沉积物-水界面氮的源解析和硝化反硝化

掌握沉积物-水界面氮的循环过程,对有效控制地表水氮污染具有关键的作用.通过采集西湖不同季节的柱状芯样,利用氮、氧同位素技术及稳定同位素源解析模型(stable isotope analysis in R,SIAR)并结合乙炔抑制法研究沉积物-水界面氮的来源及迁移转化.结果表明,硝酸盐(NO_3~-)和氨氮(NH_4~+)在沉积物-水界面均存在浓度梯度,NO_3~-自底层水向间隙水扩散,是为沉积物累积;NH_4~+自间隙水向底层水扩散,是为沉积物释放.西湖底层水硝化作用明显,硝酸盐来源包括生活污水(粪肥)、土壤氮、化肥和降雨,生活污水(粪肥)是主要来源,其在夏季贡献率高达60.8%.间隙水中特别高的δ15N值反映西湖沉积物-水界面存在强烈的反硝化作用.西湖沉积物-水界面硝化速率和反硝化速率的平均值分别为2.85 mmol·(m~2·d)~(-1)和23.51μmol·(m~2·d)~(-1),沉积物-水界面在水体氮素去除过程中作用显著.硝化速率和反硝化速率时空变化显著.温度和溶解氧是影响西湖沉积物-水界面氮迁移转化的主要因素.     

水热条件与土壤性质对农田土壤硝化作用的影响

水热条件、土壤性质和耕作管理影响了土壤的硝化作用从而影响农田氮素循环和平衡.本试验选择中国东部3个气候带上的主要农田土壤：中温带黑龙江海伦的黑土、暖温带河南封丘的潮土和中亚热带江西鹰潭的红壤,在上述3个地点的生态试验站建立土壤置换试验,对比研究不同水热条件和土壤类型对玉米单作系统中土壤硝化作用的交互影响.2006～2007年的试验结果表明,在玉米抽雄期,从海伦到鹰潭（月均温由22.3℃上升到26.8℃,月降水由100.8 mm增加到199.6 mm）,3种土壤的硝化作用强度均随着月均温和月降水的增加而下降,黑土、潮土和红壤分别下降了64.2％～67.2%、 52.1%～52.5%和41.7%～75.2%,土壤的硝化作用强度与气温（r＝－0.354,p<0.01）和降水（r＝－0.290,p<0.01）均呈极显著负相关.土壤类型也显著影响了土壤硝化细菌的数量和硝化强度,硝化细菌数和硝化强度的大小顺序为：潮土> 黑土> 红壤.土壤pH对土壤硝化强度有显著影响,其相关系数r=0.551（p<0.01）.总体上,在玉米抽雄期,区域水热状况及土壤类型、施肥均影响了土壤的硝化强度,水热×土壤类型、水热×施肥、土壤类型×施肥、水热×土壤类型×施肥等对硝化强度有着极显著的交互作用.     

稀释倍数法的误差分析和色度检测仪的开发

稀释倍数法是目前废水色度检测中常用的方法,文章对该方法存在的误差进行了分析,并设计了一种新型色度检测仪,可以大大降低色度测定的误差,同时简化了操作过程。     

基于多同位素的不同土地利用区域水体硝酸盐源解析

不同的土地利用类型对所在流域内的水质产生不同的影响.本研究选取典型城市河流（京杭运河杭州段）和典型山林农业区河流（余英溪）为研究对象,利用多同位素技术（δD-H₂O,δ¹⁸O-H₂O,δ¹⁵N-NO₃^-和δ¹⁸O-NO₃^-）结合稳定同位素（stable isotope analysis in R,SIAR）模型,对运河和余英溪的硝酸盐来源进行了识别并计算了各污染源的贡献率.结果表明,运河和余英溪均存在不同程度的氮污染,运河以NO₃^--N和NH₄⁺-N为主,余英溪以NO₃^--N为主.运河和余英溪水的氢氧同位素（δD-H₂O,δ¹⁸O-H₂O）沿当地大气降水线分布,两者存在明显线性关系（R²=0.78）,表明降水是这两条河流的主要补给源.运河和余英溪水体NO₃^-的氮同位素值（δ¹⁵N-NO₃^-）均小于15‰,说明这两条河流中主要存在硝化作用.部分运河水样NO₃^-的δ¹⁵N-NO₃^-/δ¹⁸O-NO₃^-值介于1.3~2.1之间且伴随着低浓度的DO和NO₂^-,可见部分运河水体存在反硝化作用.运河水样δ¹⁵N-NO₃^-值（均值：6.1‰）明显高于余英溪水体δ¹⁵N-NO₃^-值（均值：2.3‰）.各NO₃^-源对运河的贡献率：生活污水/粪肥（37.0%） > 土壤氮（35.7%） > 化学肥料（19.1%） > 降水（8.2%）;对余英溪的贡献率：化学肥料（46.1%） > 土壤氮（22.8%） > 降水（17.3%） > 生活污水/粪肥（13.8%）.在人类活动强度大的城市区域的河流（运河）中由于生活污水的零星排放和城市降雨径流的汇入导致生活污水/粪肥类氮源的污染明显加剧.化学肥料不可避免地成为山林农业区河流（余英溪）的主要污染源,可见农业面源污染带给所在区域水体的氮污染已非常严重.人类活动强度大的区域,降水对于水体NO₃^-的贡献降低.反硝化作用产生的同位素分馏对利用SIAR模型计算各NO₃^-源的贡献率产生不同程度的影响,其中对生活污水/粪肥和化学肥料的影响很大,对土壤氮的影响其次,对降水的影响最低.     

土法炼锌导致土壤中铅分布特征和形态变化的研究

对贵州省赫章县土法炼锌区土壤中Pb分布特征和形态变化进行了研究。各炼锌点表层土壤中全铅含量71.8~37247.4 mg.kg-1,远高于贵州省土壤背景值(29.3 mg.kg-1)。其分布特征表现为:土壤中Pb含量总趋势随着炼锌时间增加而增加,随着距废渣堆的距离增加而降低。剖面中全铅含量分析表明Pb主要累积在土壤表层,但随着冶炼时间增加深层土壤中Pb累积程度也逐渐加大。以CaCl2和DTPA作为提取剂的简化连续提取法对土壤中Pb形态进行分析,结果显示,土壤中CaCl2和DTPA提取态Pb占全量的比例很低,平均值分别为0.3%和5%,但是其绝对含量高达6.4~1037 mg.kg-1;并随着Pb在土壤中累积时间的加长,CaCl2和DTPA提取态Pb所占比例呈显著降低的趋势,但其绝对含量逐渐增加。     

基于机器学习的长沙市空气污染物浓度预报研究

基于2014～2019年长沙市6种空气污染物日均浓度的监测数据、同期的气象数据,利用随机森林重要性评估的方法对影响污染物浓度的预报因子进行筛选,构建了基于随机森林算法和支持向量机算法的2种机器学习预报模型对6种空气污染物浓度分别进行预报。结果表明：各污染物浓度预报结果的均方根误差随着AQI指数的增加而变大;经随机森林变量筛选优化之后2种模型对各种污染物浓度的预报准确率都有所提升,且预报准确率都随着预报时效的增大而降低。整体而言,支持向量机回归模型对长沙市空气污染预报具有更强的泛化能力,误差更小。