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农田溪流深潭营养盐滞留及对人为干扰的响应

中国环境科学 2017年第2期37卷 720-729页

作者：李如忠耿若楠黄青飞钱靖杨继伟秦如彬合肥工业大学资源与环境工程学院安徽合肥230009 安徽省环境科学研究院安徽合肥230071 安徽省水利部淮委水利科学研究院安徽蚌埠233000

为解析溪流深潭地貌格局的营养盐滞留能力及其对人为干扰的响应,2015年11月~2016年4月,在巢湖流域南淝河某一深潭地貌特征明显的农业源头溪流,选择NaCl为保守示踪剂,NH_4Cl和KH_2PO_4为添加营养盐,开展了9次野外示踪试验,其中人为干扰试... 详细信息

为解析溪流深潭地貌格局的营养盐滞留能力及其对人为干扰的响应,2015年11月~2016年4月,在巢湖流域南淝河某一深潭地貌特征明显的农业源头溪流,选择NaCl为保守示踪剂,NH_4Cl和KH_2PO_4为添加营养盐,开展了9次野外示踪试验,其中人为干扰试验4次,并据此计算水力学参数和养分螺旋指标.结果表明:试验渠段水流属于缓流类型,且在整个试验阶段始终处于湍流状态;人为干扰情形的深潭S_w-NH_4下降幅度较自然情形明显,数值甶331~3304m下降为232~609m,而S_w-PO_4则略有增大,即甶232~609m上升为301~1100m;人为干扰时平直渠段S_w-NH_4下降显著,数值甶4812~58895m下降为2463~13955m,而S_w-PO_4下降更为显著,由6242~75285m下降到1792~11432m;人为干扰情形的平直渠段S_w-NH_4、S_w-PO_4下降幅度显著高于深潭渠段,意味着平直渠段受人为干扰影响很大,响应更明显;与自然情形相比,深潭和平直渠段的V_f-NH_4、V_f-PO_4基本都有不同程度的增大,有利于滞留效应的发生.总体上,从整个试验渠段来看,人为干扰对于提高农田溪流深潭地貌格局的营养盐滞留能力是可行和有效的.

关键词：深潭农田溪流营养盐滞留人为干扰养分螺旋指标

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水文变化条件下农田溪流营养盐滞留效应模拟

中国环境科学 2016年第6期36卷 1877-1885页

作者：李如忠黄青飞杨继伟张瑞钢金菊良合肥工业大学资源与环境工程学院安徽合肥230009 安徽省水利部淮委水利科学研究院安徽蚌埠233000 合肥工业大学水资源与环境系统工程研究所安徽合肥230009

以巢湖流域某一典型农田源头溪流为对象,基于溪流水文条件的动态变化性,从水文概率密度模型与营养盐滞留率模型综合集成角度,解析较长时间尺度下营养盐滞留有效流量的动态变化特征.在对水文概率密度模型Monte Carlo随机模拟的基础上,根... 详细信息

以巢湖流域某一典型农田源头溪流为对象,基于溪流水文条件的动态变化性,从水文概率密度模型与营养盐滞留率模型综合集成角度,解析较长时间尺度下营养盐滞留有效流量的动态变化特征.在对水文概率密度模型Monte Carlo随机模拟的基础上,根据先前10次野外示踪实验获得的营养盐吸收速度等数据信息,定量评估溪流营养盐滞留的总体水平,估算最有效流量和等效流量.结果表明,农田溪流渠段的NH_4^+、PO_4^(3-)滞留能力总体偏低,相应的期望滞留率分别为0.0671(6.71%)和0.0541(5.41%),最有效流量分别为0.0051,0.0049m^3/s,功能等效流量分别为0.044,0.043m^3/s.基于溪流营养盐吸收速度明显偏低的客观现状,有必要从溪流形态和河床地貌特征的改造着手,提升溪流水体营养盐滞留能力.

关键词：水文变化营养盐滞留有效流量 Monte Carlo模拟农田源头溪流

芦苇占优势农田溪流营养盐滞留能力分析与评估

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水利学报 2016年第1期47卷 28-37页

作者：李如忠曹竟成张瑞钢金菊良陈广洲合肥工业大学资源与环境工程学院安徽合肥230009 合肥工业大学土木与水利工程学院安徽合肥230009 安徽建筑大学环境与能源工程学院安徽合肥230022

2014年9月—2015年4月,在合肥地区二十埠河流域的某一典型农田源头溪流段,选择以Na Cl为保守示踪剂,NH4Cl和KH2PO4为添加营养盐,采用恒速连续投加的方式,开展了7次野外现场示踪试验。在此基础上,利用OTIS模型和营养螺旋原理,从机制层面... 详细信息

2014年9月—2015年4月,在合肥地区二十埠河流域的某一典型农田源头溪流段,选择以Na Cl为保守示踪剂,NH4Cl和KH2PO4为添加营养盐,采用恒速连续投加的方式,开展了7次野外现场示踪试验。在此基础上,利用OTIS模型和营养螺旋原理,从机制层面分析和评估芦苇占优势农田源头溪流氮磷营养盐滞留能力和滞留特征。结果表明,该芦苇占优势渠段的比值As/A明显超过一般源头溪流水体,暂态存储对于营养盐滞留有较大影响;NH4+和SRP的暂态存储区营养盐一阶吸收系数都较主流区高一个数量级,且所有吸收系数均为正值,表明芦苇占优势渠段具有氮、磷"汇"的功能;NH4+吸收长度明显低于SRP,特别是冬季和初春,意味着溪流对于NH4+的滞留能力超过SRP;NH4+和SRP的总滞留率分别为14.46%和10.73%,生物滞留率平均值分别为9.17%和3.67%;主流区流动水体和暂态存储区对于NH4+滞留的平均贡献率分别为43.12%、56.88%;对于SRP滞留的平均贡献率分别50.13%、49.87%。

关键词：农田源头溪流大型水生植物营养盐滞留营养螺旋原理 OTIS模型

芦苇占优势农田溪流营养盐滞留的水文和生物贡献分析

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水利学报 2016年第8期47卷 1005-1016页

作者：李如忠曹竟成黄青飞殷晓曦严小三合肥工业大学资源与环境工程学院安徽合肥230009

为解析大型水生植物大量生长情形的源头溪流营养盐滞留的水文、生物作用贡献,于2014年9月—2015年6月在南淝河流域某一芦苇占显著优势的农田源头溪流段,开展8次野外示踪实验,计算渠段雷诺数Re、弗劳德数Fr、曼宁糙率系数n等水动力学参数... 详细信息

为解析大型水生植物大量生长情形的源头溪流营养盐滞留的水文、生物作用贡献,于2014年9月—2015年6月在南淝河流域某一芦苇占显著优势的农田源头溪流段,开展8次野外示踪实验,计算渠段雷诺数Re、弗劳德数Fr、曼宁糙率系数n等水动力学参数,估算NH4^＋、PO4^3-的总滞留率以及水文、生物过程的实际滞留贡献率和相对滞留贡献率。结果表明,整个研究期间溪流水体表现出显著的紊流特征,水流流态属于缓流类型,渠道曼宁糙率系数n变化范围为0.066-0.112,平均值为0.089;NH4＋总滞留损失率变化范围为9.17%-28.27%,平均值为14.68%,水文作用和生物过程对NH4^＋实际滞留贡献率平均值分别为10.12%和4.57%,相对贡献率平均值分别为72.51%和27.49%,表明NH4＋滞留损失主要来自水文过程的影响;PO4^3-总滞留损失率变化范围为5.75%-17.79%,平均值为12.53%,水文作用和生物过程对PO43-实际滞留贡献率平均值分别为10.12%和2.41%,相对贡献率平均值分别为81.42%和18.58%,表明PO43-滞留损失也主要来自水文因素的影响;n与Re、Fr和Q均呈显著的幂函数关系,而实际滞留率ηNH4、ηPO4与n、Re之间均没有表现出明显的相关关系。

关键词：农田溪流营养盐滞留大型水生植物示踪实验水动力学参数

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基于暂储理论的源头溪流营养盐滞留研究进展

中国水利水电科学研究院学报 2018年第4期16卷 273-281页

作者：黄钰铃骆辉煌马巍毛战坡中国水利水电科学研究院水环境研究所北京100038

源头溪流是流域污染负荷控制的关键节点。源头溪流接纳流域内输入的污染物后,通过促进污染物在河道内的滞留及消减,降低对流域下游的输出,为下游水域水环境治理减轻压力。本文从暂储理论出发,对源头溪流营养盐滞留的研究进行了综述。介... 详细信息

源头溪流是流域污染负荷控制的关键节点。源头溪流接纳流域内输入的污染物后,通过促进污染物在河道内的滞留及消减,降低对流域下游的输出,为下游水域水环境治理减轻压力。本文从暂储理论出发,对源头溪流营养盐滞留的研究进行了综述。介绍了暂储的定义,探讨了影响暂储区的水文、地形地貌及生物因素,分析了暂储区对溪流中营养盐滞留的作用,辨析了目前研究中存在的不足,指出未来宜在国内诸多源头溪流尽快开展相关工作,研究暂储区变化对营养盐滞留的影响机理,从而为下游流域污染负荷削减、河流廊道生态恢复提供支撑。

关键词：源头溪流暂储营养盐滞留营养盐螺旋

橡胶坝对河流沉积物氮转化功能基因丰度和营养盐的影响

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环境科学学报 2022年第11期42卷 193-201页

作者：董彬李宝王立志宋红丽刘艳临沂大学资源环境学院山东省水土保持与环境保育重点实验室临沂276000

沉积物氮转化功能微生物是河流脱氮和水体净化的重要生物因素.为探讨橡胶坝对沉积物氮转化功能基因丰度及氮营养盐的影响,本研究以沂河沂水城区蓄水段为研究对象,从橡胶坝前不同距离采集沉积物,利用实时荧光定量PCR(qPCR)方法研究了沉... 详细信息

沉积物氮转化功能微生物是河流脱氮和水体净化的重要生物因素.为探讨橡胶坝对沉积物氮转化功能基因丰度及氮营养盐的影响,本研究以沂河沂水城区蓄水段为研究对象,从橡胶坝前不同距离采集沉积物,利用实时荧光定量PCR(qPCR)方法研究了沉积物的反硝化功能基因(nirS、nirK、nosZ)、厌氧氨氧化功能基因(AMX)和反硝化型甲烷厌氧氧化功能基因(pmoA)的丰度及沉积物营养盐特征.结果表明:橡胶坝促进了沉积物中nirK、nirS、nosZ和pmo A基因的聚集,反硝化功能基因nirK、nirS、nosZ丰度在坝前120~330 m范围内较高;橡胶坝促进了沉积物NH_(4)^(+)、NO_(3)^(-)、TN、TP、TOC、有机质(OM)等营养盐的滞留,主要在120~360 m区域聚集,多元线性回归模型拟合度较高.相关分析表明,16S rRNA、nirK、nirS、nosZ、pmoA基因丰度与环境因子NH_(4)^(+)、NO_(3)^(-)、TN、OM、TOC、孔隙度呈正相关;PCA分析结果表明,随着沉积物环境因子主成分的增长,氮转化功能基因丰度主成分呈升高趋势.橡胶坝可促进沂河沉积物氮素等营养盐的滞留和氮转化功能微生物的聚集.

关键词：功能基因氮转化营养盐滞留生物地球化学循环沂河

长江流域水库叶绿素及营养盐变化:生物过滤器效应

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华东师范大学学报（自然科学版） 2021年第2期 63-72页

作者：同萌李茂田牛淑杰刘晓强林沐东郭慧婷候立军华东师范大学河口海岸学国家重点实验室上海200241 崇明生态研究院上海202162

选取对上游来水滞留时间不同的4个典型水库,利用藻类和营养盐调查资料,分析水库的“生物过滤器”效应.发现:①垂向上各水库Chl.a浓度均出现次表层最大,然后向下逐渐减少的趋势,导致营养盐浓度形成“上层小下层大”的生物滞留特征,4个水... 详细信息

选取对上游来水滞留时间不同的4个典型水库,利用藻类和营养盐调查资料,分析水库的“生物过滤器”效应.发现:①垂向上各水库Chl.a浓度均出现次表层最大,然后向下逐渐减少的趋势,导致营养盐浓度形成“上层小下层大”的生物滞留特征,4个水库的DIN(NO2-N、NH4-N、NO3-N)、DIP(PO4-P)和DSi(SiO3-Si)垂向滞留量平均值分别为下层浓度的6.29%、14.92%和8.60%.②沿程上各水库Chl.a浓度和藻类生物量从上游向下游总体呈减小趋势,导致营养盐浓度形成“上游大下游小”的生物滞留特征,4个水库DIN、DIP和DSi沿程滞留量平均值分别为上游浓度的26.53%、39.89%和31.70%.③4个水库DIN、DIP和DSi综合滞留量的平均值分别为原浓度的32.82%、54.80%和40.30%.④随水库滞留时间增加,DIP浓度逐渐减少直至小于0.1μmol/L,以致磷成为藻类生长的绝对限制条件.

关键词：水库叶绿素次表层最大营养盐滞留生物过滤器

基于OTIS模型的巢湖十五里河源头段氮磷滞留特征

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中国环境科学 2014年第3期34卷 742-751页

作者：李如忠丁贵珍合肥工业大学资源与环境工程学院安徽合肥230009

为揭示巢湖十五里河源头河段氮磷营养盐滞留特征,选择NH4Cl、KH2PO4及NaCl作为示踪剂,开展野外现场示踪实验.根据获得的氯离子浓度和营养盐浓度穿透曲线数据信息,利用OTIS与OTIS-P计算软件,估算水文参数(D、A、As、?等)和营养盐一阶吸... 详细信息

为揭示巢湖十五里河源头河段氮磷营养盐滞留特征,选择NH4Cl、KH2PO4及NaCl作为示踪剂,开展野外现场示踪实验.根据获得的氯离子浓度和营养盐浓度穿透曲线数据信息,利用OTIS与OTIS-P计算软件,估算水文参数(D、A、As、?等)和营养盐一阶吸收系数(λ、λs).在此基础上,计算暂态存储指标和营养盐吸收相关参数值,定量评估主河道流动水体与暂态存储对NH4+和SRP的损失贡献.结果表明,主河道与暂态存储区NH4+吸收系数平均值分别为3.88×10-6,8.81×10-4s-1,SRP分别为7.80×10-6,7.98×10-8s-1;综合衰减系数k-NH4平均值为1.64×10-4s-1,k-SRP为7.80×10-6s-1;NH4+和SRP的吸收长度Sw-NH4、Sw-SRP相当大,分别为1632.88,25471.32m,意味着该河段经由物理或生态过程去除N、P的可能性低;该河段Vf-NH4、Vf-SRP值较营养盐浓度低的溪流或小河流偏小,但U-NH4、U-SRP则明显偏大;暂态存储对于NH4+损失的平均贡献率为93.82%,主河道水流对SRP损失的平均贡献率高达99.70%.

关键词：暂态存储指标营养盐滞留营养盐吸收 OTIS模型水文参数

污水厂尾水占主导溪流养分滞留潜力及氨氮毒性风险分析

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污水厂尾水占主导溪流养分滞留潜力及氨氮毒性风险分析

作者：吴正华合肥工业大学

学位级别：硕士

污水厂作为日常生活及工业废水的处理场所,其尾水中含大量氮磷营养盐和其他物质,直接排放将会给湖泊河流带来一定的负面影响。为揭示尾水进入溪流后对氮磷营养盐的滞留情况,本研究针对巢湖流域二十埠河某段接纳尾水的支流,选择NaBr为保... 详细信息

污水厂作为日常生活及工业废水的处理场所,其尾水中含大量氮磷营养盐和其他物质,直接排放将会给湖泊河流带来一定的负面影响。为揭示尾水进入溪流后对氮磷营养盐的滞留情况,本研究针对巢湖流域二十埠河某段接纳尾水的支流,选择NaBr为保守示踪剂、NHCl和KHPO为添加营养盐,采用瞬时投加的方式,开展了8次野外示踪实验。在此基础上,利用OTIS模型模拟溪流氮、磷营养盐迁移转化规律,从暂态存储角度解析混合水体对营养盐滞留的作用;通过计算养分螺旋指标,定量分析实验渠段对营养盐滞留能力的大小,并对各类参数进行多元统计分析;结合尾水及溪流水质测量,估算溪流氮、磷日通量,并评价水体氨氮毒性风险,所得成果主要如下:(1)研究渠段氮素、磷素日输入通量平均值分别为108.37、3.27kg,截留率均值分别为3.43%、4.09%,其中NO-N约占氮素营养盐的70%,表明大部分氮素营养盐来自尾水的输入,且将随着水流最终进入巢湖水体;溪流接纳尾水后,其混合水体的氨氮基准值绝大多数处于正常水平,氨氮值风险性较小。(2)由OTIS模型模拟得到水文参数A、A、α、D均值分别为1.238m、0.339m、2.424×10s、0.18m·s,与国内外同尺度河流基本相当;暂态存储指标T、A/A、R、F均较小,意味着该渠段内溶质在暂态储存区停留时间较短,暂态存储作用相对主流区较小。(3)模拟四种不同情景下OTIS模型各作用机制贡献程度分析,其中情景2溶质浓度峰值相对偏差高达13.532.58%,明显大于情景3,表明暂态存储对溶质迁移转化影响较侧向补给大;通过相关性分析,溶质浓度峰值相对偏差RE与RE之间呈显著的正相关性,流量(Q)与相对偏差RE呈负相关性。(4)营养盐滞留特征分析中,NH-N、SRP吸收长度均值分别为12.38km、13.61km,NO-N吸收长度均值为7.84km,远高于源头溪流总长(4km),表明河流已不具备氮、磷营养盐去除能力;通过对比尾水上游已有研究,并未发现尾水的排入给溪流营养盐滞留带来明显不良影响。(5)在NH-N、SPR滞留贡献率方面,主流区贡献率显著大于暂态储存区,分别高达94.86%、96.02%,表明滞留作用主要来自主流区水体;通过营养盐吸收系数与各指标回归分析表明,绝大多数吸收指标均与Q、v呈极显著相关性,而与c和F相关性较小。

关键词：污水厂尾水营养盐滞留暂态存储养分螺旋指标风险评价