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中国环境科学 2019年第2期39卷 648-656页

作者：李如忠许大强阙凤翔合肥工业大学资源与环境工程学院安徽合肥230009

为揭示源头溪流氮磷耦合吸收作用机制,选择NaCl和NaBr为保守型示踪剂、KNO_3和KH_2PO_4为添加营养盐,于2017年10月～2018年3月在合肥城郊的2条源头溪流,开展5次由单、双营养盐添加构成的示踪试验,利用TASCC技术方法,分别以Michaelis-Men... 详细信息

为揭示源头溪流氮磷耦合吸收作用机制,选择NaCl和NaBr为保守型示踪剂、KNO_3和KH_2PO_4为添加营养盐,于2017年10月～2018年3月在合肥城郊的2条源头溪流,开展5次由单、双营养盐添加构成的示踪试验,利用TASCC技术方法,分别以Michaelis-Menten (M-M)方程和双营养耦合吸收曲面模型拟合营养盐吸收动力学过程.结果表明,双添加试验的NO_3-N、PO_4-P吸收速率均明显高于单添加情形,意味着溪流中NO_3-N与PO_4-P吸收存在相互促进作用;双营养耦合吸收响应曲面直观展示了氮、磷营养盐不同浓度水平及浓度比情形下吸收速率的演化趋势,诠释了较低浓度水平下溪流NO3-N(或PO4-P)吸收速率随PO_4-P(或NO_3-N)可利用量增加而增大的作用机制;两种动力学模型在NO_3-N、PO_4-P最大吸收速率拟合结果上均存在不同程度的偏差,其中M-M方程低估了U_(max-N)和U_(max-P),相应幅度分别达3.91%～16.11%、3.23%～23.63%.

关键词：源头溪流氮磷耦合吸收 TASCC Michaelis-Menten(M-M)方程响应曲面模型

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基于TASCC的源头溪流氮磷滞留特征及耦合吸收效应模拟

基于TASCC的源头溪流氮磷滞留特征及耦合吸收效应模拟

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作者：许大强合肥工业大学

学位级别：硕士

源头溪流数量众多、分布广泛,对于改善和调控流域下游水质具有重要作用。为揭示源头溪流中氮磷吸收动力学特征及耦合吸收作用机制,选择合肥城郊的两条源头溪流为研究对象,分别以NaCl和NaBr为保守型示踪剂,KNO(或NHCl)和KHPO为添加营养盐... 详细信息

源头溪流数量众多、分布广泛,对于改善和调控流域下游水质具有重要作用。为揭示源头溪流中氮磷吸收动力学特征及耦合吸收作用机制,选择合肥城郊的两条源头溪流为研究对象,分别以NaCl和NaBr为保守型示踪剂,KNO(或NHCl)和KHPO为添加营养盐,于2017年10月018年5月共开展了10次由单、双营养添加构成的示踪试验。在此基础上,借助TASCC(Tracer Additions for Spiraling Curve Characterization)技术尝试解析源头溪流氮磷滞留特征;再从氮、磷耦合角度评估氮磷滞留潜力,并揭示相应的耦合作用机制;最后,利用相关性分析和回归分析,识别影响氮磷耦合吸收的主要环境因子。本研究取得的主要成果如下:(1)基于TASCC的动态养分螺旋指标计算结果表明,溪流中硝态氮、氨氮和磷酸盐的背景吸收长度S平均值分别为464.37m、395.72m和303.22m,一致显著低于试验渠段所在溪流总长度,意味着溪流对硝态氮、氨氮和磷酸盐均具有一定的截流净化能力。(2)M-M方程能够较好地模拟溪流中硝态氮、氨氮和磷酸盐的动态吸收过程,并得到相应养分的最大吸收速率U平均值分别为0.16 mg/(m·s)、0.25 mg/(m·s)和0.17 mg/(m·s);温度和渠道地貌形态结构异质性是影响溪流中硝态氮、氨氮和磷酸盐滞留过程及潜力的关键因素,其他因素的影响相对较小。(3)硝态氮与磷酸盐共同添加时两者的最大吸收速率U较单独添加时分别提升了15.38%1.25%、15.38%27.78%,半饱和常数K则分别降低了15.38%1.71%、8.54%0.43%;氨氮与磷酸盐共同添加时两者的U较单独添加时分别提升了34.38%0.95%、46.15%15.38%,K则分别降低了8.23%8.70%、12.66%0.63%,表明溪流中的硝态氮与磷酸盐、氨氮和磷酸盐吸收均受到彼此可利用量的影响,即表现出不同程度的协同效应。(4)氮磷耦合吸收响应曲面模型定量模拟了养分耦合吸收动力学过程,并得到硝态氮与磷酸盐耦合吸收时两者的最大吸收速率U平均值分别为0.28mg/(m·s)、0.39 mg/(m·s);氨氮与磷酸盐耦合吸收时两者的最大吸收速率U平均值分别为0.44 mg/(m·s)、0.33 mg/(m·s);M-M模型拟合得到的U拟合结果一致低于氮磷耦合吸收响应曲面模型。(5)渠道地貌形态结构异质性是影响氮磷耦合吸收的关键因素,水文因素次之,背景浓度的影响相对较小。

关键词：源头溪流 TASCC 氮磷耦合吸收养分螺旋响应曲面模型

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