪河流域NANI整体呈现北低南高的分布格局,其中NANI输入强度差异较大的区域主要有昭君镇、峡口镇和黄粮镇.从人类活动净氮输入的组成上来看,氮肥施用仍然是最主要的来源（40.06%）,其次为大气氮沉降（29.98%）和食品/饲料净氮输入（27.75%）,作物固氮仅占净氮输入总量的2.21%.香溪河流域的NANI与人口密度和耕地面积比例极显著相关（P<0.001）;而NANI与河流氮输出的相关性不显著,香溪河流域河流氮输出占NANI的比例仅为24.28%.因此,可以通过减少氮素施用降低流域尺度氮素净输入量,但该流域NANI与河流氮输出无直接的响应关系.     

固定化小球藻对海水养殖废水氮磷的处理

本研究利用海藻酸钠（SA）作为载体、以氯化钙（CaCl₂）为交联剂,探究小球藻最佳固定化条件及其对海水养殖废水氨氮和磷酸盐的处理效果.通过对比不同浓度SA和CaCl₂对小球藻生长的影响及不同固定化条件的藻球对氨氮、磷酸盐处理效果,确定最佳固定化条件为2.0% SA和2.0% CaCl₂.对比固定化藻球和悬浮小球藻对模拟海水养殖废水氨氮、磷酸盐去除效果,结果表明固定化藻球比悬浮藻液对氮、磷处理效果更好.其中低接种率（1：10）固定化藻球的最大氨氮、磷酸盐去除率分别为63.26%和62.76%.固定化小球藻浓度越高,其净化能力越强,高接种率（1：1）固定化藻球的最大氨氮、磷酸盐去除率分别是85.16%和75.94%.连续流运行下固定化藻球对海水养殖废水氨氮、磷酸盐的平均去除率分别为84.49%和72.17%.小球藻固定化态保留并延长了悬浮态生长活性,提高了对海水养殖废水脱氮除磷效果.     

SRIS对垃圾渗滤液中氨氮去除效能及微生态分析

针对垃圾渗滤液中ρ（NH₃-N）较高、可生化性较差、处理困难的问题,以老龄垃圾渗滤液为研究对象,探讨了改良SRIS（土地快速渗滤系统）对NH₃-N的处理效果与最高处理负荷量,同时分析了系统不同深度的ρ（NH₃-N）的变化,并利用高通量测序技术分析了进水前、后系统中的微生物群落演替情况.结果表明:①在进水ρ（NH₃-N）为125 mg/L左右、水力负荷为0.11 m3/（m2·d）、进水频率为1次/d下,垃圾渗滤液经改良SRIS的一级、二级渗滤柱处理后出水ρ（NH₃-N）平均值为3 mg/L,NH₃-N去除率在97.5%以上;提高水力负荷为0.22 m3/（m2·d）后,NH₃-N去除率为87.27%;进水频率改为2次/d,NH₃-N去除率达到96.17%.②改良SRIS的一级、二级渗滤柱所能处理的最高NH₃-N去除量分别为200和110 mg/L,并且主要在下层和底层部分发生去除.③改良SRIS中下层微生物群落多样性最为丰富,微生物群落以变形菌门（Proteobacteria）为主,在属水平下微小杆菌属（Exiguobacterium）相对丰度最高,同时还存在多种有利于NH₃-N去除的硝化、反硝化细菌以及浮霉菌,为NH₃-N的去除提供了保障.研究显示,改良SRIS对垃圾渗滤液中NH₃-N具有良好的去除效果,可为老龄垃圾渗滤液的有效处理提供借鉴.      

自然生境中厌氧氨氧化功能微生物生态学研究进展

自然生境中发生的厌氧氨氧化过程是继反硝化和好氧氨氧化后的又一条氮损失途径,对全球生态系统氮循环具有重要意义,但不同自然生态系统中存在不同种类的厌氧氨氧化微生物.通过阐述厌氧氨氧化反应发生的生理机制,并对不同自然环境中发现的厌氧氨氧化功能微生物进行梳理,分析了厌氧氨氧化菌分布的空间异质性成因.结果表明,适量的无机氮可以促进厌氧氨氧化的发生,有机碳含量低和低氧条件更有利于厌氧氨氧化菌的生存且厌氧氨氧化的活性较高,这与厌氧氨氧化菌的化能自养代谢途径有着紧密的联系,低养分条件下反硝化菌的活性受到短暂抑制,促进了厌氧氨氧化的发生.同时,适当的高盐环境会提高厌氧氨氧化活性并促进厌氧氨氧化菌群落结构转变,高盐度环境下Scalindua属占优势,低盐度环境下Brocadia属更占优势.厌氧氨氧化菌对温度变化有很好的适应性,大部分厌氧氨氧化菌（如Scalindua属、Kuenenia属和Brocadia属）对于极端环境均有较强的环境适应性;此外,悬浮颗粒物浓度、含水量等因素也会影响厌氧氨氧化菌的分布及其代谢活性.建议今后从基因组学、蛋白组学和转录组学相结合的角度对自然环境中的厌氧氨氧化菌开展生理生态机理的研究,并探明厌氧条件下Fe3+、Mn4+、SO₄2-等电子受体与厌氧氨氧化过程的生物化学联系,以更好地应用于工程技术研究,并为生态环境修复提供理论依据.      

贵州喀斯特山地农业系统不同种植区休耕地土壤水溶性氮素组成及分布特征

选择贵州喀斯特山地农业系统不同种植区休耕地土壤作为研究对象,对其水溶性氮素组成及分布特征进行了研究。结果表明:休耕地土壤SON含量范围为4. 11～14. 34 mg/kg,平均含量为8. 62 mg/kg。不同种植区休耕地土壤SON含量存在较大差异,但差异不显著(p0. 05),SON占TSN的比例差异极显著(p0. 01),传统农业种植区SON的变异较大,其它种植区的较小。水溶性氮素组成以SON和NH_4~+-N为主,不同种植区的NH_4~+-N、NO_3~--N占SIN的比例差异不显著(p0. 05),而两者占TSN及SIN占TSN的比例差异极显著(p0. 01)。传统农业种植区表层和深层土壤SIN的含量都要比其它种植区高,SON则相反,说明不同类型的农业对土壤氮的影响不同。不同种植区表层土NH_4~+-N、NO_3~--N、TSN、SON含量差异极显著(p0. 01)。除了打通种植区,其它种植区NH_4~+-N含量随着土层的增加总体上表现出下降的规律。除了大冲种植区在0～30 cm深度先增加后降低的规律外,其它种植区NO_3~--N含量自土壤表层到30 cm深度,随着土层的增加而增加,自30 cm深度往下,随着土层的增加而下降。TSN和SON中,除了青岩种植区随着土壤表层到20 cm深度处降低外,其它种植区随着土壤表层到20 cm深度处先增加,然后从20 cm深度往下随着土层的增加再降低。SON容易向下淋失,不易在土层深部发生积累,造成氮素的流失和带来环境污染风险,应引起重视。     

微藻无机氮利用过程中的稳定氮同位素分馏

选用两种δ15N差异显著的铵态氮和硝态氮,分别设置不同浓度的铵态氮和硝态氮来处理莱茵衣藻和蛋白核小球藻,通过分析微藻的稳定氮同位素组成变化,来研究微藻利用不同浓度、不同形态无机氮过程中的稳定氮同位素分馏特征。结果显示,在未添加无机氮的条件下,微藻利用有机氮时,生长缓慢,稳定氮同位素基本上不存在分馏;在添加低浓度无机氮(≤20 mmol/L)时,微藻的生长和稳定氮同位素分馏都随着无机氮浓度的增加而增加;而添加高浓度无机氮(20 mmol/L)时,微藻的生长趋于稳定,铵态氮条件下的微藻稳定氮同位素分馏继续加大,而硝态氮条件下的微藻稳定氮同位素分馏反而减小,可能与此时微藻硝酸还原酶的活力减小有关。     

鄱阳湖沉积物可转化态氮分布特征及其对江湖关系变化的响应

选取不同高程鄱阳湖表层沉积物,通过研究其总可转化态氮与各形态可转化态氮含量及分布特征,试图揭示江湖关系变化导致的水位变化对鄱阳湖沉积物氮潜在释放风险的影响.结果表明:1鄱阳湖表层沉积物总氮(TN)含量在389~3 865 mg·kg-1之间,空间分布上呈"五河"入湖尾闾区湖心区北部湖区的趋势;总可交换态氮含量在319.36~904.56 mg·kg-1之间,占TN的52%,空间分布趋势与TN相同;2鄱阳湖3个湖区沉积物各形态可转化态氮的含量大小排列次序均为:SOEF-N(强氧化剂可提取态氮)≈SAEF-N(强碱可提取态氮)WAEF-N(弱酸可提取态氮)IEF-N(离子交换态氮);3江湖关系变化致使鄱阳湖枯水期沉积物出露时间提前并且延长,进而导致不同高程沉积物可转化态氮(TTN)含量差异明显,3个湖区沉积物可转化态氮含量均表现为枯水期丰水期,高程越高,由于其沉积物出露时间较长,可转化态氮含量较高,即可转化态氮含量12 m~13 m高程沉积物11 m~12 m高程沉积物10m~11 m高程沉积物;4随着高程的增加,沉积物各形态可转化态氮含量都呈现增加的趋势,其中SAEF-N和WAEFN含量及其占总可转化态氮的比例变化幅度较小,而IEF-N和SOEF-N含量以及其占总可转化态氮比例的增幅均较为显著.如果江湖关系进一步变化,枯水期水位继续下降,势必会引起沉积物出露面积增大及出露时间延长,从而导致沉积物TN、可转化态氮以及释放风险较高的氮形态IEF-N和SOEF-N含量的增大,来年丰水期可能会增加鄱阳湖沉积物氮释放风险.     

外秦淮河底泥污染及疏浚效果

外秦淮河是南京市一条重要的城市景观行洪河道,多年来受工业及生活污水影响,内源污染严重.为充分了解外秦淮河底泥污染特征,为疏浚提供决策依据,对河道上、中和下游典型断面底泥界面微环境以及营养物含量进行调查,采用有机指数法和污染指数法对底泥污染状况进行评估,同时根据污染物垂向分布特征模拟清淤对底泥内源释放削减的影响.结果表明,上中下游底泥界面以上DO均值分别为4.62、 3.25和3.41mg·L^-1,且分别在4.4、 3.5和5.5 mm处消耗殆尽,是典型的城市河道污染特征体现.调查河段表层底泥的ω(TN)、ω(TP)和ω(OM)均值分别为1 734mg·kg^-1、 1 337 mg·kg^-1和4.82%,底泥TN和OM的有机污染指数均值为0.48,处于尚清洁水平,TP的单项污染指数均值为3.18,处于重度污染水平.模拟30 cm清淤深度结果表明,底泥SRP和Fe²⁺的释放速率较清淤前分别削减42%～82%和88%～96%,而NH⁺₄-N的释放速率却较清淤前有...     

氮和氧同位素示踪伊洛河河水硝酸盐来源及转化过程

河流硝酸盐(NO^-₃)浓度及氮和氧同位素组成(δ¹⁵N-NO^-₃和δ¹⁸O-NO^-₃)可以辨识河水NO^-₃受自然过程和人为输入的影响,但流域不同土地利用方式对河水NO^-₃来源及转化过程的影响尚不明确,特别是山区人为输入对河水NO^-₃的影响仍不清楚.选择土地利用空间异质性显著的伊河和洛河作为研究对象,借助水体水化学组成,氢氧同位素(δD-H₂O和δ¹⁸O-H₂O)、δ¹⁵N-NO^-₃和δ¹⁸O-NO^-₃,辨识不同土地利用方式影响下河水NO^-₃来源及...     

反硝化脱氮对太湖蓝藻水华态势的影响

反硝化作用是水生生态系统的主要脱氮过程,与蓝藻生长之间存在对氮素的竞争作用,然而气候变化背景下反硝化脱氮对蓝藻水华发生动态的影响仍不清楚.基于2017~2021年北太湖为期5 a的水质监测历史数据,结合不同温度下蓝藻生长和沉积物泥浆培养实验,探究了湖体反硝化脱氮与蓝藻水华之间的相互影响.监测数据表明,太湖水体藻类生物量（以Chla表示）高值主要出现在夏秋季节,而总氮浓度季节变化规律与藻类生物量完全相反,冬春季较高,夏秋季显著降低,溶解态无机氮主要以硝态氮为主,并且硝态氮浓度在夏秋季节几乎接近于零.总磷浓度与Chla浓度变化一致.蓝藻培养实验结果表明,20℃以下蓝藻不能大量生长繁殖.泥浆培养实验结果发现,太湖反硝化作用的最高温度阈值为25℃,在10~25℃之间反硝化潜力与温度呈现显著的线性关系（R²=0.99）.反硝化作用发生的最高硝态氮浓度阈值为4 mg ·L^-1,远高于太湖水体的硝态氮浓度,反硝化潜力最高达到（62.98±21.36）μmol ·（kg ·h）^-1.太湖水体反硝化速率受到硝态氮浓度的限制,而气候变暖导致湖泊温度提前升高,会使蓝藻提前生长,蓝藻生长对硝态氮的同化吸收会和反硝化作用产生竞争,使得大量氮还未被反硝化作用脱除就被藻类吸收利用,从而加剧蓝藻水华暴发的态势.研究结果对于解释近年来气候变化背景下太湖蓝藻水华反弹的机制具有重要科学意义.