海河流域不同植物砣含量、地域分异及其输入、输出量研究

海河流域是我国农业发展的一个重要基地,由于不合理开发利用,造成某些地区土壤出现贫瘠化、盐渍化和沙漠化,土壤缺磷也很明显.为了寻找植物对磷的需求特点以及海河流域土壤磷分布规律,可以从植物指示的角度研究不同地区不同植物磷含量特征及其差异,研究植物每年从土壤中输出和输入的磷总量,从而寻找农业生态系统磷循环规律并科学指导施肥.     

海河流域植物中碳的输出(或存留)量和土壤中的库存量

研究了海河流域地区植物中碳的输出量和土壤库存量。结果指出：不同作物－土壤系统中各种作物碳的输出量和归还量有很大不同,作物碳输出量一般为归还量的３－１７倍;海河流域地区不同子流域土壤中碳的库存量也有差异,以滹沱河子流域土壤碳的库存量最高,大清河子流域土壤中碳的库存量最低。     

巢湖流域非点源磷流失关键源区识别

农业非点源磷污染是水体富营养化的重要原因.识别流域内各类景观中土壤磷向水体流失风险最大的关键源区并加以重点控制是流域非点源磷污染治理的重要手段.以巢湖流域为研究区,尝试采用改进的磷指数法在较大的流域尺度开展非点源磷流失风险评价及关键源区识别.在影响磷流失的污染源因子中增加了土壤磷吸持指数和磷饱和度指标.以反映土壤磷在水土界面迁移能力的差异;在迁移因子中又考虑了污染源与巢湖的距离.以反映污染源对最终受纳水体的影响;同时根据研究区特征及研究尺度对磷指数各指标分级与等级值进行了修改.结果表明,流域土壤磷吸持指数空间差异较小,总体上偏低,具有较高的流失风险;而土壤磷饱和度空间差异较显著,饱和度>25%的高风险区域超过流域面积的40%.巢湖流域非点源磷污染风险指数空间差异显著,风险等级最高(占流域面积5%)的区域分布在主要入湖河流下游的两岸平原地区,应作为磷污染重点控制的关键源区.磷指数法能够快速而方便地识别非点源磷污染的关键源区,应用于较大尺度流域可以从宏观上掌握非点源磷污染的空间差异并实施有效治理.     

海河流域农业面源污染潜在风险识别方法

在综合分析农业面源污染风险源汇因子的基础上,筛选出影响海河流域农业面源污染的8个主要因子（年降水量、溶解态面源污染物入河系数、吸附态面源污染物入河系数、年植被覆盖度、坡度、土壤可侵蚀性因子、农田氮表观平衡量和农田磷表观平衡量）,建立了农业面源污染潜在风险识别指标体系,采用多因子综合分析法对海河流域农业面源污染潜在风险等级进行评价,并与DPeRS模型风险识别结果进行偏差分析.结果表明,海河流域有61.91%的区域存在农业面源污染潜在风险,集中分布在流域的中部和南部地区,高风险区主要分布在北京市东南部、天津市中部、流域山东段东北部和河南段南部等区域;与DPeRS模型识别结果对比验证,显示同一风险等级面积相差不超过12%,且高风险级别面积相差仅为0.12%,97.17%以上的区域均为偏差小或无偏差,表明该识别方法具有与DPeRS模型法同等水平的农业面源污染潜在风险识别精准度,可实现区域农业面源污染潜在风险的快速、高效识别.     

百花湖周边城市近郊小流域氮、磷输出时空特征

识别主要污染物与污染源对于贵阳周边流域水质的控制与管理具有重要的现实意义.于2010年7月~2011年4月连续进行的野外观测实验,研究了贵阳市重要的水源地百花湖水库周边的麦西河小流域氮、磷流失浓度特征,以便为贵阳市城市近郊小流域面源污染治理提供参考.流域有各种源和汇的存在,导致研究流域在不同时间,从上游到下游,各采样点氮输出变化较大.各采样点水体的不同形态氮含量和磷含量随时间变化总体上仍呈现出一定的规律,总氮、硝氮以2010年7月较高,氨氮、亚硝氮和总磷以2010年10月和12月较高.从上游到下游,各采样点水体中不同形态氮含量和磷含量差异减少.在流域下游的河口处,TN含量由3.297 mg·L-1下降为2.793 mg·L-1,TP从0.136 mg·L-1下降到0.098 mg·L-1,但与中游比较,变化不明显,氨氮含量还有所上升.从流域氮、磷输出时空变化特征来看,氮素特别是氨氮和硝态氮通过河道径流途径进入百花湖的风险较高.研究结果可为百花湖周边小流域氮、磷流失治理做参考.     

怀柔山地油松林氮、磷、硫生物--地球化学循环的研究

海河流域怀柔山地油松林生态系统N,P,S元素生物地球化学循环研究结果表明,生态系统氮素输入输出基本平衡。氮素、磷素在未来一段时间内将在植物凋落层中累积,硫则在凋落物层、土壤中累积。这种情况形成了城市郊区森林生态系统元素循环的独特特性。     

太湖西部流域滨岸带土壤磷形态空间分布与影响因素比较

为了揭示不同流域滨岸带的生态功能,于2015年夏季采集太湖西部苕溪流域和天目湖流域不同滨岸带（林地、耕地、草地、荒地）土壤,利用连续顺序提取法获得无机磷形态,分析土壤磷形态的空间分布特征、影响因素以及土壤磷形态与地下水中TDP（总溶解性磷）的联系.结果表明:苕溪滨岸带的磷形态含量总体上高于天目湖滨岸带,但组成方面有所差异.滨岸带土壤的NH₄Cl-P（弱吸附态磷）、BD-P（还原态磷）、NaOH-P（金属氧化物结合态磷）含量随土壤深度的增加而降低,HCl-P（钙结合态磷）含量随土壤深度的增加而增加,耕地表现得最为明显.从高地到滨水带,草地和荒地的磷形态含量有略微增加的趋势,而林地和耕地的磷形态含量均降低,耕地同样表现得最为明显.苕溪滨岸带磷形态含量的水平变幅大于天目湖滨岸带.相关性分析表明,土壤NaOH-P对地下水中TDP的贡献较大,有机质、黏土矿物和碳酸盐对磷形态有明显的影响;苕溪滨岸带土壤性质对其磷形态的影响较弱,而天目湖滨岸带比较明显.因此,苕溪和天目湖流域不同滨岸带土壤磷形态的空间分布存在差异,影响因素也不同;土壤磷形态与地下水中TDP有明显关系,尤其是NaOH-P.      

海河流域灌溉平原区氮磷形态转化和淋失的定位研究

对海河流域平原地区在灌溉条件下N、P形态转化和淋失进行了研究.结果表明,平原地区在灌溉条件下,干湿交替的土壤中将产生硝酸盐及少量亚硝酸盐,这些产物将随灌溉水一起向心土层渗漏,逐渐脱离生物循环进入地质大循环,造成地下水污染.     

海河干流及河口地区土壤中有机氯农药的分布特征

以海河干流沿岸及海河河口周边地区为研究区域,采集了31个表层土壤样品,利用加速溶剂萃取（ASE）技术,使用气相色谱-电子捕获检测器（GC-ECD）分析方法测定了样品中的六六六（HCHs）和滴滴涕（DDTs）的含量.结果显示,海河河口地区土壤中HCHs和DDTs的含量范围分别为n.d.～1 728 μg·kg^-1（平均含量为93.9 μg·kg^-1）和n.d.～288 μg·kg^-1（平均含量为34.4 μg·kg^-1）.其中HCHs占优势,约占有机氯农药（OCPs）总残留量的72%.从海河干流到河口地区,OCPs的含量分布呈非均一性,受污染点源的分布影响较大,农药化工企业分布的区域土壤中的有机氯农药含量明显高于其它区域,海河干流区域相对高于河口地区.土壤中有机氯农药的成分分析结果表明,该地区土壤中除个别采样点OCPs仍有新的污染源输入外,大部分点位土壤中的OCPs主要来自于工业点源的历史输入和农业面源即有机氯农药的历史施用.与国内外其他地区土壤相比,该地区土壤中OCPs污染处于较高水平.     

海河流域土壤中碳的库存与通量研究

通过对海河流域土壤中碳及其各形态含量的分析结果，计算出该流域土壤中碳的库存量为１．７７×１０＾１２Ｋｇ，并以成土母质，人畜粪、化肥施入和径流带入量，大气降尘及其植物的残等因素为对土壤中碳的贡献，同时以径带出，大气扬尘及植物体的茎叶等因素为碳的迁出部分，兰州出海河流域土体中碳的进出量分别为４．３９×１０＾１０ｋｇ／ａ和４．０９×１０＾１０ｋｇ／ａ，并研究其流通关系。     

北固山湿地虉草氮磷积累和转移能力的研究

通过研究镇江北固山湿地中优势种虉草(Phalaris arundinaces Linn)的生物量以及不同时期各器官总磷/总氮含量及氮/磷累计的动态变化规律,探讨了虉草对氮磷的转移能力.结果表明:1)虉草生物量呈先增加后减少的趋势,茎的生物量远大于叶和根.2)叶中的氮含量大于茎和根,在4月份时达到峰值33.02 mg·g-1;根中的磷含量远大于叶和茎,在8.94～9.83 mg·g-1之间.3)各器官对氮的累积以茎为最高,在5月份时达峰值,为16272 mg·m-2;根中的磷累积最高,茎其次,峰值分别为3196 mg·m-2、5097 mg·m-2.4)相关性分析结果提示氮/磷的去除量与植物的生物量成正相关,适时收割虉草可以从湿地中转移氮和磷.     

磷肥对砷污染土壤的植物修复效率的影响:田间实例研究

通过田间试验研究施用磷肥对砷超富集植物蜈蚣草(PterisvittataL.)生长和砷污染土壤修复效率的影响.结果表明,适量施用磷肥促进蜈蚣草的生长,显著提高其生物量,但过量施用磷肥对植物产量无贡献.随着磷肥施用量的增加,蜈蚣草地上部砷含量呈先增加后减少的趋势,理论上在施磷量为340kg·hm-2时,砷含量可达最高(1622mg·kg-1).磷的含量与施磷量呈极显著的正相关关系.施磷量为200kg·hm-2的砷累积量最高,是不施磷处理砷累积量的2 4倍及600kg·hm-2施磷量砷累积量的1 2倍.种植蜈蚣草7个月后,土壤总砷均有不同程度的下降,施磷量为200kg·hm-2的土壤中砷含量下降5 0mg·kg-1,土壤修复效率最高(7 84%).对照和600kg·hm-2施磷量处理的土壤修复效率分别为2 31%和6 63%.理论上达到最大土壤修复效率所需施磷量为369kg·hm-2.施用磷肥可以维持土壤有效态砷含量在蜈蚣草种植前后变化不大,保证蜈蚣草下个生育期对砷的吸收.这些结果说明施用磷肥是蜈蚣草等砷超富集植物在现场修复中的必要手段,优化施磷技术可大大提高砷污染土壤的修复效率.     

MDAT-IAT同步脱氮除磷工艺活性污泥在不同基质中的厌氧释磷特性研究

对改进型MDATIAT(ModifiedDemandedAerationTankIntermittentAerationTank)同步脱氮除磷工艺中活性污泥在不同基质下的厌氧释磷特性进行了研究.在葡萄糖、甲酸钠、乙酸钠和丙酸钠4种单一基质中,活性污泥厌氧释磷量分别为1.58、3.55、3.04和1.86mg·L-1;释磷速率分别达到0.02、0.05、0.15和0.10mg·L-1·min-1.另外,在葡萄糖、甲酸钠、乙酸钠和丙酸钠组成的混合基质中的活性污泥厌氧释磷试验结果表明,混合基质中活性污泥释磷量和释磷速率均大于4种单一基质中的释磷量和释磷速率,分别达到8.51mg·L-1和0.31mg·L-1·min-1.     

农业耕作对三峡水库支流库湾消落带土壤氮、磷含量及流失的影响

三峡水库低水位运行时,消落带由于落干期与作物生长期重叠,常被近岸农民开垦利用,然而传统的农业种植可能会影响库区水环境.为对比农耕和弃耕的水环境效应,选择一级支流澎溪河库湾消落带为研究区域,以玉米、土豆和花生地为研究对象,选择农耕期（2018年3~9月）和退耕期（2019年3~9月）对农耕地和弃耕地土壤各氮、磷形态含量进行研究,同时构建了农耕地与弃耕地氮、磷平衡模型,比较分析农耕和弃耕状态下土壤氮、磷收支特征及其流失风险.结果表明,玉米地土壤氨氮、全磷和无机磷含量在不同种植期差异显著;农耕地的氨氮和硝态氮的含量显著高于弃耕地,全磷、无机磷和钙结合态磷的含量显著低于弃耕地;土壤氮、磷盈余量大小顺序为玉米>土豆>花生,分别是76.89、51.92和43.74 kg·hm^-2以及79.69、75.76和17.78 kg·hm^-2,整体上,3种作物用地氮、磷盈余量大于流失风险值,研究区农耕地氮、磷污染潜势呈现.综上可知,消落带农业耕作将迫使氮、磷流失风险加剧,不利于水环境保护.     

三峡库区典型消落带草本植物氮磷养分浸泡释放实验

三峡库区消落带植被淹水后腐烂分解,可能成为影响库区水环境安全的重要营养源.以三峡库区6种消落带优势草本植物茎叶为材料,利用室内浸泡模拟实验,测定上覆水中氮磷浓度的变化,结合初始基质碳、氮、磷含量分析,力图查明消落带草本植物淹水后氮磷养分释放特征.结果表明:①消落带植物初始基质碳、氮含量差异显著,而磷含量彼此相近.②消落带植物淹水分解造成上覆水pH升高,氧化还原电位(Eh)降低,氮磷养分快速释放和上覆水氮磷浓度增加,总氮(TN)和总磷(TP)释放量分别为(3.85±2.53)、(1.33±0.73)mg.g-1.消落带植物淹水TN和氨氮(NH4+-N)的释放过程呈抛物线状,TP呈对数曲线状.TN、TP的释放峰值时间平均15 d,NH4+-N平均33 d.养分释放量和释放速率均呈TN>TP>NH4+-N的特点,消落带植被经过3个月的浸泡,TN、NH4+-N和TP的释放负荷分别为:22.4、8.9、4.5 kg.hm-2.③植物初始基质的C含量越低,N、P含量越高,植物淹水后氮磷养分的释放量和释放速率就越大.     

1株异养硝化菌胞外聚合物的研究

研究异养硝化菌(Acinetobacter sp.YY-5)在不同生长时期胞外聚合物(EPS)组成成分及其变化规律.利用热处理提取YY-5菌的EPS,分析该菌株在不同生长时期EPS组分,包括蛋白质、总糖、核酸和游离氨基酸等.并进一步把蛋白质水解成氨基酸,分析其氨基酸的变化规律及其对蛋白质理化性质的影响.结果表明,该菌株具有较高含量的EPS,且其在稳定期时EPS含量最高.在不同时期分泌的EPS组分均以蛋白质为主.EPS中各组分含量及其变化规律与该菌生长状态密切相关,在该菌株生长过程中,EPS中各组分的变化情况:蛋白质从14.599 mg.g-1增加到28.489 mg.g-1后减少为15.139 mg.g-1;总糖从6.757 mg.g-1增加到10.199 mg.g-1后减少为7.857 mg.g-1.核酸从1.56 mg.g-1一直增加到6.287 mg.g-1;游离氨基酸从3.713 mg.g-1增加到4.374 mg.g-1后减少为1.299 mg.g-1.蛋白质水解后,其中极性氨基酸呈先增加后减少的趋势,非极性氨基酸一直呈增加趋势;在生长过程中一直以带负电的氨基酸占优.     

基于流域单元的营养盐输出与景观异质性影响研究

选择太湖上游西苕溪流域,利用GIS、RS及景观生态方法进行小流域划分和流域景观异质性分析,基于改进的输出系数模型估算小流域营养盐输出,并对流域单元主要景观类型空间异质性及多样性指数与营养盐输出的关系进行了分析.结果表明,西苕溪各小流域TN、TP输出强度变化范围分别为3.01～15.44 kg/(hm2.a)与0.049～0.355 kg/(hm2.a),营养盐输出水平空间差异性明显;小流域单元优势景观类型与营养盐输出关系明显,小流域林地面积增加10%,TN、TP输出强度分别降低0.203 1、0.015 2 kg/(hm2.a);小流域耕地面积增加10%,TN、TP输出强度分别增加0.572 6、0.027 3 kg/(hm2.a);西苕溪小流域景观多样性指数与氮磷输出水平关系呈二次多项式关系,营养盐输出强度随着SHDI增大而增大,当SHDI为1.5时,输出强度达到最大值,然后随着SHDI增大而降低.研究结果将为流域非点源污染治理提供参考.     

外加营养源作用下微生物黏结剂对土壤团聚体的影响

通过室内培养实验研究了外加营养源条件下微生物黏结剂(真菌菌丝和微生物胞外多糖)对土壤稳定性的影响以及微生物在不同粒径团聚体中的分布.所加营养源分别为葡萄糖(以C计)和硝酸铵(以N计),实验周期为30 d.实验设计包括对照(0.5 mg.g-1)、CN5(0.5 mg.g-1,0.1 mg.g-1,C/N=5)、CN10(0.5 mg.g-1,0.05 mg.g-1,C/N=10)3个水平.结果表明,3个处理的土壤呼吸速率十分接近,最大值都在3.10 mg.(h.kg)-1左右,说明无机氮肥的施加短期内对葡萄糖的矿化作用不明显.除培养第5 d CK的大团聚体形成量(15.67%)显著低于CN5(25.32%)和CN10(24.63%)外,其余培养期间3个处理的团聚体含量总体无显著性差异,表明本实验中葡萄糖对微生物的影响较大,覆盖了施加无机氮的影响,从而导致团聚体含量之间差异不显著.     

Fenton试剂与骨架构建体复合调理剂对污泥脱水性能的影响

将Fenton试剂与骨架构建体联用作为复合调理剂开展了污泥调理及脱水试验.结果表明,赤泥与水泥作骨架构建体调理后,污泥脱水性能和脱水液pH均优于石灰与水泥调理污泥.以污泥比阻(SRF)为评价指标,开展了Fenton反应时间、初始pH及调理剂投加量对污泥脱水性能影响的单因素试验.当Fenton反应时间为90 min,初始pH为5,水泥、赤泥、Fe²⁺和H₂O₂的投加量(以污泥干固体质量计)分别为300、300、40和32 mg·g^-1时,污泥比阻降低率可达94.25%±0.21%.在此基础上,以泥饼含水率为响应指标,利用表面响应法对调理剂投加量进行优化.结果表明,水泥、赤泥、Fe²⁺和H₂O₂的投加量分别为287、287、46和37 mg·g^-1,泥饼含水率可降至47.7%±0.8%.调理后污泥的粒径减小,比表面积增大,粘度减小,Zeta电位由负变正,说明该复合调理剂能有效地破解胞外聚合物(EPS),提高污泥脱水性能.     

辽河口湿地沉积物硝化细菌及硝化作用研究

2009年6月和8月,采用现场培养和实验室模拟培养相结合的方法对辽河口湿地表层沉积物硝化细菌数量、硝化速率及影响因素进行了研究.结果表明,辽河口湿地表层沉积物氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)数量6月在0.54×104～5.69×104个.g-1之间,平均值为(2.21±2.32)×104个.g-1,8月在1.90×104～7.90×104个.g-1之间,平均值为(3.61±2.87)×104个.g-1;沉积物潜在硝化速率6月在9.72～16.45 mmol.(m2.h)-1之间,平均值为(12.54±3.14)mmol.(m2.h)-1,8月在14.66～24.62 mmol.(m2.h)-1之间,平均值为(18.71±4.21)mmol.(m2.h)-1;净硝化作用速率6月(S1站)为0.41 mmol.(m2.h)-1,8月在0.20～0.53 mmol.(m2.h)-1之间,平均值为(0.35±0.16)mmol.(m2.h)-1.潜在硝化速率显著高于净硝化速率,AOB数量、净硝化作用速率和潜在硝化作用速率均表现为8月高于6月,芦苇根际效应对硝化作用有促进作用.通过SPSS 13.0软件统计分析,表明影响辽河口湿地表层沉积物硝化作用的主要环境因子有上覆水NH 4+-N浓度和沉积物pH、有机质、总氮(TN)、总磷(TP)、NH 4+-N含量以及AOB数量(p0.05),其中上覆水NH 4+-N浓度和沉积物总磷(TP)、NH 4+-N含量对硝化作用影响较大,是辽河口湿地硝化作用影响的关键因素.根据研究结果估算辽河口湿地沉积物硝化作用每天可以将1.14×105kg的NH 4+-N转化为NO 3--N,对河口湿地氮的循环具有重要意义.