金佛山世界遗产地岩溶地下河系统硝酸盐来源与转化

地下水硝酸盐污染已成为一个普遍的环境问题.为研究重庆金佛山水房泉岩溶地下河系统的硝酸盐来源与转化,于2017年4-10月每24 d左右对地下河系统内的某酒店自来水、化粪池、1^#落水洞、水房泉4个采样点开展监测,进行水化学和δ¹⁵N_nitrate、δ¹⁸O_nitrate同位素分析.某酒店污水经化粪池处理后,由1^#落水洞排入地下河,最后在水房泉排泄.结果表明：①水房泉NO₃^-浓度范围为4.65~10.20 mg/L,相对于我国生活饮用水标准处于较低水平;化粪池、1^#落水洞、水房泉3个采样点电导率和NO₃^-、Cl^-浓度的高值期与游客人数增多对应关系较好.②某酒店自来水δ¹⁵N_nitrate值为3.7‰~5.8‰、δ¹⁸O_nitrate值为1.6‰~2.7‰,说明硝酸盐主要来源为土壤有机氮,处于自然背景值;1^#落水洞δ¹⁵N_nitrate值为14.4‰~21.1‰、δ¹⁸O_nitrate值为3.5‰~11.2‰,显示硝酸盐主要来源为粪肥污水;化粪池和水房泉的δ¹⁵N_nitrate值为3.7‰~17.0‰、δ¹⁸O_nitrate值为-9.0‰~7.3‰,表明硝酸盐主要来源为土壤有机氮与粪肥污水,显示其硝酸盐主要污染源是酒店生活废污水.③某酒店自来水、水房泉地下水的硝酸盐转化过程以同化作用为主;化粪池污水以硝化作用为主,是岩溶地下河系统硝酸盐的重要来源之一;1^#落水洞污水表现为反硝化作用.④基于SIAR模型对水房泉的硝酸盐来源进行定量解析,发现大气降水、土壤有机氮和粪肥污水的贡献率分别为28%、36%和36%左右.     

不同生态修复措施下太湖西五里湖沉积物氮磷形态的时空分布

以太湖西五里湖为研究对象,研究了生态修复工程实施两年后,疏浚区、疏浚并水生植被重建示范区、退渔还湖区及对照区沉积物中氮、磷形态的季节变化及垂直分布特征,同时分析了各区上覆水的氮磷含量.结果表明:生态修复措施的实施对沉积物中氮磷形态分布及上覆水的氮磷含量影响显著.示范区和退渔还湖区水体中氮磷含量较低;沉积物中不同磷形态的垂直分布变化较复杂;疏浚基础上进行的水生植被重建对Lab-P、Al-P、Fe-P的吸收作用显著,对Ca-P、Org-P的影响较小;退渔还湖区沉积物磷形态以Ca-P、Org-P为主,Fe-P所占比例较低,与疏浚区不同.生态修复措施对沉积物中TN的影响较小;示范区NH 4 -N含量在秋季突增,可能与植物残体形成的有机质的分解有关.疏浚区水体中氮磷含量与对照区差别不大,沉积物中TN的平均含量还略高于对照区,因此单一的疏浚措施对水环境改善的长期作用需要进一步研究.而示范区水体及沉积物中的TN、TP含量均比较低,水生植被恢复较好,可见在减少外来污染的前提下,对湖区底泥进行疏浚并开展水生植被恢复工程应该是控制湖泊富营养化的有效途径.     

旅游酒店排污影响下的岩溶地下水水化学变化

岩溶地下水系统具有高度的开放性和脆弱性,使得地下水极易遭受污染.为探究旅游酒店排污对岩溶地下水水化学变化的影响,以金佛山世界自然遗产地水房泉流域为例,对水房泉地下水的水化学进行自动化监测,对流域内雨水、土壤水、某酒店自来水、污废水进行定期采集,结合流域硝酸盐氮氧同位素分析.结果表明,监测期间水房泉水化学变化随酒店入住游客量总体表现为3个阶段：前期受降雨影响显著,旅游高峰期间水质急剧恶化,后期水质明显好转.酒店生活污废水的排放成为水房泉水化学演变的重要因素,硝酸盐氮氧同位素表明水房泉的NO₃^-主要来自粪便、污废水以及土壤N的混合.H₂SO₄及污水中HCl、有机酸等可能参与了碳酸盐岩的溶蚀,使水房泉Ca²⁺、Mg²⁺、HCO₃^-浓度增加明显.流域岩溶管道发育,地下水流速快,使污染物质扩散迅速,故在研究期间水房泉主要离子的浓度高峰对污废水排放高峰的响应仅滞后约4 d.     

δ13C和δ15N指示不同生态类型湖泊无机氮及有机质来源

为了探讨不同生态类型湖泊(天然湖泊、城市湖泊)中无机氮和有机质来源,分别采集湖泊中水体、表层沉积物、水生植物、底栖动物进行碳、氮同位素特征分析.结果表明:蚌湖水体δ15N-NH4均值为-1.8‰±1.0‰,δ15N-NO3-均值为-0.5‰±1.7‰,说明蚌湖水体氮表现为雨水和农业肥料氮污染;象湖δ15 N-NH4+均值为6.8‰±8.6‰,其中养殖废水和管道排污口δ15N-NH4+值分别为13.5‰和25.4‰,表现出污水氮同位素特征,象湖δ15 N-NO3-均值为-2.9‰±4.2‰,是氨的硝化作用引起的氮同位素分馏所致.蚌湖表层沉积物、水生植物δ15N差别不大,分别为6.6‰±0.3‰、7.1‰±0.7‰,水生植物δ13C均值为-27.5‰±0.3‰,比沉积物δ13C偏负3‰.有机C/N为9.4±0.5,比沉积物C/N明显偏高6,反映水生植物是蚌湖有机质的主要来源.象湖表层沉积物δ15N、δ13C及有机C/N分布范围大,δ15N在3.6‰～8.3‰之间,均值为5.9‰±1.6‰,δ13C在-27.1‰～-24.7‰之间,均值为-26.0‰±1.0‰,有机C/N在2.6 ～10.8之间,均值为6.2±2.7,表明城市湖泊沉积有机质来源复杂.2个湖泊蚌类δ15N组成与各自湖泊表层沉积物δ15N组成相对应.     

添加固体碳源对垂直流人工湿地污水处理效果的影响

以垂直流人工湿地小试系统为研究对象,探讨了不同位置(表层、上层、中层和下层)添加固体碳源对系统氮、磷及COD_Cr去除效果的影响.结果表明:湿地下层硝态氮去除率低于中层,最适宜碳源添加位置为垂直流人工湿地中、下层.添加碳源系统中,碳源添加位置为表层的系统COD_Cr去除率最高,各系统出水COD_Cr浓度均低于进水,不引起系统出水中COD_Cr浓度的增加.添加碳源显著提高脱氮除磷效果,碳源添加位置为下层的系统TN去除率最高,碳源添加位置为表层的系统氨氧化作用明显,出水铵态氮浓度最高,各系统对亚硝态氮和硝态氮去除率差异不明显,但对硝态氮都表现出良好的去除效果.碳源添加位置为下层的系统硝化作用最完全,TP去除能力也显著优于其他各系统.添加碳源至垂直流人工湿地下层可以达到同步脱氮除磷的效果.     

太湖底泥及其间隙水中氮磷垂直分布及相互关系分析

对太湖主要湖区柱状样底泥的总氮、总磷含量及其间隙水铵态氮（ＮＨ＾＋４－Ｎ）、磷酸根磷（ＰＯ＾３－４－Ｐ）和二价铁Ｆｅ（ＩＩ）含量进行了分析,并对底泥和间隙水中相应物质含量进行了比较,结果表明：太湖近表层１０ｃｍ内底泥ＴＮ、ＴＰ赋存含量较之下层高１２％－２０％左右,间隙水中ＰＯ＾３＋４－Ｐ和ＮＨ＾＋４－Ｎ含量随浓度增加而大致呈上升趋势,表层未见高浓度层存在,各湖区底泥间隙水中ＰＯ＾３＋４－Ｐ和ＮＨ＾     

碳氮稳定同位素示踪鄱阳湖流域蚌湖丰水期的氮污染

鄱阳湖边缘深水区是鄱阳湖水位上涨时扩散而成的低洼湖区,通过对其一典型边缘湖泊——蚌湖丰水期的氮浓度和同位素特征值的检测,分析这类洪泛湖泊在水位最高时期水体颗粒有机质及无机氮的氮同位素变化特征,并识别氮污染来源及转化途径.结果表明:6月悬浮颗粒有机质碳氮同位素值(δ~(13)C:-26.7‰~-23.7‰,δ~(15)N:2.6‰~6.2‰)介于土壤有机质(δ~(13)C:-25.21‰±0.52‰,δ~(15)N:3.79‰±0.37‰)和水生植物的碳氮同位素值(δ~(13)C:-28.8‰~-24.9‰,δ~(15)N:5.3‰~8.2‰)之间.7月相比于6月,降低的δ~(13)C(-27.6‰~-23.2‰)和升高的δ~(15)N(4.3‰~7.7‰)表明暴雨冲刷带来更多的周边陆地碎屑输入.无机氮在6月以铵态氮(NH_4~+-N)为主要形态,7月以硝态氮(NO_3~--N)为主要形态.6月δ~(15)NH_4~+较负的特征值(-18.6‰±5.2‰)表明铵态氮主要来源于雨水,硝态氮(δ~(15)NO_3~-:1.4‰±3.0‰)主要来源于农业化肥和雨水.7月相比于6月,铵态氮和硝态氮的浓度和同位素值都大幅升高(分别升高了0.3和2倍,6‰和3‰),是暴雨冲刷陆地使农业化肥、城镇生活废水和畜禽养殖废水输入的结果.水生植物的δ~(15)N在7月(8.8‰±1.1‰)相比于6月(6.6‰±1.1‰)也升高了较多,是由于水生植物吸收了更高δ~(15)N废水无机氮的结果.通过颗粒有机质和无机氮的δ~(15)N分析可知,湖区水体氮的矿化作用和硝化作用较强,藻类对湖泊的内源氮贡献较弱,沿河湖的畜禽养殖在暴雨时对水域污染的威胁较大.本研究提供了洪泛湖泊氮污染治理的科学依据.     

滇东湖泊水生植物和浮游生物碳、氮稳定同位素与元素组成特征

稳定同位素示踪方法是研究生态系统组成与功能的重要手段,有助于认识湖泊食物网的基本组成与生物地球化学循环的主要过程.本研究选择了云南省东部地区营养水平不同的10个湖泊,开展了高等水生植物(沉水植物、漂浮植物)、浮游植物与浮游动物的空间调查,分析了不同生物在碳、氮稳定同位素信号与元素组成上的分布模式.在碳稳定同位素信号的分布上,漂浮植物在4种生物类型中最为偏负且变化幅度最小,为-28.99‰±0.86‰;浮游动物碳稳定同位素(-20.85‰±2.70‰)的分布特征与浮游植物(-21.88‰±2.97‰)显著相似;而沉水植物的碳稳定同位素显著偏正且变化范围较大,平均值为-12.04‰±4.57‰.结果表明,碳源及其传输途径的差异是导致湖泊生物体内碳同位素信号不同的主要驱动过程.在氮稳定同位素信号上,同为初级生产者的沉水植物(5.43‰±5.84‰)、漂浮植物(5.58‰±7.38‰)与浮游植物(7.26‰±3.83‰)较为相似,而浮游动物氮同位素信号(11.02‰±3.18‰)显著高于浮游植物且平均富集约3.46‰,反映了湖泊生物随着营养级的增加出现较为明显的同位素分馏效应.在空间分布上,湖泊生物碳同位素信号受到水温、水深等因素的明显影响,氮同位素信号则随湖泊营养水平的增加而逐渐偏正.与长江中下游等地区相比,云南湖泊生物的碳、氮元素含量总体偏高;同时,代表内源有机质组分的水生植物和浮游生物C/N质量比值都小于20.因此,本研究揭示的生物碳、氮同位素信号与元素组成特征可为评价高原湖泊食物网组成与生物地球化学循环提供重要的科学依据.     

夏季滇池和入滇河流氮、磷污染特征

为探讨滇池入湖河流水体营养盐空间分布特征及其对滇池水体富营养化的影响,2014年7月采集了入滇4类典型河流(城市纳污型河流、城乡结合型河流、农田型河流、村镇型河流)及滇池水样,分析其氮、磷浓度.结果表明:4条入湖河流总氮(TN)、总磷(TP)、硝态氮和氨氮污染均较严重;河流水体中TN、TP平均浓度大小为:农田型河流(大河)村镇型河流(柴河)城乡结合型河流(宝象河)城市纳污型河流(盘龙江),其中农田型河流(大河)水体TN、TP污染最为严重;在夏季,4条入湖河流水体中TN、TP浓度从上游向下游增加趋势比较明显,表明氮、磷沿河流不断富集;氮磷比分析表明,夏季河流输入氮、磷营养盐有利于藻类的生长,并且滇池浮游植物生长主要受TN浓度限制;夏季滇池南部入湖河流水体的TN、TP浓度高于北部入湖河流,该特征与滇池水体中TN、TP污染分布状况相反,推测滇池北部富营养化的主要影响因素是内源释放.因此,在今后的滇池水体富营养化研究中,应对滇池内源释放进行深入研究.     

再生水灌溉条件下氮磷运移转化实验与数值模拟

利用二维饱和-非饱和土壤氮磷运移转化模型nitrogen-2D对污水灌溉试验的实测数据进行了分析, 结果证明所提出的模型可以较好的描述土壤中的水分运动和氮的转化运移过程, 土壤含水量及铵态氮剖面模拟值与实测数据吻合程度较好.用检验过的数学模型模拟了不同污水灌溉方案下土壤及地下水中不同形态氮及磷的变化情况, 分析了不同灌溉方案下土壤的氮磷平衡和农田养分平衡状况, 结果表明: 适度的污水灌溉, 硝态氮和无机磷不会淋溶出1.5m土层, 不会对地下水造成氮磷污染; 施入土壤的铵态氮, 由于有较强的吸附性, 不易被作物直接吸收, 49%转化成硝态氮, 作物根系吸收以硝态氮为主, 氮肥当季利用率为23.3%;反硝化是进行污水灌溉时旱地土壤氮素的主要损失形式, 约占施入氮量的12.6%.