环境因子对河流底泥-水界面氮释放规律影响

潮白河作为北京重要城市河流水源之一,其顺义减河河段属于典型的再生水回补河道。研究不同点位代表的自然河段与再生水河段中底泥-水界面的养分释放规律及其影响因素,对河道水质改善具有重要意义。该研究通过室内土柱模拟实验,分析不同p H、溶解氧(DO)和温度条件下河道不同断面底泥氨氮释放规律,估算了底泥-水界面氨氮释放通量。结果表明:(1)下游汇流(S1)、潮减交汇处(S2)和自然河道(S3)上覆水和间隙水中NH4+-N呈明显的释放趋势,再生水河道中段(S4)和再生水排水口(S5)释放不明显或发生NH4+-N吸附作用。(2)不同断面土柱模拟中,间隙水中NH4+-N通量为上覆水的2.5~66.7倍,验证了底泥氮先释放到间隙水再扩散到上覆水的过程。(3)不同环境因子(p H、DO和温度)对底泥NH4+-N释放的影响呈现出不同规律:随p H升高,底泥NH4+-N释放通量先降低后增加,在p H=7时达到最低值;随DO浓度增加,底泥NH4+-N释放通量减小,DO浓度为3 mg/L时NH4+-N释放通量最大;温度越高,NH4+-N释放通量越大。潮白河水体在酸性或碱性条件下,DO浓度越低,温度越高,NH4+-N释放通量越大,该研究结果可为潮白河水质改善提供参考。

不同pH条件下河道底泥净化再生水试验研究

北方城市景观河流的主要用水来自再生水,但其氮含量较高,有造成河流富营养化与地下水污染的风险。河道底泥作为河水与地下水间的介质,能够通过物理、化学和生物反应对水体起到净化作用,河道水环境酸碱条件对底泥NO_(3)^(-)-N净化效果有一定影响。通过河槽模拟装置,探究进水pH为4、7和10条件下河槽系统中底泥对NO_(3)^(-)-N的净化效果。结果表明:3种pH条件下河槽系统对NO_(3)^(-)-N均有显著净化作用,整体去除率分别为51.3%、57.5%和69.9%;尤其在河槽底泥10、20和30 cm处NO_(3)^(-)-N净化效果较好,去除率均在89.0%以上;在50和70 cm处3种pH处理之间NO_(3)^(-)-N去除率差异明显,在pH=4条件下去除效果较好;在NO_(3)^(-)-N浓度的垂向变化上,3种pH条件下底泥中NO_(3)^(-)-N浓度在10、20和30 cm处均较低,50和70 cm处较高。pH=4和10条件下底层水NH_(4)^(+)-N浓度高于pH=7条件下NH_(4)^(+)-N浓度,即酸碱条件下底泥对氨氮去除能力较差;NO_(3)^(-)-N在pH=7和10条件下试验前期与pH=4条件下试验中期产生累积,但最终实现对其的去除。在pH=7和10条件下底层水pH与NO_(3)^(-)-N浓度呈现显著负相关(P<0.05)。当进水pH分别为4、7和10时,底泥中pH仍然在7~9之间,说明水环境对外来酸碱变化有一定缓冲性,即具有抗酸、抗碱能力。该研究表明在不同酸碱条件下河道底泥对再生水具有净化作用,碱性条件下底泥对NO_(3)^(-)-N净化效果较好,中性条件下底泥对NH_(4)^(+)-N净化效果较好,可为北方再生水安全回补河湖提供参考。

不同质量浓度硝态氮在潮白河模拟河床中去除效果研究

近年来再生水逐渐成为城市景观河流的主要用水来源,但再生水含有较高氮元素,容易造成水体与地下水污染。河床底泥对NO_(3)^(-)-N有一定的截留与去除作用,本实验通过河槽装置模拟潮白河河床,探究低、中、高3种NO_(3)^(-)-N质量浓度水平下河槽系统中底泥对NO_(3)^(-)-N的去除效果。结果表明:水体中NO_(3)^(-)-N质量浓度为5、10、20 mg·L^(-1)时NO_(3)^(-)-N去除率分别为67.8%、63.0%、55.0%。河槽10 cm处和下部70 cm处对NO_(3)^(-)-N去除效果较好。底层排出水中pH与NO_(3)^(-)-N质量浓度相关性较强,底泥中50 cm与70 cm处反硝化作用强度与溶解氧质量浓度紧密相关;随着温度降低,溶解氧质量浓度升高,反硝化作用减弱,NO_(3)^(-)-N去除效果变差。底泥中NO_(3)^(-)-N的去除主要通过土壤淋溶作用、同化作用、反硝化作用与异化还原作用等共同作用;部分氮素以同化作用形成的有机氮和异化还原作用形成的NH_(4)^(+)-N留存于底泥中。研究表明,河床底泥对再生水河道具有一定的净化效果。

平原造林工程影响下的河岸带土壤生态化学计量特征

北京主要河流河岸带实施平原造林工程后,对河岸带植被类型及土壤造成不同程度影响。研究河岸带原有及重建植被类型土壤生态化学计量特征,对河岸生态系统土壤碳氮磷平衡及固碳潜力提升提供科学依据。选取北京温榆河昌平段岸边原有植被类型3种样地(乔木林、乔灌林及草地),重建植被类型2种样地(乔木林与灌木林),共15个样方,采集3层(0—10,10—20,20—30 cm)土壤样品,分析并计算碳(C)、氮(N)和磷(P)含量及计量比。结果表明:原有与重建植被类型的土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)含量分别为3.810~10.320,0.223~0.700,0.551~0.692 g/kg,C/N、N/P、C/P分别为11.592~25.373,0.373~1.022,5.662~15.493;SOC与TN均在表层聚集,且同N/P、C/P一样表现出随土层深度增加而减少趋势,C/N反之,TP受土层深度影响较小;原有植被类型(乔木林)土壤SOC和TN均高于其他植被类型,在10—20,20—30 cm土层间C/N、C/P均显著低于其他植被类型(P<0.05);原有植被类型(草地)在0—10 cm土层间N/P最低;重建植被类型(乔木林)土壤TP含量显著低于其他植被类型;重建植被类型(灌木林)C/N显著高于其他植被类型。研究结果揭示了研究区土壤N素为植物生长的限制元素,乔木、乔灌林下土壤有机质释放更多,P有效性更高,固碳潜力强;重建植被类型有机质矿化较慢,固磷能力更强。因而,建议温榆河河岸带采用乔木纯林和乔灌混交模式来积累土壤有机质,提高河岸带生态系统土壤质量及固碳潜力。