典型农业面源污染河流硝态氮及荧光溶解性有机质的源解析研究
本文关键词：典型农业面源污染河流硝态氮及荧光溶解性有机质的源解析研究 出处：《浙江大学》2016年博士论文 论文类型：学位论文
更多相关文章： 农业非点源污染 硝态氮 稳定同位素 荧光溶解性有机质 激发发射矩阵 平行因子分析 自组织映射图 流域管理
【摘要】：主要非点源污染物的来源解析是开展有效农业流域管理的先行步骤。基于河流受纳水体污染特征的源解析方法不需过多考虑污染物的输出负荷及其复杂的迁移过程,故因操作简便,解析结论可靠等优点而得到广泛应用。论文针对太湖南部典型山溪平原复合型农业河流苕溪水体存在的高氮污染来源不清的问题,以及溶解性有机质(dissolved organic matter, DOM)相关研究的空白,通过采用基于受纳水体污染特征的源解析策略,利用常规水质监测,15N-18O双稳定同位素示踪,基于平行因子分析(parallel factor analysis, PARAFAC)和自组织映射图(self-organizing maps, SOM)的荧光指纹图谱,系统评估了苕溪水体碳氮污染现状,对氮素主要赋存形态NO3-和DOM的来源和空间赋存规律进行了源解析,据此提出若干科学有效的流域管理策略。另外,构建并创新了高维荧光数据的SOM深度解析方法。取得具体结论如下：1、通过规模化流域采样,利用SOM神经网络等方法揭示了东西苕溪两大源头子流域的地表水质空间差异。境内地表水冬季总体水质符合Ⅲ类水标准,但东苕溪总体水质差于西苕溪,“河流-湖泊-水库”水体总氮污染强于“池塘-沟渠”,但溶解性有机碳、浊度和NH4+-N情况与之相反。源头溪流、主支流、干流和湖泊水库水质相对清洁,但尤以东苕溪次级支流及“池塘-沟渠”的污染问题突出。利用氮磷比和碳氮比的生态化学计量关系,结合历史水质资料,确认了流域地表水体的高氮污染问题及硝酸盐累积机理,其氮素主导成分为硝酸盐(总氮中占比超50%).综上,建议流域污染的防控需重点关注东苕溪,特别是境内的次级支流和池塘沟渠,并建议在夏季对非点源污染更严重的东苕溪子流域开展NO3-和DOM的污染源解析研究。2、利用河水D和18O以及NO3-的15N和’8O同位素信息考察了东苕溪干流及支流的水源特征及硝酸盐的主要来源。全部河流水样在夏季同样富含以硝酸盐为主要赋存形式的氮素,其8D和δ18O-H2O值亦符合本地大气水线方程,故知降雨是东苕溪流域水源补给的重要驱动因子,且干流水量主要来自南、北和西苕溪,故建议作为硝酸盐防控的重点(不含中苕溪)。主干道水体的δ15N-NO3-值波动范围较大,但δ18O-NO值反之,这均可得到合理解释。此外,支流水样的δ15N和δ18O-NO3-值差异显著,该值在受农村生活和畜禽养殖废水污染的南苕溪支流和部分中、北苕溪支流水体中较高,但在受土壤有机氮矿化和化肥流失影响的支流水体中较小,据此可定性判断不同类型河流的硝酸盐主要来源。综上,建议围绕NO3-的来源及氮素污染特征确定“一河一策”的农业流域河流削氮防治策略。3、利用河水的激发发射矩阵(excitation-emission matrices, EEMs)荧光指纹图谱,考察了东苕溪中上游典型复合污染子流域内(扩散农业污染源和农村生活污水源为主)三级河流水体荧光溶解性有机质(fluorescent DOM, FDOM)的来源和空间赋存规律。利用]PARAFAC分析共从EEMs重叠光谱中分离到四个荧光组分,即类腐殖质C1、海洋源类腐殖质C2、类色氨酸物质C3和类酪氨酸物质C4,分别对应传统定义的A+C, A+M, T和B峰。其中Cl和C2对FDOM的贡献累积超60%,且主要为外源流失的陆地腐殖质,C3则主要来自生活污水或生物代谢物补给,但C4主要在河流内部原位生成。外源输入的FDOM在多级河流中的流动将经历逐步同质化的过程。污染源和次级支流水体中C1～C3荧光组分的含量显著高于后续受纳河流,故农业流域管理不仅需加强污染源控工作,更需重视次级支流水体的修复与管理。4、研究对比了传统EEMs-SOM和新型PARAFAC-SOM神经网络的复杂EEMs解析能力差异。结果发现,前者需依赖常规“摘峰法”对各荧光峰做出主观判断,其重叠荧光峰的区分能力较差,人为割裂了多激发共发射荧光峰间的联系,弱化了分析结果的实际环境意义,但神经元参考EEM可视化效果较佳,且操作简便,耗时较少。后者可克服上述缺陷,清除EEMs的噪声或无用信息,大幅降低输入变量数,缩减运算时间,较大改善输出结果的准确性,获得无损可靠且实际环境意义较强的结果,但该法的PARAFAC预处理要求较高且工作量较大。两类模型优势互补,解析结论一致,可生动揭示FDOM在河流中的来源及空间赋存规律。推荐综合使用以实现EEMs的深度解析。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X71
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张千千;缪丽萍;孙继朝;刘景涛;;稳定同位素识别水体硝酸盐污染来源的研究进展[J];长江流域资源与环境;2015年05期
2 于会彬;宋永会;杨楠;杜尔登;彭剑峰;郅二铨;;三维荧光与神经网络研究城市河流沉积物孔隙水有机物组成与结构特征[J];光谱学与光谱分析;2015年04期
3 王欢;袁旭音;陈海龙;许海燕;李正阳;;太湖流域上游西苕溪支流的营养状态特征及成因分析[J];湖泊科学;2015年02期
4 周慧平;高燕;尹爱经;;水污染源解析技术与应用研究进展[J];环境保护科学;2014年06期
5 常维娜;周慧平;高燕;;基于复合指纹法的九乡河小流域泥沙来源解析[J];水土保持学报;2014年06期
6 张晗;王佳妮;郭庆军;张娴;朱永官;;土壤磷酸盐氧同位素分析方法和应用研究进展[J];土壤学报;2015年01期
7 艾建超;王宁;杨净;;基于UNMIX模型的夹皮沟金矿区土壤重金属源解析[J];环境科学;2014年09期
8 徐志伟;张心昱;于贵瑞;孙晓敏;温学发;;中国水体硝酸盐氮氧双稳定同位素溯源研究进展[J];环境科学;2014年08期
9 郑丙辉;;“十二五”太湖富营养化控制与治理研究思路及重点[J];环境科学研究;2014年07期
10 郭茹;杨京平;梁新强;朱春燕;徐辰;黄小洋;张雄飞;赵剑波;;太湖苕溪流域氮磷的生物学阈值评估[J];环境科学学报;2013年10期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杨丽萍;浙江省两个典型流域水体污染特征及污染源解析研究[D];浙江大学;2015年
2 叶玉适;水肥耦合管理对稻田生源要素碳氮磷迁移转化的影响[D];浙江大学;2014年
3 卿湘东;高维化学计量学方法及其在土壤与水体分析中的应用研究[D];湖南大学;2014年
4 Naveedullah（纳维德）;中国东南部典型农业流域土壤、水体中重金属与有机污染物调查与风险评价[D];浙江大学;2014年
5 李伟;苕溪流域地表水水质综合评价与非点源污染模拟研究[D];浙江大学;2013年
6 高常军;流域土地利用对苕溪水体C、N、P输出的影响[D];中国林业科学研究院;2013年
7 陈重军;甲鱼养殖废水厌氧氨氧化处理及其微生物机理研究[D];浙江大学;2012年
8 刘宗岸;坡地茶园集水区地表径流氮磷流失及其生态综合控制研究[D];浙江大学;2013年
9 黄德坤;基于核素示踪的长江口、东海和海南东部近海泥沙的沉降过程[D];华东师范大学;2012年
10 陈自祥;利用水体中溶解性硝酸根离子中的氮氧同位素组成来识别中国太湖和巢湖水体中氮污染源的研究[D];中国科学技术大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张俊萍;利用N、O同位素技术研究太n圃撕又械姆植继卣骷袄丛碵D];安徽理工大学;2015年
2 钟晓航;苕溪入湖口区域总氮污染物总量分配研究[D];浙江大学;2014年
3 王燕;污废水化学指纹的分析提取[D];北京化工大学;2013年
4 李彩鹦;污水化学指纹数据库的构建及其在水污染溯源中的应用[D];北京化工大学;2013年
5 梁婷;胶州湾入海河水油指纹特征分析与信息管理系统构建[D];中国海洋大学;2013年
6 吴一鸣;基于SWAT模型的浙江省安吉县西苕溪流域非点源污染研究[D];浙江大学;2013年
7 赵宇航;浙江省苕溪流域小康型村镇生活污水处理适用技术的研究[D];浙江工业大学;2012年
8 戴露莹;基于SWAT模型的典型小流域非点源污染控制研究[D];浙江大学;2012年
9 杨哲;苕溪入湖口地区污染物通量的研究[D];浙江大学;2012年
10 姜磊;苕溪流域非点源水污染预测及总量分配方法研究[D];浙江大学;2011年
，本文编号：1312918
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/nykjbs/1312918.html
