水体中沉积物氮和磷的释放机制及其影响因素研究进展北大核心CSCD

水体中沉积物氮和磷的释放是导致水体富营养化的主要原因。综述了水体中沉积物氮和磷的主要赋存形态,总结了沉积物氮和磷释放途径及其描述方法;从沉积物性质、上覆水的理化性质、生物、水体的水量变化、扰动作用5个方面,归纳了水体沉积物氮和磷释放过程的影响因素;阐述了水体中溶解氧含量、水体pH和水温对沉积物氮和磷释放的影响;最后,对未来相关研究进行了展望。     

盐度对河口潮汐湿地温室气体产生和排放的影响研究进展

盐度是影响河口潮汐湿地温室气体动态的一个重要的环境因子。本文论述了盐度对河口潮汐湿地温室气体的产生和排放的影响及机制。盐水入侵通过带来丰富的SO42-引起的硫酸盐效应、离子强度增加引起的离子效应影响CH4和CO2的产生。盐水入侵通过影响湿地的硝化作用、反硝化作用及硝化细菌反硝化作用进而影响N2O产生量,影响方式主要包括:(1)通过物理化学机制加强沉积物中铵的释放;(2)通过生理机制增加沉积物氮素释放量,直接影响硝化细菌、反硝化细菌活性,进而影响硝化作用和反硝化作用;(3)通过提高硝酸盐异化还原为铵的速率影响反硝化速率。最后提出了今后应加强研究的方向。     

2015年4月末银川市鸣翠湖沉积物和水体污染特征

于2015年4月30日,在鸣翠湖选择5个有代表性的采样点,采集其表层沉积物、间隙水和上覆水样品,测定其总磷、总氮、铵态氮和有机质的含量,分析其污染特征。研究结果表明,鸣翠湖沉积物中全磷、全氮和铵态氮的质量比最高,分别为660 mg/kg、1 595.55 mg/kg和59.77 mg/kg;其次为间隙水中的总磷、总氮和氨氮的含量,其质量浓度分别为0.15 mg/L、3.83 mg/L和2.23 mg/L;上覆水中的总磷、总氮和氨氮的含量最低,分别为0.07 mg/L、2.17 mg/L和0.24 mg/L。鸣翠湖沉积物有机污染较严重,沉积物营养盐含量处于较高水平。鸣翠湖水体已呈富营养化状态,在控制外源污染物进入鸣翠湖的同时,要注意沉积物中营养盐向水体的释放。     

上海滨岸潮滩水沉积物中无机氮的季节性变化

对长江口南翼上海滨岸带3个站点潮滩上覆水，沉积物和间隙水中的3态无机氮的含量分布的年度季节性监测研究表明：潮滩上覆水中溶解无机氮以NO3－N为主：表层沉积物中可交换态无机氮以NH4－N为主，约占70％－85％，沉积物间隙水中主要无机氮为NH4－N和NO3－N。潮滩水体中NH4－N的季节性变化幅度不大，而NO3－N和NO2－N的季节性变化明显，在冬季含量明显降低；但沉积物和间隙水中氮氨和硝态氮的浓度在冬季则有较大增加。初步探讨了潮滩水和沉积物中无机氮分布季节性变化的主要影响因素，估算了潮滩表层沉积物－水界面无机氮的扩散通量，指出NH4－N的扩散释放对滨岸水环境质量影响较大。     

长春西湖沉积物氮、磷营养盐释放通量及原位覆盖控释效果模拟研究

采用柱状芯样模拟法,探究长春西湖沉积物中氨氮和全磷的释放通量及变化;利用原位覆盖技术,选用建筑回填土作为覆盖材料,建立3种覆盖模式(30 cm细小土块均匀覆盖、30 cm中大土块随机覆盖和60 cm中大土块随机覆盖),评价不同覆盖模式对沉积物中两种营养盐释放的控制效果。研究结果表明,在沉积物直接与上覆水完全接触的条件下,氨氮和全磷的释放通量先迅速上升,都在1 d后达到最大值,随后不断降低,分别在第44天和第39天达到最小释放通量。氨氮和全磷的释放通量与实验天数的关系为对数(R~2=0.938 1)和乘幂(R~2=0.732 5)关系。3种覆盖模式都对沉积物中氨氮和全磷有很好的控释效果;其中,采用细小粒径土壤或较厚土壤覆盖,可以获得对氨氮更好的控释效果,但不同覆盖厚度和方式对磷的阻隔效果无明显差异。     

城镇化流域地下水氮素组成特征及来源解析

为揭示城镇化地区地下水氮素组成特征及来源,以深圳市坪山区麻雀坑水流域为研究区域,分别于2020年9月（丰水期）和2020年12月（枯水期）采集民井、采样井和基坑地下水样品并分析样品中氮素的组成特征,联合硝酸盐氮氧同位素和氨氮氮同位素示踪技术,识别氮素的主要来源及转化过程,结合稳定同位素源解析模型,计算不同硝酸盐来源的贡献比。结果表明：1）麻雀坑水流域地下水氮素的主要赋存形态为NO-3-N,其次是NH4+-N。NO-2-N质量浓度相对较低,平均在“三氮”中所占的比例仅为1.2%,氮素质量浓度的季节变化不显著;2）同位素示踪信号显示地下水氮素的主要来源为污水与粪便,氮的转化过程以硝化作用为主;3）稳定同位素源解析模型结果显示,丰、枯水期地下水硝酸盐不同来源的平均贡献率排序相同,为污水与粪便>土壤氮>大气氮沉降>肥料,但贡献率大小不同。丰、枯水期源于污水与粪便的地下水硝酸盐贡献率分别为45%和74%,民井与采样井、基坑地下水中硝酸盐来自污水与粪便的比例分别为68%和82%;4）已关闭养猪场的历史遗留氮素是区域地下水潜在的氮污染来源,并影响地下水氮素的转化过程,位于地下水排泄...     

影响水体氧平衡的沉积物参数研究

水底沉积物的分解过程影响上覆水的氧平衡,确定这种影响程度有助于全面认识水体中DO-BOD的动态关系。本文通过理论分析和实验测定,论证了以往沿用的方法存在的缺陷,重新确定了封闭式系统的野外和室内测定方法,应用了循环连续流系统来模拟沉积物对上覆水氧平衡的影响。本文认为,沉积物影响上覆水氧平衡主要有两种方式:一是沉积物表面的生物及化学过程消耗水的溶解氧;二是沉积物分解过程把一部分氧物质释放到上覆水,并在水中消耗溶解氧,应用多次充入式系统和循环连续流系统可以同时测定沉积物的氧消耗——SOD和沉积物释放在上覆水的BOD-La。笔者以京杭运河常武段作为本研究的现场测试区,得出:污染严重的河段SOD和La均较高,污染轻的河段则较低;在一定时间内SOD和La可近似为零级反应;继持上覆水溶解氧高于某一临界值,对于减少沉积物对氧平衡的影响且有实际意义:SOD和La与流量的经验关系式对提高水质模型的预测性度是有实用价值的。在此基础上,进一步讨论了如何将La和SOD值应用于一维水质模型的问题。     

洪泽湖不同湖区表层沉积物对磷的吸附特征

研究了洪泽湖9 个湖区表层沉积物对磷的吸附行为和沉积物对磷的吸附/解吸平衡质量浓度, 并分析了沉积物理化性质与磷吸附特征参数的关系。结果表明, 在低磷浓度条件下(0~1 mg/L), 沉积物对磷的最大吸附量为50.67~85.17 mg/kg, 沉积物在磷酸盐初始质量浓度较低时都存在负吸附(释放)现象。各湖区沉积物的吸附/解吸平衡磷浓度(EPC0) 范围为0.06~0.11mg/L, 均小于其上覆水中磷的含量, 沉积物对其上覆水中的磷表现为吸附作用。沉积物最大磷吸附量(Q_max)、本底吸附态磷量(NAP) 和总最大吸附磷量(TQ_max) 与沉积物中活性铁和活性铝的含量显著正相关, 与沉积物中总磷、无机磷、有机磷和有机质的含量相关性不显著。吸附/解吸平衡浓度(EPC₀) 与沉积物各理化参数之间没有表现出显著相关性。     

湿地土壤反硝化作用及测定方法

反硝化作用是湿地生态系统实现脱氮功能的最主要过程,对湿地生态系统氮循环及生态环境可产生重要影响。不同类型湿地土壤反硝化速率存在明显差异,湿地土壤反硝化作用的环境影响因子较多且作用方式复杂。目前,针对湿地土壤反硝化作用的测定手段日益丰富,但由于方法本身的缺陷和测定对象的复杂性,一定程度地影响了测定结果的准确性,因此比较分析不同反硝化速率测定方法的优缺点,有利于更好地把握测定方法的适用性。文章比较了不同类型湿地土壤的反硝化速率,探讨了湿地土壤反硝化速率影响因子的作用途径和效应,并对~(1 5)N同位素技术、乙炔抑制法、N_2产生测定法和硝酸盐剩余法等常用测定方法进行比较和探讨,最后总结当前研究的不足并提出了今后应加强研究的方向。     

山仔水库表层沉积物氮负荷与释放研究

研究了山仔水库夏、冬季表层沉积物内源氮负荷,并应用柱状样模拟法对氮释放速率进行了探究。结果显示,该水库表层沉积物总氮含量范围840.00~3 108.71μg·g-1,其中氨氮占总氮含量7.267%~11.21%。同一季节,总氮含量空间分布规律是随进口、库心、大坝逐渐增加.柱状样模拟实验得到夏、冬季氮释放速率分别为90.31~128.37 mg·(m2·d)-1和72.52~93.79 mg·(m2·d)-1,释放速率与总氮含量分布具有一致性。山仔水库表层沉积物存在较大的内源氮释放能力且在夏季内源氮更易释放,为水体提供充足的营养物质,可能引起并促进水华的持续。因此,采取措施适宜方法控制内源氮释放非常重要。     

三江平原水田排水期氮素输出特征研究

如何系统地把握水田排水期氮素输出特征,已成为控制三江平原区域内规模化水田氮素污染输出的关键。系统地分析在水田排水期内,水田-沟渠系统中氮素的浓度分布特征,并利用同位素示踪技术对沟渠内氮素的削减机制进行探讨。结果表明：泡田排水期是水田氮素输出的主要时期,主要受施肥活动控制,氮素输出负荷占全年输出负荷的40%以上。不同排水期水田沟渠内氮素削减程度及机制具有明显差异：泡田排水期,沟渠内铵态氮浓度下降了46.93%,主要受硝化过程控制;降雨排水期,硝态氮浓度下降了24.00%,而铵态氮浓度上升了26.04%,主要受降雨混合稀释及土壤有机质矿化的影响;晒田排水期,铵态氮浓度下降了52.07%,主要与植被吸收、蒸发等因素有关。     

SPATIAL DISTRIBUTION OF NUTRIENTS OF SHALLOW LAKE IN THE ZHALONG WETLAND

1 INTRODUCTIONNitrogen and phosphorus in the water are the nu-trients limited in natural wetlands,which seriously in-fluence on the ecosystem production and the biodiver-sity(Mitsch,Grosselin,2000).Nitrogen and phos-phorus recycles have been interrupted b…     

EFFICIENCY OF NITROGEN REMOVAL IN CONSTRUCTED WETLAND：A SIMULATION STUDY IN THE WEST JINLIN, CHINA

Plenty of inorganic nitrogen in wastewater can cause the eutrophication in water bodies, so it is an important task to remove nitrogen. Purification role was realized by absorption, filtration, depositon, evaporation, nitrification and denitrification of microbes. Although the studies of Phragmites austrilis bed in the constructed wetland are popular, the purification performances of constructed wetland filled by saline-alkali soil substrate are less reported. In the paper, the purification efficiency of nitrogen with Phragmites austrilis bed in the constructed wetland filled by saline-alkali soil substrate was discussed through a simulation study. Results to date indicated that the first order plug flow model was adequate to describe the nitrogen removal. The experiment showed that the diminishing concentration of TN, NO2-N, NO3-N, NH4-N were closely related to hydrological retention time (HRT), the correlation coefficient was R^2 = 0.98499, R^2 = 0.9911, R^2 = 0.89407 and R^2 = 0.95459, respectively. According to the data, the most suitable hydrological retention time (HRT) for this kind of constructed wetland should be determined to 4 days. In addition, the experiment showed the purification efficiency of nitrogen has very broad range and drastic vibration, TN( 17 % - 79 % ), NO2-N (33%-98% ), NO3-N (13%-93% ), NH4-N (28%-64% ). The study will promote wetland‘s design and operation procedures in large saline-alkallne soil areas.     

基于水环境化学及稳定同位素联合示踪的土地利用类型对地下水体氮素归趋影响

识别复杂土地利用类型对地下水体氮素归趋的影响一直是非点源污染研究中的重点及难点。本文采用水环境化学及同位素联合示踪法对具有复杂地类的三江平原阿布胶河流域地下水体中氮素归趋进行解析研究。结果表明：研究区域内地下水体中存在严重的氮素污染,部分点位超出标准限值近4倍。土地利用类型不仅是氮素浓度和水化学类型演变的主导因素,而且对地下水体氮素循环过程及氮素来源产生了重要的影响。其中：在林地区域内,硝态氮占主导,氮素主要来源于土壤有机氮硝化;在城镇区域内,硝态氮超标,具有较高的氯离子浓度,主要来源于粪便及废水,受硝化过程所控制;在水田区域：铵态氮超标,具有较高的硝酸盐同位素值（δ ¹⁵N-NO₃ ^-和δ ¹⁸O-NO₃ ^-）且二者存在显著的线性关系,表明存在着显著的反硝化过程。在旱田区域,硝态氮占主导,氮素来源及循环过程较为复杂,受反硝化及雨水混合过程等多重影响,难以单一使用同位素示踪法进行溯源解析。通过联合水化学解析法能进一步揭示该区域氮素污染主要来源于肥料施用。因此,通过联合示踪法能够补充复杂土地利用区域氮素来源识别工作的缺陷,提升地下水体氮素归趋识别的精度。     

乌梁素海氮污染及其空间分布格局

针对草型富营养化湖泊乌梁素海富营养化日趋严重和湿地面积逐渐萎缩的现实,本文系统地研究了TN、NH4+-N、NO3--N和Org-N在上覆水与沉积物中的分布规律。结果表明,上覆水中TN含量平均为1.78mg/L,且无机氮污染以NH4+-N为主,占无机氮总量的69%以上;表层沉积物中氮素的水平分布格局均体现出西高东低的经向分异特征并主要以Org-N的形式存在;表层沉积物中TN对底栖生物已经具有一定的生态毒性效应并正由最低级向严重级过渡;氮素在乌梁素海沉积剖面上均表现出随深度增加而含量递减的规律,表层0¹0cm的TN平均含量达到1.28g/kg,分别为10²2cm和22⁴0cm的1.6和1.9倍,揭示了乌梁素海富营养化进程加速始于20世纪90年代。     

Effects of land cover and soil properties on denitrification potential in soils of two semi-arid grasslands in Inner Mongolia,China

High N₂O emissions have been observed in semi-arid grasslands, especially during freeze/thaw periods, when denitrification might be the main process of N₂O production. However, there have been few denitrification studies in semi-arid grassland. This study was designed to determine the denitrification potential of four representative land cover types (typical steppe, meadow steppe, marshland, arid steppe) in two grasslands in Inner Mongolia, China. We found that soils from different land cover types exhibited significantly different denitrification potentials, with highest rates in marshland and lowest rates in arid steppe. Denitrification potentials were maximal in the upper layer and generally decreased with depth for all soils. Soil water content, soil carbon and nitrogen availability, and C/N ratio were found to be significantly correlated with denitrification potentials in all soils. Addition of glucose or/and nitrate significantly increased denitrification activities throughout the profile for all soils, suggesting that both bioavailable carbon and nitrogen were limiting factors of denitrification in these grasslands soils. However, further field studies are needed to translate the denitrification potentials determined in laboratory measurements to denitrification rates under field conditions.     

鲁西北平原夏玉米产量与土壤硝态氮淋失

供水量和氮肥施用量是影响农田硝态氮淋失的主要因素。本文通过田间小区试验,研究了水分和氮肥用量对夏玉米产量和土壤硝态氮的影响。试验表明,高水处理（0～50cm平均含水量控制在85%FC,FC为田间持水量032）和低水处理（0～50cm平均含水量控制在70%FC）间产量差异不显著,施肥量（0、100、200、和300kgNha^-1）则具有显著影响,并且在200kgNha^-1左右时达到最高产量;高水条件下土壤水分硝态氮下渗强,运移深度大,所有施肥处理在200cm处的土壤水硝态氮浓度都要高于国家饮用地下水标准10mgNL-1;低水条件下水分下渗弱,运移深度小于高水处理,但是在200cm处,200、300kgNha^-1处理的土壤溶液硝态氮浓度依然高于10mgNL^-1。     

南极菲尔德斯半岛土壤氮循环微生物类群数量与功能活性的初步研究

南极乔治王岛南端的菲尔德斯半岛被认为是研究南极生态与生物资源的理想之地。本研究从该半岛全岛范围采集了3类不同类型的土壤样品,采用传统最大或然法(MPN)对其所含氮循环各类群微生物的总量进行了测定,同时利用常规Griess试剂、纳氏试剂等显色法初步估算了各菌群的功能活性强度,并结合土壤理化性质和采样点生态等进行了初步分析。目的是对该半岛土壤氮循环微生物进行先期初步了解,为进一步深入研究它们的其他特性奠定基础。结果表明:13个土样中所含氮循环微生物总量趋势为氨化菌反硝化菌硝化菌和固氮菌(活菌数),除极个别样品外均具有不同程度的硝化、反硝化、氨化活性。其中,所有土壤样品均具有比较高的氨化菌含量及氨化活性强度;丘陵山坡土壤的反硝化菌含量与反硝化活性强度要高于动、植物区土壤(极个别样品除外);动物区和植物区土壤的硝化菌含量较少,但硝化活性强度较高,预示着可能存在高效功能菌株;而丘陵山坡土壤的硝化菌含量及硝化活性强度则表现得高低不一。本结果为进一步深入研究该地区氮循环微生物提供了前期参考。     

温度和水分对科尔沁沙质草地土壤氮矿化的影响

土壤氮矿化对陆地生态系统初级生产力起决定性作用,但其影响因素较多,其中温度和水分最为重要。研究沙质草地土壤氮矿化对温度和水分的响应,对预测全球变化对沙质草地生态系统结构和功能的影响具有重要作用。因此,通过开顶式气室(OTC)模拟增温和人工调控田间持水量的方法对科尔沁沙质草地的土壤进行原位培养,分析温度和水分对土壤氮矿化作用的影响。结果表明:无论温度如何变化,科尔沁沙质草地土壤氮净矿化/硝化速率随着田间持水量的增加而明显提高。净硝化速率和净矿化速率在田间持水量为9.5%时最大,田间持水量达到时12.5%明显下降。增温使沙质草地土壤氮矿化显著变化,但增温的效应与田间持水量存在一定的关联。在相对适宜的田间持水量条件下(田间持水量为6.5%~12.5%),OTC增温可以使科尔沁沙质草地的土壤氮矿化/硝化速率显著提高;但是在田间持水量处于相对较低或者过高的状态下,该地区土壤的净氮净矿化/硝化速率对温度增加的响应不明显。     

Effects of Microtopographically Concentrated Recharge on Nitrate Variability in a Confined Aquifer: Model Simulations

Simulated recharge to a shallow confined aquifer indicates that locally concentrated recharge through microtopographically determined recharge areas (having elevation differences of less than 2 cm) can have a substantial effect on the spatial variability of nitrate-N concentrations [N-NO₃] in the upper meter of an aquifer. For an aquifer that is confined and near pressure equilibrium with the watertable, hydraulic mounds formed under recharge areas can cause temporary large local increases in hydraulic gradient and subsequent flux from the aquitard to the upper aquifer. These hydraulic surges carry nitrates from the aquitard to the upper aquifer, where they move as local plumes and disperse according to the properties of the prevailing aquifer flow system, until discharged, reduced to ammonia, or denitrified. Under conditions of maximum local recharge the ratio of aquifer nitrate concentration to till nitrate concentration ([N-NO₃]_a/[N-NO₃]_t) may approach an upper limit of 1. Understanding these processes is important for interpretation of nitrate and other solute measurements near the aquifer-aquitard boundary.