沱江流域总氮面源污染负荷时空演变

根据四川省沱江流域水环境受总氮（TN）面源严重污染的现状,采用排污系数法估算2007~2017年该流域来自各面源污染源的TN污染负荷,并利用空间重心统计法和空间分析技术揭示沱江流域TN污染负荷时空分布特征及转移趋势,以期为相关部门精准防控和预警沱江流域面源污染提供理论依据.结果表明,2007~2017年畜禽养殖污染源对整个流域的TN污染负荷贡献率每年均在45%以上,是TN面源污染的主要污染源.农村生活和农村生活垃圾污染源的贡献率呈逐年减少趋势,农田固废和农田径流污染源的贡献率则呈增加趋势.TN总污染负荷总体呈下降趋势,2010年污染负荷最大,达到5.7×10⁴ t,2017年最小,为4.69×10⁴ t.污染负荷在空间上的异质性变化及降雨径流的不均匀分布驱使畜禽养殖、农田固废类和农田径流污染源的TN污染负荷重心由西北向东南方向移动,流域东南部是畜禽养殖、农田固废类和农田径流TN污染的重点防控区域.东南部各区县的农业人口大量向城市人口转化,进而驱动农村生活和农村生活垃圾污染源的TN污染负荷重心由东南向西北方向转移,其转移范围高达66.35 km²,由此确定的最小边界圆是污染源污染负荷变化的重点识别区域,沱江流域西北部则是农村生活和农村生活垃圾TN污染的重点防控区域.本研究拓展了环境科学领域对流域污染负荷时空演变的探究方法,对于改善水环境质量,促进流域经济可持续发展具有重要意义.     

洪泽湖浮游动物时空分布特征及其驱动因素

洪泽湖是我国第四大淡水湖,承担着周边的工农业用水以及为人类提供渔业资源等重要功能.研究洪泽湖浮游动物群落结构变化可为洪泽湖生态环境的科学管理提供理论依据.通过2017年3月至2018年2月的逐月调查数据,结合洪泽湖浮游动物的种类组成、密度和生物量的时空变化,以及群落多样性和优势种的季节变化特征,并运用典范对应分析等方法探讨了洪泽湖浮游动物的时空变化与环境因子的相互关系.群落结构分析表明,洪泽湖浮游动物年均密度为383.87 ind·L^-1,年均生物量为1.36 mg·L^-1.洪泽湖浮游动物群落结构时空变化较大,时间上夏季浮游动物群落结构波动较大,秋季浮游动物密度与生物量均达到最大值,冬季浮游动物群落结构最为简单;空间上成子湖和溧河洼浮游动物较为丰富,差异较小,过水区浮游动物较少且变化较大.典范对应分析表明,洪泽湖浮游动物群落结构的时空变化与水位、总磷、水温和总氮等因素显著相关.不同时间浮游动物群落结构变化的主导因素不同,夏季主导因素是水位与水温;秋冬季主导因素是水温、营养盐及叶绿素等.不同湖区点位集中程度不同,过水区分布的更为分散,浮游动物群落结构差异较大,成子湖和溧河洼分布的相对集中,浮游动物群落结构差异较小.水位波动对浮游动物群落结构的变化影响最大,表现在水位波动会直接影响浮游动物群落结构,同时也会通过影响水质而间接影响浮游动物群落结构.     

白洋淀夏季入淀区沉积物间隙水-上覆水水质特征及交换通量分析

为揭示白洋淀夏季入淀区上覆水-间隙水氮磷营养盐相互作用,本研究于2019年7月对白洋淀主要6条入淀河流取样,通过分析上覆水、间隙水水质特征以及营养盐在沉积物-水界面的扩散通量,评估了营养盐扩散对沉积物与上覆水的影响.结果表明白洋淀水质呈弱碱性;溶解氧（DO）含量较低,为沉积物内源污染物的释放提供了厌氧环境;氨氮（NH₄⁺-N）浓度在0.35~1.76mg·L^-1,作为主要给水来源的潴龙河淀区最高;硝氮（NO₃^--N）浓度在0.75~1.97mg·L^-1;溶解性总氮（TDN）浓度在0.99~2.70mg·L^-1,位于自然区的S2瀑河含量最高;溶解性总磷（TDP）浓度在0.03~0.15mg·L^-1,靠近居民区的白沟引河含量最高.间隙水氨氮浓度在5.24~10.64mg·L^-1,是上覆水体的10倍,内源污染严重;硝氮浓度在0.36~0.79mg·L^-1;溶解性总氮浓度在5.36~12.02mg·L^-1,是上覆水体的5倍;溶解性总磷浓度在0.03~0.3mg·L^-1.应用综合污染指数法对水质进行评价发现间隙水污染程度远高于上覆水,各采样点呈现出严重污染状态.对NH₄⁺-N、TDN和TDP进行交换通量分析显示,NH₄⁺-N的扩散通量在1.71~7.43mg·（m²·d）^-1,作为保定市纳污河流的府河采样点内源氨氮向上覆水扩散速率最快;TDN的扩散通量除白沟引河较低,其余5个采样点均值达到9.11mg·（m²·d）^-1,夏季水体中溶解氧含量较低且沉积物-水界面TDN浓度差较大,导致沉积物中含氮营养盐在厌氧条件下大量释放到上覆水中,对水质造成严重污染;萍河采样点TDP的扩散通量是负值表示上覆水体的磷污染物向沉积物聚集的状态,剩余5个采样点的扩散通量范围在0.03~0.16mg·（m²·d）^-1,表现出磷营养盐向上覆水释放的状态.扩散通量显示内源污染物是上覆水污染物的重要来源,为有效治理入淀区水质,沉积物氮磷营养盐的清淤处理迫在眉睫.     

低温驯化对自养脱氮颗粒污泥功能活性与菌群结构的影响分析

低温驯化是提高部分亚硝化-厌氧氨氧化（PN/A）组合工艺低温脱氮效能和运行稳定性的有效方法.为探究低温驯化对污泥特性的具体影响,本文从温度敏感性、颗粒外观形态、胞外聚合物（EPS）组成和微生物群落结构等方面,对中高温培养（30℃）和低温驯化（15℃）PN/A颗粒污泥之间的差异性进行了分析.反应热力学的研究结果表明,驯化污泥（G_L）在低温区（10~20℃）的脱氮性能较中高温培养污泥（G_H）有了显著提高,总无机氮去除的表观反应活化能（E_a）降低了28.4%.与G_H相比,G_L的平均粒径减小了25.8%,EPS含量增长了16.6%,颗粒的沉降性能明显下降.由高通量测序结果可知,G_L具有更高的菌群多样性,同时,污泥中好氧氨氧化菌（Nitrosomonas）与厌氧氨氧化菌（Candidatus_Kuenenia）的丰度比值（0.04）远小于G_H的0.34.这意味着颗粒污泥在低温环境中对慢速生长自养菌仍具有较强的截留能力.上述发现为解析PN/A污泥在低温条件下的自适应机制,推动组合工艺的工程化应用提供了重要参考.     

臭氧投量对SBR系统污泥沉降性能及脱氮除磷的影响

以污水厂冬季膨胀期污泥（SVI=280 mL·g^-1）为对象,研究了臭氧投量对SBR系统污泥沉降性能及脱氮除磷效果的影响.结果表明,低浓度投加臭氧（0.085 g·g^-1,以O₃/MLSS计）20 d后,菌丝体被打断,SVI降至125 mL·g^-1,消除了污泥膨胀,且硝化、除磷效果不受影响.高浓度投加臭氧,污泥的沉降性能反而开始恶化,除磷效率也降至60%左右.进一步研究表明,PS/PN与SVI呈正相关关系（R²=0.9381）,可表征污泥的沉降性能;臭氧除打断菌丝体外,还通过改变EPS的含量及组分影响着污泥的沉降性能.     

基于高光谱的土壤全氮含量估测

基于高光谱(350~2 500 nm)数据,研究了我国中、东部地区5种主要类型土壤全氮含量与高光谱反射率之间的定量关系,构建了基于偏最小二乘法(PLS)、BP神经网络(BPNN)和特征光谱指数的土壤全氮含量估算模型。结果表明,以500~900 nm、1 350~1 490 nm区域波段反射率经Norris滤波平滑后的一阶导数光谱为基础,构建的基于PLS和BPNN的土壤全氮含量估算模型精度较高,建模决定系数分别为0.81和0.98;独立观测资料检验结果显示,模型预测决定系数分别为0.81和0.93,均方根误差RMSE为0.219 g·kg^-1和0.149 g·kg^-1,相对分析误差RPD为2.28和3.36,说明PLS和BPNN模型对土壤全氮含量具有较高的预测精度。在光谱指数的分析中,基于近红外872 nm和1 482 nm 两个波段的差值光谱指数DI(NDR₈₇₂,NDR₁₄₈₂)对土壤全氮含量最敏感,建模决定系数、预测决定系数、RMSE和RPD分别为0.66、0.53、0.31 g·kg^-1和1.60。比较而言,三种方法估算土壤氮含量的精度顺序为BPNN模型＞PLS＞DI(NDR₈₇₂,NDR₁₄₈₂),基于PLS和BPNN两种方法建立的土壤全氮含量高光谱估测模型具有较高的精度,可以用来精确估算土壤全氮含量;基于两波段构建的DI(NDR₈₇₂,NDR₁₄₈₂)预测效果低于前两者,但也可以用来粗略估测土壤中的全氮含量。     

鱼饵对铜绿微囊藻生长的影响

分别取0,0.1,0.2,0.5和1.0 g不同粒径（原状,0.15 mm＜d≤0.85 mm和d≤0.15 mm）的鱼饵加入到400 mL无氮磷M11培养基中,研究鱼饵粒径和投加量与营养盐释放之间的关系. 结果表明,水体中ρ（TP）,ρ（DOP）,ρ（NH₄+-N）和ρ（TN）随着鱼饵投加量增加而显著升高（P﹤0.05）;同一投加量条件下,鱼饵粒径对水体ρ（TN）和ρ（TP）影响不大（P﹥0.05）. 同时,另外选用0,0.05,0.10,0.20和0.50 g原状鱼饵研究铜绿微囊藻在鱼饵培养基溶液中的生长状况. 结果发现,当鱼饵投加量在0～0.2 g时,随着鱼饵释放可利用营养盐水平的提高,藻细胞最大现存量随鱼饵投加量的增加逐渐增大;鱼饵释放的NH₄+-N和溶解性正磷酸盐（DOP）是铜绿微囊藻吸收利用的主要氮磷形态. 鱼饵的投加造成铜绿微囊藻生长延缓期延长,但鱼饵营养盐释放达到平衡后接入藻种,延缓期延长的现象消失,鱼饵中营养盐的溶失和矿化过程消耗了大量溶解氧,是出现藻类生长延缓期延长的重要原因.      

污染物浓度与土壤粒径对热脱附修复DDTs污染土壤的影响

采集2种不同性质的土壤(黑土和棕壤)作为供试土壤,自配不同污染浓度(棕壤)和不同粒径(黑土)的DDT及其同系物(即DDTs,包括p,p′-DDT,o,p′-DDT,p,p′-DDD和p,p′-DDE)污染土壤,采用热脱附方法,分别对300 ℃,5个停留时间(10,20,30,40和50 min)下的DDTs总去除率及热处理前后各组分的脱附情况进行研究.结果表明,不同污染水平〔w(DDTs)分别为290.17,498.69和718.69 mg/kg〕的污染土壤中,DDTs的总去除率差异不显著.此外,在整个热处理过程中,污染水平对4种DDT及其同系物在土壤中的去除率也没有显著影响.而土壤粒径(0.25～0.85 mm,0.15～＜0.25 mm,＜0.15 mm)对DDTs的去除率影响显著,粒径越大的土壤越有利于DDTs脱附.单因素方差结果显示,粒径对土壤中p,p′-DDT和p,p′-DDE的脱附和转化有显著影响.      

交替冻融对东北典型土壤浸提液碳氮污染指标的影响

以黑土、暗棕壤和水稻土为例,试验研究了交替冻融对土壤溶解性污染物的影响.结果表明,15次交替冻融后(在-20和20 ℃进行冻融处理),黑土浸提液的ρ(COD_Cr)下降了36%,水稻土浸提液上升了8%,暗棕壤浸提液未出现明显变化;黑土浸提液的ρ(NH₄+-N)下降了22%,水稻土浸提液上升了84%,暗棕壤浸提液未出现明显变化;黑土和暗棕壤浸提液的ρ(NO₃--N)分别上升了1.3和1.1倍,而水稻土未出现明显变化.土壤浸提液ρ(COD_Cr),ρ(NH₄+-N)和ρ(NO₃--N)的变化主要取决于土壤含氧水平,有氧条件下浸提液的ρ(COD_Cr)和ρ(NH₄+-N)降低而ρ(NO₃--N)升高,缺氧条件下则相反.土壤浸提液的ρ(TN)主要取决于土壤C/N,冻融后黑土、暗棕壤和水稻土浸提液的ρ(TN)分别上升了30%,35%和39%.      

不同类型生态浮床对富营养河水脱氮效果及微生物菌群的影响

通过设施大棚内容积为1.5 m3的人工模拟池试验,研究了框式与传统旱伞草浮床对富营养河水氮素转化及微生物菌群的影响. 传统浮床是以聚乙烯泡沫板为载体,栽植陆生植物来削减水体氮磷和有机物质等,从而达到净化水质的效果. 框式浮床是以塑料镂空支架为载体,除种植陆生植物外还添加填料等组件的新型浮床. 结果表明:①2种浮床对水体中TN,NH₄+-N和NO₃--N均有显著的去除效果,其中框式浮床和传统浮床的NH₄+-N去除率分别高达91%和86%,TN去除率也分别达到74%和64%,NO₃--N去除率分别为49%和31%. ②2种浮床系统有效地提高了水体中微生物和氮循环细菌总数和种群数量,尤其是框式浮床不同时期均比空白对照高出2～3个数量级. ③氮循环细菌的数量跟水体氮素去除有显著相关性. 其中水体ρ(NH₄+-N)和氨化菌数量呈显著正相关,ρ(NH₄+-N)和硝化菌数量呈极显著负相关,ρ(NO₃--N),ρ(TN)和反硝化菌数量之间呈极显著负相关. ④框式浮床的独特结构使之比传统浮床的去氮能力更强. 其中,填料系统吸附贡献率为8%,植物吸收的去氮贡献为16.5%,微生物系统脱氮则为75.5%;而传统浮床植物系统吸收贡献率为31.8%,微生物系统脱氮贡献率为68.2%. 说明浮床系统中植物吸收只是系统去氮的一种途径,微生物脱氮在2种浮床脱氮途径中占主导作用.