甬江流域氮素收支估算及驱动因素分析

近年来,大量农业氮肥施用、化石燃料使用等人为活动的扰动增加了生态系统的氮输入,导致河流硝酸盐超标、湖库与近岸海域富营养化和土壤酸化等环境问题。长江口-杭州湾是我国近岸海域劣四类水质分布的主要区域,甬江作为汇入杭州湾的重要河流之一,近年来其入海断面总氮浓度和氮通量反弹明显,开展甬江流域的氮收支估算是开展流域氮污染治理与管控、改善近岸海域水质的重要前提。本文利用2021年甬江流域的基本统计数据和相关参数对该区域氮的收支进行估算,阐明了氮收支的主要驱动因素及其对环境的影响。结果表明：2021年甬江流域氮输入量为5.1×10～4 t;氮盈余量高达2.17×10～4 t,占氮输入量的42.56%;流域氮负荷[172.56 kg/（hm²·a）]和陆地氮通量[105.8 kg/（hm²·a）]均高于全国平均水平。氮输入源主要包括人畜排泄、化学氮肥、大气沉降,占比依次为39.11%、26.33%、20.91%;氮输出中,有48%被作物收获带走,有26.98%通过反硝化、氮挥发进入大气,有21.47%以径流的形式进入水环境;从空间分布上,鄞州、镇海等地区面临较为严峻的氮污染潜势。冗余分析（RDA）显示,人口密度、人口数量、农作物种植面积、畜禽数量以及与人类活动有关的工业企业总产值、城镇化程度和GDP是甬江流域氮盈余、氮负荷以及陆地氮通量的主要驱动因素。鉴于甬江流域显著的氮盈余状况,建议采用氮素源头减排治理管控措施以消除氮素盈余对甬江流域氮平衡造成的负面影响。甬江流域氮收支平衡估算可为合理制定氮污染治理管控措施,科学调控流域氮收支和改善近岸海域水环境质量提供科学依据和支撑。     

拔风管对CANON型人工湿地脱氮性能的影响

以猪场沼液为处理对象,探究了拔风管对基于亚硝化的全程自养脱氮(CANON)型潮汐流人工湿地(TFCW)氮素转化性能及微生物种群结构的影响.结果表明,拔风管数量可显著影响CANON型TFCW中脱氮功能微生物的数量与活性,进而影响其氮素转化速率.在水力负荷(HLR)≤0.18m3/(m2·d)的前提下,随着拔风管数量由0增...     

餐厨垃圾固渣DANO动态堆肥处理效果研究

分别采用中试规模的达诺滚筒(DANO)动态堆肥和静态发酵作为一、二次发酵工艺主体设备,为实际工程产生的餐厨固渣探究较适宜的参数控制条件。根据不同调理剂(木屑、稻草)、C/N和含水率参数。设置M1、M2、D1、D2和D3共计5个堆肥批次,通过理化指标、氨气挥发量、氧气含量、纤维素酶和蛋白酶含量等指标检测和最终肥料品质指标分析,揭示不同条件下餐厨固渣DANO动态堆肥处理效果。结果表明:1)环境温度在18.5~25.8 ℃,DANO一次发酵升温受环境影响较弱。木屑相较稻草总体上呈现升温速度慢、峰值温度高、堆肥持续时间长的特点。2)控制含水率为50.83%~60.30%,稻草堆体高温期温度都超过55 ℃,维持时间超过7 d。3)稻草堆体初始C/N控制在23~27内较为合理。综上,控制相关条件,堆肥周期可以控制在28~33 d。最终产品的C/N、含水率、总养分和pH等相关重要指标均符合NY/T 525—2021《有机肥料》标准的要求。     

黄河流域主要城市再生水利用状况及潜力分析

研究系统分析了黄河流域9个省(自治区)及68个主要城市的水资源状况、供水用水状况、污水处理与再生利用状况及再生水利用潜力。2020年,黄河流域68个主要城市再生水利用总量为18.1亿m³,预计未来年利用量仍有22.0亿~25.9亿m³的增长空间。黄河流域不同城市再生水利用量和利用率存在明显差异。黄河上游11个城市的再生水利用率在25%以下;中下游20个城市的再生水利用率在30%以下,低于国家规划目标。对于黄河上游兰州、包头等城市,中下游榆林、太原、济源和泰安等城市,需进一步加快推进污水资源化利用,提高再生水利用率。今后需进一步拓展再生水利用途径,特别是提高工业利用水平,加强再生水配置利用规划、再生水利用分类统计等工作。     

低温下排水速率对CANON型人工快速渗滤系统稳定性的影响

在中温[(35±2)℃]、高氨氮[(459.98±36.98)mg/L]浓度下启动基于亚硝化的全程自养脱氮(CANON)型人工快速渗滤(CRI)系统,而后使其在低温[(10±2)℃]下处理生活污水,探究了排水速率(vd)对系统氮素转化性能及微生物特性的影响.结果表明,对vd的合理设置可修复并优化CRI系统中的限氧微环境...     

交替好氧/缺氧短程硝化反硝化工艺处理低C/N城市污水

采用好氧/缺氧交替运行模式处理低C/N城市污水,考察了低温环境下启动短程硝化反硝化的可行性,重点研究了好氧池区域Ⅰ、区域Ⅱ、区域Ⅲ溶解氧分布对短程硝化反硝化脱氮效果的影响。结果表明,采用好氧/缺氧交替运行模式,对好氧池溶解氧进行分区优化后,在低温环境下启动短程硝化反硝化具有可行性。在所采用的7种工况中,较为优化的工况是区域Ⅰ、区域Ⅱ、区域Ⅲ,溶解氧分别为0.8~1.2、<0.5、1.2~1.8 mg·L⁻¹,该工况下亚硝态氮累积率稳定在78%以上,出水总氮去除率在73%左右。相比短程硝化反硝化启动前,去除率提高了19.4%,氨氮浓度低于0.60 mg·L⁻¹,出水氮素指标显著优于GB 18918-2002一级A排放标准,出水COD去除率为86.9%~94.9%,出水总磷浓度低于0.15 mg·L⁻¹,可控性仍然较强。对于已启动短程硝化反硝化的A/O工艺处理低C/N城市污水,全年可节约碳源投加资金97×10⁴元左右,节约电费42×10⁴元左右,有效实现了成本与水质的双赢。以上结果可为短程硝化反硝化工艺的工程推广提供参考。     

无机态氮素转化机制及水土体氮源识别方法

氮素在生物生命活动中起着至关重要的作用,是有机分子的基本组成元素,也是土壤的主要养分.对于氮污染的研究首先要明确各种氮形态转化机制,这是解决各种氮科学问题的基础,也是研究者容易忽略的重点.本文论述了氮素在生态系统中的转化过程及作用机制的基础,归纳总结了近年来国内外有关水土中氮源分析的研究方法及氮同位素分馏作用,重点综述了地表水及地下水体中氮源识别方法与应用,包括定性识别和模型识别方法.指出利用水化学方法与多种同位素方法相结合能够有效识别水土氮污染来源.针对传统亚硝化反应中氧原子来源识别中的问题,提出了反应过程的现代观点,解释了二次氧化反应过程中δ¹⁸O-NO^-₃的富集原理.提出盆地含水层中原生铵态氮对地下水污染具有重要贡献,并给出了新的研究设想.     

化肥减量有机替代对紫色土旱坡地土壤氮磷养分及作物产量的影响

化肥减量配施有机肥是实现环境友好,保持耕地质量的国家战略,对防治土壤污染和实现农业可持续发展具有重要意义.以三峡库区紫色土旱坡地为研究对象,通过田间试验研究了在油菜/玉米轮作模式下,对照处理、常规施肥、优化施肥、生物炭(化肥减量配施生物炭)及秸秆还田(化肥减量配施秸秆还田)这5个处理对土壤氮、磷形态、作物氮磷含量、肥料利用率及作物产量的影响.结果表明,土壤铵态氮含量在油菜季的秸秆处理最高,为4.51 mg·kg^-1.各处理玉米季的土壤铵态氮和碱解氮含量均明显高于油菜季.化肥减量配施有机肥可以保障并提高土壤全氮的含量.其中,秸秆处理的油菜季和玉米季土壤全氮含量均最高,分别为0.56 g·kg^-1和0.60 g·kg^-1.秸秆处理的油菜季土壤有效磷含量最高(0.76 mg·kg^-1).化肥减量配施有机肥的土壤全磷含量较常规处理没有显著差异(P>0.05).化肥减量配施有机肥表现出略有增产的趋势,其中生物炭处理的油菜产量最高(2 328 kg·hm^-2);常规处理的玉米产量最高...     

废弃物基水热炭改良对水稻产量及氮素吸收的影响

生物炭农田回用是实现农林废弃物资源化利用和碳封存的有效手段.近年来,水热碳化技术由于在炭产率、能耗及生产过程中的烟气排放等方面显著优于常规热解碳化技术而受到关注.为实现农林废弃物的资源化利用,明确水热炭农田应用对作物生产力的影响,本研究通过原状土柱模拟试验和表征分析,研究了4种不同类型改良水热炭对两种典型土壤的水稻产量和氮素吸收的影响及可能的驱动因素.结果表明,锯末水热炭和秸秆水热炭经物理或生物改良后,在两种类型土壤上均能够增加水稻产量和氮素吸收,减少氮素损失,且其效应不受水热炭添加量影响(5‰,15‰;质量分数).与对照相比,水热炭添加处理的产量和氮素吸收量分别提高9.2%～20.7%和7.7%～17.0%.高C/N比的锯末水热炭更有利于高肥力土壤水稻氮素吸收量的增加;而低肥力土壤由于限制性因子较多,受水热炭类型的影响较小.通过对水热炭的表征分析发现,其表面养分元素丰富;水洗或生物改良后其表面孔隙结构有较大改善,C元素相对含量明显降低,N和O元素相对含量明显增加,这对养分的固持/供应可能产生影响.因此,水热炭改良后孔隙结构的改变和N、O元素含量的增加可能是其施用后水稻产量和氮素吸收增...     

施肥类型和水热变化对农田土壤氮素矿化及可溶性有机氮动态变化的影响

为了揭示土壤水分、温度和添加不同氮肥对大沽河流域农田土壤氮素矿化的影响,设置对照(CK)、添加尿素N 120mg·kg~(-1)(Ur)和添加尿素N 36 mg·kg~(-1)+有机肥(相当于添加N 120 mg·kg~(-1),UM)这3个处理进行为期84 d的室内恒温培养实验,实验共设3个培养温度(15、25和35℃)和3个水分梯度[60%、75%和90%田间持水量(WHC)].结果表明,施肥类型和培养温度对土壤氮素矿化速率、累积矿化量和氮潜在矿化势(N0)均具有显著影响(P0.01).与CK处理相比,Ur和UM处理的矿化速率和累积矿化量分别增加了1.46~8.17和2.00~8.15倍.各施肥处理的土壤氮矿化速率和累积矿化氮量随温度升高而增加,且各温度梯度之间差异均达到显著水平(P0.05).与未施肥处理相比,Ur和UM施肥处理均能够显著提高土壤中可溶性有机氮(SON)的含量,且施肥处理土壤中SON含量与氮素累积矿化量之间有显著负相关关系,表明SON作为一个不可忽视的组分,参与了土壤氮素矿化过程.升高温度能显著提高土壤中SON的矿化速率和矿化强度,但水分对各处理土壤的SON无显著影响.此外,施肥处理显著降低了土壤氮矿化的温度敏感性(Q10)(P0.05),尿素配施有机肥处理的土壤的氮矿化温度敏感系数最低(Q10=1.01),说明配施有机肥显著降低了土壤氮素矿化速率对温度变化响应的强度,这有利于减缓高温条件下矿质氮的释放速率,并提升作物对氮素的利用效率.