泾河潜流带氮迁移转化规律及其关键过程影响因素

发布时间：2020-09-17 07:48

　　由于人类活动的加强,地表水和地下水中的氮污染愈加严重,对生态环境和人体健康造成严重危害。而潜流带作为地表水和地下水动态交互混合的重要过渡区域,在河流生态系统中发挥着重要的作用。目前潜流带氮循环受到越来越多的关注,研究氮在潜流带的迁移转化规律以及影响因素,对于潜流带的开发利用,地表水和地下水氮污染的防治与修复具有重要意义。本研究以泾河作为研究区域,选取不同河段(宁县、长武、彬县和泾阳)分别在温度特征变化明显的冬、夏两个时段,在野外进行调查采样分析,同时通过室内培养实验,揭示泾河潜流带水交换特征,探明潜流带沉积物氮迁移转化规律以及潜流带反硝化过程的影响因素。主要研究结论如下:(1)四个研究河段在冬、夏两个不同季节,温度随着沉积物深度的变化而变化,在不同研究河段,不同时间各河段潜流带水量交换活跃,其水量交换方式在冬季表现为地下水补给河流,夏季则为河流补给地下水,各研究河段交换量的空间分层较为明显,交换量随着深度的增加而增大。其中冬季交换量值范围在1.99~46.89 mm·d~(-1)之间;夏季交换量值范围在11.89~103.25 mm·d~(-1)之间。(2)四个研究区潜流带NO_3~--N在夏季和冬季分布规律一致,均随着沉积物深度增加而递减,并且NO_3~--N在潜流带向下迁移过程中沉积物可以通过反硝化作用或者氨化作用大量去除河流水体中的NO_3~--N,且夏季沉积物反硝化能力明显高于冬季;而泾阳沉积物NO_3~--N和NH_4~+-N已经成为当地泾河水体新的N污染源;(3)四个研究区潜流带沉积物NH_4~+-N分布规律不一致,宁县和彬县潜流带冬季发生硝化作用造成河流潜流带沉积物NH_4~+-N呈现出底层富集的现象。长武和泾阳潜流带沉积物夏季氨化作用明显,长武冬季潜流带沉积物中的NH_4~+-N主要来源于地表水迁移;(4)间隙水中NO_3~--N和NH_4~+-N在夏季时的规律与沉积物规律表现一致,说明夏季间隙水中的污染物主要来源于沉积物,冬季在地下水补给河流过程中间隙水内发生了硝化作用。NO_2~--N含量很少,冬季基本无变化,夏季间隙水内会出现底层积累形象;(5)泾河潜流带沉积物反硝化作用强烈,且夏季反硝化作用大于冬季反硝化作用,宁县、彬县、泾阳河流沉积物反硝化强度随着深度的增加递减,长武河流沉积物反硝化强度随着深度的增加递增,流速越小越有利于反硝化作用。同时潜流带反硝化速率受多种因素的影响,温度、沉积物pH、沉积物DOC其中同一因素对不同研究区影响作用不同。冬季潜流带温度对反硝化作用的影响较弱;由于选择的四个研究区潜流带沉积物pH都属于碱性并且已超出微生物适宜范围,导致研究区pH与反硝化速率成显著负相关关系;沉积物DOC含量与反硝化速率有无显著性关系在于植被;泾阳夏季潜流带沉积物NO_3~--N含量与反硝化速率之间呈显著正相关关系。地表水pH、Eh、DO与表层沉积物反硝化速率呈显著负相关关系。
【学位单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X131.2
【部分图文】：

示意图,氮循环,潜流,示意图

--N）。三种形态的氮通过物理化学、生物化学作用相互转化，潜流带氮循环转化如图1-1所示。一般认为，潜流带发生的作用主要有：氨化作用、硝化作用、硝态氮和亚硝态氮的反硝化作用、以及硝态氮的异化还原成铵作用等。在全球范围内，河流氮污染约一半以上通过反硝化作用去除，剩下的才会进入河流造成污染。研究表明，反硝化过程是河流去除氮污染的最佳途径，是调节区域甚至全球尺度氮循环的关键过程(Boyer 2006; Mulholl et al. 2008; Yan et al.2010; Galloway et al. 2003)。

点分布,实验测试,采样点,黑色

图 2-1 实验测试点分布图Fig. 2-1 Sites of study area:黑色三角形点是采样点 Note: Black symbol is the sites of study area

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图 2-4 温度棒示意图图 2-5 河床沉积物样品收集过程示意图g. 2-4 temperature test in river bed sediments Fig. 2-5 Sketch map of riverbed sediment sampocess3.3 实验室分析（1）沉积物和间隙水污染物含量测定

【参考文献】