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新疆车尔臣河流域绿洲带地下水咸化与污染主控因素

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环境科学 2024年第1期45卷 207-217页

作者：李军欧阳宏涛周金龙新疆农业大学水利与土木工程学院乌鲁木齐830052 新疆水文水资源工程技术研究中心乌鲁木齐830052 新疆水利工程安全与水灾害防治重点实验室乌鲁木齐830052 河北建筑工程学院河北省水质工程与水资源综合利用重点实验室张家口075000 新疆巴音郭楞蒙古自治州水文水资源勘测局库尔勒841099

车尔臣河流域绿洲带地下水是当地居民生产生活的重要水源,查明地下水咸化和污染的控制因素,对可持续开发利用地下水资源和保护沙漠绿洲带生态环境具有重要意义.在该区共采集36组单一结构潜水样品和54组多层结构潜水-承压水样品,在确定... 详细信息

车尔臣河流域绿洲带地下水是当地居民生产生活的重要水源,查明地下水咸化和污染的控制因素,对可持续开发利用地下水资源和保护沙漠绿洲带生态环境具有重要意义.在该区共采集36组单一结构潜水样品和54组多层结构潜水-承压水样品,在确定地下水主要离子分布特征和污染现状基础上,应用水文地球化学方法(Piper图、多元统计、Gibbs模型和离子间内联关系)综合揭示地下水咸化和污染的主控因素.研究区地下水从山前倾斜平原单一结构潜水至冲洪积平原多层结构潜水-承压水具有一定分带性,Cl-Na水(87.8%)是研究区地下水主要的水化学类型.单一结构潜水水质明显优于多层结构潜水-承压水,多层结构潜水-承压水咸化主要由Na^(+)(均值9969 mg·L^(-1))、Cl^(-)(均值13687 mg·L^(-1))和SO_(4)^(2-)(均值5840 mg·L^(-1))导致,自然的水文地球化学过程是导致地下水水质恶化的主要原因.地下水化学主要受水岩作用和蒸发-浓缩作用控制,硅酸盐岩和蒸发盐岩矿物溶解是地下水化学组分的重要来源,而强烈的蒸发盐岩溶解过程对冲洪积平原区多层结构潜水-承压水的控制程度更高,加之在蒸发-浓缩和阳离子交换作用共同影响下,冲洪积平原区多层结构潜水-承压水咸化现象更为严重.此外,农田集中区农业施肥对地下水NO_(3)^(-)产生一定影响.

关键词：车尔臣河流域地下水咸化污染控制因素

清水河水体主要水化学离子分布特征及成因机制

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环境科学 2024年

作者：刘昊洋刘伟杨国丽王佳伟张恒星张海岛刘大伟李军马立山山东省第八地质矿产勘查院中国地质科学院水文地质环境地质所河北建筑工程学院河北省水质工程与水资源综合利用重点实验室

清水河是张家口市居民生活和工业生产的重要水源，厘定清水河水体主要水化学离子成因机制，对地表水资源的可持续开发利用具有重要现实意义.于2022年7月在清水河农业区河段和城市区河段共采集20组地表水样品，在检测主要水化学离子和稳... 详细信息

清水河是张家口市居民生活和工业生产的重要水源，厘定清水河水体主要水化学离子成因机制，对地表水资源的可持续开发利用具有重要现实意义.于2022年7月在清水河农业区河段和城市区河段共采集20组地表水样品，在检测主要水化学离子和稳定同位素(δ2H-H2O和δ18O-H2O)基础上，利用水文地球化学方法、多元统计分析和正定矩阵因子分解模型(PMF)从定性至定量角度综合揭示了地表水化学成因机制.结果表明，清水河水体pH均值为8.66，呈弱碱性水.水体中阳离子平均浓度顺序为：Ca2+＞Na+＞Mg2+＞K+＞NH4+，阴离子平均浓度顺序为：HCO3–＞SO42–＞NO3–＞Cl–＞F–＞NO2–，主要水化学类型为HCO3-Ca·Mg水.就自然背景，地表河水主要受岩石风化和蒸发结晶作用共同控制，且岩石风化为主导作用，碳酸盐岩和硅酸盐岩溶解控制着地表水主要水化学离子.就人类活动，农业区部分水体受过量施肥影响，出现NO3–浓度(1.88～47.4 mg·L-1)超标现象(10 mg·L-1)，城市区水体受工业污水排放影响，城南水体出现F–浓度(0.38～1.92 mg·L-1)超标现象(1.0 mg·L-1).定量解析结果表明，农业区水体主要受农业施肥(29.6%)、牲畜粪便(16.4%)、岩石风化(17.4%)和原生地质(13.7%)4种因素控制，而城市区水体受生活污染(30.5%)、工业污染(20.1%)、原生地质(18.4%)和岩石风化(16.7%)影响较大.

关键词：地表水水化学环境同位素 PMF模型成因机制

进水底物对好氧颗粒污泥特性及微生物群落的影响

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水处理技术 2024年第4期50卷 91-97页

作者：郝桂珍赵勇陆江锋王佳伟李振河徐利河北建筑工程学院市政与环境工程系河北张家口075000 河套学院水利与土木工程系内蒙古巴彦淖尔015000 河北省水质工程与水资源综合利用重点实验室河北张家口075000

为了研究进水底物对好氧颗粒污泥(AGS)特性的影响,通过接种絮状污泥于序批式反应器(SBR)中以生活污水和模拟生活污水作为进水底物,对AGS形成过程中的污泥特性和微生物群落展开研究。研究表明:以模拟生活污水为进水底物,发现颗粒污泥内... 详细信息

为了研究进水底物对好氧颗粒污泥(AGS)特性的影响,通过接种絮状污泥于序批式反应器(SBR)中以生活污水和模拟生活污水作为进水底物,对AGS形成过程中的污泥特性和微生物群落展开研究。研究表明:以模拟生活污水为进水底物,发现颗粒污泥内部以丝状菌为框架,通过对污泥的截留逐渐形成AGS,污泥沉降性能良好。随着AGS的形成胞外聚合物(EPS)组分中蛋白质(PN)含量增加显著,PN/PS由1.77上升至5.80,促进了AGS的形成和稳定性,且EPS含量与Zeta电位、污泥沉降指数呈负相关。连续投加Fe(OH)_(3)胶体抑制了NOB菌的活性,导致生活污水阶段污染物的去除效果较差;AGS形成后污染物的去除效果明显上升,特别是氮、磷污染物。生活污水阶段Candidatus_Microthrix菌属引起了系统内丝状菌膨胀,同时微生物群落丰富度、多样性逐渐降低。模拟生活污水阶段具有疏水性和分泌EPS功能的菌属丰度占比持续上升,例如:unclassified_o__Saccharimonadale(33.%→22.0%)、Zoogloea(3.0%→6.0%)、unclassified_f__Sphingomonadaceae(0.87%→3.1%)菌属等;促进了污泥颗粒化;同时随着污泥颗粒化程度提高,具有反硝化和除磷功能的菌属丰度占比持续上升,保证了AGS系统高效的脱氮除磷性能。

关键词：好氧颗粒污泥生活污水模拟生活污水微生物群落

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铁碳微电解填料对人工湿地反硝化作用的影响

河北建筑工程学院学报 2024年第1期42卷 179-185页

作者：郝桂珍范慧双徐利熊晓莹李振河河北建筑工程学院河北张家口075000 河北省水质工程与水资源综合利用重点实验室河北张家口075000

为探究铁碳微电解原理对人工湿地系统中反硝化作用的影响,利用液相还原法制得活性炭表面负载零价铁(Fe~0)材料,以填料不同投加配比,搭建垂直流人工湿地模拟小试装置,分别有1号纯砾石、2号砾石+3%铁碳、3号砾石+8%铁碳,观察每日进出水水... 详细信息

为探究铁碳微电解原理对人工湿地系统中反硝化作用的影响,利用液相还原法制得活性炭表面负载零价铁(Fe~0)材料,以填料不同投加配比,搭建垂直流人工湿地模拟小试装置,分别有1号纯砾石、2号砾石+3%铁碳、3号砾石+8%铁碳,观察每日进出水水质情况。结果表明:投加初期,2号与3号装置对硝态氮的去除效果显著,几乎可实现全部转化;填料表面Fe元素会伴随水流有一定损耗,且投加量越大损耗越高;两装置分别在18d和21d后出水水质达到稳定状态,硝态氮浓度稳定在11mg/L和13mg/L,略低于空白装置。

关键词：人工湿地纳米铁微电解反硝化低碳氮比

基于Budyko假设的清水河和白河流域径流变化及其影响因素分析

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水土保持通报 2024年第3期44卷 56-64页

作者：李赟李博睿张益闽王伟张良张飘裴宏伟河北建筑工程学院河北张家口075000 河北省水质工程与水资源综合利用重点实验室河北张家口075000 河北省张家口水文勘测研究中心河北张家口075000 北京大学城市与环境学院北京100871

[目的]综合分析清水河流域和白河流域的年径流变化及其主导因素,进一步揭示永定河流域和潮白河流域实际径流的变化及其影响因素,旨在为张家口地区水资源规划与管理提供理论依据。[方法]基于Budyko模型以永定河上游的清水河流域和潮白河... 详细信息

[目的]综合分析清水河流域和白河流域的年径流变化及其主导因素,进一步揭示永定河流域和潮白河流域实际径流的变化及其影响因素,旨在为张家口地区水资源规划与管理提供理论依据。[方法]基于Budyko模型以永定河上游的清水河流域和潮白河上游的白河流域为研究对象构建流域水热耦合平衡方程,精确计算潜在蒸散发对主要气象因子的敏感系数,再通过敏感系数计算径流对主要气象因子的弹性系数,进一步计算气候变化和人类活动对径流变化的贡献率。[结果](1)近年来清水河流域和白河流域各气象因子的弹性系数呈现增加的趋势,这种趋势揭示了这两个流域日益增强的气候—水文耦合关系。和白河流域相比,清水河流域的水文过程对气候变化更加敏感。(2)人类活动对清水河流域和白河流域的径流量变化起主导作用。清水河流域和白河流域人类活动对径流变化的影响率分别是65.37%和83.90%。(3)较之于Fu,Choudhury-Yang和Wang-Tang公式,Zhang公式在清水河流域和白河流域具有更好的适用性,能较好地模拟流域的实际蒸散发量,R~2达到0.97。[结论]人类活动对研究区径流变化的影响率为65.37%~83.90%,气候因素的影响率为16.10%~34.63%,今后应同时考虑气候和人类活动的影响,继续加强水分限制区的径流蒸散过程机理研究,以保障水资源安全。

关键词：清水河流域白河流域径流归因分析 Budyko模型

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新疆农田和荒漠生态系统土壤有机碳储量及其影响因素

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生态学报 2024年第14期44卷 6174-6185页

作者：杨洋张心昱苏文郭学兵唐新斋李向义李新虎马健中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室北京100101 河北建筑工程学院市政与环境工程系张家口075000 中国科学院大学资源与环境学院北京100101 中国科学院新疆生态与地理研究所乌鲁木齐830011 河北省水质工程与水资源综合利用重点实验室张家口075000

基于中国生态系统研究网络(CERN)长期监测数据,选取新疆维吾尔自治区代表暖温带干旱区的绿洲农田生态系统(阿克苏站)、代表暖温带荒漠区(策勒站)以及温带荒漠区(阜康站)的绿洲农田和荒漠生态系统综合观测场、辅助观测场和农户调查点2005... 详细信息

基于中国生态系统研究网络(CERN)长期监测数据,选取新疆维吾尔自治区代表暖温带干旱区的绿洲农田生态系统(阿克苏站)、代表暖温带荒漠区(策勒站)以及温带荒漠区(阜康站)的绿洲农田和荒漠生态系统综合观测场、辅助观测场和农户调查点2005—2020年0—100 cm土层的土壤有机碳(SOC)储量数据,分析新疆农田和荒漠生态系统SOC储量的影响因素。研究结果表明,2005—2020年0—100 cm土层SOC总储量平均值为阿克苏站(5.17 kg/m^(2))>阜康站(4.20 kg/m^(2))>策勒站(2.96 kg/m^(2))。0—20 cm、20—40 cm、40—60 cm土层的SOC分别约占0—100 cm土层储量的27.3%—35.3%、23.1%—24.6%和15.8%—17.5%。在阿克苏站,施肥量最高、灌溉量最低的农户调查点SOC储量最高;而在策勒站和阜康站,农户调查点和辅助观测场的施肥和灌溉措施分别最有利于提高SOC储量。总体来看,土壤含水量、地上生物量与SOC储量呈正相关关系;年平均气温与0—40 cm土层的SOC储量呈负相关关系。在单一生态站的生态系统尺度,年平均气温与SOC储量相关性不显著;地上生物量与策勒站和阜康站的SOC储量呈正相关关系,但是与阿克苏站0—40 cm土层的SOC储量呈负相关关系;施纯钾量与策勒站0—60 cm土层的SOC储量呈正相关关系,但与阜康站40—100 cm土层的SOC储量呈负相关关系。总之,与自然状态下的荒漠和农田不施肥相比,灌溉和施肥的农田管理措施有利于增加干旱区SOC储量。不同生态站要根据自身区域特点制定合理的农田管理模式,以维持较高的SOC储量。

关键词：土壤有机碳储量气象因素长期监测数据农田和荒漠生态系统干旱区

新疆车尔臣河流域地表水与地下水化学特征及其硼来源的初步分析

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环境科学 2024年

作者：高福翔姜凤周金龙周殷竹孙英李军新疆农业大学水利与土木工程学院新疆水文水资源工程技术研究中心新疆水利工程安全与水灾害防治重点实验室中国地质调查局水文地质环境地质调查中心河北建筑工程学院河北省水质工程与水资源综合利用重点实验室

车尔臣河流域气候干旱少雨，水资源相对匮乏，查明流域河水与地下水化学特征及高硼来源，对水资源的可持续开发利用、保护动植物及人体健康具有重要意义.为初步探明车尔臣河流域水化学特征及硼(B)的主要来源，2023年共采集了46组水样(其... 详细信息

车尔臣河流域气候干旱少雨，水资源相对匮乏，查明流域河水与地下水化学特征及高硼来源，对水资源的可持续开发利用、保护动植物及人体健康具有重要意义.为初步探明车尔臣河流域水化学特征及硼(B)的主要来源，2023年共采集了46组水样(其中6组河水、40组机井水)，运用Piper三线图、Gibbs图，相关性分析、水文地球化学模拟、绝对主成分分析(PCA-APCS-MLR)等方法对车尔臣河流域河水与地下水的水化学特征及其B的来源进行初步分析，定量评估了不同因子对水中B和其它水化学组分的贡献.结果表明，车尔臣河流域河水与地下水整体呈弱碱性，pH均值为7.99，地下水主要为微咸水及咸水，阴阳离子主要以Cl–、Na+为主.水化学类型较多，其中河水以SO4·Cl-Na型和HCO3·SO4·Cl-Na型为主；地下水以SO4·Cl-Na型为主.区内河水中ρ(B)均值为1.80 mg·L–1，超标率为66.7%；地下水中ρ(B)均值为1.48 mg·L–1，超标率为45.0%.APCS-MLR受体模型分析揭示了水化学组分及B的来源主要有溶滤-富集因子、人类活动因子、原生地质因子和未知源.车尔臣河流域水中硼超标现象明显，原因主要为农业活动(肥料与杀虫剂)及未知源，同位素技术有望更进一步探明水中B的主要来源.

关键词：地表水地下水水化学特征硼(B) 来源分析车尔臣河流域

山前农业区HNO对碳酸盐岩风化的扰动影响：以清水河上游为例

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内蒙古农业大学学报(自然科学版) 2024年

作者：刘伟张海岛谢银财张恒星刘昊洋杨国丽李军马立山河北建筑工程学院河北省水质工程与水资源综合利用重点实验室中国地质科学院岩溶地质研究所自然资源部/广西岩溶动力学重点实验室中国地质科学院水文地质环境地质所

碳酸盐岩是全球最大的碳库，定量评价山前农业区HNO3对碳酸盐岩风化的影响对深入理解全球碳循环具有重要科学意义。2022年7月于清水河山前农业区河段13个监测点进行了样品采集，对常规水化学和稳定同位素指标(δ2H-H2O、δ18O-H2O、δ15... 详细信息

碳酸盐岩是全球最大的碳库，定量评价山前农业区HNO3对碳酸盐岩风化的影响对深入理解全球碳循环具有重要科学意义。2022年7月于清水河山前农业区河段13个监测点进行了样品采集，对常规水化学和稳定同位素指标(δ2H-H2O、δ18O-H2O、δ15N-NO3–和δ18O-NO3–)进行检测，基于MixSIAR模型厘定山前农业区河水中NO3–主要来源，利用水文地球化学证据揭示NO3–的关键污染控制过程。在此基础上，利用碳酸盐岩溶解的化学计量关系定量HNO3扰动的碳酸盐岩风化及其对碳汇通量的影响。结果表明，清水河山前农业区河段水体呈弱碱性，水化学类型为HCO3-Ca·Mg水，主导离子主要受方解石和白云石溶解控制。河水NO3–污染源贡献分别为大气沉降（0.18%±0.06%）＜硝态氮肥（0.40%±0.11%）＜土壤有机氮（9.30%±4.50%）＜铵态氮肥（16.10%±9.00%）＜粪便和污水（74.00%±13.00%）。含NH4+污染物对河水中NO3–贡献率达99.4%。微生物硝化作用将NH4+转化为HNO3后，生成的中间产物HNO3优先且快速参与到碳酸盐岩风化中。山前农业区HNO3扰动碳酸盐岩风化过程加速了22.80%±6.80%的Ca2+和Mg2+以及18.10%±7.50%的HCO3–的释放。同时，相对碳酸盐岩自然风化，这一扰动过程降低了22.80%±6.80%的CO2吸收量，并可能导致水质硬化程度加剧以及NO3–污染风险增加。

关键词：山前农业区硝酸盐硝酸碳酸盐岩风化碳汇

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清水河不同功能区水体微生物群落结构特征

环境科学与技术 2024年第7期47卷 8-18页

作者：刘伟刘昊洋马立山王佳伟谢银财张海岛薛小佳杨国丽李军河北建筑工程学院河北省水质工程与水资源综合利用重点实验室河北张家口075000 中国地质科学院岩溶地质研究所自然资源部/广西岩溶动力学重点实验室广西桂林541004 联合国教科文组织国际岩溶研究中心广西桂林541004 张家口市政水务有限责任公司河北张家口075000

微生物菌群在地表河水物质循环、能量转换和信息传递过程中起着关键调控作用。为探究清水河不同功能区水体微生物群落结构特征,维持清水河生态系统长期稳定,作者于农业区和城市区河段共采集地表河水样品20组,基于水文地球化学方法、高... 详细信息

微生物菌群在地表河水物质循环、能量转换和信息传递过程中起着关键调控作用。为探究清水河不同功能区水体微生物群落结构特征,维持清水河生态系统长期稳定,作者于农业区和城市区河段共采集地表河水样品20组,基于水文地球化学方法、高通量测序技术及生物信息分析,综合揭示了清水河不同功能区水体微生物群落结构及其与地表河水化学组分间相互作用关系。结果表明:地表河水总体呈弱碱性(8.35≤p H≤9.44),化学类型主要为HCO_(3)-Ca·Mg水(80%),其次为Cl-Ca·Mg水(20%)。农业区河段水化学组分主要受碳酸盐岩溶解和农业施肥排放控制,城市区河段水化学组分主要受上游水体和城市居民生活排放影响。不同功能区水体微生物群落结构存在差异,城市河道及两岸硬化导致城市区河段微生物多样性低于农业区河段。农业区河段优势菌属为Limnohabitans、Rhodobacter和Flavobacterium,城市区河段优势菌属为Cyanobium_PCC-6307、Limnohabitans和norank_f_norank_o_Chloroplast。水化学因子对微生物群落结构影响程度顺序为NO_(3)^(-)(P=0.001)>SO_(4)^(2-)(P=0.003)>DO(P=0.071)>pH(P=0.222),其中农业施肥排放的NO_(3)^(-)对微生物群落结构影响最为显著。微生物硝化作用加重了农业区河段NO_(3)^(-)污染程度,而反硝化作用有效降低了过渡区河段NO_(3)^(-)浓度。

关键词：微生物群落水化学组分高通量测序功能区清水河