皂河-渭河交汇区交互带三氮的迁移转化规律研究

发布时间：2020-06-14 05:15

【摘要】：氮污染问题是地表水存在的普遍问题,含氮污染物因为进入河流后的转化过程异常复杂,以及其污染的持久性,所以一直备受关注。交互带是联结河流与地下水系统的重要界面,由于潜流交换作用,致使交互带内的水文生物地球化学过程变化剧烈,进而影响污染物质在其中的转化。因此,研究氮在交互带中的迁移转化规律及其影响因素,探索水流交替的动态过程中氮素迁移转化的机理,对于地表水和地下水中含氮污染物的治理具有重要意义。本文选择皂河-渭河交汇处为研究区,以三氮(NO_3~--N、NO_2~--N、NH_4~+-N)为研究对象,开展了交互带三氮的分布状况、静态条件下的转化特征和动态迁移转化特征的研究。得出以下结论:1、交互带中氮的分布特征:(1)分析交互带横向地下水中COD、TN和TOC的分布特征,判断研究区交互带的边界可能位于河岸50cm处,并且其边界会随着季节和水量变化而发生改变。(2)沿皂河流向,NO_3~--N浓度逐渐增加,TN、NO_2~--N和NH_4~+-N浓度逐渐减小;地下水中,NO_3~--N都表现较高的浓度水平,而NO_2~--N和NH_4~+-N浓度沿皂河流向逐渐减小。横向地下水中NO_3~--N和TN浓度第二期随岸距增加而增加,与第一期规律相反,可能是由于地下水侧向补给地表水所致。(3)沉积物中,沿垂向深度的增加,NO_3~--N浓度先增大后减小,个别点突变与剖面粘土结构有关。而受地表水和地下水补排关系的影响,两期NH_4~+-N在垂向上呈现不同的变化规律,第二期由于NH_4~+-N浓度较高的地下水补给,导致交互带深层沉积物中NH_4~+-N的浓度呈现增加趋势。(4)水体中,三氮与pH、TN、DO显著相关。其中,NO_3~--N与DO显著正相关,NH_4~+-N与DO显著负相关。沉积物中,NO_2~--N与TOC显著负相关。说明环境因素对三氮的转化具有重要影响。2、静态条件下交互带三氮转化的影响实验表明:(1)当交互带处于厌氧环境,由于反硝化作用和DNRA(硝酸盐异化还原成铵)作用,体系中NO_3~--N被还原,且还原具有周期性;NH_4~+-N呈现波动状态,是DNRA和厌氧氨氧化共同作用所致。弱碱性的反硝化速率最快,其次为弱酸性,碱性pH促进DNRA作用;升高温度、增加体系碳源的含量,均有利于反硝化作用进行。(2)当交互带处于好氧环境,由于硝化作用,体系中NO_3~--N有小幅度升高;强碱性会抑制NO_2~--N氧化,升高温度,促进NH_4~+-N离子交换作用;碳源的存在促进NO_3~--N的积累。3、动态条件下的三氮的迁移转化影响实验表明:(1)上升流和下渗流都存在NO_3~--N的还原,上升流的反硝化作用和DNRA作用更强烈。(2)增加下渗流滞留时间,体系易形成缺氧环境,促使反硝化作用和DNRA作用。(3)交互实验中氮的变化相较于单一过程更为活跃,这可能与氧化还原梯度的变化以及微生物对氧环境变化的适应过程有关。4、微生物群落分析结果如下:(1)共检出细菌28门,67纲,114目,168科,239属。与交互带原状沉积物相比,交互流沉积物中Aridibacter菌属(反硝化细菌)的菌落丰度增加了42.57倍,说明交互作用会促进反硝化菌群的生长,致使氮的转化更活跃。通过变形杆菌门(Proteobacteria)的分析发现,上升流和水力停留时间长的下渗流都会促进反硝化菌群的生长。(2)共检出古菌8门,13纲,19目,21科,31属。与交互带原状沉积物相比,交互流沉积物中亚硝化球菌属(Nitrososphaera)的菌落丰度增加了33.91倍,而亚硝化侏儒菌属(Nitrosopumilus)的菌落丰度降低了63.02%,说明潜流交换作用对不同的氨氧化古菌影响并不一致。 【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X131.2

【图文】：

示意图,河流,地下水,示意图

图 1.1 河流-地下水交互带示意图1.2 国内外研究现状及存在的问题1.2.1 交互带的认识及发展1905 年，Clements 最早提出交互带的概念，用来描述两个群落之间的交描述邻近生态系统之间的界面、边缘、过渡带或边界[7]。Orghidan[8]在此基础出了河流-地下水交互带的概念，认为交互带就是河流下面的间隙或栖息地，表水和下面的“真正”地下水包围。此后，，学者们从不同角度对交互带的内涵进和延伸。从地球化学的角度，交互带被定义为含有一定地表水的沉积物区域学角度，交互带被定义为存在特殊动物群落的区域[10]。即从水文学角度，交为从河床到河岸所有流体交换的流动路径区域[11-12]。可见，河流-地下水交互

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【参考文献】