污水地下渗滤系统脱氮效果及动力学过程

建立了模拟污水地下渗滤过程的中试系统,重点考察了水力负荷对系统脱氮效率的影响情况,建立了描述地下渗滤系统微生物脱氮过程的动力学模型.结果表明:地下渗滤系统脱氮效果好,抗水力负荷冲击能力强,处理最佳水力负荷0.125m3· m-2· d-1,出水中氮浓度低于《城市污水再生利用——景观环境用水水质》标准( GB/T 18921-2002).地下渗滤系统硝化过程符合一级动力学模型NE=Noe-0.4812t,温度是影响硝化速率的主要因素,两者的关系是KT=0.2218×1.035(T-20);出水硝态氮浓度与水力停留时间之间呈负指数关系,可描述为C=16.3475e-0.2548t,碳源是引起反硝化速率变化的主要因子.在基质层垂直深度65 cm处二次补加生活污水,反硝化速率常数由0.0355提高到0.0488.强调地下渗滤系统的污水净化功能而忽视其生态服务功能,是系统运行中普遍存在的认识误区,过高的水力负荷不利于硝化-反硝化反应的顺利进行.地下渗滤系统运行应采取适宜的水力负荷方式,促进硝化-反硝化作用.     

地下渗滤系统处理生活污水的技术难点及对策

以土地处理系统为代表的污水自然处理技术,遵循循环再生、和谐共存、整体优化、区域分异等原理,不仅对各种污染物有极高的去除效率,并可实现污水的处理与利用相结合。本文介绍了地下渗滤系统的工艺原理、技术特征,并阐述了国内外研究的最新进展,讨论了应用中的主要技术难点和解决途径,包括选配基质、缓解土壤堵塞以及提高系统氮的去除效果和水力负荷的方法等,指出地下渗滤系统应在强化预处理的基础上,采用合理调配土壤组成以提高水力负荷的运行方式。     

干湿交替和冻融作用对土壤肥力和生态环境的影响

干湿交替和冻融作用对土壤肥力和生态环境的影响朴河春,刘广深,洪业汤（中国科学院地球化学研究所,贵阳５５０００２）ＥｆｆｅｃｔｓｏｆＡｌｔｅｒｎａｔｉｖｅＤｒｙｉｎｇ－ＲｅｗｅｔｔｉｎｇａｎｄＦｒｅｅｚｉｎｇ－ＴｈａｗｉｎｇｏｎｓｏｉｌＦｅｒｔｉｌｉｔ...     

干湿交替对生物滞留系统中氮素功能微生物群落的影响

【目的】为探究生物滞留系统干湿交替下环境因子对氮素功能微生物群落的影响。【方法】应用高通量测序技术(Illumina MiSeq PE300),并以amoA和nirS功能基因为分子标记,对无植物型和植物型生物滞留系统在干湿交替下不同土壤空间位置(种植层、淹没层)的硝化和反硝化细菌的多样性和群落结构进行研究,并对微生物群落与环境因子的相互关系进行相关性分析。【结果】微生物种群的功能基因存在显著的空间差异,相比淹没层,种植层的功能细菌更丰富。种植层的OTUs高于淹没层,而进水再湿润促使两种功能基因在种植层和淹没层的OTUs占比差异性增大。群落组成分析表明,amoA型硝化细菌和nirS型反硝化细菌的优势细菌门均为变形菌门(Proteobacteria)。虽然植物根系对氮素功能微生物的多样性指数影响不显著,但在属水平上,植物系统种植层的反硝化菌群种类高于淹没层,而无植物系统则刚好相反。CCA/RDA分析表明,土壤空间位置是影响硝化和反硝化菌群结构的最重要环境因子。【结论】本研究证实干湿交替运行下生物滞留系统中的氮素功能微生物群落受土壤空间位置、水分含量和植物根系的共同调控,其机制有待进一步研究。     

分根区干湿交替对玉米光合速率及蒸腾效率的影响

以玉米为材料研究了分根区干湿交替对叶片光合速度及蒸腾效率的影响,结果发现控制１／２根区交替供水和固定１／２根区供水在减少用水量的同时,叶片蒸腾速度明显下降,而光合速度不明显,蒸腾效率提高;控制１／２根区交替供水比固定１／２根区供水在光合维持高水平稳定时所要求的土壤含水量低,其蒸腾效率较高。干湿交替能够增加根冠比、根干重和根九。证明控制性分根交灌溉可提高玉米腾效率达到节水的目的。     

土壤干湿交替对小麦花前碳同化物分配的影响

采用盆栽小麦试验,在开花前7d利用^14CO2光合标记,花后设置对照(A)、干湿交替5d循环(B)和10d循环(C)共3种水分处理。研究结果表明：约有19．0％～22．0％花前^14C同化物被转运到籽粒。在B、C两种干湿交替处理中,籽粒对花前^14C同化物动员量分别高出对照4．38％和3．02％,并且叶、鞘、茎等花前临时库中同化物输出比例相对高于正常供水的A处理。旗叶中可溶性糖和脯氨酸(Pro)含量对干湿反应敏感。灌浆后期,干湿交替处理的小麦旗叶中叶绿素(Chl)含量和光合速率与对照相比,相对减小,蒸腾速率和气孔导度也大大降低,并且二者变化趋势相一致。于湿交替供水,可部分补偿灌浆后期下旱导致光合不足、同化物减少的籽粒干物质的损失。     

格氏栲天然林和人工林土壤呼吸对干湿交替的响应

通过室外定位观测前期连续干旱情况下天然降雨及室内模拟不同温度 (10℃、19℃和 2 8℃ )下测定格氏栲天然林、格氏栲人工林和杉木人工林土壤增湿后呼吸动态 ,探讨不同林型土壤呼吸对土壤干湿交替的响应。结果发现室外定位观测和室内模拟试验均出现了增湿后土壤呼吸骤升至最大值及随后逐渐衰减的现象 ,且这种变化可由时间过程模型 (R=ate- bt c)较好地进行拟合。温度升高提升了土壤呼吸对干湿交替的响应值 RV。格氏栲天然林土壤呼吸对干湿交替的响应对温度最为敏感 ,随温度升高其响应指数 RE增加 ;杉木林土壤呼吸对干湿交替的响应指数 RE最高 ,且对土壤水分变化最敏感 ,但随温度升高超过一定限度后其响应指数 RE反而降低     

干湿交替对科尔沁沙地人工林叶凋落物分解和养分释放的影响

在干旱/半干旱地区,土壤干湿交替现象非常明显.在全球气候变化背景下,预测未来科尔沁沙地的土壤干湿交替变化强度将进一步加剧.本研究采用室内原位土柱培养方法,模拟干湿交替对科尔沁沙地小叶杨和樟子松叶凋落物分解速率及养分释放的影响.试验设置3个处理:恒湿处理(CM)、轻度干湿交替处理(DW₁,10 d干燥+20 d湿润)和重度干湿交替处理(DW₂,20 d干燥+10 d湿润).整个培养试验共处理180 d,其中进行4次干湿交替循环处理,并在干湿交替处理结束后,将各处理置于相同土壤水分条件(60%田间持水量)延时培养60 d.结果表明: 小叶杨和樟子松叶凋落物分解及养分释放对干湿交替的响应一致.在干湿交替期间,DW₂处理显著抑制叶凋落物分解及叶凋落物C、木质素和总酚释放;与CM相比,DW₂处理叶凋落物质量、C、木质素和总酚残留率分别增加17.4%、23.8%、35.2%和32.7%,而干湿交替对叶凋落物N和P养分释放无显著影响.干湿交替处理结束和延时培养结束时,不同干湿处理叶凋落物分解及养分残留率的变化具有一致性.而延时培养期间DW₂处理凋落物分解速率、叶凋落物C和木质素释放加快,表明干湿交替对叶凋落物分解及养分释放具有短期延时效应.     

Effects of hydraulic loading rate on pollutants removal by a deep subsurface wastewater infiltration system

The subsurface wastewater infiltration (SWI) system proved to be an effective and low-cost technique for decentralized sewage treatment in areas without adequate domestic treatment facilities. Field-scale experiments were conducted through a deep SWI system, with effective depth of 1.5 m, under hydraulic loading rates of 0.040, 0.065, 0.081 and 0.10 m³/m² d. Taking the hydraulic and treatment efficiencies into consideration, the hydraulic loading rate of 0.081 m³/m² d was recommended. Under this condition, NH₃-N, TN, and COD removal efficiencies were 86.2 ± 3.0, 80.7 ± 1.9 and 84.8 ± 2.1%, respectively. In the effluent, NH₃-N concentration declined to 2.3-4.4 mg/L, accounting for 63.2-65.6% of TN. NO₃-N concentration increased from 0.2 to 0.3 mg/L in the influent to 2.0-2.5 mg/L in the effluent. The nitrifying bacteria number declined with increased depth, while the amount of denitrifying bacteria increased. The analysis of results about the nitrifying and denitrifying bacteria distribution indicated that the most effective ranges for nitrification and denitrification process were 0.3-0.7 m and 0.7-1.5 m, respectively.     

交替地下滴灌对春玉米产量和水分利用效率的影响

采用自动式遮雨棚水分精量控制试验研究了交替地下滴灌条件下不同灌溉定额对春玉米产量和水分利用效率的影响.结果表明:交替地下滴灌春玉米需水关键时期为拔节-抽雄期、抽雄-灌浆期,具体表现为耗水模系数与耗水强度大,且对水分敏感性高,在灌溉条件有限的情况下要优先满足春玉米这两个时期的水分需求.随着灌溉定额的增加,产量呈现增加趋势;灌溉定额小于2764.5 m³·hm^-2时产量随灌溉定额增加快速增加,大于2764.5 m³·hm^-2时产量随灌溉定额增加缓慢增加;当灌溉定额为3357.1 m³·hm^-2时产量最高,达12109.0 kg·hm^-2.与固定地下滴灌相比,在灌溉定额相同条件下,交替地下滴灌产量提高5.4%,水分利用效率提高1.4%,灌溉水利用效率提高5.6%.与固定地下滴灌相比,灌溉定额减少20%时,交替地下滴灌虽然产量下降1.8%,但水分利用效率提高11.0%,灌溉水利用效率提高22.7%.综合考虑产量、水分利用效率两个指标,确定试验区春玉米交替地下滴灌的适宜灌溉定额为1600.4～3357.1 m³·hm^-2.     

根区交替地下滴灌对马铃薯产量及水分利用效率的影响

采用田间试验方法,研究了根区交替地下滴灌（APRI）对马铃薯生理指标、产量及水分利用效率的影响.结果表明：在马铃薯块茎生长期,与对照处理（CDI）相比,APRI处理的马铃薯叶片光合速率的降低不显著（4.7%）,而蒸腾速率和气孔导度则明显降低,降幅分别达15.8%和15.4%,CDI处理略高的光合速率是以消耗更多的水分为代价;与CDI处理相比,APRI处理的马铃薯产量仅降低5.4%,但灌溉水量却节省了25.8%,使灌溉水分利用效率和总水分利用效率分别提高了27.5%和15.3%.对于马铃薯来说,根区交替地下滴灌是一种切实可行的节水灌溉技术.     

Nitrogen removal enhanced by shunt distributing wastewater in a subsurface wastewater infiltration system

Three pilot subsurface wastewater infiltration systems filled with the same mixed matrix made of 80% brown soil and cinder at a weight of 20% were constructed in the laboratory. All systems worked successfully in the intermittent feeding mode with total hydraulic loading of 4 m³/(m² d) for over 2 months, with the optimal parameters of shunt ratio of 1:1 and shunt position at the depth of 0.7 m was achieved on the basis of large amounts of experimental data. The experiment results showed that shunt distributing wastewater could significantly improve the nitrogen removal in the subsurface infiltration system and the average removal rates of TN and NH₄-N increased by 10% and 5.67%, respectively. Shunt distributing wastewater had little influence on the removal rates of COD and TP. The results suggested that shunt distributing wastewater was simple and effective for nitrogen removal.     

潜流型菖蒲人工湿地不同C/N对污染物的去除效率

选取炉渣和砾石为基质,以无植被为对照,分别设置低、中、高浓度的3个碳水平(C1、C2、C3)和3个氮水平(N1、N2、N3)处理,研究潜流型菖蒲人工湿地在不同C/N下净化生活污水中COD、总氮(TN)、总磷(TP)的效果。结果表明,在不同C/N下,菖蒲人工湿地对污水中COD、TN的去除效果显著高于无植被的人工湿地,菖蒲植被能增加人工湿地COD去除率10.53%,增加TN去除率6.73%;而对于TP的去除,有无植被无显著差异。随着进水N、P浓度及C/N的变化,菖蒲湿地对COD、TN和TP的去除率分别为67.57%～75.85%、20.91%～56.82%和7.15%～17.78%;同时,菖蒲植株对N、P的积累量也相应的变化,其地上部的N、P积累量为4.44～14.79和1.11～3.37g.m-2,平均占湿地N、P去除率的6.91%和10.67%;地下部的N、P积累量分别为2.35～5.20和0.74～1.41g.m-2,平均占湿地N、P去除率的2.69%和6.02%。植物地上器官对湿地N、P的积累量大于地下部,有利于通过收割作用去除湿地系统中的N、P。     

Effect of wastewater step-feeding on removal efficiency of pilot-scale horizontal subsurface flow constructed wetlands

The performance of a pilot-scale horizontal subsurface flow (HSF) constructed wetland is investigated with emphasis on the effects of wastewater step-feeding. One pilot-scale unit, of dimensions 3 m in length and 0.75 m in width, operated continuously from January 2004 until February 2007. The unit contained cobbles obtained from a river bed and was planted with common reed (Phragmites australis). Synthetic wastewater was introduced to the unit. During the first two years of operation (period A) one inflow point was used at the upstream end of the unit. During the third year of operation (period B), wastewater step-feeding was adopted. Wastewater was introduced to the unit through three inlet points: one at the upstream end of the unit length and the other two at 1/3 and 2/3 of the unit length. Two wastewater step-feeding schemes were examined during the second working period: 33:33:33 and 60:25:15. Three HRTs (6, 8 and 14 days) were applied; wastewater temperatures varied from 6.0 to 25.0 °C. On the whole, the adoption of step-feeding in a HSF CW may be positive if an appropriate scheme is selected. Indeed, the removal of organic matter (BOD₅ and COD), nitrogen (TKN and ammonia) and phosphorus (Total Phosphorus and ortho-phosphate) was improved under the step-feeding Scheme 60:25:15, while the other scheme (33:33:33) affected negatively the wetland performance.     

减量施氮对玉米-大豆套作系统下作物氮素吸收和利用效率的影响

为探索玉米-大豆套作系统中作物对N素吸收的差异特性,揭示减量施N对玉米-大豆套作系统的N高效利用机理。利用15N同位素示踪技术,结合小区套微区多年定位试验,研究了玉米单作(MM)、大豆单作(SS)、玉米-大豆套作(IMS)及不施N(NN)、减量施N(RN:180 kg N/hm2)、常量施N(CN:240 kg N/hm2)下玉米、大豆的生物量、吸N量、N肥利用率及土壤N素含量变化。结果表明,与MM(SS)相比,IMS下玉米茎叶及籽粒的生物量、吸N量降低,15N%丰度及15N吸收量增加,大豆籽粒及植株的生物量、吸N量及15N吸收量显著提高;IMS下玉米、大豆植株的N肥利用率、土壤N贡献率、土壤15N%丰度降低,15N回收率显著增加。施N与不施N相比,显著提高了单、套作下玉米、大豆植株的生物量、吸N量、15N丰度及15N吸收量;RN与CN相比,IMS下,RN的玉米、大豆植株总吸N量提高13.4%和12.4%,N肥利用率提高213.0%和117.5%,土壤总N含量提高12.2%和11.6%,土壤N贡献率降低12.0%和11.2%,玉米植株15N吸收量与15N回收率提高14.4%和52.5%,大豆的则降低57.1%和42.8%,单作与套作的变化规律一致。玉米-大豆套作系统中作物对N素吸收存在数量及形态差异,减量施N有利于玉米-大豆套作系统对N肥的高效吸收与利用,实现作物持续增产与土壤培肥。     

氮素减施对茶树光合作用和氮肥利用率的影响

为探讨当前茶园施肥水平下氮素减施对茶树的生长与氮肥利用率的影响,在大田条件下设置不施氮(空白对照CK),纯氮16 kg·667 m^-2(减氮55.6%,处理A)、纯氮26kg·667 m^-2(减氮27.8%,处理B)、纯氮36 kg·667 m^-2(常规施氮CF)4个施氮处理,研究氮素用量减施对茶树光合作用、产量、氮素吸收及其利用效率的影响。结果表明:与CF比较,处理B能提高茶树的叶绿素含量、净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、蒸腾速率(T_r),降低胞间CO₂浓度(C_i)和水分利用率(WUE);各施氮肥处理中以处理B的产量最高,氮肥农学效率最高,土壤养分剩余较少,氮素的利用效率较高;CF产量较处理B增加不显著,氮肥农学效率降低,土壤未利用养分较多。因此,减氮27.8%的施肥能保证与常规施肥的茶叶产量,氮素利用率明显提升,有利于茶业的可持续发展。