皂河-渭河交匯區(qū)交互帶三氮的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律研究

發(fā)布時間：2020-06-14 05:15

【摘要】：氮污染問題是地表水存在的普遍問題,含氮污染物因為進入河流后的轉(zhuǎn)化過程異常復(fù)雜,以及其污染的持久性,所以一直備受關(guān)注。交互帶是聯(lián)結(jié)河流與地下水系統(tǒng)的重要界面,由于潛流交換作用,致使交互帶內(nèi)的水文生物地球化學(xué)過程變化劇烈,進而影響污染物質(zhì)在其中的轉(zhuǎn)化。因此,研究氮在交互帶中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律及其影響因素,探索水流交替的動態(tài)過程中氮素遷移轉(zhuǎn)化的機理,對于地表水和地下水中含氮污染物的治理具有重要意義。本文選擇皂河-渭河交匯處為研究區(qū),以三氮(NO_3~--N、NO_2~--N、NH_4~+-N)為研究對象,開展了交互帶三氮的分布狀況、靜態(tài)條件下的轉(zhuǎn)化特征和動態(tài)遷移轉(zhuǎn)化特征的研究。得出以下結(jié)論:1、交互帶中氮的分布特征:(1)分析交互帶橫向地下水中COD、TN和TOC的分布特征,判斷研究區(qū)交互帶的邊界可能位于河岸50cm處,并且其邊界會隨著季節(jié)和水量變化而發(fā)生改變。(2)沿皂河流向,NO_3~--N濃度逐漸增加,TN、NO_2~--N和NH_4~+-N濃度逐漸減小;地下水中,NO_3~--N都表現(xiàn)較高的濃度水平,而NO_2~--N和NH_4~+-N濃度沿皂河流向逐漸減小。橫向地下水中NO_3~--N和TN濃度第二期隨岸距增加而增加,與第一期規(guī)律相反,可能是由于地下水側(cè)向補給地表水所致。(3)沉積物中,沿垂向深度的增加,NO_3~--N濃度先增大后減小,個別點突變與剖面粘土結(jié)構(gòu)有關(guān)。而受地表水和地下水補排關(guān)系的影響,兩期NH_4~+-N在垂向上呈現(xiàn)不同的變化規(guī)律,第二期由于NH_4~+-N濃度較高的地下水補給,導(dǎo)致交互帶深層沉積物中NH_4~+-N的濃度呈現(xiàn)增加趨勢。(4)水體中,三氮與pH、TN、DO顯著相關(guān)。其中,NO_3~--N與DO顯著正相關(guān),NH_4~+-N與DO顯著負相關(guān)。沉積物中,NO_2~--N與TOC顯著負相關(guān)。說明環(huán)境因素對三氮的轉(zhuǎn)化具有重要影響。2、靜態(tài)條件下交互帶三氮轉(zhuǎn)化的影響實驗表明:(1)當(dāng)交互帶處于厭氧環(huán)境,由于反硝化作用和DNRA(硝酸鹽異化還原成銨)作用,體系中NO_3~--N被還原,且還原具有周期性;NH_4~+-N呈現(xiàn)波動狀態(tài),是DNRA和厭氧氨氧化共同作用所致。弱堿性的反硝化速率最快,其次為弱酸性,堿性pH促進DNRA作用;升高溫度、增加體系碳源的含量,均有利于反硝化作用進行。(2)當(dāng)交互帶處于好氧環(huán)境,由于硝化作用,體系中NO_3~--N有小幅度升高;強堿性會抑制NO_2~--N氧化,升高溫度,促進NH_4~+-N離子交換作用;碳源的存在促進NO_3~--N的積累。3、動態(tài)條件下的三氮的遷移轉(zhuǎn)化影響實驗表明:(1)上升流和下滲流都存在NO_3~--N的還原,上升流的反硝化作用和DNRA作用更強烈。(2)增加下滲流滯留時間,體系易形成缺氧環(huán)境,促使反硝化作用和DNRA作用。(3)交互實驗中氮的變化相較于單一過程更為活躍,這可能與氧化還原梯度的變化以及微生物對氧環(huán)境變化的適應(yīng)過程有關(guān)。4、微生物群落分析結(jié)果如下:(1)共檢出細菌28門,67綱,114目,168科,239屬。與交互帶原狀沉積物相比,交互流沉積物中Aridibacter菌屬(反硝化細菌)的菌落豐度增加了42.57倍,說明交互作用會促進反硝化菌群的生長,致使氮的轉(zhuǎn)化更活躍。通過變形桿菌門(Proteobacteria)的分析發(fā)現(xiàn),上升流和水力停留時間長的下滲流都會促進反硝化菌群的生長。(2)共檢出古菌8門,13綱,19目,21科,31屬。與交互帶原狀沉積物相比,交互流沉積物中亞硝化球菌屬(Nitrososphaera)的菌落豐度增加了33.91倍,而亞硝化侏儒菌屬(Nitrosopumilus)的菌落豐度降低了63.02%,說明潛流交換作用對不同的氨氧化古菌影響并不一致。 【學(xué)位授予單位】：長安大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：X131.2

【圖文】：

示意圖,河流,地下水,示意圖

圖 1.1 河流-地下水交互帶示意圖1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及存在的問題1.2.1 交互帶的認識及發(fā)展1905 年，Clements 最早提出交互帶的概念，用來描述兩個群落之間的交描述鄰近生態(tài)系統(tǒng)之間的界面、邊緣、過渡帶或邊界[7]。Orghidan[8]在此基礎(chǔ)出了河流-地下水交互帶的概念，認為交互帶就是河流下面的間隙或棲息地，表水和下面的“真正”地下水包圍。此后，，學(xué)者們從不同角度對交互帶的內(nèi)涵進和延伸。從地球化學(xué)的角度，交互帶被定義為含有一定地表水的沉積物區(qū)域?qū)W角度，交互帶被定義為存在特殊動物群落的區(qū)域[10]。即從水文學(xué)角度，交為從河床到河岸所有流體交換的流動路徑區(qū)域[11-12]�？梢姡恿�-地下水交互

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