河流潜流带水交换作用对氮迁移转化过程的影响

氮在地球生物化学循环中扮演着重要角色,河流潜流带是河水与地下水相互作用及污染物迁移的关键通道,水交换作用是驱动潜流带中物质发生生物化学作用的重要动力,正确认识河流潜流带不同水交换作用对氮迁移转化过程的影响机制对维持河流生态系统健康和全球水安全至关重要。采集渭河潜流带原状沉积物,通过室内模拟实验,研究不同水交换作用模式下潜流带中氮的迁移转化过程。结果表明:由于河流潜流带中不同的水交换作用导致水流形态和溶解氧(DO)浓度的差异,进而影响氧化还原电位(Eh)和微生物群落结构等因素的不同,从而影响河流潜流带中氮素的迁移和转化过程。在地表水补给地下水过程中,NO_(3)^(-)-N和NO_(2)^(-)-N的含量沿着水分运移的方向增加,NH+4-N的含量则沿着水分运移的方向减少,在地下水补给地表水过程中也表现出相同趋势,这表明河流潜流带水交换作用过程中NO_(3)^(-)-N发生了迁移。反硝化作用和异化还原成铵作用(DNRA)是河流潜流带水交换作用下NO_(3)^(-)-N转化的主要途径,地下水补给地表水过程中主要微生物类型是变形菌门,反硝化作用强于地表水补给地下水过程;地表水补给地下水过程中主要微生物类型是厚壁菌门,DNRA作用更强烈。地表水补给地下水过程和地下水补给地表水过程中河流潜流带沉积物对NO_(3)^(-)-N的总截留率分别为97.7%和98.2%,其中,在地表水补给地下水模式下,0—15、15—30、30—45 cm和45—60 cm沉积层对NO_(3)^(-)-N的截留率分别为34.8%、24.5%、23.5%和14.9%,而在地下水补给地表水模式下,0—15、15—30、30—45 cm和45—60 cm沉积层对NO_(3)^(-)-N的截留率分别为21.6%、24.3%、25.0%和27.3%,两种模式呈现相反的变化趋势,但都在沉积物—水界面对NO_(3)^(-)-N的截留率最高。因此,河流潜流带水交换作用对氮迁移转化过程有显著影响,本研究对治理河流氮污染和维持河流生态系统健康具有重要意义。

河流潜流带和潜流交换时空变异特征研究综述

非均质性和时变性是潜流带和潜流交换的基本属性,潜流带和潜流交换时空变化特征的定量识别对地表水和地下水水量与水质的综合管理、流域水资源的评价和开发利用,以及对河流健康生态系统的维持均具有重要的指导意义。为了分析和掌握其规律特征,对国内外近20a来的河流潜流带和潜流交换时空变异特征的相关研究成果进行了系统的分析和探讨,阐述了潜流带和潜流交换在空间和时间上的变化特征,以及它们之间的相互作用关系,揭示了潜流带和潜流交换时空变异特征的影响机理;最后,基于已有的研究成果和未来的发展趋势,提出了针对潜流带时空变异规律的下一步研究工作方向和重点。