城市重污染河道环境因子对底质氮释放影响

以苏州市古城区劣Ⅴ类水体为研究对象,利用模拟试验方法,研究和探讨了水体环境条件(DO、Eh、pH值、温度)变化和疏浚深度对河道底泥氮释放的影响.底泥供试样中NH₄+-N与NO₃--N含量一般为0.277 g/kg与0.0012g/kg,上覆水体NH₄+-N与NO₃--N含量一般为6.743 mg/L与1.500 mg/L.试验结果表明:厌氧环境(DO<0.5 mg/L)、强还原环境(Eh<-108 mV)、酸性环境(pH<6.0)及温度升高均有利于底泥中NH₄+-N的释放,NO₃--N的迁移转化规律则相反;供试样控制疏浚深度5 cm、10 cm、15 cm、20 cm,当疏浚深度15 cm时,泥-水界面向上覆水体中扩散的氮通量最小;疏浚深度、DO和Eh对底泥NH₄+-N释放程度的影响大于pH和温度,通过曝气等方式保持水体中适当的溶解氧或使底泥保持较强的氧化电位环境可以有效抑制底泥中NH₄+-N的释放.     

河岸带表土层氮素非饱和入渗运移规律模拟

自制土槽装置,室内模拟氮素在河岸带表土层中非饱和入渗的过程.通过观测土槽中不同点位渗流水体出流时间的先后顺序以及各点水体中TN、NH₄+-N浓度随入渗时间的变化,探讨氮素在河岸带表土层中非饱和入渗的运移规律.试验结果表明:在河岸带表土层非饱和入渗过程中,水分水平运移速度小于垂直运移速度,NH₄+-N的运移滞后于水分的运移;在土壤"干"-"湿"-"干"过程中,各点TN、NH₄+-N浓度值随时间先急剧增加再缓慢减少然后趋于稳定.另外,河岸带表土层对非饱和入渗氮素的截留效果较好,试验11 h时,在1.08m的坡长距离上,距土表面12 cm深度TN、NH₄+-N浓度比进水分别下降74.23%和68.02%.     

污染河道对沿岸地下水环境影响规律研究

以江苏奎河为例,观测研究奎河污染物COD_Cr、NH₄+-N、NO₃--N、Cl-入渗进入地下水中发生物理、化学及生物变化的时空分布规律,分析河道沿岸土壤对污染物的去除能力.结果表明:河床的土壤对污染物COD_Cr具有很高的去除率,对NH₄+-N亦有较高的去除率.河道中的NO₃--N在入渗过程中虽有一定的去除率,但由于NH₄+-N、NO₂--N等污染因子转化成NO₃--N,因此该浓度不一定会明显降低.Cl-是保守性污染因子,入渗过程中虽有一定的去除率,但仍对沿岸地下水环境产生影响.因此,当污染河道中污染因子是保守性物质时,必须考虑对沿岸地下水源地的影响.     

地下水与地表水相互作用下硝态氮的迁移转化实验

全球水体氮污染形势严峻,且以硝态氮(NO₃--N)污染为主,研究地下水与地表水(G-S)相互作用模式对NO₃--N在“潜流带”(HZ)中迁移转化的影响是开展水体氮污染综合防控的关键.开展地表水(S)补给地下水(G)(下降流)、地下水(G)补给地表水(S)(上升流)以及交替作用3种模式的NO₃--N迁移转化实验,研究表明:3种模式下,出水NO₃--N浓度可降低95%以上;上升流中反硝化强度大于下降流;异化还原作用(DNRA)对下降流与上升流出水氨氮(NH₄+-N)浓度的贡献分别约为71%和11%;上升流实验后水-土界面有机氮含量是下降流实验后水-土界面的2.3倍.结果表明,G-S相互作用下NO₃--N的衰减途径主要包括:合成有机氮、反硝化及DNRA;相互作用模式对各衰减途径的强度存在影响;HZ介质通过吸附NH₄+-N和微生物作用合成有机氮的方式截留氮素.      

三江平原典型湿地系统大气湿沉降中氮素动态及其生态效应

2004年7月至2005年6月对三江平原典型湿地系统大气湿沉降中的氮素动态进行了研究,并探讨了其生态效应。结果表明,各形态氮月均浓度之间差别较大,具有明显的季节性,原因主要与人类活动、降水强度及频次、风向、地理位置以及氮氧化物自然排放有关;湿沉降的TN组成以TIN为主(51.38%~98.96%),TIN又以NH₄+-N和NO₃--N特别是NH₄+-N为主,降水天气系统的路径在很大程度上影响着降水中各形态氮的组成;降水量与各形态氮浓度均呈较弱的负相关(p>0.05),而NH₄+-N与NO₃--N、TON均呈显著正相关(p<0.05),它们可能具有同源性。NH₄+-N与NO₃--N的良好相关性与其在液相中的反应有关;生长季是全年氮沉降的重要时期,其TN沉降量为非生长季的1.84倍,二者所占比例分别为64.78%和35.22%。除NO₂--N外,其它各形态氮的沉降量均以生长季为主体;全年TN沉降量为7.57 kg/hm2,TIN/TON之比为5.47,TIN为沉降主体,占84.56%。NH₄+-N和NO₃--N是TIN沉降的主体,其所占全年的比例分别为52.55%和30.03%;氮是该区植物生长的限制因素,生长季的氮沉降对于促进植物生长直接生态意义重大,而非生长季的氮沉降对于大量补充次年植物生长初期所需养分的间接生态意义明显,其生态作用不容忽视;近年来湿地系统氮沉降量的降低可能是导致其退化的重要原因,其生态影响也不容忽视。     

农田排水对沼泽湿地毛果苔草的影响及效应

随着三江平原沼泽湿地的垦殖,农田排水不断进入沼泽湿地,对湿地生态系统造成不同程度的影响。当一定氮、磷浓度的农田排水进入毛果苔草沼泽湿地后,水中TN、NH₄+-N、TP和PO₄3--P的含量均明显升高,8~9月份TN和NH₄+-N含量分别为自然沼泽湿地水体的1.51~2.10倍和1.53~3.02倍;TP和PO₄3--P含量分别为1.30~4.08倍和4.33~11.33倍。接受农田排水的毛果苔草根、茎叶生物量明显增高,相应的植物不同部分TN、TP含量也明显增高,其毛果苔草根部TN、TP含量与水中TN、TP含量的相关关系比自然湿地毛果苔草的这一相关关系更强,表明农田排水可促进毛果苔草的生长和对氮、磷的吸收。由于农田排水中磷的含量相对较高,造成湿地水系统N/P失衡,对湿地毛果苔草生态系统的稳定性和生物生产力形成潜在的威胁,因此应控制农田排水直接排入沼泽湿地。     

褐煤生物产气规律及其液相体系中阳离子变化特征

为研究褐煤生物产气规律及其液相体系中常见阳离子变化特征,以内蒙古胜利褐煤为产气底物,寺河矿区煤层气井排采水中微生物作为发酵菌群,利用5 L厌氧发酵罐进行模拟生物产气实验,采用离子色谱仪对发酵液中的NH₄+、K+、Ca2+、Mg2+和Na+5种阳离子浓度进行动态监测。结果表明:煤模拟生物产气周期为33 d,分为缓慢增长期、快速增长期和平缓期3个阶段,33 d单位质量煤净产甲烷量最高达23 μmol/g;产气体系中NH₄+（741.5 mg/L）和K+（994.5 mg/L）离子质量浓度变化最为明显,Ca2+（26 mg/L）、Mg2+（10.7 mg/L）和Na+（72 mg/L）次之,表明发酵液中5种阳离子均参与了褐煤生物产气过程,且被不同程度地释放和利用;褐煤生物产气量与阳离子浓度有一定相关性,单位质量煤产气量与NH₄+和K+浓度呈正相关,与Ca2+、Mg2+浓度呈负相关。此外,NH₄+和K+以及Ca2+和Mg2+之间浓度呈显著正相关。由实验结果可知:褐煤生物产气液相体系中4+、K+、Ca2+、Mg2+和Na+5种阳离子会随着煤中有机组分的厌氧降解而缓慢释放、再吸附,同时可被微生物利用参与细胞内的生物化学反应。      

降雪对三江平原小叶章湿地系统氮输入及生态效应

2006年11月至2007年4月,对降雪、地表积雪、积雪融水以及土壤(0～10cm)渗漏液进行野外监测,系统研究了降雪对三江平原小叶章湿地系统氮输入的影响。结果表明,降雪中氮浓度变化明显,其浓度受多种因素影响,降雪中TIN、TON和TN的沉降量分别为0.375、0.591和0.966kg/hm2。地表积雪的氮库主要由地表积雪的总水量决定。积雪融水中TIN以NH₄+-N为主,TN以TON为主;但NO₃--N较NH₄+-N易流失,TIN较TON易流失。土壤(0～10cm)对积雪融水的TIN、TON和TN截留量分别为1.53、0.10和1.63kg/hm2。积雪融水的氮输入促进土壤微生物和植物生长,具有明显的生态效应。     

红枫湖夏季分层期间pCO2分布规律的研究

在夏季分层期间对红枫湖南、北湖湖心的水样进行分层采集,同时测定了分层水样的温度、pH、HCO₃-浓度、溶解氧(DO)、叶绿素a(Chl-a)及铵根离子(NH₄+)、硝酸根离子(NO₃-)、磷酸根离子(PO₄3-)的浓度,水体中CO₂的分压(pCO₂)由化学平衡及亨利定律求得。研究结果表明:光合作用、有机质降解及水体热分层是影响红枫湖夏季pCO₂分布的主要因素。其中,温水层CO₂欠饱和是光合作用吸收CO₂引起的,温跃层中pCO₂的急剧增加是光合产物降解产生CO₂引起的。静水层沉积物附近pCO₂最高并且还有持续增加的趋势,说明沉积物中有机质降解是静水层中CO₂增加的主要原因,夏季湖底水温较高加快了沉积物中有机质的降解。分层现象使pCO₂在水体中的分布差别明显,并且使静水层中CO₂得到积累。此外,夏季红枫湖水体中pCO₂的变化与NH₄+、PO₄3-的变化密不可分,表现为温水层中光合作用消耗NH₄+、PO₄3-,有机质降解过程伴随NH₄+、PO₄3-的释放。     

接触氧化技术在公园景观水体功能恢复中的运用试验研究

通过自行设计加工的试验装置,进行生物接触氧化技术在景观水体功能恢复中的试验研究。待处理的景观水体ρ(COD_Cr)为25~35 mg/L,ρ(NH₃-N)为2.2~3 mg/L,ρ(TP)为0.55~0.85 mg/L,有机负荷低,且水质变化幅度大。试验结果表明,在合适的运行参数下,生物接触氧化技术可以使经过处理的景观水体的ρ(COD_Cr)、ρ(NH₃-N)、ρ(TP)分别降至14.62 mg/L、0.26 mg/L、0.19 mg/L,满足地表水Ⅲ类水质标准,达到景观水体水质要求。     

青藏高原多年冻土区两种高寒草地生态系统土壤氮季节变化及其与环境因子的关系

在气候变化背景下,青藏高原多年冻土区生态环境发生着一系列变化并进一步影响土壤氮循环过程,但目前冻融循环及植被生长周期中土壤氮的动态变化还不清楚。以青藏高原腹地的风火山和特大桥地区的两种典型草地生态系统为研究对象,分析了土壤可利用氮（NH₄⁺-N、NO₃^--N、DON）及微生物量氮（MBN）的季节变化。结果表明：土壤铵态氮（NH₄⁺-N）及可溶性有机氮（DON）含量在非生长季高于生长季,土壤硝态氮（NO₃^--N）在生长季高于非生长季;风火山地区高寒草甸生态系统中土壤NH₄⁺-N在融化期含量较高;土壤MBN在植被生长旺盛期降低,在植被生长后期升高;风火山地区高寒草甸生态系统中土壤MBN含量、特大桥地区高寒草原生态系统中土壤可利用氮总量与土壤全氮（TN）含量显著正相关。这表明,土壤全氮含量、植被吸收以及冻融作用均可引起土壤可利用氮及MBN的季节变化。     

西藏高原灌区氮素迁移转化特性及模拟方法

针对西藏高原灌区的水文和氮素迁移转化特性,于2014年和2015年青稞种植期在西藏林芝市丹娘灌区测定了土壤-松散岩体介质中径向渗流和地表排水过程中的流量、氨氮和硝态氮浓度变化过程。发展了分段连续演算方法描述径向通量过程,基于集总式一阶动力学方法计算径向渗流及排水过程中氮素的转化过程,构建了西藏高原灌区水文及氮素迁移转化模型。结果表明:灌区径向通量分别占降雨量和灌水量的26.2%和40.9%。进入排水沟的NH₄+-N和NO₃--N通量分别占深层渗漏量的20.2%和25.1%。流量、NH₄+-N和NO₃--N浓度模拟结果的系统偏差、Nash-Sutcliffe系数、相对均方根误差和累积偏差分别为0.043、0.694、0.081和0.242,表明所提出的方法有效地模拟了西藏高原灌区水文及氮素的迁移、转化和入河过程。     

河口沉积物孔隙水营养盐分布特征及扩散通量

通过2010年夏季在李村河口潮滩区3个站位的采样分析,研究了孔隙水营养盐的分布特征,并利用Fick第一定律估算了沉积物-水界面间营养盐的扩散通量。结果表明,孔隙水营养盐在不同站位间质量浓度不同,呈现出自河口上游向下游逐渐降低的分布趋势。NH₄⁺-N质量浓度为26.21~53.10 mg/L,是孔隙水中营养盐的主要组分。沉积物中有机物的降解反应主要在还原状态下进行,营养盐质量浓度在垂向上的变化受有机质含量及沉积物氧化还原环境改变的综合影响。除NO₃^--N外其他营养盐均由沉积物向上覆水体扩散,沉积物是底层水体营养盐的重要来源。     

岩溶地下河污染物运移特征及自净能力 ——以广西里湖地下河为例

以广西里湖地下河为研究对象,通过观测地下河系统中污染物的运移行为来研究其自净过程。于不同季节沿着地下河的径流方向进行一个水文年的调查取样。结果发现地下河主要受到NO₂-N、NH₄+-N、COD和As、Cd、Hg等重金属的污染。污染物从地表进入岩溶含水层,到达地下河出口时部分污染物浓度衰减明显,说明一些离子有明显的自净能力。因地下河的结构和部分管道半充水状态、明暗流交替等水文地质条件,地下河的自净机制主要是物理过程的稀释作用和化学过程的氧化还原反应。通过对比地下河主要离子的衰减量和衰减速率,发现衰减比例最高的为铵态氮,最低为保守元素氯离子。根据衰减速率,将水中的离子和微量元素分为4种衰减特征类型:TFe、Al和Zn一旦进入岩溶含水层后全部衰减;K、Na、Mg、F、Cl、HPO₄和TP在洞穴伏流段具有最高的衰减速率;来自生活和工业污染的NH₄-N、COD_Cr、BOD₅从上游至下游逐渐减少;Mn、 Ba和Hg从明流转为伏流时衰减速率最快,但在洞穴伏流内存在二次悬浮。     

沙尘暴对天山托木尔峰青冰滩72号冰川环境的影响

基于沙尘暴发生前后在天山托木尔峰青冰滩72号冰川末端采集的7个大气气溶胶样品和在水文断面采集的9个融水径流样品,探讨了沙尘暴事件对天山冰川区大气环境和水环境的影响。结果表明,Ca²⁺和SO₄^2-是青冰滩72号冰川大气和融水径流的主要离子,当沙尘暴发生时,这两种介质中的离子浓度显著升高,而且升高存在同时性。由于影响因素不同,浓度随时间变化的趋势不同,大气环境对沙尘事件的响应能力强,水环境则对温度变化的响应能力更强。通过相关性分析和主成分分析认为,青冰滩72号冰川大气中Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺、K⁺、Cl^-和SO₄^2-主要以自然源为主;NO₃^-和NH₄⁺则以人为源为主。轨迹分析发现,由源于东欧、西伯利亚经中亚南下的冷气团引发的大风降温天气以及区域沙尘暴对冰川区环境有显著影响。     

青藏高原中部各拉丹冬峰雪冰记录特征

2005年10~11月在青藏高原唐古拉山脉各拉丹冬峰冰川区不同海拔采集了3个雪坑样品,分析结果表明,雪坑中δ¹⁸O和主要离子浓度具有明显的季节变化特征.夏季风期间降水中δ¹⁸O低于其它季节,表明该地区夏季δ¹⁸O的"降水量效应"仍然存在.雪坑中主要离子在非季风期的浓度高于夏季风期.主要离子的相关分析表明,除NH₄⁺、NO₃^-外,雪坑中其它离子浓度之间均存在较好的正相关性.各拉丹冬峰冰川区仍受到南亚季风的影响,但因其位于夏季风影响的边缘区域,其影响程度相对于高原南部较弱;同时也受到大陆性气候的影响,在冬春季节具有较高的粉尘气溶胶沉降.     

秦岭主峰太白山北麓降水化学特征分析

利用太白山北麓2011年12月-2013年7月共39次降水样品数据资料, 定量分析了该区域降水化学的特征和时间变化规律. 结果表明: 太白山北麓地区降水中, 除常量离子Na⁺、NH₄⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、F^-、Cl^-、SO₄^2-、NO₃^-外, CO₃^2-、HCO₃^-、PO₄^3-及低分子有机酸也占有相当比例. 研究区降水常量离子浓度的顺序依次为: NH₄⁺ > SO₄^2- > Ca²⁺ > NO₃^- > Na⁺ > Cl^- > Mg²⁺ > K⁺ > F^-, 离子总浓度表现出明显的季节变化: 夏季(轻度污染) < 秋季(中等污染) < 春季(严重污染) < 冬季(极重污染). 利用因子分析法得出太白山北麓地区降水组分主要有三种来源; Na⁺、Cl^-、Mg²⁺、Ca²⁺主要来自地壳源, SO₄^2-、NO₃^-、NH₄⁺主要来自人为源, K⁺和F^-主要由海盐源和人为源共同贡献. 根据Hysplit 后向气流轨迹分析, 得出不同路径气团降水离子组分不同: 受地形等因素影响, 北方路径的气团比南方路径气团离子总浓度较高; 受土壤类型影响, 西北方向气团降水Na⁺、Mg²⁺、Ca²⁺浓度较高; 受人为活动影响, 东北方向SO₄^2-、NO₃^-、NH₄⁺浓度较高.     

大兴安岭多年冻土泥炭地无机氮动态对秋季冻融的响应北大核心CSCD

大兴安岭多年冻土泥炭地是对全球变暖响应敏感的地区之一。在全球变暖、多年冻土退化背景下,为了探明秋季冻融对多年冻土泥炭地无机氮时空变化的影响,本研究于2019年9—11月以大兴安岭三种多年冻土泥炭地为研究对象进行野外原位实验,分析了秋季冻融前、中和后期多年冻土泥炭地浅层和深层土壤无机氮的时空变化特征以及浅层和深层土壤含水量和温度的变化规律,建立了土壤无机氮含量与土壤温度和含水量间的多元线性回归模型。研究表明:多年冻土小叶章泥炭地(XY)、兴安落叶松-泥炭藓泥炭地(XA)和白毛羊胡子苔草泥炭地(BM)的土壤铵态氮(NH_(4)^(+)-N)含量变化范围:(1.00±0.00)~(20.60±0.20)mg·kg^(-1),硝态氮(NO_(3)^(-)-N)含量的变化范围:(0.02±0.01)~(14.64±1.11)mg·kg^(-1),且无机氮以土壤NH_(4)^(+)-N为主;秋季冻融后期无机氮含量明显高于前期。尽管水热交互作用对该时期无机氮没有显著影响,但是在不同冻融阶段,无机氮对环境因子的响应程度存在差异:在秋季冻融前、中和后期浅层无机氮动态分别与浅层温度和含水量的变化相关,但在整个秋季冻融期间BM浅层无机氮含量仅对10~20 cm含水量存在响应(R^(2)=0.344,P<0.01)。研究表明,秋季冻融期内,多年冻土泥炭地无机氮发生初步累积,且浅层环境因子对无机氮响应程度最大。本研究可补充大兴安岭多年冻土泥炭地秋季冻融对土壤无机氮影响研究的相关数据,并为多年冻土泥炭地响应全球变暖的温室气体释放的研究提供基础数据支撑。     

中国第二次北极科学考察沿线气溶胶成分分析

对2003年7月15~9月28日间中国第二次北极科学考察沿线所采集的气溶胶样品进行分析,获得了Na⁺、NH₄⁺ 、Ca²⁺、Cl^-、MSA、SO₄^2- 等11种离子的浓度数据(文中使用当量浓度).根据相关分析, 可将11种离子分为3类: 海盐源离子, 包括Na⁺、Mg²⁺、K⁺、Ca²⁺、Cl^-、SO₄^2-; 人为源, 包括NH₄⁺ 、NO₃^-; 其它源, 包括 CH₃COO^-、MSA、C₂O₄^2-. 气溶胶以海盐气溶胶为主, Cl^-、Na⁺ 离子分别是阴阳离子中含量最大的离子, (Na⁺ +Cl^-)对气溶胶载量(所测定的阴阳离子的总和)的贡献平均为60.2%, 占气溶胶总量的一半以上. NH₄⁺ /SO₄^2- 的比值的平均为0.45, 根据当地的大气环境和气溶胶的离子平衡, 认为气溶胶样品中NH₄⁺ 和 SO₄^2- 主要是以 NH4HSO4的形式结合. 根据考察沿线 NO₃^- 浓度的变化, 把考察沿线大致分为3个区: 日本海区, 中值为15.2 neq·m^-3; 鄂霍次克海及白令海区, 中值为1.8 neq·m^-3; 北冰洋区, 其浓度较低, 中值为0.4 neq·m^-3. 考察沿线白令海是MSA的高产区.