嘉兴农村不同土地利用方式下沟渠底泥中的氮磷形态分布特征

沟渠是农田氮、磷营养物质排入地表水体的通道.对嘉兴大田、集约化菜地、集约化果园、集约化养殖场4种土地利用方式下的农村沟渠0～5 cm表层底泥氮、磷的形态分布特征进行了研究.结果表明:67个沟渠底泥样品的w(全氮)为1 560～7 480mg/kg,其中w(交换态氮)为31.15～704.38 mg/kg,占w(全氮)的1.29%～10.01%;交换态氮中以铵态氮为主,占w(交换态氮)的62.15%～100%.沟渠底泥样品的w(全磷)为580～6 420 mg/kg,w(碳酸氢钠溶解磷)为19.53～359.72 mg/kg,占w(全磷)的2.05%～18.96%;w(水溶性磷)为0.29～18.88 mg/kg,占w(碳酸氢钠溶解磷)的1.11%～14.63%.土地利用方式对沟渠底泥氮、磷的形态分布有显著影响(P<0.01),集约化养殖场沟渠底泥中的w(全氮),w(交换态氮),w(铵态氮),w(硝态氮),w(交换态氮)/w(全氮),w(全磷),w(水溶性磷),w(碳酸氢钠溶解磷)均显著高于其他土地利用方式.底泥w(全氮),w(交换态氮),w(铵态氮)和w(硝态氮)两两间以及w(全磷),w(水溶性磷),w(碳酸氢钠溶解磷)两两间均在α=0.01时显著相关,w(全磷)与w(碳酸氢钠溶解磷)的相关性(r=0.81,P<0.01)好于与w(水溶性磷)的相关性(r=0.51,P<0.01).

柴河流域不同农田种植模式下沟渠底泥氮磷及有机质的赋存特征

于旱季及雨季末期对柴河流域不同农田种植模式下沟渠底泥进行原位采集,分析了沟渠底泥中养分含量变化特征及影响养分变化的主要因素。结果表明:除有效磷外,沟渠底泥有机质、全氮、碱解氮及全磷含量均表现为大棚>蔬菜地>玉米地,说明不同农田利用及管理方式是导致沟渠底泥养分产生差异的主要因素,而沟渠水分条件及植被的变化则导致雨季前后沟渠底泥养分呈现不同的时空差异。沟渠养分的长期积累将影响沟渠湿地系统对径流污染物的去除能力。因此,优化农田种植方式及管理模式仍是滇池流域面源污染防控中最重要的内容之一。

pH对高原山地农村沟渠底泥氮形态及氨氮释放通量影响模拟研究

山地农村沟渠底泥中氮释放污染已成为影响农村沟渠水环境的重要因素,而上覆水pH变化对沟渠底泥中氨氮释放和氮形态转化具有潜在影响。通过室内模拟试验,设置未灭菌和灭菌处理,上覆水pH分别为5.5、7.5、9.5和11.5的环境条件,分析滇池上游典型高原山地农村沟渠底泥中氮形态转化规律,估算底泥-水界面氨氮释放通量。结果表明:(1)底泥中各形态氮含量由高到低依次为强氧化剂浸取态氮(SOEF-N)>离子交换态氮(IEF-N)>弱酸浸取态氮(WAEF-N)>强碱浸取态氮(SAEF-N),其中IEF-N、SAEF-N和SOEF-N含量均随pH增加呈减小趋势,而WAEF-N含量则随pH增加而增加,同一pH条件下灭菌和未灭菌处理对农村沟渠底泥中氮形态转化无显著影响。(2)酸性(pH=5.5)和强碱性(pH=11.5)条件下上覆水氨氮浓度和释放通量均显著高于pH=7.5和9.5条件,酸性和强碱条件下未灭菌处理氨氮释放通量分别为pH=7.5条件下的8和6倍,而灭菌处理均为2倍。(3)冗余分析结果表明,酸性条件下pH与IEF-N呈正相关,而与SAEF-N、SOEF-N和WAEF-N呈负相关;pH=7.5时pH与IEF-N、SOEF-N和SAEF-N相关性较差;偏碱性(pH≥9.5)条件下pH与TN、WAEF-N呈正相关,与SAEF-N、SOEF-N和IEF-N呈负相关,而DO和Eh与TN和IEF-N呈正相关。上述结果表明偏酸性和强碱性条件下高原山地农村沟渠底泥中氮释放能力最强,pH=7.5条件下氮释放最弱;而酸性和强碱性条件下微生物会促进上覆水氨氮浓度和氨氮释放通量增加,pH=7.5和9.5条件下氨氮浓度则减小,研究结果可为完善农村沟渠生态环境治理提供一定科学依据。

pH值对高原山地分散养殖型农村沟渠底泥磷释放的影响

以典型高原山地分散养殖型农村沟渠底泥为研究对象,通过室内模拟灭菌和未灭菌处理条件下pH为5.5、7.5、9.5、11.5的环境条件,估算底泥-水界面总磷(TP)和正磷酸盐(PO4^3--P)释放通量变化,研究pH对底泥磷释放及各形态磷含量变化的影响。结果表明,沟渠底泥中铁铝结合态磷(NaOH-P)占TP比例最高,钙结合态磷(HCl-P)次之,有机磷(OP)则相对较少;NaOH-P和OP占TP的比例随pH的升高而降低,HCl-P则相反。随时间推移,NaOH-P和HCl-P占TP比例在15 d时出现拐点,均呈现先增后减趋势;OP则先降后增;碱性条件(pH>9.5)更有利于底泥磷释放,且底泥中各形态磷在pH影响下存在相互转化的可能性。冗余分析结果表明,酸性条件下(pH=5.5)pH与HCl-P含量为正相关关系,中性条件下(pH=7.5)pH与NaOH-P、HCl-P含量为负相关关系,碱性条件下(pH≥9.5)pH与NaOH-P含量呈正相关关系。未灭菌处理组的释放通量和上覆水中TP、PO4^3--P质量浓度始终高于灭菌处理组,强碱性条件下(pH=11.5)TP和PO4^3--P的释放通量分别是酸性条件下(pH=5.5)的13和24倍,微生物对于底泥中各形态磷转化为PO4^3--P进入上覆水体的影响较小。说明沟渠底泥在碱性条件下磷释放潜力较大,微生物能够促进底泥中磷释放,增加底泥磷向上覆水释放的风险。

江汉平原典型小区域沟渠底泥氮磷含量及其空间变异

在湖北省江汉平原选择了一个由排灌渠自然围成的典型小区域,对其中农田排灌沟、斗渠和支渠0~10 cm底泥中不同形态氮、磷的含量以及分布特征进行了监测分析。结果表明,在36个沟渠底泥样中,全氮含量为0.7~2.9 g/kg,平均值为1.79 g/kg;可溶性总氮含量为17~166 mg/kg,无机态氮占比为88.1%~94.5%,无机氮又以铵态氮为主,其占比为无机氮的84.7%~90.4%。底泥全磷含量为0.4~1.3 g/kg,平均值为0.60 g/kg,其中,Olsen-磷含量为10.2~131.7 mg/kg,占全磷的2.6%~10.1%;水溶性磷含量占Olsen-磷的0.5%~3.7%。底泥中全氮、可溶性总氮和铵态氮,以及全磷、Olsen-磷和水溶性磷两两间在α=0.01水平均呈极显著正相关。底泥中各形态氮素的平均含量在靠近鱼塘的斗渠中呈现最高值,而磷素则在靠近居民生活区的支渠中呈现最高值。

工矿企业周边沟渠底泥重金属污染特征与风险评价

工矿企业为重金属排放重点行业,系统研究其周边沟渠底泥重金属污染特征与风险具有重要意义。本研究以典型涉重金属排放化工企业周边区域为对象,系统调查监测了沟渠底泥、水体以及周边耕地土壤重金属含量,分析了沟渠底泥重金属污染特征与生态风险,评估其对水体、周边耕地土壤重金属污染的影响及范围。结果表明,沟渠底泥、水体和耕地土壤中主要重金属污染元素为Cd,其平均含量分别为16.61 mg/kg、5.20μg/L和1.22 mg/kg,其中底泥和耕地土壤Cd平均含量约为湖南省土壤背景值的195和14倍。沟渠底泥和水体中Cd含量相关性系数达到0.84,均随水流方向总体呈递减趋势;以漫灌方式灌溉的沟渠下游耕地土壤Cd含量整体更高,推测沟渠受污染底泥为水体和耕地土壤重金属污染的“源”。风险评价显示,沟渠底泥中Cd呈极高累积风险和重度潜在风险;受底泥重金属影响,水体中Cd和Hg呈重度污染风险,耕地土壤Cd呈中度累积风险,Hg和Pb为轻度累积风险。沟渠底泥重金属污染主要影响沟渠两侧及下游海拔低于46 m的耕地,面积约569 hm2。本研究为工矿企业周边受重金属污染耕地的源头防控和精准治理提供理论依据。

大安灌区沟渠系统底泥氟形态分布特征及影响因素

氟是一种广泛分布于自然界的化学元素,对环境和人体健康具有重要影响。采用连续分级浸提法,测定了大安灌区农田退水沟渠底泥中总氟及不同形态氟含量,分析了农田开垦年限、植被覆盖水平及底泥理化性质对氟形态分布的影响。结果表明:不同形态氟浓度随开垦年限的增加均呈现上升趋势。在底泥pH值为8.09~10.24的碱性环境下,底泥水溶态氟、可交换态氟浓度与pH值呈显著正相关,铁锰结合态氟、有机束缚态氟浓度与pH值呈显著负相关;底泥总氟与总磷含量、黏粒占比呈显著正相关,与总氮含量呈显著负相关。在有植被覆盖的沟渠内,底泥黏粒占比较高,水溶态氟、可交换态氟和有机束缚态氟含量显著高于无植被覆盖的区域,表明植被覆盖是灌区退水沟渠系统氟形态分布及迁移转化的重要影响因素。因此,通过降低底泥pH值、减少磷肥使用量以及提高沟渠植被覆盖水平等手段能够降低灌区水土环境中氟的生物有效性,从而减轻生态风险。该结论可为灌区农田治理及生态修复提供理论参考。

生态沟渠对水稻不同生长期降雨径流氮磷的拦截效应研究

农田养分的大量流失已成为农业面源污染的主要来源之一,研究生态沟渠对稻田降雨径流氮磷拦截效应具有重要意义。针对水稻不同生长期内的降雨以及降雨的不同时段下生态沟渠对稻田径流氮磷的动态拦截效应研究缺乏的现状,本文选取太湖西岸何家浜流域典型农田作为研究对象,将该流域的自然排水沟渠改造为生态沟渠。研究了生态沟渠对水稻不同生长期内的3场降雨径流的氮磷去除效果。研究结果表明:(1)在3场不同强度的降雨过程中,生态沟渠对TN(总氮)的平均去除率为31.4%,TP(总磷)的平均去除率为40.8%;(2)生态沟渠对降雨径流不同形态氮磷的去除率大小为NH4+-N(氨氮)>PN(颗粒态氮)>NO3--N(硝态氮),PP(颗粒态磷)>DP(溶解态磷),且PN和PP的去除率随沟渠径流量的增大而呈现下降趋势;(3)生态沟渠底泥总氮、总磷浓度在水稻的生长周期内呈现先增加后降低的趋势,说明生态沟渠具有一定的自净能力,对氮磷的拦截去除具有可持续性。