降雨过程中香溪河流域非点源氮素入库特征研究

在香溪河流域主要支流开展了典型降雨事件过程中的水质水量同步监测,采用数字滤波法得到的基流指数分割了次降雨中的直接径流和基流,并用流量加权平均法估算了基流和直接径流中的氮素浓度,估算了降雨径流过程中点源和非点源氮素的入库(香溪河库湾)变化特征。结果表明:氮素浓度与流量的动态变化趋势基本一致,在降雨初期径流冲刷效应使浓度升高,在流量峰值到达的同时出现浓度最大值,之后随流量的减小而减小,并逐步趋于稳定;各形态氮素直接径流的浓度均大于基流,输出负荷以非点源为主,所占比例均达到70%以上,负荷贡献率表现为:TN>DTN>NO3--N>NH4+-N,TN的输出以DTN为主,DTN的输出以NO3--N为主;氮素输出负荷与径流量存在显著的相关性,TN、DTN、NO3--N、NH4+-N输出负荷与径流量的相关系数R值分别为0.93、0.95、0.98、0.88。有效控制农业非点源氮素输出是防治香溪河流域水体富营养化的关键。     

紫色土坡耕地氮淋溶过程及其环境健康效应

本研究通过观测3场不同降雨强度及不同施肥方式处理下氮素随紫色土坡耕地的壤中流迁移过程,并对氮素淋溶效应的环境健康效应进行风险评价,进而为控制紫色土地区氮素非点源污染及建立合理施肥制度提供科学依据.结果表明,不同降雨强度下,氮素随壤中流输出形态差异较大,溶解态氮(DN)的比重为53.74%~99.21%,其中硝酸盐(NO-3-N)的比重约为35.70%~93.65%,而在中雨强度下硝酸盐比重高达84.09%~93.65%;对于不同降雨强度,中雨强度下(降雨量为24.7mm)壤中流各形态氮素输出通量最高,总氮(TN)、DN、颗粒态氮(PN)、铵态氮(NH+4-N)和亚硝态氮(NO-2-N)输出通量分别可高达737.17、711.12、26.06、12.70和0.46 mg·m-2,而NO-3-N输出通量可高达686.12 mg·m-2,对地下水环境存在巨大污染隐患.通过对地下水氮素进行污染风险评价,表明秸秆还田能够有效缓解施肥带来的氮淋溶效应,降低地下水氮素污染风险,特别是有机-无机肥配施能有效减缓地下水污染状况,达到改善土壤肥力从而增加农作物产量的目的.     

长三角典型村域次降雨条件下氮素非点源输出特征

研究长三角典型都市农业村镇不同土地利用下的氮素非点源输出特征,以期为治理该区域的面源污染提供科学依据.通过典型次降雨径流事件中氮形态和输出负荷变化的研究发现:监测点总氮(TN)的事件平均浓度(EMC)为20.01～22.83mg/L,其中溶解态氮(DN)占TN的比例最大;研究区非点源氮流失以溶解态为主,DN又以溶解态有机氮(DON)为主.耦合各形态氮浓度与径流量特征,发现非点源氮素输出呈现2个峰值,且出现在径流峰值之前4～55min;TN、DN和硝态氮(NO3--N)浓度随降雨时间增加呈现减少趋势;氮素负荷受其浓度和径流量的共同作用,基本上呈现与氮素浓度相同的变化特征,但起伏变化较为平缓.氮素污染负荷积累曲线分析表明,村域地表径流各形态氮素均存在初期冲刷效应.     

三峡库区兰陵溪小流域土地利用及景观格局对氮磷输出的影响

以三峡库区兰陵溪小流域为研究对象,分析了流域水体氮、磷等输出时空特征及土地利用景观格局对其产生的影响.结果表明,流域总氮(TN)、总磷(TP)、硝态氮(NO-3-N)主要来源于园地,6~9月汛期的氮磷输出显著大于1~5月的非汛期;非汛期铵态氮(NH+4-N)主要来源于住宅用地,汛期NH+4-N则来源于园地,以林地为主的集水区氮磷输出在两个时期均较低.林地面积比与非汛期NO-3-N、TP及汛期的TN、TP显著负相关;住宅用地面积比与非汛期的NO-3-N、TN及汛期的NO-3-N、TN、TP显著正相关;园地面积比与汛期的NH+4-N、TN显著正相关.PD与非汛期的氮素及汛期的NO-3-N、NH+4-N显著正相关;CONT与汛期的氮素及非汛期的TP呈负相关;耕地、未利用地比例以及景观格局指数ED与氮磷输出的相关性较弱,而SHMN和水域比例尚未表现出显著相关性.此外,两个研究时期NH+4-N与土地利用及景观格局变量的回归关系要优于NO-3-N、TN和TP,R2分别为0.885和0.969,而汛期的回归关系也比非汛期显著.典型相关分析进一步显示,不同土地利用斑块类型导致的景观破碎化能较好解释氮磷输出的影响,两典范轴累积解释氮磷输出变量的90%,景观变量PD贡献最大,对流域水质评价与预测具有重要意义.     

南方红壤区氮湿沉降特征及其对流域氮输出的影响

本研究通过对江西千烟洲香溪流域雨季氮湿沉降及径流过程进行监测,分析降雨及径流过程的各形态氮浓度变化,探讨南方红壤区氮湿沉降特征及其对流域氮输出的影响.结果表明:1 2014年雨季(3~6月)共27场降雨,产生的氮湿沉降负荷达43.64~630.59 kg,氮沉降通量为0.44~6.43 kg·hm-2,呈现出极大的季节变异性;2对其中3场降雨过程进行动态分析发现,当降雨量为8~14 mm时,流域氮沉降负荷达18.03~41.16 kg,而该地区氮湿沉降通量为0.18~0.42 kg·hm-2.其中3场次降雨事件导致流域水体的总径流量为4 189.38 m3,TN总流失负荷16.72 kg,输出通量为4.64 kg·hm-2;DTN总流失负荷为9.64 kg,输出通量为2.68 kg·hm-2;NH+4-N总流失负荷2.93 kg,输出通量为0.81 kg·hm-2;NO-3-N总流失负荷5.60 kg,输出通量为1.56 kg·hm-2.3流域氮湿沉降对流域氮输出的贡献率约为56%~94%,说明降雨对流域氮流失影响巨大,并以硝酸盐为主,流域水体中总氮浓度超过河流水体富营养化阈值(1.5 mg·L-1)存在发生富营养化的隐患.     

东江干流水体氮的时空变化特征及来源分析

为了防治东江氮污染并进行针对性水体治理,于2013年7月(丰水期)和2014年1月(枯水期)全面调查了东江干流水体氮的时空变化特征,并利用附生藻的稳定性氮同位素示踪技术对东江水体氮进行了溯源研究.结果表明,TN、NO-3-N、NH+4-N在丰水期的平均浓度分别为2.70、1.63、0.21 mg·L-1,高于枯水期(TN,2.04 mg·L-1;NO-3-N,1.49 mg·L-1;NH+4-N,0.31 mg·L-1);东江水体氮含量较高,且主要以NO-3-N形态存在.各形态氮浓度自上游至下游的变化趋势表现为,TN和NO-3-N先递减再升高,NH+4-N则逐渐递增.稳定性氮同位素示踪表明,面源输入的人畜粪便、养殖废水及农业化肥等是上游区域氮的主要来源,贡献率约占91%;而在下游区域,城市污水的贡献率逐渐增大,并成为氮的主要来源,贡献率达到54%.     

节水灌溉与控释肥施用对太湖地区稻田土壤氮素渗漏流失的影响

在太湖流域采用田间小区试验研究了干湿交替节水灌溉与控释肥(控释BB肥与树脂包膜尿素)施用对稻田30 cm深土壤渗漏水总氮(TN)、铵态氮(NH+4-N)、硝态氮(NO-3-N)和亚硝态氮(NO-2-N)浓度的动态变化及氮素淋失的影响.结果表明:各处理渗漏水TN、NH+4-N和NO-2-N浓度均在施肥后10 d内达到高峰,然后逐渐下降.渗漏水氮素以NH+4-N(0.22~15.15 mg·L-1)为主,平均占TN 70.1%,NO-3-N(0.10~0.95 mg·L-1)占TN比例较低,平均为13.0%,NO-2-N(0~0.24 mg·L-1)平均仅占TN 1.3%.与淹灌相比,节灌对稻田渗漏水氮素浓度及各氮素占总氮的比例影响不大,但降低了14.2%的渗漏水量和9.4%的TN淋失量.施氮显著提高了渗漏水氮素浓度以及NH+4-N和NO-2-N占TN的比例.控释BB肥和树脂包膜尿素较常规尿素处理水稻全生育期渗漏水TN平均浓度分别降低10.2%和43.3%,TN淋失量分别降低26.1%和39.5%.综上,干湿交替节灌结合树脂包膜尿素施用有利于降低氮素渗漏损失,促进农田面源污染减排.     

基于SWAT与DNDC模型对比研究亚热带流域氮淋溶与输出过程

本研究通过对亚热带香溪河小流域的氮输出进行长期监测,并通过DNDC与SWAT模型对流域氮素流失进行对比模拟研究,以期为合理建立适合亚热带流域氮循环模型提供科学依据.结果表明:(1)影响DNDC模型模拟小流域内氮素流失的关键参数包括降水、坡度以及氮肥施用量,而影响SWAT模型模拟的关键参数包括地下水滞后系数、最大冠层截留量、基流系数和土壤蒸发补偿系数;(2)DNDC模型模拟小流域内2014年的径流量、TN和NO-3-N排放量与实测值的偏差分别为5.19%、8.10%和71.70%,SWAT模型模拟小流域内2014年的TN、NO_3~--N和NH_4~+-N的排放量与实测值的偏差分别为2.04%、14.29%和8.89%;(3)通过对SWAT与DNDC模拟结果对比分析香溪小流域氮素流失时空分布特征,进一步耦合了DNDC和SWAT模型,有助于提高亚热带流域氮素流失模拟精确度.     

温州城市不同下垫面径流中无机氮的含量及初期冲刷效应

在温州两个采样区分别监测了4场降雨事件,选取交通干道、停车场、小区屋面、小区路面、城市排水系统汇流口、草地等6种下垫面,测定地表降雨径流中溶解铵态氮（NH＋4-N）、溶解硝态氮（NO-3-N）、溶解亚硝态氮（NO-2-N）的含量及基本理化指标.结果表明,温州城市降雨径流中NH＋4-N、NO-3-N和NO-2-N的降雨事件平均浓度（EMC）值分别介于0.40～5.55、0.01～4.70、0～0.87mg·L-1（以N计）之间,九山外河区域氮污染比山下河区域严重,交通干道、居民生活区是氮污染严重的地方,应加以重视.多数下垫面径流中溶解态无机氮以NH＋4-N为主,比例可达50%以上,九山外河区域各下垫面径流中NH＋4-N普遍超过了地表水环境V类水标准.除小区路面以外,各下垫面径流多次出现NH＋4-N的初期冲刷效应,仅小区屋面和汇流口径流中出现过NO--N初期冲刷效应.     

次降雨过程中不同土地利用配置对径流中氮流失的影响

为了解天然次降雨过程中土地利用配置对径流氮流失的影响,本研究以重庆市忠县石盘丘小流域两个不同土地利用配置的A、B子集水区为研究对象,对集水区出口径流量和氮素进行监测.A集水区为农林水复合配置模式,B集水区为传统农业配置模式,利用EMC评估次降雨过程径流中氮的平均浓度,分析次降雨过程中不同土地利用配置对径流氮素的影响.结果表明,在次降雨径流氮流失过程中,B集水区的TN浓度（1.37~15.17 mg·L^-1）>A集水区（0.84~9.28 mg·L^-1）;A集水区第一次峰值占第二次峰值的比值62%远小于B集水区的97%;A集水区的平均可溶性总氮/总氮（DN/TN）为69%,B集水区的平均可溶性总氮/总氮（DN/TN）为75%,A集水区的平均硝态氮/可溶性总氮（NN/DN）为67%,B集水区的平均硝态氮/可溶性总氮（NN/DN）为80%.不同土地利用配置对氮流失的影响显著,与B集水区相比,A集水区能有效减少氮的流失,明显消减第一次TN峰值,减少DN和NN的养分占比.本研究为三峡库区小流域面源污染防控提供了科学依据.     

Contribution of atmospheric nitrogen deposition to diffuse pollution in a typical hilly red soil catchment in southern China

Atmospheric nitrogen （hi） deposition is currently high and meanwhile diffuse N pollution is also serious in China. The correlation between N deposition and riverine N export and the contribution of N deposition to riverine N export were investigated in a typical hilly red soil catchment in southern China over a two-year period. N deposition was as high as 26.1 to 55.8 kg N/（ha-yr） across different land uses in the studied catchment, while the riverine N exports ranged from 7.2 to 9.6 kg N/（ha-yr） in the forest sub-catchment and 27.4 to 30.3 kg N/（ha.yr） in the agricultural sub-catchment. The correlations between both wet N deposition and riverine N export and precipitation were highly positive, and so were the correlations between NH-N or NO2-N wet deposition and riverine NH4-N or NO3-N exports except for NH-N in the agricultural sub-catchment, indicating that N deposition contributed to riverine N export. The monthly export coefficients of atmospheric deposited N from land to river in the forest sub-catchment （with a mean of 14%） presented a significant positive correlation With precipitation, while the monthly contributions of atmospheric deposition to riverine N export （with a mean of 18.7% in the agricultural sub-catchment and a mean of 21.0% in the whole catchment） were significantly and negatively correlated with precipitation. The relatively high contribution of N deposition to diffuse N pollution in the catchment suggests that efforts should be done to control anthropogenic reactive N emissions to the atmosphere in hilly red soil regions in southern China.     

亚热带农区生态沟渠对农业径流中氮素迁移拦截效应研究

以我国亚热带农业面源污染防控工程——生态沟渠为研究对象,在2013~2014年对其径流量和每月进出口水质中NH~+_4-N、NO~-_3-N和TN的质量浓度进行监测,通过分析生态沟渠在不同时间段对不同形态氮素的去除差异,探讨了生态沟渠对面源污染中氮素迁移的拦截效应.结果表明,2 a内生态沟渠对NH~+_4-N、NO~-_3-N和TN的平均去除率分别为77.8%、58.3%和48.7%;拦截量分别为38.4、59.6和171.1 kg·a~(-1);进水中无机态氮NO~-_3-N和NH~+_4-N之和占TN质量分数的平均值为47.5%,出水中平均值为33.6%,比进水显著降低(P0.01).2014年生态沟渠中水生植物全部改种为绿狐尾藻后,对NO~-_3-N和TN的拦截率比2013年分别增加了30.5%和18.2%,表明种植绿狐尾藻进一步提升了生态沟渠对氮素的拦截能力.可见,生态沟渠对农区地表径流中氮素迁移有较好的拦截作用,可作为一项重要的农业面源氮污染防控技术.     

太湖丘陵地区农田氮素迁移的时空分布特征

在太湖丘陵地区选择4种有代表性的土地利用类型进行野外原位试验,研究自然降雨条件下氮素随地表径流迁移的时空分布特征.试验结果表明,随地表径流迁移的农田氮素以氨氮为主,其“次降雨径流平均浓度”中位值占总氮的44.5%,亚硝态氮浓度最小,仅占1.8%.地表径流中的氮素浓度存在显著的季节性差异,其分布主要受降水量、气温等气象条件以及农事活动的影响.总氮、氨氮、硝态氮和亚硝态氮的“多场降雨径流平均浓度”的时间变异性依次减小.菜地径流中总氮、氨氮和硝态氮以及竹林亚硝态氮的SMC值最高,不同土地利用下氮素浓度的空间分布主要与施肥条件以及植被覆盖度有关.各氮素形态SMC值的空间变异性小于其时间变异性.旱地和菜地的氮素迁移通量大于板栗林和竹林,径流量是导致迁移通量存在显著差异的主导因素.     

太滆南运河入湖河口沉积物氮素分布特征

为研究入湖河口沉积物中氮素的存在形态和空间分布状况,于2012年4月在太滆南运河入湖河口区采集沉积物柱状样品并对沉积物中的氮素进行了测定分析.结果表明,NH+4-N、TN和Org-N在表层沉积物中的沉积具有一定的同步性.NH+4-N与Org-N、TN均呈显著正相关(P<0.05),Org-N和TN呈极显著正相关(P<0.01);Org-N是入湖河口表层沉积物氮素的主要成分,平均值为2 843.77 mg·kg-1,占TN的质量分数为93.38%;氮素的水平分布存在差异:TN和Org-N的含量在入湖河干流延伸方向上,随距离的增加而逐渐降低,在偏离干流延伸方向上,呈"W"型波动变化.NH+4-N含量在距河口100 m内迅速下降,100 m后在波动中保持低水平.NO-3-N含量在0~800 m内保持平衡,800 m后迅速升高;氮素的垂直分布存在差异:在入湖河干流延伸方向,NH+4-N含量随沉积物深度的增加而升高,NO-3-N呈现出底层富集向表层富集转变的趋势,TN和Org-N的含量自表层向底层富集.     

三江平原农田渠系中氮素的时空变化

以三江平原开发强度不同的浓江上游段和别拉洪河中游段的农田排水渠系为研究对象,根据毛、农、斗、支、干5个渠道级别设采样点,分析TN、NH⁺₄-N和NO^-₃-N在渠系中的时空变化规律及其影响机制.结果表明,别拉洪河中游段渠系中的TN、NH⁺₄-N和NO^-₃-N浓度大于浓江上游段;TN、NH⁺₄-N、NO^-₃-N的浓度峰值沿着渠系从低级向高级移动,浓江上游段峰值出现的最高级别是干渠,而别拉洪河中游段是斗渠;多等级的排水渠系对氮素起到了一定的截留作用,且别拉洪河中游段渠系对氮素的截留大于浓江上游段;2个渠系中的TN、NH⁺₄-N的季节变化趋势相一致,6～9月逐月减少,而NO^-₃-N的季节变化不明显且没有规律;TN与NH⁺₄-N、NO^-₃-N呈显著性正相关,浓江上游段TN与NH⁺₄-N、NO^-₃-N之间的关系适合幂函数模型,而别拉洪河中游段适合三次曲线模型;通过多元回归分析得到别拉洪河中游段渠系中的TN浓度与NH⁺₄-N、NO^-₃-N之间的关系模型可以解释78%的TN浓度.     

亚热带农田和林地大气氮湿沉降与混合沉降比较

本研究在位于我国亚热带区域的湖南省长沙县金井河流域,设置一个农田监测点和一个林地监测点,开展了完整的2a(2011年3月至2013年2月)大气氮素(N)湿沉降和混合沉降(湿沉降+部分干沉降)的监测,评价两种方法监测的大气氮素沉降的差别,并建立一种采用氮素混合沉降来估算氮素湿沉降的方法.结果表明采样点氮素湿沉降和混合沉降以NH_4~+-N沉降量最高,其中农田点大气氮湿沉降、混合沉降量分别为26.2 kg·(hm~2·a)~(-1)、28.9 kg·(hm~2·a)~(-1),湿沉降、混合沉降NH_4~+-N、NO_3~--N和可溶性有机氮(DON)分别占湿沉降、混合沉降总氮(TN)的49.7%、31.3%、19.0%和48.7%、31.6%、19.7%.林地点大气氮湿沉降、混合沉降量分别为23.6 kg·(hm~2·a)~(-1)、27.8 kg·(hm~2·a)~(-1),湿沉降、混合沉降NH_4~+-N、NO_3~--N和DON分别占湿沉降、混合沉降TN的53.9%、34.8%、11.4%和49.6%、31.6%、18.9%.研究区域降雨量与湿沉降、混合沉降雨水中NH_4~+-N、NO_3~--N和TN浓度均有极显著负相关关系,而与沉降量有显著正相关性.两监测点湿沉降与混合沉降的雨水中N素浓度具有极显著线性相关性(决定系数大于0.82),根据二者之间建立的回归方程,农田点采用混合沉降估算湿沉降中NH_4~+-N、NO_3~--N和TN沉降的系数值分别为0.875、0.774和0.852;林地点相应的系数值分别为0.859、0.783和0.819,该系数值主要与监测点的氮素湿沉降量及大气颗粒态氮的污染水平有关.亚热带区域采用大气氮素混合沉降替代氮素湿沉降,将导致氮素湿沉降被高估10%~18%,利用氮素混合沉降和氮素湿沉降之间的回归方程,可以较好实现采用混合沉降来估算湿沉降.     

重庆南山表层岩溶泉与地下河三氮运移及氮通量估算

岩溶区特殊的地质构造使地下水系统存在多重水流.为研究三氮在表层岩溶带水流和地下河水流中的特征和运移方式,选取城市化进程中的重庆南山老龙洞地下河流域表层岩溶泉和地下河按月采样,分析水化学特征,结合SPSS的相关性分析,认为两种水流三氮特征差异很大.表层岩溶泉三氮质量浓度月变化小,受降水、污水影响较小,NO_3~--NNH_4~+-N;地下河水三氮质量浓度月变化大,受降水、污水影响较大,旱季NH_4~+-NNO_3~--N,雨季NO_3~--NNH_4~+-N.表层岩溶泉DIN主要来源于与农业活动有关的非点源污染,在土壤、表层岩溶带中经氨化、吸附、硝化作用等过程以扩散流形式运移至出露地表.地下河DIN随管道流、扩散流运移,并以管道流为主.DIN全年有点源的工业、生活污染物经落水洞、裂隙、溶隙进入.雨季同时存在占更大比例的非点源污染物,或由降雨产生的表面坡流、壤中流、表层岩溶带水流经落水洞进入,或经深裂隙、溶隙下渗进入,硝化作用明显.流域DIN输出通量为56.05 kg·(hm~2·a)~(-1),其中NH_4~+-N、NO_3~--N分别占46.03%、52.51%;根据径流分割法估算出点源污染、非点源污染的贡献率分别为25.08%、74.92%.