典型滨海湿地干湿交替过程氮素动态的模拟研究

滨海湿地是海陆相互作用的交错过渡地带,具有敏感而复杂的环境过程与功能价值.以典型滨海湿地崇明东滩为原型,采集湿地沉积物及海水样品,通过土柱模拟方法,研究了半月潮(15 d左右为周期的"大潮")与日潮(一个太阴日内出现的涨潮和落潮)水分生态过程沉积物NO3--N、NO2--N、NH4+-N与溶解性有机氮(DON)含量以及硝酸还原酶(Nar),亚硝酸还原酶(Nir),羟胺还原酶(Hyr)活性等的变化,旨为揭示滨海湿地潮汐驱动下沉积物周期性干湿交替过程氮素动态变化规律及还原机制.半月潮过程中,沉积物变干期间(含水量从35%降至5%～7%),硝化作用占主导地位.随着干燥程度的加剧(含水量从5%～7%降至0%～3%),沉积物中数量可观的NO3--N和NO2--N转化为DON.然而,随着干湿交替频次的增加,NO3--N和NO2--N向DON的转化率显著降低.干燥沉积物淹水变湿后(含水量从0%～3%升至37%～45%),NO3--N、NO2--N、NH4+-N与DON含量平均增加1～3倍.淹水后Nar、Nir活性的迅速升高表明,NO3--N和NO2--N的还原明显改善.3个培养周期沉积物Nar与Nir活性、Hyr活性与NH4+-N含量之间呈现极显著的正相关性,NO3--N、NO2--N含量的减少与NH4+-N含量的增加也显著相关.结合湿地沉积物干湿交替过程"低氮高碳"特征,可以认为,氨化途径主导了半月潮过程NO3--N的还原.相比较而言,日潮过程中,NO3--N、NO2--N、NH4+-N以及DON的含量均较为稳定,分别为(3.0±0.3)、(1.2±0.1)、(133.3±4.3)和(41.1±10.6)mg·kg-1.因此,日潮过程对沉积物氮素动态变化的影响较小.     

巢湖水华暴发期水-沉积物界面溶解性氮形态的变化

2008年4~10月,连续对巢湖8个样点进行采样,分析了上覆水和表层沉积物间隙水中溶解性氮形态在水华暴发过程中的变化,估算了水-沉积物界面无机氮的扩散通量.结果表明,上覆水中NH4+-N含量随水华暴发强度的增加而减小,溶解性总氮(DTN)含量在水华暴发后明显升高,而NO3--N含量只在水华暴发严重时才明显减少.在大规模水华暴发前(4~5月)上覆水中DTN的主要组成部分是NO3--N和NH4+-N,在水华暴发后则是溶解性有机氮(DON).间隙水中PDTN以NH4+-N为主,其浓度随温度的增加而升高; DON在水华暴发过程中呈先下降后上升的趋势.通量计算结果表明,沉积物作为NH4+-N的“源”一直由间隙水向上覆水释放,西半湖扩散通量在13.06~32.94mg/(m2·d)之间,东半湖扩散通量在4.54~17.41mg/(m2·d)之间.沉积物-水界面交换是湖泊营养盐重要的补充途径,为水华持续暴发提供营养来源.     

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.     

三峡库区出露期消落带沉积物磷分布特征

为了揭示经历完整反季节干湿交替周期消落带沉积物磷的源汇转化趋势,分析了三峡库区出露期消落带沉积物中磷酸盐的分布特征及含量变化.结果表明,首次经历完整反季节干湿交替的消落带宏观上表现出沉积物总磷(TP)累积现象,但覆水沉积物TP>落干沉积物TP,表明夏季水库开闸放水排沙,且消落带夏季出露期降雨资源丰富,有利于出露消落带表层沉积物被冲刷排除.有机磷(Or-P)含量升高是导致首次经历完整反季节干湿交替的消落带沉积物总磷积累的主要原因.消落带反季节干湿交替有利于沉积物中活性较高的活性磷(Ac-P)、Or-P的累积,有利于相对稳定的闭蓄态磷(O-P)、钙磷(Ca-P)排出.     

滇池沉积物氮内源负荷特征及影响因素

研究了滇池沉积物间隙水氮浓度垂向分布特征,根据Fick扩散定律定量估算了沉积物-水界面氮扩散通量,并探讨了其影响因素.结果表明:滇池沉积物间隙水溶解性总氮(DTN)主要以氨态氮(NH4+-N)形式存在,占其总量的72.30%,其浓度随深度增加而升高;其次为溶解性有机氮(DON),占其总量的24.59%,其浓度随深度的增加先升高后降低,最后趋于稳定;硝态氮(NO3--N)所占比例较低,浓度随深度的增加而降低.滇池沉积物-水界面NH4+-N扩散通量分布范围为12.73~59.74mg/(m2·d)[均值30.18mg/(m2·d)],全湖年均氨氮释放量为3305.04t,其中草海、外海北部、东北部及南部湖区扩散通量较大,达35mg/(m2·d),全湖呈由北向南逐渐降低的空间分布特征;全湖年均DON释放量为1147.55t,其全湖分布特征与氨氮一致;NO3--N扩散通量分布范围为-2.70~0.27mg/(m2·d)[均值-0.50mg/(m2·d)],总体表现为由上覆水向沉积物扩散.与我国其他湖泊相比,滇池具有较大沉积物氮内负荷,其沉积物-水界面NH4+-N扩散通量较高,对湖泊水体氨氮浓度贡献较大,且其与沉积物总氮、有机质、可交换态氮和可交换态氨氮含量呈显著正相关,即滇池沉积物NH4+-N释放主要受其可交换态氮,特别是可交换态中氨氮含量影响;同时,滇池沉积物DON潜在释放风险也较大,且与沉积物C/N有关.     

昌邑滨海湿地沉积物的放射性核素水平与环境指示意义

利用伽马谱仪测定了昌邑滨海湿地表层沉积物以及沉积物岩芯中放射性核素含量,根据放射性核素的分布,探讨了其对物质来源、人类活动以及其他沉积环境演变事件的指示作用,并估算了研究区域的沉积速率.结果表明,表层沉积物中自然放射性核素238U、232Th、226Ra和40K的平均含量分别为(54.4±11.7)、(57.9±9.7)、(28.6±4.3)和(542±21)Bq·kg~(-1),表层沉积物放射性水平的区域差异反映了物质来源的不同以及人类活动对沉积物特性的影响.根据岩芯中过剩210Pb的分布,计算出近百年来沉积环境稳定的高沼区沉积速率为0.23 cm·a~(-1).在沉积物岩芯中,238U、232Th和226Ra具有较高的变异系数,根据238U和226Ra及其比值的垂直分布,沉积过程可被分为4个阶段:缓慢沉积阶段,受黄河河道迁徙影响下的沉积环境剧烈变化阶段,黄河归流后的稳定阶段,以及在人类活动的影响下的退化、增长交替阶段.放射性核素的变化反映了滨海湿地沉积环境的演变过程,具有重要的环境指示意义.     

龙景湖龙景沟汇水区沉积物-水界面氮形态空间分布特征

龙景湖是在原有河道基础上闸坝新形成的深水湖泊,为研究龙景沟汇水区沉积物-水界面氮形态的空间分布特征,了解其迁移转化过程,为内源负荷预测分析、内源控制及水质治理提供基础,依据形成历史和水位深度将沉积物分为原河道、新淹没底部和新淹没边坡3个区,分别采集沉积物柱样对沉积物上覆水和间隙水中各形态氮的浓度和表层沉积物泥样总氮的含量进行分析.结果表明,沉积物上覆水和沉积物间隙水的总氮(TN)、氨氮(NH4+-N)、溶解态有机氮(DON)的浓度以及沉积物泥样TN含量的分布趋势与水位深度变化趋势一致,表现为原河道>新淹没底部>新淹没边坡;原河道、新淹没底部、新淹没边坡沉积物间隙水TN的平均浓度分别为33.59,14.62,18.06mg/L, NH4+-N的平均浓度分别为23.01,8.39,13.75mg/L, DON的平均浓度分别为8.57,2.81,5.45mg/L,坡向变化显著且远高于上覆水,释放潜力较大;原河道、新淹没底部沉积物泥样TN含量分别为3789、2984mg/kg,都明显高于新淹没边坡的1270mg/kg.     

岸边带湿地对富营养化河流的净化作用研究

对北运河上游污染严重流域实地调查发现,水中TN、TP和NH4+-N的最大超标倍数分别为12、10和7,以NH4+-N污染为主要特征.对北运河流域沙河水库附近一处典型岸边带湿地进行深入研究发现,天然河流岸边带湿地系统对河水中NH4+-N、TN和TP浓度有明显的削减作用,分别由河水中的27.0、29.0、1.82mg·L-1降至湿地中的2.50、6.54、0.12mg·L-1.由于微生物驱动的硝化-反硝化脱氮作用以及岸边带植物对营养元素的吸收作用,植被型岸边带沉积物中NH4+-N、TN和OM含量(分别为23.0mg·kg-1,0.66g·kg-1和9.13g·kg-1)分别为裸露型岸边带沉积物的0.20,0.48,0.67倍.植被型岸边带沉积物各层C/N比(平均为8.68)是裸露型岸边带沉积物各层C/N比(5.53)的1.6倍,为反硝化作用的发生提供了相对充足的碳源.与裸露型岸边带相比,植被型岸边带更利于营养元素的去除.作为工程实例,模拟天然河流岸边带湿地的罗马湖旁路/离线人工湿地系统对水体营养元素有显著的去除作用.     

太湖湖滨带春季悬浮物沉降特征与水体营养盐响应

为研究湖滨带悬浮物沉降过程中水体营养盐时空分布状况,在太湖西岸湖滨带典型区域进行原位沉降实验,计算了沉降量和沉降通量,并对沉降过程中TP、TN、NH+4-N、NO-3-N测定分析.结果表明,太湖西岸湖滨带沉降通量表现为人工芦苇区近岸无植被区自然芦苇区远岸无植被区,平均沉降通量分别为(1 383.40±925.60)、(1 208.67±743.50)、(278.72±142.53)、(245.58±154.25)g·(m2·d)-1,沉降第6 d以后沉降量稳定上升,沉降速率大于分解速率;经过持续15 d野外沉降实验观测,沉降过程中近岸带的TP含量是远岸带的2~3倍,且沉积物捕获器内NH+4-N和NO-3-N含量出现显著的差异(P0.01);沉降量与水体TN和NH+4-N含量呈显著相关(P0.01,n=42),表明沉降量的增加会导致上覆水体TN与NH+4-N含量增加;TN与NH+4-N相关系数为0.84,显示沉降量的增加可能加速氮素不同形态间相互转化,这一现象在当前太湖湖泛治理中应当予以重视.     

江湖关系变化对鄱阳湖沉积物氨氮释放风险的影响

选取了鄱阳湖北部湖区、“五河”入湖尾闾区、湖心区共14个不同高程的表层出露沉积物样品,通过研究其总氮(TN)含量和氨氮(NH4+-N)释放热力学及动力学特征,试图揭示江湖关系变化导致的水位变化对鄱阳湖沉积物氨氮释放风险的影响.结果表明,鄱阳湖沉积物TN含量在377～3875mg/kg之间;NH4+-N吸附/解吸平衡浓度(EC0)在1.49～2.99mg/L之间;单位沉积物NH4+-N的最大释放量在17.00~140.97mg/kg之间,NH4+-N释放主要集中在0~5min时段,占最大释放量的50.84%~73.34%,TN含量、EC0浓度、NH4+-N的最大释放量及初始释放速率均随沉积物所处高程的增高而增大,由此可见近年来由于长江来水量减少,鄱阳湖与长江之间江湖关系的改变,引起鄱阳湖枯水期提前及低枯水位持续时间增加,导致沉积物出露时间延长,进而促使沉积物TN含量、EC0浓度、单位沉积物NH4+-N最大释放量及0~5min时段NH4+-N释放速率升高,进而引起沉积物NH4+-N释放风险增大,是导致鄱阳湖水质恶化的重要机制之一.如果此江湖关系变化持续,枯水期低枯水位持续,势必引起沉积物出露面积进一步增大及出露时间的延长,最终可导致来年丰水期鄱阳湖沉积物NH4+-N释放风险增大.     

湿地硝酸还原酶活性变化的干湿交替驱动机制

以北固山湿地沉积物为研究对象,采用室内培养方法研究不同前期含水率(1%～ 3%、7%～11%和16%～18%,重量百分数)沉积物变湿后(60%)以及由湿变干过程(从70%变干至5%～7%)硝酸还原酶(Nar)活性的变化规律,以期为干湿交替水分生态过程N2O形成与排放的评估提供依据.结果表明,在变湿后的48h,前期含水率...     

重庆典型区域雨水管道沉积物中氮磷污染特征分析

为了解重庆市旧城区雨水管道沉积物中氮磷的污染特性,采集了生活区、交通干道、文教区、商业区等典型区域的雨水管道沉积物,利用化学提取法分析沉积物中氮磷的含量分布及赋存形态.结果表明:不同区域雨水管道沉积物中氮含量的空间差异性显著,含量大小都表现为文教区商业区居住区交通干道,其中,总氮(TN)含量为(3.05±2.23)mg·g-1,有机氮(ON)含量为(2.77±1.98)mg·g-1,硝酸盐氮(NO-3-N)含量为(0.029±0.024)mg·g-1,氨氮(NH3-N)含量为(0.254±0.220)mg·g-1;而磷与氮不同,空间差异性不明显,总磷(TP)含量表现为商业区交通干道居住区文教区,其中,TP含量为(1.89±0.22)mg·g-1,磷酸盐(PO-3-P)含量为(0.155±0.022)mg·g-1;不同区域雨水管道沉积物中氮磷的赋存结构并无较大差异,表现为TN中ON占主导(92.45%),无机氮(IN)中NH3-N占主导(88.87%),而磷主要以颗粒态(PP)为主;氮形态与pH呈负相关,与有机碳(OC)呈正相关,而磷与pH、OC相关性不显著;TP呈现出显著富集的特性.     

闽江河口湿地沉积物氮矿化对盐度响应研究

2015年7月采集闽江鳝鱼滩微咸水湿地和道庆洲淡水湿地两种类型湿地沉积物,采用淹水密闭培养方法,研究不同湿地沉积物氮矿化过程及盐度影响.结果表明:相同矿化培养条件下,微咸水湿地矿化持续时间长,矿化能力大,鳝鱼滩沉积物无机氮(NH_4~+-N和NO_3~--N)总量70d后达到矿化稳定浓度(499.8±2.1)mg/kg,道庆洲35d后达到稳定浓度(202.9±4.1)mg/kg,不同盐度条件对矿化过程无机氮浓度基本无影响.两种湿地类型的氮矿化速率随培养时间均呈现先增加后减少,鳝鱼滩沉积物0‰,5‰和10‰盐度条件对应最高矿化速率为(2.54±0.56)mg/(kg·d),(4.96±0.22)mg/(kg·d)和(3.88±0.25)mg/(kg·d),道庆洲同条件矿化速率(1.40±0.01)mg/(kg·d),(2.48±0.15)mg/(kg·d),(1.85±0.11)mg/(kg·d).表明一定范围内的盐度可促进氮矿化速率,但是高盐度产生抑制作用.     

7条环太湖河流沉积物氮含量沿程分布规律

2009年9月采集7条主要环太湖河流沿程37个断面的沉积物样,测定了表层沉积物中总氮(TN)、氨氮(NH4+-N)、硝氮(NO3--N)和有机氮(ON)含量,揭示分布特征,旨在为太湖水体富营养化防治提供基础数据.结果表明,这些表层沉积物TN平均1 303.49 mg.kg-1,最大和最小值分别在社渎港和长兜港;NH4+-N和ON的空间分布与TN基本一致,其平均含量分别为221.57 mg.kg-1和1 095.71 mg.kg-1,各沉积物中NO3--N含量较低,均不足TN的1%,平均含量0.79 mg.kg-1.7条河流沉积物整体上以ON为主,NH4+-N为无机氮主要存在形式,多数河流表层沉积物氮含量沿程变化明显.     

干湿交替对湿地土壤氮磷缓冲能力的影响

干湿交替改善人工湿地净化能力的机制尚未得到充分地研究。文章系统分析了2013年冬季表流湿地在干湿交替的落干过程中,土壤中有机质(OM)和氮(N)磷(P)含量的变化以及对营养元素的吸附和蓄积能力。结果表明,表流湿地正常运行时,小范围的水深差异对经历落干过程的土壤OM、N和P含量变化没有明显影响;在干湿交替的落干过程中,土壤有机质和氮磷含量均明显低于对照值,土壤对氮素的缓冲能力和对磷素的蓄积能力均明显增强。因此,落干能够明显恢复表流湿地土壤的净化能力。     

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.     

长江中下游浅水湖泊沉积物总氮、可交换态氮与固定态铵的赋存特征

研究了长江中下游浅水湖泊沉积物总氮、可交换态氮与固定态铵的赋存特征结果表明:①14个沉积物的总氮(TN)含量为768.5～5190 6 mg·kg-1之间,以月湖沉积物TN含量最高,是其它各湖泊沉积物TN含量的2～7倍;可交换态氮(EN)含量为150.92～341.98mg·kg-1,占TN的6.29%～19.64%;固定态铵(F-NH4)含量变化在186 5～462.5mg·kg-1,占TN的8.40%～35.02%.②EN以NH 4-N为主,NO-3-N其次,NO-2-N最低,分别占EN的74.61%～85.85%、13.93%～25.15%和0.17%～0.27%.③EN、NH 4-N、NO-3-N及NO-2-N之间在α=0.01时互为显著正相关,F-NH4与EN、NH 4-N在α=0.05时显著正相关,而与NO-3-N、NO-2-N不相关.④在α=0.01或α=0.05时,EN、NH 4-N、NO-3-N、NO-2-N和F-NH4分别与总氮(TN)、总磷(TP)、有机碳(TOC)、阳离子代换量(CEC)、粉沙粒(Silt)及粘粒(Clay)含量有显著正相关关系,与粗砂粒(Sand)含量有显著负相关关系.除此之外,F-NH4与CaO、Fe2O3和Al2O3均有显著正相关关系.     

人工芦苇湿地氨氮污染物去除及氨氧化菌群落多样性分析

对不同质量浓度的NH3-N在水平潜流人工湿地内的去除过程进行考察,并且对比分析了去除率和硝化强度,利用PCR-DGGE技术研究了ρ(NH3-N)及植物种植等因素对人工湿地中AOB(氨氧化细菌)群落结构的影响.结果表明:在水力停留时间为2.5 d的情况下,模拟低污染水ρ(NH3-N)分别为0.6~0.7和4.5~5.0 mg/L时,芦苇湿地对TN的去除率分别为81.9%和62.2%.较高的ρ(NH3-N)和种植芦苇有利于提高湿地硝化强度和AOB群落多样性.系统运行50 d时,处理高ρ(NH3-N)和低ρ(NH3-N)低污染水的芦苇湿地的硝化强度分别为0.164和0.103 mg/(kg·h);AOB群落Shannon-Weaver多样性指数(系统运行90 d时)分别为2.32和1.75.处理高ρ(NH3-N)的低污染水时,空白湿地和芦苇湿地的硝化强度分别为0.082和0.164mg/(kg·h);AOB群落Shannon-Weaver多样性指数(系统运行90 d时)从1.95增至2.32.     

九龙江口湿地表层沉积物氮的形态分布特征

利用连续提取法对九龙江口湿地表层沉积物中不同形态氮含量进行了测定,探究了滨海湿地表层沉积物中氮形态及其与沉积物理化性质的相关关系.结果表明:九龙江口滨海湿地沉积物中w(TN)达到12.67 mg/g,可转化态氮(EFN)质量分数〔w(EFN)〕占w(TN)的18.78%.有机硫化物结合态氮(OSFN)和碳酸盐结合态氮(CFN)是九龙江口滨海湿地沉积物EFN的主要形态,w(OSFN)和w(CFN)分别占w(EFN)的37.82%和36.97%.不同潮水位和植被类型沉积物中的w(TN)和w(EFN)呈现差异性,表现为高潮位＞中潮位＞低潮位,红树林＞其他植被类型(北部互花米草、红树与互花米草混交和南部互花米草)＞光滩.w(CFN),w(OSFN),w(EFN)和w(TN)存在显著相关关系,表明w(TN)和w(EFN)的增加主要来源于OSFN和CFN.w(OSFN),w(EFN)和w(TN)与w(OM)存在显著相关关系,表明河口滨海湿地有机质的累积、矿化,可增加沉积物中的w(OSFN),w(EFN)和w(TN),从而对滨海湿地氮生物地球化学过程产生重要影响.      

基于水资源调度的平原河网区城市河道氮迁移转化研究

研究平原河网区城市河道在水资源调度过程中的水文特征和理化特征,探讨基于水资源调度的城市河道氮素形态与组成;在实验模拟条件下,研究基于水资源调度的城市河道沉积物NH+4-N释放过程.结果表明,研究河段在水资源调度作用下水深日变化过程明显;以农历月为单位,水资源调度可以分为轻度置换阶段和深度置换阶段;沿调水路径河道上覆水DO有下降趋势,高锰酸盐指数则呈现升高趋势;沿调水路径上覆水NO-3-N浓度逐渐减少,NH+4-N浓度显著升高;DO与高锰酸盐指数是影响上覆水NO-3-N、NH+4-N浓度的主要因素;沉积物内源NH+4-N释放是上覆水NH+4-N的一个重要来源;水资源调度显著影响(P<0.05)上覆水NH+4-N浓度,对沉积物内源NH+4-N的释放影响不显著(P>0.05).