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
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不同处理池塘底泥对磷吸附与解吸的影响1 引言我国水资源总量丰富,总储量约为218万立方米,居世界第六位。
但人均水资源占有量不足240立方米,仅为世界人均占水量的1/4,世界排名119位,被列为全球13个人均水资源贫乏国家之一。
但近几年来,我国水环境污染事件呈现频发态势,据国家环保总局的统计显示,2004年全国废水排放总量482.4亿吨,其中工业废水排放量221.1亿吨,城镇生活污水排放量261.3亿吨,而城市污水处理率仅有45.6%[1]。
水体富营养化已成为我国一个严峻的环境问题。
自2005年底松花江污染事件以来,共发生140多起水污染事故,其中以太湖、巢湖和滇池蓝藻暴发影响最为深远,而蓝藻的大规模暴发正是水体富营养化的直接后果。
作为水生生态系统中的主要营养元素,磷被认为是营养水体中最主要的限制因子,也是造成水体水质富营养化的关键性限制性因素之一[2]。
而底泥是河流和湖泊等水体营养物质的重要蓄积库,也是各类水体内源磷的主要来源[3]。
底泥中营养盐的释放对水体的营养水平有着不可忽视的影响。
长期的外源污染导致的富营养化使水体底泥富集了大量的营养元素,水体的底泥对磷的吸附和解吸作用一直被广泛关注[4]。
水体外源磷得到控制后,内源磷的释放是维持水体营养程度的主要因素。
而底泥中潜在活性磷含量决定了从底泥进入水体的磷含量,也是衡量水体富营养化是否容易发生的一个主要因素。
内源磷的释放量不仅取决于底泥中潜在活性磷的含量,同时也取决于磷的释放途径[5]。
内源磷释放的主要途径为底泥悬浮和间隙水扩散。
底泥再悬浮后,内源磷通过底泥—水界面进入上覆水[6],同时,外源磷向底泥迁移的过程也随之发生变化,并转化为某种形态的磷,导致潜在活性磷含量有所改变[7]。
实际上,底泥与水体之间的吸附释放还受底泥理化性质的影响,国内外研究表明:pH、温度、溶解氧、微生物的活动、氧化还原电位、周期性的水淹、水生植物、营养盐以及河流水动力条件均会对磷的释放与吸收产生重要影响。
莫竣程,邵志伟,梁妙婷,等.我国农田氮磷流失监测现状与在线监测标准化方法[J].江苏农业科学,2024,52(3):12-21.doi:10.15889/j.issn.1002-1302.2024.03.002我国农田氮磷流失监测现状与在线监测标准化方法莫竣程1,邵志伟1,梁妙婷1,黄燕珊1,李永涛1,居学海2,陈澄宇1(1.华南农业大学资源环境学院,广东广州510642;2.农业农村部农业生态与资源保护总站,北京100125) 摘要:本研究为我国农田面源污染监测提供科学、系统、有效的基础资料,以期为未来相应监测规范和标准的完善奠定基础。
通过梳理文献资料,对近年来国内各省份农田面源污染监测现状和方法进行分析,特别关注了农田在线监测氮磷流失前景与标准化方法。
我国从第一次污染源普查至今,在国家层面上开展农业面源污染国控监测点试验,获取全国各大分区主要种植模式下的肥料流失系数,并进行省、市级氮磷流失负荷估算,为全国农田氮磷负荷量研究奠定科学基础。
随着现代数字农业发展,我国农田氮磷流失监测技术也来到了一个新的阶段,因此笔者提出在构建“天—地—空”三维一体监测指标体系的基础上,将传感器技术、农业物联网技术、无线网络通信技术、地理信息系统技术应用于农田面源在线监测的构思,构建耦合数据采集、处理、传输、存储、管理、分析、建模、应用的“大田—流域—区域”尺度在线监测氮磷流失标准化方法。
在线监测氮磷流失数据标准化方法很好地解决了传统田间监测中的问题,能有效提高监测数据的实时性、准确性和稳定性,并为在线监测农田面源污染规范的制定提供了参考。
关键词:农田;氮磷;面源污染;在线监测;指标体系;标准化方法 中图分类号:X52;X592 文献标志码:A 文章编号:1002-1302(2024)03-0012-09 收稿日期:2023-04-19基金项目:第二次全国污染源普查项目(编号:2110399);广东省自然科学基金(编号:2021A1515011503、2023A1515030101);广州市基础研究计划基础与应用基础研究一般项目(编号:202201010505);广州市农田面源污染监测项目(编号:GDYD230086)。
河流底泥氮磷释放规律及其对环境清淤的影响研究【文献综述】文献综述海洋科学河流底泥氮磷释放规律及其对环境清淤的影响研究1.国内外研究动态随着人类对环境资源开发利用活动日益增加,特别是进入本世纪以来,工农业生产大规模地迅速发展,工业化带来了“城市化”现象,使得大量含有氮、磷营养物质的生活污水排入附近的湖泊,水库和河流,增加了这些水体的营养物质的负荷量,为了提高农作物产量,施用的化肥和牲畜粪便逐年增加,经雨水冲刷和渗透,进入水体的营养物质不断增多,以上这些人为因素的影响,极大地减少了水体由贫营养向富营养过渡所需要的时间,国内外的现状调查结果表明,在全球范围内30%-40%的湖泊和水库遭受不同程度富营养化影响,我国近年来湖泊富营养化呈发展趋势,从20世纪80年代后期的41%上升到90年代后期的77%,水库富营养化问题也较严重,处于富营养状态的水库个数和库容分别占所调查水库的30.8%和11.2%,总体而言,水体发生富营养化的程度和范围呈发展趋势,城市湖泊及邻近城镇的水库水体富营养化程度较高,湖泊和水库等相对静止的水体发生富营养化现象重于河流,但河流富营养化问题也不容轻视,富营养化已成为世界范围内水环境保护中的重大环境问题。
水体富营养化是发生藻类污染的直接原因。
近年来由于污染造成的环境恶化逐步加重,水体藻类污染的程度也逐年加深。
赤潮或水华(Red tide or Bloom)在全球范围内频繁出现是藻类污染程度加深的直接反映。
我国在1933年到1979年的 46 年中仅发生过12次赤潮,而1990年到1994年的5年中就发生了139次赤潮,藻类污染灾害日趋严重,主要湖泊富营养化问题突出。
目前出现了一种各地纷纷出台禁磷措施和法规的"一边倒"现象,一时含磷洗涤剂变成了瘟神,这种盲目的现象对行业和国家的发展并非一件好事。
客观地分析我国水体富营养化现状,跟踪"禁磷"实施效果,提出适合于我国国情的解决措施和办法,已迫在眉睫。
地表水体底泥中氮磷及重金属的释放规律研究杨文澜,刘力(淮阴师范学院化学系,江苏淮安223300)摘要 通过对地表水体底泥污染特性的分析,论明水体沉积物与水体之间具有复杂的迁移规律。
分类介绍了影响水体底泥中氮磷及重金属释放的各种因素,主要分析了温度、pH 值、溶解氧、沉积物形态、水体扰动的影响,认为影响释放的主导因素因地而异,指出开展污染底泥综合整治技术研究的重要性。
关键词 底泥;氮磷;重金属;释放规律中图分类号 X523 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2009)17-08151-02S tud y on th e R e le a s e Law s o f N itro g en,Ph o sph o ru s an d H e av y M e ta ls fromS e d i m e n ts o f S urfa c e W a te r B o dy YANG W en -lan e t a l (D epar tm en t o f C h em is try ,H u a iy in T each e rs C o llege ,H u a ian,J ian gsu 223300)A b s tra c t T h e po llu tion ch a ra cte ristics o f sed i m en ts o f su rface w a te r body w e re an a ly zed.I t w a s po in ted ou t th a t th ere w e re com p lica ted m ig ra tionlaw s be tw e en sed i m en ts and w a te r body.T h e in flu en cin g fa cto rs o f th e re lease o f n itrogen,ph o sph oru s an d h eavy m e ta ls fromsed i m en ts inth e w a te r body w ere cla ssified and in trodu ced.T h e in flu en ces o f tem pera tu re ,pH,disso lv ed o xyg en ,formo f sed i m en ts an d h yd rodyn am ic d is tu rban ce w e re m a in ly an a ly zed.It w as th ou gh t th a t th e m a jo r in flu en cin g fa cto rs va ried in d iffe ren t su rrou nd in g s .A n d th e e ssen tia lity o f de ve lop in g th e stu dy onth e com preh en s ive con tro l tech n o log y o f sed i m en ts w as po in ted ou t .K e y w o rd s S ed i m en ts ;N itrogen an d ph osph o ru s ;H eav y m e ta ls ;R e le ase law s作者简介 杨文澜(1981-),男,江苏徐州人,讲师,从事水污染控制工程的研究,Em a il :yw lhp3004@hy tc 。
亭下水库底泥中氮磷及锰的释放特性研究刘丽敏;顾重武;曾燕燕【摘要】为了解亭下水库底泥中污染因子对上覆水的影响,选取2个代表性点位采集底泥柱状样进行氮磷及锰的释放特性研究.研究结果表明,静态试验条件下,2个点位底泥磷的释放速率分别为0.270 mg/(m2·d)和0.060 mg/(m2·d);氨氮的释放速率分别为1.860 mg/(m2·d)和0.830 mg/(m2·d);锰的释放速率分别为23.390 mg/(m2·d)和10.340 mg/(m2·d).溶解氧是控制底泥中氮磷及锰释放的主要因素,可通过曝气措施消减水库中氮磷含量,控制底泥中锰的释放,进而改善水库水环境质量和水质.【期刊名称】《浙江水利科技》【年(卷),期】2018(000)004【总页数】4页(P1-4)【关键词】亭下水库;底泥;氨氮;总磷;溶解态锰【作者】刘丽敏;顾重武;曾燕燕【作者单位】浙江省河海测绘院,浙江杭州 310010;浙江省河海测绘院,浙江杭州310010;浙江省河海测绘院,浙江杭州 310010【正文语种】中文【中图分类】X521 问题的提出水库底泥是水库富营养物质和重金属污染物的重要蓄积库,底泥在水库养分循环和水体富营养化过程中既起着重要作用,又是对水质有潜在影响的次生污染源[1 - 2]。
对于湖泊、水库等相对封闭的水体,在外源污染得到控制之后,由底泥释放产生的内源污染就成为影响水质的主要因素[3 - 4]。
饮用水源水库对水质要求非常严格,水源地氮磷超标,将会导致水体富营养化,藻类繁殖,水质恶化;锰超标将会增加水厂的处理难度,并对人们的身体健康造成影响。
锰是地表水环境中的氧化还原敏感性元素,在特定的环境条件下,底泥中的锰元素极易从底泥释放到上覆水体,影响上覆水体的化学组成[5]。
这些吸附在底泥中的污染物在一定的条件下会发生间歇性的再生释放作用,通过解吸、溶解、生物分解等释放作用再次返回水体,形成水库的内源性污染负荷,并且极易受环境因素影响而释放,引起水体的二次污染[6]。
河道⽔体及底泥污染物季节性释放规律的研究河道⽔体及底泥污染物季节性释放规律的研究*刘宗亮12陈明功1彭强辉2#蔡强2(1.安徽理⼯⼤学,淮南232001;2. 浙江清华长三⾓研究院,嘉兴314006)摘要:为了探究河道⽔体和底泥中污染物的季节性释放规律,本⽂以嘉兴市域内的16条具有代表性的河道为研究样本,通过对实验河道⽔体和底泥中温度、DO、pH、COD、TP、TN、NH3-N等指标的监测,研究分析了不同季节河道⽔体和底泥污染物浓度变化,实验结果表明:(1)河道上覆⽔体中COD、TP、TN、氨氮的浓度变化均有明显季节性规律,夏季污染物浓度较⾼,冬季浓度降低,春秋季介于冬季和夏季之间;(2)底泥中COD、TN、TP的变化也有⼀定的季节性规律,NH3-N浓度则没有明显的季节性规律。
且⽔体中TN、TP浓度与底泥中TN、TP浓度变化呈负相关性;(3)河⽔pH值波动范围较⼩,没有季节性变化特征;(4)河⽔中溶解氧浓度随季节变化明显,夏季和冬季⽔中溶解氧浓度升⾼,春季和秋季溶解氧浓度偏低。
关键词:底泥季节性变化释放规律SEASONAL RELEASE OF POLLUTANTS FROM RIVER WATER AND SEDIMENT LIU Zongliang1,2, CHEN Minggong1 ,PENG Qianghui2# , CAI Qiang1(1.232001 Anhui University Of Science And Technology, Huainan ; 2.Yangtze DeltaRegion Institute of Tsinghua University,Zhejiang,Jiaxing 314006,) Abstract: In order to explore seasonal release of pollutants in water and sediment of the river, the Jiaxing of 16 representative rivers as research samples, through the monitoring river water and sediment with parameters of temperature, DO, PH, COD, TP, TN, NH3-N, pollutant concentration changes at the different seasonal river water and sediment, experimental results were demonstrated that concentrations of COD, TP, TN, ammonia nitrogen had a significantly seasonal pattern. The peak of pollutants in summer appeared in summer.Winter has a lowest pollutants concentrations.Changes of COD in the sediment, TN and TP also had aseasonal pattern. Concentration of NH3-N has no evident seasonal variation. Concentration of TN, TP in water and in sediment concentrations and showed negative correlation.PH value of water fluctuated in a smaller range with no seasonal variation characteristics.Concentrations of dissolved oxygen in the water significantly changed with the seasons. summer and winter, and dissolved oxygen concentration is increased in summer and winter,vice-versa in spring and autumn.Keywords: bottom sediment; seasonal variation; release rule1.引⾔(Introduction)嘉兴位于浙江省东北部,长三⾓南翼,杭嘉湖平原腹地,地形平坦,略呈南⾼北低状。
昭通渔洞水库流域不同作物种植模式对地表径流、渗漏水中氮磷流失量的影响李学艳;全勇;龚声信;岳银;余勇;马鹏;唐玉凤;沈燕琼【摘要】[目的]研究不同种植模式对地表径流和渗漏水的土壤表层氮、磷随降雨流失的情况.[方法]在渔洞水库流域的大田里设计了4种典型的作物种植类型.采用分光光度法测定样品中的氮、磷浓度.[结果]不同作物种植模式下地表径流中氮素流失质量浓度总体呈现先下降后上升,之后逐步下降的趋势,土壤渗透水相中氮素流失无明显变化趋势;不同作物种植模式对磷素流失质量浓度影响较大,地表径流和土壤渗透水相中磷素流失平均浓度较高的为苹果(0.71、0.99 mg/L)和青花(0.24、0.27 mg/L).[结论]该试验设计合理,能为研究不同种植模式的氮磷流失量和吸收规律提供一定的理论依据,也可以为河流附近环境保护区的种植模式选择提供参考.【期刊名称】《西南农业学报》【年(卷),期】2018(031)007【总页数】4页(P1481-1484)【关键词】昭通;渔洞水库;种植;径流;氮磷【作者】李学艳;全勇;龚声信;岳银;余勇;马鹏;唐玉凤;沈燕琼【作者单位】昭通市农业环境保护监测站,云南昭通657000;昭通市农业环境保护监测站,云南昭通657000;昭通市农业环境保护监测站,云南昭通657000;昭通市农产品质量安全检验检测中心,云南昭通657000;昭通市农产品质量安全检验检测中心,云南昭通657000;昭通市农业环境保护监测站,云南昭通657000;昭通市农业环境保护监测站,云南昭通657000;昭通市农产品质量安全检验检测中心,云南昭通657000【正文语种】中文【中图分类】S01【研究意义】昭通市渔洞水库是一座集农业灌溉、城市供水、防洪和发电、旅游、水产养殖和气候调节等多种功能为一体的大型骨干水利工程,库容量是昭鲁坝区唯一稳定和可靠的城市生产生活和农业灌溉供水水源,渔洞水库水质的好坏,直接关系到人民生活质量的提高及全市社会经济的发展。
黄子晏,杜士林,张亚辉,等.嘉兴河网大型底栖动物与氮磷、重金属的相关分析[J].农业环境科学学报,2021,40(8):1787-1798.HUANG Z Y,DU S L,ZHANG Y H,et al.Analysis of the relationship between the distribution of the macrozoobenthos community and nitrogen–phosphorus factors and heavy metals in the Jiaxing river network[J].Journal of Agro-Environment Science ,2021,40(8):1787-1798.开放科学OSID嘉兴河网大型底栖动物与氮磷、重金属的相关分析黄子晏1,2,杜士林1,张亚辉1*,张瑾2,孟睿1,何连生1(1.中国环境科学研究院环境检测与实验中心,北京100012;2.安徽建筑大学环境与能源工程学院安徽省水污染控制与废水资源化重点实验室,合肥230601)Analysis of the relationship between the distribution of the macrozoobenthos community and nitrogen –phosphorus factors and heavy metals in the Jiaxing river networkHUANG Ziyan 1,2,DU Shilin 1,ZHANG Yahui 1*,ZHANG Jin 2,MENG Rui 1,HE Liansheng 1(1.Environmental Analysis and Testing Laboratory,Chinese Research Academy of Environmental Sciences ,Beijing 100012,China;2.Key Laboratory of Water Pollution Control and Wastewater Resource of Anhui Province,College of Environment and Energy Engineering,Anhui Jianzhu University ,Hefei 230601,China )Abstract :This study investigated the distribution characteristics of nitrogen,phosphorus,and heavy metals in water and surface sediments of the Jiaxing river network and the associated response of macrobenthic fauna.Additionally,the seasonal variations of nitrogen,phosphorus,and heavy metals in water and sediment of the Jiaxing river network were analyzed in March (normal season )and July (wet season )of 2019.Based on the benthic survey data of the normal season and wet season,redundancy analysis (RDA )was applied to screen the nitrogen–phosphorus factors and heavy metals (Cr,Cu,Ni,Pb,Zn,Cd,Hg,As )and assess the ecological health of the urban rivers.Intotal,18species of macrobenthos,belonging to 3phyla,5classes,and 14families,were detected from the survey.There were 9species of annelids,6species of molluscs,and 3species of arthropods.Bellamya and Limnodrilus hoffmeisteri are widely distributed.The zoobenthos收稿日期:2021-04-27录用日期:2021-07-07作者简介:黄子晏(1996—),女,安徽蚌埠人,硕士研究生,从事环境毒理学与生态风险评估。
华中农业大学本科毕业论文(设计)开题报告书题目小流域土地利用结构对氮磷输出的影响姓名XX 学号200730320410专业环境工程指导教师胡荣贵职称教授学位博士课题来源国家科技支撑计划科学依据(包括课题的科学意义;国内外研究概况、水平和发展趋势;应用前景等)一.科学意义随着人类经济活动的不断加剧,水资源危机目前已成为全世界一个十分尖锐的社会问题。
水资源危机不仅表现为水量的不足,更反应为水质的恶化。
传统上按照污染的发生类型,把水环境污染源分成点源和非点源。
非点源污染是相对于点源污染而言的,非点源污染是通过降雨径流的淋溶和冲刷作用,使大气中、地面和土壤中的污染物进入江河湖泊、水库、海洋等水体,引起水体悬浮物浓度升高,有毒害物质浓度增加,水体富营养化和酸化等水体污染现象(周慧平,许有鹏,葛小平,2003)。
随着上个世纪六十年代,点源污染在包括我国在内的许多国家已经得到较好的控制和治理。
而非点源污染由于起源于分散、多样的地区,地理边界和发生位置难以识别和确定,随机性强、成因复杂、潜伏周期长,因而防治十分困难,目前已成为影响水体环境质量的重要污染源(Loen L,2001;Voutsa D,2001, 杨爱玲,朱颜明,1999)。
发达国家经过多年的研究证明农业非点源污染是导致水体污染的最主要原因之一。
在美国,60%的水环境污染起源于非点源。
在奥地利北部地区,据计算进入水环境的非点源氮量远比点源大。
丹麦270条河流94%的氮负荷、52%的磷负荷是由非点源污染引起的。
荷兰农业非点源提供的总氮、总磷分别占水环境污染总量的60%和40%-50%(付永锋,陈文辉,赵基花,2003)。
二、流域非点源污染研究现状非点源污染是水环境的重要污染源,也成为威胁饮用水的主要原因,其中以湖泊、水库的水质富营养化以及流域水质恶化问题尤为突出。
非点源污染物质包括泥沙、营养盐、重金属、泥沙和有机物等,其中氮磷营养盐是引起水体富营养化的主要原因,因此目前对于非点源污染的研究大都集中的氮磷这两种营养元素。
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罗春燕1,2,张维理2*,雷秋良2,林超文11.四川省农业科学院土壤肥料研究所,四川成都 6100662.中国农业科学院农业资源与农业区划研究所,农业部植物营养学重点开放实验室,北京 100081摘要: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0~5cm 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1560~7480mg P kg,其中w (交换态氮)为31115~704138mg P kg,占w (全氮)的1129%~10101%;交换态氮中以铵态氮为主,占w (交换态氮)的62115%~100%.沟渠底泥样品的w (全磷)为580~6420mg P kg,w (碳酸氢钠溶解磷)为19153~359172mg P kg,占w (全磷)的2105%~18196%;w (水溶性磷)为0129~18188mg P kg,占w (碳酸氢钠溶解磷)的1111%~14163%.土地利用方式对沟渠底泥氮、磷的形态分布有显著影响(P <0101),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)P 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A =0101时显著相关,w (全磷)与w (碳酸氢钠溶解磷)的相关性(r =0181,P <0101)好于与w (水溶性磷)的相关性(r =0151,P <0101).关键词:沟渠底泥;全氮;硝态氮;铵态氮;全磷;碳酸氢钠溶解磷;水溶性磷;土地利用方式中图分类号:X52 文献标志码:A 文章编号:1001-6929(2009)04-0415-06Fractional Characteristics of N itrogen and Phosphorus in Ditch Sedime nts of Different Agricultural Land in JiaxingL UO Chun 2yan 1,2,Z HAN G Wei 2li 2,L EI Qiu 2liang 2,L IN C ha o 2wen11.Soil and Fertilizer Institu te,Sichuan Academy o f Agricultural Sciences,Chengdu 610066,China2.K ey Laboratory of Plant N utrition and Nutrient Cycling,Mini stry of A griculture,Ag ricultural Reso urce and Regi onal Planning Institute,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Beijing 100081,China收稿日期:2008-08-20 修订日期:2008-09-27基金项目:国家重点基础研究发展计划(973)项目(2002CB 410800);国家/十一五0科技支撑计划项目(2006B AD05B03);公益性科研院所基本科研业务费专项;科研院所社会公益研究专项(2004DIB 3J093)作者简介:罗春燕(1980-),女,四川南充人,博士,lcy407@.*责任作者,张维理(1954-),女,北京人,研究员,博士,主要从事农业面源污染与数字土壤研究,wlzhang@Abstr act :Agricultural drainage ditches serve as N,P transport pathways fro m fields to surface water.Fractional characteristics of nitrogen and pho sphorus in 025cm surface ditch sedimen ts were investigated,i ncluding main land,intensive vegetable land,intensiv e o rchard land and intensive livestock land in Jiaxing.To tal nitrogen (TN)o f the 67sediments was 1,56027,480mg P kg,and exchangeable nitrogen (EN)w as 311152704138mg P kg,acco unting for 1129%210101%of TN.The main fo rm o f EN w as N H 4+2N,which accounted for 62115%2100%of EN.To tal phosphorus (TP),Olsen P and water 2soluble phospho rus (W SP)o f di tch sedimen ts was 58026,420mg P kg,191532359172mg P kg and 0129218188mg P kg,respectively.O lsen P accounted for 2105%218196%of TP,w hile WSP accounted fo r 1111%214163%of Olsen P.The T N,E N,N H 4+2N,N O 3-2N,E N P TN,TP,WEP and Olsen P o f di tch sedi ments wi thin intensive livestock land w ere si gni ficantly hig her than the o thers (P <0101).There were significant correlations amo ng TN,EN,N H 4+2N,NO 3-2N and among TP,WSP,Olsen P.TP w as better correlated with Olsen P (r =0181,P <0101)than WEP (r =0151,P <0101).Key w ords :di tch sediment;TN;N O 3-2N;N H 4+2N;TP;Olsen P;W EP;land use农业引起的面源污染已是水体污染中最大的问题之一.特别是随着对点源污染控制的逐步加强,在水体污染中农业面源所占比例不断增加[1].在太湖流域氨氮排放量中,农业面源占77%;总磷排放量中,农业面源占66%[2].第22卷 第4期2009年4月环 境 科 学 研 究Research o f Enviro nmental Sciences Vol.22,N o.4Apr.,2009嘉兴位于太湖流域末端,河网交织、地势平坦,土壤排水能力差,地下水位接近地表(距地表013m 左右[3]).为了耕作,该地区通过开挖地表沟渠降低地下水位,快速排出降水径流.农业沟渠系统与河流相通,是农业生态系统营养物质和土壤颗粒向水体运移的重要通道[4].在嘉兴地区农田之间纵横交错地分布着用于灌溉和排水的沟渠.沟渠底泥既是营养盐的/汇0,又是营养盐的/源0.通过沉积、再悬浮、吸附、矿物质或有机化合物与水体营养物质的吸附、解吸以及植物微生物的吸收和释放等物理、化学、生物机制来控制沟渠底泥的/源0、/汇0功能[5].目前,国内外有关氮、磷污染物在海洋、湖泊及河道底泥的含量和形态特征及其与环境的关系研究较多[6211],但对农村沟渠中底泥的氮、磷污染状况,形态特征以及土地利用方式对其影响的研究却鲜见报道.笔者通过研究嘉兴农村大田、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沟渠底泥全氮、交换态氮、硝态氮、铵态氮、全磷、水溶性磷、碳酸氢钠溶解磷的赋存特征,以及土地利用方式对沟渠底泥氮、磷的影响,以期为进一步揭示沟渠底泥氮、磷循环机理,科学管理沟渠,减少氮、磷面源污染提供理论依据.1材料与方法1.1样品采集2007年6月在浙江嘉兴农村大田、集约化菜地、集约化果园、集约化养殖场4种土地利用方式的沟渠采集67个底泥样品.大田夏季种植水稻,冬季一部分种植油菜或大麦,一部分休闲,沟渠以土泥沟为主,沟渠流通性较差;集约化菜地在夏季一部分种植水稻,一部分种菜,在冬季全部种植蔬菜,并以大棚种植为主,沟渠基本全部用水泥衬砌,沟渠的流通性好;集约化果园常年种植葡萄,主沟渠为水泥衬砌,次沟渠为土泥沟,以土泥沟渠为主,水的流通性较差;集约化养殖场养鸭,沟渠全为土沟渠,沟渠中的水一部分流入鸭场内水塘,一部分需用水泵将水抽入河道,水的流通性很差.采样沟渠的宽度均为015~115m,高为012~110m,为各土地利用方式直接排放污染物的通道.1.2样品分析底泥样品分鲜样和风干样2种,鲜样过2mm 筛,除去大的颗粒物后测定w(硝态氮)和w(铵态氮);风干样过2mm筛,用于测定w(碳酸氢钠溶解磷)和w(水溶性磷);过01149mm 筛,用于测定w(全氮)和w(全磷).鲜样经2mol P L的氯化钾溶液浸提[12],用紫外分光度法测定w(硝态氮),用靛酚蓝比色法测定w(铵态氮). w(全氮)采用浓硫酸消煮-半微量开氏法测定[13], w(水溶性磷)采用蒸馏水提取(水土比为25B1)-钼锑抗比色法测定[14],w(碳酸氢钠溶解磷)采用015 mol P L碳酸氢钠提取-钼锑抗比色法测定,w(全磷)采用高氯酸-硫酸消煮-钼锑抗比色法测定[13]. w(交换态氮)=w(硝态氮)+w(铵态氮).2结果与分析2.1底泥中的w(全氮),w(铵态氮)与w(硝态氮)底泥中的全氮是反映其营养水平的重要指标之一.由表1可以看出,嘉兴农村沟渠67个底泥的w(全氮)为1560~7480mg P kg,平均值为3157 mg P kg.w(交换态氮)为31115~704138mg P kg,占w(全氮)的1129%~10101%.交换态氮中以铵态氮为主,w(铵态氮)为28119~641194mg P kg,占w(交换态氮)的62115%~100%;w(硝态氮)为0181~74117mg P kg,占w(交换态氮)的0~37185%.这与高效江等[6,13]对湖泊底泥的研究结果类似,即w(铵态氮)>w(硝态氮).而与土壤规律相反,可能与硝化作用和铵态氮的吸附特性有关,底泥在淹水厌氧条件下,铵态氮不易被硝化,且吸附性强,迁移性差,因而铵态氮易累积.不同沟渠底泥w(全氮)的变异系数较小,而w(交换态氮), w(铵态氮)和w(硝态氮)的变异系数较大(均在90%以上),这可能是因为后3种氮形态易随环境的变化而变化,如在有氧条件下,有机矿质矿化产生的铵态氮可通过硝化作用转化为硝态氮,但在厌氧环境下不利于铵态氮的硝化作用.从表1还可以看出,土地利用方式对沟渠底泥的w(全氮),w(交换态氮),w(铵态氮)和w(硝态氮)有显著影响.养殖场沟渠底泥的w(全氮),w(交换态氮),w(铵态氮)和w(硝态氮)均显著高于大田、集约化菜地和集约化果园,而后三者差异不显著.养殖场沟渠底泥w(全氮), w(交换态氮),w(铵态氮)和w(硝态氮)分别是其他土地利用方式沟渠的1134~1161,3142~4168, 3132~4190和2197~4131倍,不同土地利用方式间沟渠底泥w(交换态氮)的差异大于w(全氮).在底泥交换态氮形态构成中(见图1),大田底416环境科学研究第22卷表1 嘉兴农村不同土地利用方式沟渠底泥w (全氮),w (铵态氮)和w (硝态氮)Table 1 Co ncentrations of T N,NH 4+2N,N O 3-2N in the ditch sediments of Jiaxing项目大田集约化菜地集约化果园集约化养殖场总计样本数量P 个1525141367w (全氮)P (m g P kg)w (交换态氮)P (m g P kg)w (铵态氮)P (m g P kg)w (硝态氮)P (m g P kg)最小值23701640156018701560最大值44705070533074807480平均值3273b2705b2707b4378a 3157标准差591852114315921214变异系数P %1810631148421223613738144最小值3910231158311155118331115最大值136180144140135136704138704138平均值97122b 70197b 73169b 331182a 128103标准差281232514828176198197134125变异系数P %29103351913910359196104186最小值3312728119301293813728119最大值12712012819497198641194641194平均值88124b59178b60167b293113a111162标准差251892213118143182136120191变异系数P %29133371333013762121108132最小值414111410186131460186最大值2615329160411387411774117平均值8198b 11165b 13102b 38169a 16166标准差51648110121712013516117变异系数P %6217669150971615215997108注:不同字母表示处理间差异达5%显著水平.注:不同字母表示处理间差异达5%显著水平图1 沟渠底泥交换态氮的化学形态特征Fig.1 Chemical speciations of exchange nitrogenin ditch sedi ments o f Jiaxing泥的w (铵态氮)在w (交换态氮)中所占比例最大,高于其他土地利用方式,与集约化菜地沟渠底泥差异达P <0105显著水平,这与外源物土壤交换态氮形态特征有关.采样时期大田种植水稻,田面淹水,大田0~20c m 表层土壤中铵态氮是交换态氮的主要形态,而集约化菜地和果园0~20c m 表层土壤与之相反,其硝态氮是交换态氮的主要形态.沟渠底泥w (交换态氮)占w (全氮)的比例,不同土地利用方式沟渠表现不同.养鸭场沟渠底泥w (交换态氮)P w (全氮)的平均值达7114%,显著高于大田、集约化菜地和果园沟渠,而后三者差异不大,平均分别为2196%,2169%,2179%.养鸭场沟渠底泥的污染源来自养殖场排出的污水,污水Q (铵态氮)和Q (全氮)分别高达6319和15514mg P L,并且养鸭场沟渠水的流通性较差,主要靠水泵将沟渠水抽入河中,故沟渠水中的氮易被底泥吸附累积,同时也增大了由于底泥交换态氮释放污染水体的风险.因此为了减少养殖场沟渠底泥对水体污染的风险,应经常对养殖场附近的沟渠进行清淤,降低底泥中交换态氮的释放.利用Spearman 矩阵相关分析(两尾)进行数据处理,分析了底泥w (全氮),w (交换态氮),w (铵态氮)与w (硝态氮)间的相关关系.检验结果(见表2)表明,w (全氮),w (交换态氮),w (铵态氮)与w (硝态氮)两两间均在A =0101时显著正相关.交换态氮是沉积物氮素中最/活跃0的部分,在底泥-水界面发生着剧烈的氮素迁移和转化[6].说明在复杂的底泥环境中铵态氮和硝态氮之间存在相互转化过程,并且它们与全氮间在一定环境条件下也存在相互转化关系.而也有研究者认为[15],底泥中的硝态氮主要来自上覆水,其硝态氮的分布受上覆水中硝态氮含量和分布的影响,而与沉积物中铵态氮含量相关性较差.417第4期罗春燕等: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表2嘉兴沟渠底泥w(全氮),w(铵态氮)与w(硝态氮)间的相关系数Table2Correlatio n coefficients between T N,NH4+2N,NO3-2N in the ditch sediments o f Jiaxing项目w(全氮)w(交换态氮)w(铵态氮)w(硝态氮)w(全氮)110001761)01681)01731)w(交换态氮)110001971)01741)w(铵态氮)110001611)w(硝态氮)11001)P<0101.2.2底泥中的w(全磷),w(水溶性磷)和w(碳酸氢钠溶解磷)由表3可以看出,嘉兴沟渠底泥中的w(全磷)为580~6420mg P kg,平均值为1424mg P kg. w(水溶性磷)为0129~18188mg P kg,占w(碳酸氢钠溶解磷)的1111%~14163%. w(碳酸氢钠溶解磷)为19153~359172mg P kg,占w(全磷)的2105%~18196%.沟渠底泥主要来自表层土壤或成土母质,由于受地质、气候、地形、地貌、水文、植被、沟渠清淤[17]等多因素不同程度的影响,底泥磷不同测定指标呈现出高度的变异性.不同沟渠底泥中的w(全磷)与w(水溶性磷)和w(碳酸氢钠溶解磷)相比变异较小,但是w(全磷)的变异系数也达73133%.陆海明[18]认为,土壤全磷主要受自然条件如母质气候的影响,在自然条件相似的地区,土壤w(全磷)变异系数较小,而那些主要受土地利用方式、施肥耕作活动干扰的指标1如w(水溶性磷),w(碳酸氢钠溶解磷)2变异系数较大.研究发现,土地利用方式不仅对沟渠底泥w(速效磷)影响显著,对w(全磷)影响也很大.养殖场沟渠底泥的w(全磷),w(水溶性磷)和w(碳酸氢钠溶解磷)均显著高于大田、集约化菜地和集约化果园,养殖场沟渠底泥的w(全磷), w(水溶性磷)和w(碳酸氢钠溶解磷)分别为后三者的1151~2178,1189~5189和2128~3186倍.而大田、集约化菜地和集约化果园沟渠底泥的w(全磷), w(水溶性磷)和w(碳酸氢钠溶解磷)的变化顺序不尽一致,其中w(全磷)表现为集约化菜地>大田>集约化果园,w(水溶性磷)和w(碳酸氢钠溶解磷)表现为集约化菜地>集约化果园>大田.沟渠底泥磷水平受土地利用方式的影响,ST UC K等[19221]的研究表明,耕作物和放养奶牛的牧草沟渠底泥的w(全磷)变化范围很大,为30~2880mg P kg. PREI N[22]在美国佛罗里达州南部的研究表明,人工放牧草地沟渠底泥的Q(全磷)(322mg P L)显著高于半人工放牧草地沟渠底泥(149mg P L).表3嘉兴农村不同土地利用方式沟渠底泥w(全磷),w(水溶性磷)和w(碳酸氢钠溶解磷) Table3Concen tratio ns o f TP,WSP and Olsen P in the ditch sediments of Jiaxing 项目大田集约化菜地集约化果园集约化养殖场总计样本数量P个1525141367w(全磷)P(m g P kg)w(水溶性磷)P(m g P kg)w(碳酸氢钠溶解磷)P(m g P kg)最小值610880*********最大值14806420151041206420平均值1053bc1522b831c2305a1424标准差250126324411081045变异系数P%2317183101291344810773133最小值01291113015111340129最大值21361013151731818818188平均值1131c4108b2120bc7173a3177标准差01572144115251833173变异系数P%4316359185691067513798171最小值1915346119221616114219153最大值88163166155210199359172359172平均值50120b84199b55168b193155a92114标准差16159261594811910718174192变异系数P%3310431128861555517081131注:不同字母表示处理间差异达5%显著水平.由图2可以看出,土地利用方式对沟渠底泥w(水溶性磷)在w(碳酸氢钠溶解磷)中所占比例1w(水溶性磷)P w(碳酸氢钠溶解磷)2有显著的影响,不同土地利用方式沟渠底泥w(水溶性磷)在w(碳酸氢钠溶解磷)中所占比例1w(水溶性磷)P w(碳酸氢钠溶解磷)2的大小依次为集约化菜地>418环境科学研究第22卷集约化果园>集约化养殖场>大田,其中集约化菜地和集约化养殖场显著高于大田(P <0105),而集约化菜地、集约化果园和集约化养殖场的差异不显著;w (碳酸氢钠溶解磷)在w (全磷)中所占比例的大小依次为集约化养殖场>集约化菜地>集约化果园>大田,其中集约化菜地和集约化果园显著高于大田(P <0105),而集约化菜地、集约化果园和集约化养殖场的差异不显著.无论是w (水溶性磷)在w (碳酸氢钠溶解磷)中所占比例,还是w (碳酸氢钠溶解磷)在w (全磷)中所占比例,大田沟渠底泥均最小,可能与大田土壤的w (碳酸氢钠溶解磷)较低以及沟渠中长有水生植物,水生植物对底泥水溶性磷、碳酸氢钠溶解磷的吸收有关.注:不同字母表示处理间差异达5%显著水平图2 沟渠底泥w (水溶性磷)在w (碳酸氢钠溶解磷)中所占比例及w (碳酸氢钠溶解磷)在w (全磷)中所占比例Fig.2 WSP P Olsen P and Olsen P P TP in ditch sedi ments of Jiaxingw (全磷),w (水溶性磷)和w (碳酸氢钠溶解磷)间的相关性见表4.w (全磷),w (水溶性磷)和w (碳酸氢钠溶解磷)两两间均显著相关(A =0101),表明底泥在累积磷的同时,其生物性有效磷、水溶性磷水平也相应显著增加;底泥富磷化的同时向水体释放磷的潜能也在增加.由此可见,沟渠底泥在富磷化过程中,底泥磷素的生物学意义向着环境意义演变趋势明显.w (全磷)与w (碳酸氢钠溶解磷)的相关系数高于w (全磷)与w (水溶性磷)的相关系数,这与金相灿等[7]对巢湖城区洗耳池底泥的研究结果以及Z HO U 等[23]对西湖、太湖和爱尔兰L oughErine 湖的研究结果一致.表4 嘉兴沟渠底泥w (全磷),w (水溶性磷)和w (碳酸氢钠溶解磷)间的相关系数Table 4 Correlation coefficients bet ween TP,W SP and Olsen Pin the ditch sediments of Jiaxing项目w (全磷)w (水溶性磷)w (碳酸氢钠溶解磷)w (全磷)110001511)01811)w (水溶性磷)110001801)w (碳酸氢钠溶解磷)11001)P <0101.2.3 底泥中w (全磷)和w (全氮)与0~5cm 表层土壤w (全磷)和w (全氮)的关系不同土地利用方式沟渠底泥与相应0~5cm 表层土壤w (全氮)和w (全磷)的关系不同.在大田0~5cm 沟渠底泥w (全氮)和w (全磷)分别为3273和1053mg P kg,均高于0~5c m 表层土壤的w (全氮)和w (全磷)(2910和516mg P kg),即底泥对氮、磷有明显的累积效应.集约化菜地沟渠底泥的w (全氮)和w (全磷)平均值(2705和1522mg P kg)与表层土壤(分别为2537和1569mg P kg)相近,表明底泥来自土壤,但氮、磷并未在底泥中累积.集约化果园沟渠底泥的w (全氮)和w (全磷)(2707和831mg P kg)低于表层土壤(3481和2793mg P kg).集约化养殖场底泥的w (全氮)和w (全磷)(4378和2305mg P kg)高于附近水田土壤w (全氮)和w (全磷)(3212和479mg P kg).沟渠底泥的w (全氮)和w (全磷)与底泥的来源、沟渠的清淤情况、沟渠的构造、沟渠中的植物、水流速度和频次等多种因素有关.大田沟渠以土泥沟为主,清淤少,水的流动性差,沟渠中的水生植物可以固持底泥,有利于底泥中氮、磷的累积;集约化菜地沟渠以水泥砌沟为主,经常清淤,水的流动性好,沟渠中的水生植物很少,土壤颗粒随农田径流进入沟渠后只能暂时存储于沟渠;集约化果园从2000年起逐步由水稻田改种葡萄,沟渠主要为土泥沟,沟渠高约90cm,也就是说沟渠表层底泥相当于90cm 土层的土壤,并且沟渠经常清淤,所以底泥的w (全氮)和w (全磷)低于表层土壤;集约化养殖场的排污废水Q (总磷)和Q (总氮)较高,最高值分别达3910和15514mg P L,且沟渠不清淤,所以尽管养殖年419第4期罗春燕等: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限只有3~5年,但是有大量的磷在底泥中累积.因此在沟渠底泥氮、磷含量较高的情况下,应加强清淤,降低沟渠底泥的氮、磷水平,增加底泥对沟渠水氮、磷的吸附,减少底泥氮、磷向水体的释放.3结论a.嘉兴农村大田、集约化菜地、集约化果园、集约化养殖场4种土地利用方式67个沟渠底泥w(全氮)为1560~7480mg P kg,其中w(交换态氮)为31115~704138mg P kg,占w(全氮)的1129%~ 10101%;交换态氮中以铵态氮为主,占w(交换态氮)的62115%~100%.沟渠底泥w(全磷)为580~6420mg P kg,w(碳酸氢钠溶解磷)为19153~359172mg P kg,占w(全磷)的2105%~ 18196%;w(水溶性磷)为0129~18188mg P kg,占w(碳酸氢钠溶解磷)的1111%~14163%.b.土地利用方式对沟渠底泥氮、磷的形态分布有显著影响(P<0101),养殖场的沟渠底泥w(全氮),w(交换态氮),w(铵态氮),w(硝态氮), w(交换态氮)P 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沟渠底泥.说明畜禽养殖对沟渠底泥氮、磷含量及易于进入水体的氮、磷均有显著影响,与农田土地利用方式相比,畜禽养殖污染环境的风险最大.c.底泥的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)和w(碳酸氢钠溶解磷)两两间均在A=0101时显著相关,表明底泥富氮磷化的同时向水体释放氮磷的潜能也增加.参考文献(Refer ences):[1]张维理,徐爱国,冀宏杰,等.中国农业面源污染形势估计及控制对策:Ó.中国农业面源污染控制中存在问题分析[J].中国农业科学,2004,37(7):102621033.[2]陈荷生,华瑶青.太湖流域非点源污染控制和治理的思考[J].水资源保护,2004(1):33236.[3]张继宗.太湖河网地区不同类型农田氮磷流失特征[D].北京:中国农业科学院,2006:18230.[4]VAD AS P A,SIMS J T.Redox status,poultry litter,and phos phorussolubi li ty in Atlantic C oas tal plain soils[J].S oil Sci Soc A m J,1998,62:102521034.[5]JO HNS TON L J,PITKANEN H,S ANDM AN O.Sedi mentaccum ulati on of nutrients(N,P)in the eas tern gulf of Finland(B alticsea)[J].Water Air Soi l Poll ut,1997,99:4772486.[6]高效江,张念礼,陈振楼,等.上海滨岸潮滩水沉积物中无机氮的季节变化[J].地理学报,2002,5(4):4072412.[7]金相灿,卢少勇,王开明,等.巢湖城区耳池沉积物磷及其生物有效磷的分布研究[J].农业环境科学学报,2007,26(3):8472851.[8]DIAZ O A,D AROUB SH,S TUCK J D,et al.S edim ent inventory andphosphorus fractions for water conservation area canals i n theEverglades[J].S oil Sci Soc A m J,2006,70:8632871.[9]宋金明,李学刚,邵君波,等.南黄海沉积物中氮、磷的生物地球化学行为[J].海洋和湖沼,2006,37(4):3702376.[10]郭建宁,卢少勇,金相灿,等.滇池福保湾沉积物不同形态磷的垂直分布[J].环境科学研究,2007,20(2):78283.[11]李江,金相灿,姜霞,等.太湖不同营养水平湖区沉积物物理化性质和磷的垂向变化[J].环境科学研究,2007,20(4):64269. 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