曝气充氧对城市污染河道内源铵态氮释放的控制

以城市污染河道沉积物和上覆水为研究对象,利用模拟实验方法,探讨不同曝气充氧方式(水曝气EW、底泥曝气ES)对污染河道內源铵态氮(NH4+-N)释放的影响.研究结果发现:从间隙水和沉积物中NH4+-N的削减效果来看,底泥曝气均要优于水曝气;实验结束后,底泥曝气组沉积物与间隙水中NH4+-N含量分别减少63.39%和43.33%,水曝气组分别减少了7.54%和13.98%;从沉积物-水界面NH4+-N的扩散通量变化来看,水曝气组界面通量高于对照组,其变化规律与对照组相似;底泥曝气组沉积物-水界面NH4+-N扩散通量变化过程完全不同于其它两组,在整个试验周期内(除第5 d以外),底泥曝气组的通量低于水曝气组,在第15 d最低,为13.73 mg/(m2.d),仅为水曝气组和对照组的14.68%和19.93%,表明底泥曝气组沉积物NH4+-N的释放潜力低于水曝气组沉积物.     

武汉月湖沉积物不同形态氦含量与转换途径的垂直变化

描述了2005年6月月溯4个采样点沉积物不同形态氮含量、净硝化速率、净氮矿化速率与硝酸还原酶活性的垂直分布.亚表层(5·10cm)交换态No3-N含量最高,而有效态氮与交换态NH4 .N含量最低,故具临界意义.有效态氮多以交换态NH4 -N的形式贮存于表层(O-5com)与底层(>10cm),且底层含量较高,这种分布与缺氧状态有关.表层沉积物总氮和有机态氮含量、净硝化速率、净氮矿化速率与硝酸还原酶活性均高,间隙水中NH4 -N浓度亦取峰值,而溶解态NO3-N浓度最低,据此提出氮循环的基本过程:有机态氮经矿化与硝化产生NH4 -N与N3--N,同时导致有利于NH4 -N生成的缺氧状态,并促使部分No3--N异化还原为NH4 -N,二者共同构成表层间隙水中丰富的NH4 -N源.总之,富营养化湖泊表层沉积物富含有机态氨.故为氮生物地球化学循环的最为活跃的层面,而NH4 -N则为最具有效性且含量最高的形态.     

武汉月湖沉积物不同形态氮含量与转换途径的垂直变化

描述了2005年6月月湖4个采样点沉积物不同形态氮含量、净硝化速率、净氮矿化速率与硝酸还原酶活性的垂直分布．亚表层（5—10cm）交换态NO3＋-N含量最高,而有效态氮与交换态NH4＋-N含量最低,故具临界意义．有效态氮多以交换态NH4＋-N的形式贮存于表层（0—5cm）与底层（〉10cm）,且底层含量较高,这种分布与缺氧状态有关．表层沉积物总氮和有机态氮含量、净硝化速率、净氮矿化速率与硝酸还原酶活性均高,间隙水中NH4＋-N浓度亦取峰值,而溶解态N03--N浓度最低,据此提出氮循环的基本过程：有机态氮经矿化与硝化产生NH4＋-N与NO3-N,同时导致有利于NH4＋-N生成的缺氧状态,并促使部分NO3-N异化还原为NH4＋-N,二者共同构成表层间隙水中丰富的NH4＋-N源,总之,富营养化湖泊表层沉积物富含有机态氮,故为氮生物地球化学循环的最为活跃的层面,而NH4＋-N则为最具有效性且含量最高的形态．     

改性当地土壤技术修复富营养化水体综合效果研究:Ⅰ.水质改善的应急与长期效果与机制

2010年10月-2011年9月在太湖梅梁湾围隔内研究了改性当地土壤絮凝除藻及其对水质改善的应急和长期效果,并结合室内实验研究了该技术防控底泥再悬浮和减少底泥二次污染的长效机制.现场围隔实验结果表明,改性当地土壤除藻30 min后,TN、NO3--N、NH4+-N、TP、PO34--P和Chl.a的去除率分别为66%、57%、60%、93%、92%和98%;长期监测结果表明,与对照区域相比,围隔内的TN、NH4+-N、NO3--N、TP和PO34--P在处理后11个月内的平均值分别降低了39.83%、52.30%、48.53%、18.75%和60.00%.室内再悬浮实验结果表明,改性土壤和沙子抗再悬浮能力较未改性土壤分别提高了3和5倍.室内柱培养结果表明改性土壤絮凝除藻和沙土覆盖相结合可有效提高表层沉积物-水界面的氧化还原电位和溶解氧,使沉积物向水体的TP和TN通量从源逆转成汇,PO34--P和NH4+-N通量大幅度降低.改性土壤技术在利用絮凝除藻快速改善水质后,可通过改性沙/土分层底泥调控分别达到对藻絮体再悬浮的物理控制和营养盐再释放的化学控制,通过将亚表层底泥中的藻细胞分解并被沉水植物根系吸收,可实现对底泥中水华蓝藻复苏和水体富营养化的长效生态控制.     

大气湿沉降向太湖水生生态系统输送氮的初步估算

测定和分析了2002年7月至2003年6月太湖周边地区太湖站、拖山岛、东山站、无锡、苏州、湖州、常州等7个站点大气降水化学组成,计算了水气界面TN、NH4 -N、NO3--N、T1N、TON的湿沉降率。结果表明,大气降水的TN浓度变化范围为2.06±0.30(常州)-3.71±0.43(拖山岛),太湖流域大气降水已呈富营养化水质的特征;大气降水TN、NH4 -N、NO3--N、TIN、TON的年均湿沉降率分别为2806.75kg/km2、1458.81kg/km2、631.67kg/km2、2090.48kg/km2和716.28kg/km2;每年由湿沉降直接进入太湖水体的TN约为6562.2t,NH4 -N为3410.7t,NO3--N为1476.8t,TIN为4887.5t,TON为1674.7t;TN占入湖河道年输入污染物总量的13.6%.大气湿沉降中,TIN对TN的贡献比较大,平均约占TN的78.78%.TIN的湿沉降率具有季节性分布,夏季高,春季次之,冬秋季低。这种现象无疑对太湖水体的蓝藻爆发和富营养化具有潜在的促进作用.     

滇池表层沉积物铵态氮吸附特征

为研究滇池内源污染特征,2013年利用GIS软件针对滇池全湖布设36个采样点,采集表层沉积物,研究滇池表层沉积物铵态氮(NH_4+-N)吸附特征,同时分析沉积物的理化性质对NH_4+-N吸附特性的影响.结果表明:滇池表层沉积物对NH_4+-N的吸附量在前2 h之内呈增长趋势,吸附速率较大,之后沉积物对NH_4+-N的吸附量不随时间变化而变化,基本达到平衡,最大吸附速率均发生在0~5 min内;不同区域表层沉积物NH_4+-N最大吸附速率平均值表现为:外海南部湖心区外海北部草海,最大吸附量平均值表现为:湖心区外海南部外海北部草海,吸附效率平均值表现为:外海北部草海湖心区外海南部;沉积物对NH4+-N的吸附量与NH_4+-N的初始浓度大致呈线性关系,并且低浓度下表现出很好的吸附/解吸特征;滇池表层沉积物NH_4+-N的吸附解吸平衡浓度(ENC0)高于上覆水中NH_4+-N浓度,表明沉积物中NH_4+-N有向上覆水中释放的风险,沉积物在很长一段时间内起到水体污染"源"的作用;ENC0与沉积物中总氮、NH_4+-N含量呈显著正相关,本底吸附量和有机质总量呈显著负相关,沉积物吸附NH_4+-N主要受有机质的影响.     

氮及氮磷比对附着藻类及浮游藻类的影响

2005年5月至11月,在河北省YH水库选取5个具有代表性的样点,进行了微囊藻毒素-LR的调查,同时,测定了相应各样点的TN,TP,NH4-N,NO3-N和PO4-P.结果显示,水库中微囊藻毒素-LR(MC-LR)随季节发生变化,其中,7-10月期间相对较高,且大部分超过了生活饮用水地表水标准限值(1 μg/L);MC-LR与水体中的N、P之间的相互关系表明,5-7月期间,水库MC-LR与TP呈正相关,与NH4-N和TN/TP呈负相关;8-9月期间,水库中TP逐渐降低,但其它降低速率低于TN,造成TN/TP明显降低,MC-LR与TP和TN/TP呈正相关,与NH4-N呈负相关;10-11月期间,大量藻细胞死亡,释放到水体中MC-LR也逐渐下降,这时,大量外源营养盐也进入水库,造成微囊藻毒素-LR的变化与TN、NH4-N、NO3-N呈显著或极显著负相关.这说明在不同季节下,微囊藻毒素-LR与营养盐的关系不同,必须视实际情况而定.     

南京秦淮河叶绿素a空间分布及其与环境因子的关系

近年来,流动的河流开始陆续暴发藻类水华,河流的水华现象是继湖泊水华现象之后又一倍受关注的科学问题.秦淮河水体污染严重并于2010年8月和9月间暴发水华.采用2010年8月15日和9月8日的秦淮河野外调查数据,对秦淮河水体叶绿素a的空间分布特征及其与环境因子的相关关系进行研究.结果表明,从上游到下游,秦淮河水体叶绿素a含量的分布表现出一定的空间差异性,平均值为73.7μg/L,其中马木桥样点的叶绿素a含量最高(184.52μg/L);秦淮河水体氮磷比为26.86,水体叶绿素a浓度的对数与TP的对数呈正相关,与氮磷比的对数呈负相关,表明磷可能是秦淮河蓝藻生长的主要影响因子;河流水体叶绿素a浓度与pH和DO呈极显著正相关,与NO 2--N呈显著相关,而与NH 4+-N、NO 3--N和TN无显著相关.     

东太湖水环境现状及保护对策

根据2002年4月至2003年4月东太湖的水质监测结果,分析了东太湖的水质现状、空间分布特征及变化趋势．其中TN变化范围0．57-3．91mg／L,平均值1．61 mg／L,NH4 -N变化范围0．01-0．42mg／L,平均值0．14mg／L,NO3--N 变化范围0．044-0．549mg／L,平均值0．16mg／L,而TP平均值为0.103mg／L,与以前的调查结果相比,TN、TP和NH4 -N 均明显增加,CODMn有所下降,水质状况总体较差,但不同水域因其影响因子不同,水质亦有明显差别,湖心区水质最好．目前,东太湖水体总体上处于中富营养状态,部分湖区已达到富营养状态．最后根据东太湖水环境的现状,提出一些措施和建议．     

蓝藻不同类型胶被提取方法

胶被作为蓝藻细胞外的一层功能性结构,其提取方法仍不清晰完善.本研究选取具有不同胶被形态的鱼腥藻Anabaena sp.和念珠藻Nostoc sp.为实验材料,通过归纳近10年有关藻类胶被的提取方法,总结影响胶被提取效果的主要因素(温度、提取剂浓度、时间等)范围,并设置一系列因素及其梯度的双因素实验和正交实验对胶被提取方法进行优化,观察提取过程中藻细胞形态、自发荧光以及藻细胞密度变化.结果表明,粘液可通过离心法与藻细胞分离;荚膜提取的硫酸水浴法的最优条件为:1 mol/L、60℃、30 min,氢氧化钠水浴法为:0.01 mol/L、50℃、20 min;鞘提取的最优方法条件为氢氧化钠水浴法(0.01 mol/L、80℃、40 min)和超声法(20 kHz,30 W,on:3 s,off:3 s,2 min)结合处理.此外,通过高效液相色谱法测定提取的蓝藻胶被多糖组分,结果显示,鞘具有较强的疏水性,未水化为粘液或RPS,而荚膜中含有的氨基葡萄糖(1.261±0.02 mg/g)使得荚膜比鞘更具有粘附力.将本研究得到的荚膜和鞘的最优提取法运用到胶被形态以荚膜和鞘为主的其他藻种,均有很好的提取效果.本研究可为后续进一步揭示不同类型胶被的功能作用提供技术支撑.     

不同水生植物对富营养化水体无机氮吸收动力学特征

采用浓度梯度法,研究了鸢尾(Iris louisiana)、狐尾藻(Myriophyllum verticillatum)、茭白(Zizania latifolia)和水芹(Oenanthe clecumbens)对硝态氮(NO₃^--N)和铵态氮(NH₄⁺-N)吸收动力学特征.结果表明:4种水生植物对水体NO₃^--N和NH₄⁺-N吸收可用Michaelis-Menten酶动力学方程描述,随溶液NO₃^--N和NH₄⁺-N浓度增加,植物吸收NO₃^--N和NH₄⁺-N速率增加,当溶液NO₃^--N和NH₄⁺-N浓度接近于2.0 mmol/L时,吸收速率增加趋缓;4种水生植物对NO₃^--N和NH₄⁺-N的V_max值大小为水芹 >茭白 >鸢尾 >狐尾藻,对NO₃^--N的K_m值大小为水芹 >鸢尾=茭白=狐尾藻,对NH₄⁺-N的K_m值大小为水芹 >狐尾藻 >茭白=鸢尾.根据吸收动力学参数(V_max,K_m)判断水芹适宜于净化NO₃^--N和NH₄⁺-N浓度较高的水体,茭白、鸢尾和狐尾藻适合净化NO₃^--N和NH₄⁺-N浓度较低水体;4种水生植物对NO₃^--N、NH₄⁺-N表现出不同的吸收偏好性,鸢尾吸收NO₃^--N的潜力大于吸收NH₄⁺-N的,但对NH₄⁺-N的亲和力大于NO₃^--N,表明能在NO₃^--N浓度较高环境中优先吸收NH₄⁺-N.狐尾藻和水芹对NO₃^--N和NH₄⁺-N能均衡吸收.茭白对NH₄⁺-N具有较高的吸收潜力与亲和力.     

中国太湖物理—生物工程实验中菱对水质影响的模式

A model on a physico-biological engineering experiment for purifying water in Wulihu Bay of Lake Taihu by using Trapa natans var. bispinosa was constructed. The state variables in water in the physico-biological engineering were ammonium nitrogen (NH₄⁺-N); nitrate nitrogen (NO₃^--N); nitrite nitrogen (NO₂^--N); phosphate phosphorus (PO₄^3--P); dissolved oxygen (DO); nitrogen (N) and phosphorus (P) in detritus; biomass density, N and P in phytoplankton and in Trapa natans var. bispinosa, N and P in the substance adsorbed by the membrane of the engineering and the rootstocks of Trapa natans var. bispinosa. The state variables in bottom mud layer were PO₄^3--P in the core water,exchangeable P and N. The external forcing functions were solar radiation, water temperature, NH₄⁺-N; NO₃^--N; NO₂^--N; PO₄^3--P; N and P in detritus; DO; phytoplankton concentrations in inflow water and the retention time of the water in physico-biological engineering channel. The main physical, chemical and biological processes considered in the model were:growth of Trapa natans var. bispinosa and phytoplankton; oxidation of NH₄⁺-N and NO₂^--N, of detritus break down; N and P sorption by the enclosure cloth of the experimental engineering and by the rootstocks of Trapa natans var. bispinosa in water; reaeration of water; uptake of P, NH₄⁺-N, NO₃^--N by phytoplankton and Trapa natans var. bispinosa:mortality of the phytoplankton and Trapa natans var. bispinosa:settling of detritus; and nutrient release from sediment. Comparison of calculated results and observed results showed that the model was constructed reasonably for the experiment. The mechanism of purifying lake water in the experiment engineering was discussed by the use of the model.     

太湖梅梁湾沉积物中氮铁硫转化细菌的毫米级垂向分布及对氮磷迁移转化的潜在影响

本研究在太湖梅梁湾采集沉积柱,采用一种自制的毫米级柱状沉积物自动垂向分层切割装置对表层50 mm沉积物进行垂向切割(间隔2 mm),结合高通量测序技术分析沉积物中细菌群落的毫米级垂向分布;同时采用毫米级高分辨透析技术和薄膜扩散梯度技术(DGT)分析溶解态和DGT可获取态铵态氮(NH₄⁺-N)、硝态氮(NO₃^--N)、Fe、P的垂向分布特征。结果显示,沉积物中细菌群落与溶解态和DGT可获取态氮铁磷浓度在垂向上呈现显著的异质性。细菌硝酸盐还原主要发生在-16～0 mm沉积物深度,这可能导致了溶解态和DGT可获取态NO₃^--N含量在该沉积物深度的明显减少。细菌铁还原主要分布在-32～-18 mm沉积物深度,细菌硫酸盐还原主要分布在-50～-34 mm的沉积物深度;细菌硫酸盐还原是导致沉积物溶解态和DGT可获取态铁磷浓度从-32 mm随沉积物的深度增加而显著增加的主要原因。本研究加深了对富营养化湖泊沉积物中细菌影响氮磷在垂向上迁移转化的认识。     

太湖西北湖区浮游植物和无机、有机氮的时空分布特征

以太湖重度蓝藻水华发生的西北湖区为研究对象,从河口至湖心区设置5个采样点,于2012年10月至2013年10月逐月采集表层水体样品,测定了水温、溶解氧和浮游细菌丰度,并分析了浮游植物群落结构的组成、溶解性无机氮(DIN)和有机氮(DON)浓度以及氮磷比.研究结果表明,太湖西北湖区浮游植物主要由蓝藻、硅藻、绿藻和隐藻组成.可能由于风、浪等混合作用使太湖西北湖区不同采样点之间蓝藻细胞密度没有显著差异.蓝藻生物量在浮游植物中所占比例最高为34%±15%,春季部分点位隐藻生物量高于50%,表明隐藻与蓝藻的相互竞争趋势显著.CCA排序图结果表明,DIN、DON浓度以及总氮∶总磷比(TN∶TP比)是影响西北湖区浮游植物优势属分布的重要环境因子.5个采样点铵态氮(NH_4~+-N)与DIN浓度具有显著差异,与DON浓度没有显著差异.夏季蓝藻水华暴发期间,可能由于蓝藻的吸收利用引起NH_4~+-N和硝态氮(NO_3~--N)浓度迅速降低.此外,由于NH_4~+-N浓度还可能受到沉积物NH_4~+-N释放的影响,因此,蓝藻细胞密度与NO_3~--N的相关系数和显著水平均高于NH_4~+-N.夏季TN∶TP比和DIN∶TP比降至最低,表明该湖区浮游植物,尤其是蓝藻的生长可能受到氮限制.蓝藻细胞密度与DON浓度呈显著负相关,表明在氮限制条件下,DON可能是蓝藻氮素利用的重要补充.     

太湖霍甫水丝蚓(Limnodrilus hoffmeisteri) NH4+-N和PO43--P的潜在释放量

为了研究太湖底栖动物优势种类——霍甫水丝蚓(Limnodrilus hoffmeisteri)对于湖泊富营养化的影响,以温度和密度为模拟控制条件,对太湖霍甫水丝蚓进行营养盐释放的室内控制实验,研究温度和密度的变化对霍甫水丝蚓NH_4~+-N和PO_4~(3-)-P释放率的影响,根据霍甫水丝蚓铵态氮(NH_4~+-N)和磷酸盐(PO_4~(3-)-P)释放率与温度的关系方程,结合太湖霍甫水丝蚓2007-2010年的生物量估算其对太湖水体氮磷的潜在贡献.结果表明,随温度升高太湖霍甫水丝蚓NH_4~+-N和PO_4~(3-)-P的释放率均呈现逐渐升高的趋势,而密度变化对霍甫水丝蚓NH_4~+-N和PO_4~(3-)-P释放率的影响均不显著,太湖霍甫水丝蚓NH_4~+-N和PO_4~(3-)-P年平均释放量分别为1925.5和210.0 t,分别可达到全太湖沉积物-水界面NH_4~+-N和PO_4~(3-)-P的年净通量的19.3%和23.3%,表明霍甫水丝蚓的营养盐释放对于湖泊生物地化循环和湖泊富营养化具有显著的影响.     

太湖流域流经不同类型缓冲带入湖河流秋、冬季氮污染特征

为研究太湖流经不同类型缓冲带的入湖河流水体氮污染特征,于2011年9 12月连续对流经4种不同类型缓冲带入湖河流沿程共32个样点进行采样,分析各样点的氮浓度及变化趋势.结果表明,流经农田型缓冲带入湖河流中总氮浓度由缓冲带外进入缓冲带内不断减小,到入湖河口处有轻微上升;流经养殖塘型、村落型缓冲带入湖河流中总氮浓度由缓冲带外进入缓冲带内变化不大,到接近入湖河口时浓度显著升高;流经生态型缓冲带入湖河流中各氮元素形态沿程不断降低.在流经4种类型湖泊缓冲带入湖河流中,流经农田型、养殖塘型和生态型缓冲带的入湖河流以硝态氮为氮元素的主要存在形态,而流经村落型缓冲带的入湖河流中硝态氮和铵态氮同为氮元素的主要存在形态.总氮浓度、铵态氮浓度与缓冲带类型均呈极显著正相关关系,外源污染排入对流经缓冲带的入湖河流中氮元素总量及形态产生较大影响.流经生态型缓冲带入湖河流净化效果最佳,总氮、硝态氮和铵态氮浓度削减率分别为60%、53%和61%.     

湖光岩玛珥湖水体中营养盐的时空分布特征及其影响因素

湖光岩玛珥湖是世界上最大的玛珥湖,它几乎是封闭的,受外界的干扰小.目前有关玛珥湖的研究主要集中在古气候及生态环境研究方面,而有关玛珥湖营养盐在一年中的生物地球化学循环的研究较少,因此研究湖光岩玛珥湖营养盐的生物地球化学过程具有重要意义.于2015年10月-2016年9月对湖光岩玛珥湖全水柱的营养盐及其他相关参数进行逐月调查,分析营养盐的结构特征、垂直分布特征和时间变化情况,并讨论营养盐时空变化的影响因素.结果表明,湖光岩玛珥湖水中的无机氮（DIN）以铵态氮（NH₄⁺-N）为主（>60%）,其次是硝态氧（NO₃^--N）,亚硝态氮（NO₂^--N）所占比利最低.湖光岩玛珥湖水中的硅酸盐（SiO₃^2--Si）浓度较高,水体浮游植物生长受磷限制.冬季风期间,水体垂直混合较均匀,导致营养盐的垂直分布比较均匀;夏季风期间,水体层化,营养盐浓度在浅层水体较低,在深层水体较高.湖光岩玛珥湖表层水中的NO₃^--N、NH₄⁺-N和SiO₃^2--Si具有明显的时间变化规律：NO₃^--N浓度从10月-次年3月升高,从3-9月降低;NH₄⁺-N浓度从10月-次年5月降低;SiO₃^2--Si浓度从11月-次年5月降低,从5-9月持续升高.营养盐浓度的时间变化受有机质的矿化分解、水体的季节性混合、浮游植物的吸收、降雨的输入等多种因素的综合影响.     

硝态氮对库区水体藻类和细菌群落的影响

水体富营养化极易引起湖泊水库如藻类水华等水生态系统环境问题。氮素作为初级生产力的限制性生源要素之一,认识其在水华形成过程中潜在作用至关重要。本研究选取胶东半岛低碳高氮水库水体进行模拟实验,通过添加不同剂量硝态氮,探究高硝态氮输入对库区水体藻类和细菌群落结构的影响。结果表明:(1)当硝态氮作为唯一氮源,随着培养时间延长,硝态氮浓度显著下降,亚硝态氮和氨氮浓度逐渐升高,表明微藻和细菌共同作用可能将硝态氮转化为亚硝态氮和氨氮;(2)当硝态氮浓度为6 mg/L时,藻类叶绿素a浓度达到最高值,随着硝态氮浓度升高,叶绿素a浓度则会降低;(3)添加硝态氮后,蓝藻门成为优势藻类,绿藻门次之;变形菌门相对丰度显著升高。研究结果为低碳高氮类水体暴发蓝绿藻水华及有效防控提供理论依据和技术支撑。