Differences in preferential flow with antecedent moisture conditions and soil texture: Implications for subsurface P transport

Preferential flowpaths transport phosphorus (P) to agricultural tile drains. However, if and to what extent this may vary with soil texture, moisture conditions, and P placement is poorly understood. This study investigated (a) interactions between soil texture, antecedent moisture conditions, and the relative contributions of matrix and preferential flow and (b) associated P distributions through the soil profile when fertilizers were applied to the surface or subsurface. Brilliant blue dye was used to stain subsurface flowpaths in clay and silt loam plots during simulated rainfall events under wet and dry conditions. Fertilizer P was applied to the surface or via subsurface placement to plots of different soil texture and moisture condition. Photographs of dye stains were analysed to classify the flow patterns as matrix dominated or macropore dominated, and soils within plots were analysed for their water‐extractable P (WEP) content. Preferential flow occurred under all soil texture and moisture conditions. Dye penetrated deeper into clay soils via macropores and had lower interaction with the soil matrix, compared with silt loam soil. Moisture conditions influenced preferential flowpaths in clay, with dry clay having deeper infiltration (92 ± 7.6 cm) and less dye–matrix interaction than wet clay (77 ± 4.7 cm). Depth of staining did not differ between wet (56 ± 7.2 cm) and dry (50 ± 6.6 cm) silt loam, nor did dominant flowpaths. WEP distribution in the top 10 cm of the soil profile differed with fertilizer placement, but no differences in soil WEP were observed at depth. These results demonstrate that large rainfall events following drought conditions in clay soil may be prone to rapid P transport to tile drains due to increased preferential flow, whereas flow in silt loams is less affected by antecedent moisture. Subsurface placement of fertilizer may minimize the risk of subsurface P transport, particularily in clay.     

抚仙湖流域不同农业模式砾质土壤环境质量及其氮磷流失风险评估

于2006年8月分层采集抚仙湖流域有机及传统农业农田砾质土壤,对土壤样品的机械组成、重金属含量、养分剖面积累进行测定分析;通过室内降雨模拟,对不同土壤样品氮磷流失风险进行评估.结果表明:①有机及传统农业模式下,砾质土壤机械组成发生明显变化,0-20cm土层砂粒含量明显降低:②除传统农业土壤Cd为二级标准,其他土壤重金属含量均符合国家土壤环境质量(GB/15618-1995)一级标准:③有机及传统农业模式下0-20cm土层有机质、全氮养分明显积累,但不同农业模式问无明显差异:有机农业土壤全磷、水溶性氮磷积累程度显著高于传统农业土壤;④有机农业土壤在780mm模拟降雨条件下,氮、磷流失风险更大,氮、磷流失总量分别是传统农业土壤的1.9倍、19.8倍.     

背角无齿蚌滤食对营养盐和浮游藻类结构影响的模拟

利用微型生态系统研究背角无齿蚌（Anodonta woodiana）高密度养殖情况下对微型生态系统水柱中不同形态氮磷浓度和浮游藻类群落结构的影响,结果显示蚌的高强度滤食：（1）减少微型生态系统中悬浮态氮的含量,明显增加厂水柱中的溶解性氮、磷含量,但是对总氮、总磷和正磷酸盐含量没有显著影响;（2）显著减少所有浮游藻类的数量和生物量,提高水体透明度,同时迅速改变微型生态系统中浮游藻类的群落结构,降低了微囊藻等蓝藻的数量及其所占的相对百分比,而绿藻所占的比例迅速上升;（3）导致微型生态系统的生态结构发生了显著变化,上行效应（Bottom-up effects）在浮游藻类与营养盐的关系方面发生了变化,实验组水柱中氮、磷含量与浮游藻类的相关关系显著降低;（4）并不能有效降低微型生态系统的富营养水平．     

冰封期达里诺尔湖同位素与营养盐分布特征及关系的定量分析

以内蒙古高原的达里诺尔湖为研究对象,对其在冰封期湖水不同相态下总氮(TN)、总磷(TP)浓度以及氢、氧同位素比值的分布特征和定量关系进行初步研究.结果表明:1)在冰封期,达里诺尔湖水体中营养盐的平均浓度相对较高,已远超过国家Ⅴ类水质标准.水体中TN、TP浓度均大于其在对应冰体中的浓度,均值分别是对应冰体中的9.91、3.11倍,说明低温冷冻过程对达里诺尔湖水体中的氮、磷具有浓缩效应.而通过与非冰封期的对比发现,湖冰的排氮效应强于磷.2)冰封期由于结冰过程中同位素热力学分馏明显,加之贡格尔河的入流补给,使得达里诺尔湖冰体中的氢、氧同位素比值远高于水体中的比值,同时,随冰层的加深,同位素逐渐偏重.3)冰封期达里诺尔湖水体及冰体中,同位素比值与营养盐浓度均呈显著负相关,水体的相关性较冰体要好,在冰层中,随着冰层的加深相关性越明显.利用SPSS统计软件分析发现同位素比值与营养盐浓度的相关关系显著,水体中最大相关系数达到0.991,冰体中达到0.988;氢同位素(D)与TN、TP浓度的关系式分别为:TN=-0.2825δD-6.0083和TP=-0.0805δD-1.2395,这为研究湖泊营养盐的时空变化规律提供新的手段和理论.     

分级进水对阶梯垂直流人工湿地污水处理效果的影响

本文研究了分级进水对阶梯垂直流人工湿地处理生活污水效果的影响.在保持总水力负荷为100 mm/d的情况下,分别将总进水量的0%、10%、20%和30%用于湿地第2级阶梯的进水,分析了系统对化学需氧量(COD)和氮、磷的总去除率和沿程变化.结果表明,不同分级进水比例条件下人工湿地对COD和总磷(TP)的去除率差异不明显,COD和TP的最高去除率分别为87.80%和81.17%,COD的去除主要集中在第1级,其贡献率平均为82.18%,TP的去除主要集中在第3级,贡献率平均为54.37%.分级进水对总氮(TN)去除率影响显著(P0.05),当2级进水比例为20%时,TN去除率最高,为61.70%±4.48%,且3个梯级对TN的去除贡献率分别为36.52%、42.11%和21.37%.相同组合形式的垂直流人工湿地处理生活污水的工程应用中,可根据需求设置20%左右的2级进水比例,以提高人工湿地对污染物的去除效果.     

沉水植物水槽对农村水体净化效果与机制的模拟

实验设计中试水槽装置,模拟研究2种沉水植物轮叶黑藻(Hydrilla nerticillata)和苦草(Vallisneria natans)对农村水体的净化效果,并探讨沉水植物在水体氮、磷去除中的作用.结果显示,沉水植物系统均能显著降低水体中总氮、铵态氮、硝态氮和磷酸盐浓度,去除率分别达到50.5%、84.4%、41.9%和64.6%,且轮叶黑藻组选择20 g/m2,苦草组选择40 g/m2为适种密度.水体流经各串联单元时氮、磷去除负荷存在显著差异,其中总氮、硝态氮、磷酸盐浓度在有植物单元高于无植物单元,铵态氮浓度相反,结合单元内溶解氧浓度、硝化与反硝化细菌总数表明,有植物单元可显著发生反硝化作用,无植物单元可显著发生硝化作用,有无植物串联单元更有利于氮的去除.     

金沙江下游梯级水库对氮、磷营养盐的滞留效应

氮、磷是水域重要的营养或污染物质,大型水库修建将对江河氮、磷物质的输运产生重要影响.以金沙江华弹、向家坝水文站2006-2016年实测水质资料为依据,通过建立污染物浓度与流量比值（TN/Q、TP/Q）与含沙量（S）的关系式,对金沙江下游溪洛渡、向家坝梯级水库蓄水前后进出库总氮（TN）、总磷（TP）浓度及通量的变化特征进行研究.结果表明：（1）华弹站不受蓄水影响,TN和TP浓度在0.38~1.41和0.01~0.73 mg/L之间变化,向家坝站蓄水前TN和TP浓度在0.32~1.33和0.03~0.42 mg/L之间变化,蓄水后在0.35~1.29和0.01~0.05 mg/L之间变化,蓄水后TN浓度较蓄水前略有升高,但TP浓度较蓄水前约降低75%;（2）蓄水前华弹站TN浓度与向家坝站基本接近,TP浓度总体低于向家坝站,蓄水后华弹站TN浓度低于向家坝站,TP浓度明显高于向家坝站;（3）金沙江TN以硝态氮（NO₃^--N）为主,占TN浓度的67.3%~91.8%;（4）两站的TN浓度随流量和含沙量变化较小,TP浓度与流量和含沙量均呈正相关关系;（5）华弹站TN、TP年通量在48357~135827和4720~14163 t之间变化,年均值分别为90337和8932 t,向家坝站蓄水前后TN年通量在64232~130966和71675~149647 t之间变化,蓄水后通量总体高于蓄水前,TP年通量在8851~18624和3131~7300 t之间变化,蓄水后通量远低于蓄水前;（6）水库蓄水对出库TN浓度与通量无明显影响,但TP浓度与通量较蓄水前明显降低,其中通量年均滞留率约为67.0%.