官厅水库生物固氮作用对水体富营养化的响应
官厅水库底泥污染物分析及分布规律研究
论文分类号 X524 单位代码10183 密级内部研究生学号 4990094吉林大学硕士学位论文官厅水库底泥污染物分析及分布规律研究Study on Analysis and Distribution Orderliness ofPollutants in Sediments of Guanting Reservoir作者姓名：陈云清专业：分析化学导师姓名：张凤君教授及职称：论文起止年月：2000年11月至 2002年4月提要本文是在完成《官厅水库流域水质改善总体技术方案研究》项目课题三《官厅水库底泥污染监测及控制技术研究》的过程中完成的。
随着官厅水库上游污染治理的不断深入，水库库区内源污染的诊断及治理变得越来越重要。
当官厅水库周边的点污染源和面污染源被较好地控制后，水库库区沉积在底泥中的污染就成为影响库区水体水质的重要因素。
因此，对官厅水库库区底泥中污染物的分布规律和毒性的研究成为本论文的重点。
通过对官厅水库表层底泥样和柱状底泥样的采集和分析，综合运用ＳＥＭ／ＡＶＳ和生态危害指数法对底泥中重金属的毒性和潜在生态危害进行了评价。
通过此课题的完成，最终达到对官厅水库库区重金属的污染分布有清楚的了解，为后续子课题的完成提供了充分的理论依据。
确保在整个项目完成后，底泥中污染物不会对库区水体造成二次污染，完全恢复官厅水库作为北京市饮用水水源地的功能。
目录第一章文献综述.......................................................................错误！未定义书签。
前言...............................................................................错误！未定义书签。
一、官厅水库基本情况..............................................................错误！未定义书签。
官厅水库水系水环境污染分析及对策
官厅水库水系水环境污染分析及对策摘要：由于官厅水库遭受污染日益严重，1997年退出饮用水体系。
北京是水资源紧缺的城市，随着首都经济和社会的快速发展，水供需矛盾越来越突出。
市委、市政府决定改善官厅水库水质，恢复其为北京市第二饮用水源。
本文根据饮用水水源水质标准，通过对 1995- 1999五年逐月实测水质监测资料的统计分析，研究官厅水库上游、入库、库区及出库水质现状、污染程度、发展趋势和规律，分析解决官厅水库水系水环境污染问题的对策，以利于官厅水库流域水资源保护和水环境污染控制规划，充分发挥水库效益。
一、官厅水库水质评价及趋势分析（一）基本资料官厅水库是我国解放后修建的第一座大型水库，位于北京市西北90公里的永定河上，主要任务是防洪、供水、发电，是北京市重要的供水水源地之一。
官厅水库控制流域面积43402平方公里，占永定河流域面积的92.8％，地跨山西省、河北省、北京市。
有3条人库河流，分别为桑干河、洋河、奶水河，本文采用琢鹿桥站、下花园站、延庆桥站作为其人库代表站；八号桥站为桑十河与洋河汇人永定河后的入库控制站；河口为河口区代表站；永 1008东、永1000为永定河库区（以下简称永库）代表站；1。
妫大桥站为妫水河库区（以下简称妫库）代表站，坝后为出库控制站。
各站分布如图1所示。
水质趋势线按算术平均值法计算，使污染物含量数值点均匀分布于趋势线两侧。
（二）饮用水水源水质评价评价参数：根据饮用水水质的要求，选择大肠菌群、总硬度、氟化物、有机污染综合值和汞、铜、铅、砷等作为评价参数。
评价方法：根据上述选定的污染参数，采用单项参数评价和综合评价相结合的方法。
1．有机污染评价官厅水库水体污染主要原因由有机物质引起，因此采用\有机污染综合评价值\进行评价。
A＝BODi/BODs+CODi/CODs+NH3-Ni/NH3-Ns-DOi/DOs (1) 式中BODi、CODi、NH3－Ni、和DOi为实测值；BODs、CODs、NH3－Ns、和DOs为标准值。
湖泊富营养化与氮磷循环的相关性研究
湖泊富营养化与氮磷循环的相关性研究湖泊富营养化是指湖泊中营养物质过剩的现象，特别是氮磷元素。
这一现象会导致水体中生物生长的过度，进而破坏湖泊生物多样性和水生态系统的平衡。
为了深入了解湖泊富营养化的原因以及氮磷元素在其循环中的作用，科学家们进行了一系列研究。
湖泊富营养化主要是由人类活动引起的，如农业、工业和城市污水排放。
氮磷元素是植物和微生物生长所需的基本元素，它们在肥料和污水中含量较高。
当这些污染物进入湖泊时，它们会加速湖泊中藻类和植物的生长，形成藻华。
藻华会消耗水体中的氧气，导致水中生物无法存活，最终引发湖泊富营养化。
氮磷循环是湖泊富营养化中一个重要的过程。
氮循环包括氮化、硝化和脱氮过程。
氮化指的是将氨氮转化为氨基酸，而硝化则是将氨氮转化为硝酸盐。
这两个过程可以提供藻类和植物所需的氮源。
然而，氮化和硝化过程也会产生过量的氮，进而造成水体中氮的积累。
脱氮过程则是将水体中的氮还原为气体形式，从而减少氮的含量。
与氮循环不同，磷循环主要涉及到磷的吸附和释放过程。
磷是湖泊中限制生物生长的关键营养物质之一。
它主要通过沉积物进入湖泊，并与悬浮颗粒结合形成不溶性的磷酸盐。
然而，湖泊底部的缺氧环境能够导致这些不溶性磷酸盐释放，进而使水体中的磷含量增加。
此外，沉水植物和藻类的落叶也会导致磷释放，从而加剧湖泊富营养化。
在湖泊富营养化研究中，科学家们发现了一些控制因子，可以在一定程度上预测湖泊富营养化的发展趋势。
其中一个重要的控制因子是氮磷比。
研究表明，当水体中的氮磷比小于16∶1时，湖泊更容易出现富营养化现象。
这是因为氮磷比低于这个阈值时，氮成为限制生物生长的营养物质，从而刺激过度的藻类生长。
此外，湖泊富营养化还会对水质产生一系列影响。
高浓度的藻类和悬浮颗粒会降低水质的透明度，影响浮游植物和浮游动物的生存。
湖泊水体中的富营养化还会导致水生生物的死亡，进而干扰水生态系统的平衡。
因此，控制湖泊富营养化对恢复湖泊生态系统至关重要。
官厅水库及永定河枯水期水体氮_磷和重金属含量分布规律
收稿日期:2001-10;修订日期:2001-11 基金项目:国家重点基础研究发展规划项目(N K BR SF -G 1999045710);中国科学院知识创新工程项目(K ZCX 2-310-04-01);中科院地理所所长基金项目(SJIOG -A 00-03) 作者简介:梁涛(1970-),男,博士,副研究员。
主要从事水环境生物地球化学研究工作,已在国内外发表论文近30篇。
E-mail:liang t@ig 文章编号:1007-6301(2001)04-0341-06官厅水库及永定河枯水期水体氮、磷和重金属含量分布规律梁 涛,张秀梅,章 申(中国科学院地理科学与资源研究所,北京 100101)摘要:于枯水期(冬季和春季)在官厅水库库区及永定河沿线13个地点采集了表层水样品,分别测定了原水和过滤水中N 、P 和重金属的含量,同时进一步分析了过滤水中不同形态氮的含量,初步探讨了枯水期官厅水库和永定河水体N 、P 及重金属含量的分布规律及污染特征。
研究结果表明,官厅水库库区及永定河沿线重金属基本没有污染,大多低于地表水Ⅲ类标准,极个别样点超过Ⅲ类但仍低于Ⅳ类标准。
N 、P 污染比较严重,大部分样点的总氮、总磷指标超过湖泊水库Ⅳ类标准,个别样点甚至超过Ⅴ类标准。
不同地点,各形态N 的含量有显著差别,体现了外源污染的区域分布规律。
关 键 词:官厅水库;永定河;氮、磷;重金属;含量分布中图分类号:P 343 文献标识码:A水资源是制约区域经济发展的重要因素[1],位于北京西北部的官厅水库,是北京市两个最重要的供水水源地之一[2]。
然而来自上游大量的点源和非点源污染使官厅水库从建库至今,先后发生重金属污染[3]、有机物污染(主要发生在河口及洋河汇入处)[4]、大肠杆菌污染(上游河流入口处)[5]和氮磷污染[6],并于1997年退出首都饮用水供水系统。
近年来北京市的饮用水供需矛盾日益突出,改善官厅水库水质,恢复其饮用水源地功能已列为北京市的重要战略目标。
官厅水库、密云水库上游流域地表水氮磷含量现状
第38卷㊀第9期2020年9月环㊀境㊀工㊀程Environmental EngineeringVol.38㊀No.9Sep.㊀2020官厅水库、密云水库上游流域地表水氮磷含量现状魏㊀静1,2,3∗㊀郑小刚4㊀张国维1㊀张延夕1㊀王彩玲1㊀王㊀苒1(1.河北省地质调查院,石家庄050081;2.中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心,石家庄050022;3.中国科学院大学,北京100049;4.河北省土地整理服务中心,石家庄050051)摘要:于平水期和丰水期同点位采集官厅水库㊁密云水库上游流域的地表水样品共计222件,分别测试了原水㊁悬浮物中TN ㊁NH 3-N ㊁NO -3-N 和TP 的含量,探讨氮㊁磷的分布规律及污染特征,并参照GB 3838 2002‘地表水环境质量标准“进行评价㊂结果表明:1)研究区地表水处于富营养化状态,永定河水系氮㊁磷含量相对较高,高值点主要分布在洋河干流断面㊂2)主要河流的干流氮㊁磷高值点的出现均与上游的城市废水排放密切相关,应加大城市废水的治理力度,提高排污标准㊂3)TN 78.26%(丰水期)㊁91.59%(平水期)的样品劣于Ⅲ类,除洋河上流㊁桑干河上流和汤河水系外,其他水系大部分样点TN 仅达劣Ⅴ类要求,但NO -3-N 和NH 3-N 大部分样品符合标准限制,建议制定标准时应加强对NO -3-N 的管控㊂4)TN 33.04%(丰水期)㊁14.02%(平水期)的样品不符合Ⅲ类要求,主要分布在洋河中段㊁壶流河和潮河中段水域㊂关键词:地表水;氮磷含量;官厅水库上游流域;密云水库上游流域DOI:10.13205/j.hjgc.202009017㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀收稿日期:2019-04-15基金项目:河北省财政厅(冀财预复 2016 826号)资助㊂∗第一作者㊁通信作者:魏静(1981-),女,博士,正高级工程师,主要从事农业生态环境研究㊂weijing810201@NITROGEN AND PHOSPHORUS CONTENT OF SURFACE WATER IN THE UPSTREAMBASIN OF GUANTING RESERVOIR AND MIYUN RESERVOIRWEI Jing 1,2,3∗,ZHENG Xiao-gang 4,ZHANG Guo-wei 1,ZHANG Yan-xi 1,WANG Cai-ling 1,WANG Ran 1(1.Hebei Institute of Geological Survey,Shijiazhuang 050081,China;2.Center for Agricultural Resources Research,Institute ofGenetics and Developmental Biology,Chinese Academy of Sciences,Shijiazhuang 050022,China;3.University of ChineseAcademy of Sciences,Beijing 100049,China;nd Consolidation and Rehabilitation Center of Hebei Province,Shijiazhuang 050051,China)Abstract :A total of 222surface water samples from the upstream water system of Guanting Reservoir and Miyun Reservoirwere collected at the same point in both plain and the abundant water periods.The contents of total nitrogen,ammonianitrogen,nitrate and total phosphorus in raw water and the suspended solids were measured respectively.The distribution andpollution characteristics of nitrogen and phosphorus were discussed and evaluated with reference to the environmental quality standard of surface water (GB 3838 2002).The results showed that:1)the surface water in the study area was ineutrophication state,the nitrogen and phosphorus content in Yongding River system was relatively higher,and the high value points were mainly distributed in the cross section of the main stream of the Yanghe River;2)the appearance of the high valuepoint of nitrogen and phosphorus in the main stream of the main river was closely related to the discharge of urban wastewater in the upper reaches of the river,and the treatment of urban wastewater should be strengthened;3)the samples of 78.26%total nitrogen (in abundont water period)and 91.59%(in plain water period)were inferior to class Ⅲ.Except for the upper reaches of the Yanghe River,the upper reaches of the Sanggan River and the Tang River systems,the total nitrogen in most of the sample sites of the other water systems was inferior to class Ⅴ.However,most of the samples of nitrate and ammonianitrogen were defined to meet the standard limit,so it was suggested that the control of nitrate should be strengthened whensetting the standard;4)the samples of total phosphorus 33.04%(in abundant water period)and 14.02%(in plain water环㊀境㊀工㊀程第38卷period)didn t meet the requirements of category Ⅲ,and mainly distributed in the middle section of the Yanghe River,HuliuRiver and the middle section of the tidal river waters.According to the present situation of surface water environmental quality,some suggestions for future work were put forward.Keywords :surface water;nitrogen and phosphorus content;the upstream basin of Guanting Reservoir;the upstream basin of Miyun Reservoir0㊀引㊀言水资源是制约区域经济发展的重要因素[1],随着近年来人口增长㊁农业生产和燃料消耗,地表水中的氮㊁磷负荷明显增加[2,3],过量的氮㊁磷向地表水的输入不仅使人体健康受到威胁,还引起水体富营养化,进而导致河流水生生态系统的退化[4-6],成为水环境治理面临的重要问题之一㊂官厅水库由于库区水体受到严重污染[7,8],于1997年退出首都饮用水供水系统,虽然2015年作为北京备用水源地又重新启用,但其上游水土环境问题仍然存在隐患㊂密云水库作为北京市最大的地表饮用水源,其水质状况直接影响北京市人民的生活和健康[9]㊂为推进京津冀协同发展,打造京津冀生态涵养保护支撑区,于2017 2018年在官厅水库㊁密云水库上游流域开展地表水调查工作,本文提取地表水丰水期和枯水期氮㊁磷含量第一手分析数据,开展地表水氮㊁磷含量特征和空间分布规律研究,并依据相关标准对其环境质量进行评价,为水资源的保护和合理利用提供数据支撑㊂1㊀研究区概况研究区为官厅水库㊁密云水库上游流域河北段,分属潮白河流域和永定河流域,包括怀安县㊁怀来县㊁阳原县㊁蔚县㊁赤城县等12县1市(图1),北靠内蒙古高原,南临太行山北段的小五台山,东接燕山北麓㊂区内水系发育,主要河流包括洋河㊁桑干河㊁永定河㊁白河㊁黑河㊁汤河和潮河,地下水资源开采资源模数主要为(5~10)ˑ104m 3/(a ㊃km 2),分属潮白蓟运河地下水系统和永定河地下水系统㊂地貌类型以中山㊁低山㊁盆地及河谷平原为主,出露地层主要有太古界㊁元古界㊁古生界㊁中生界㊁新生界等,以新生界的第四系和中生界的白垩系为主㊂全区有17个土壤类型,其中褐土㊁棕壤分布面积相对较大,分别占全区的30.46%和18.41%,褐土主要分布于研究区东部和西南部的低山㊁台地区,棕壤主要分布于丰宁县北部㊁崇礼区㊁下花园区东部和兴隆县西部㊂土地利用类型以林地㊁草地和耕地为主㊂图1㊀区位置图和行政区划图Figure 1㊀A map depicting the location of study area in Hebei province and expansion on the study area depicting administrative counties201第9期魏㊀静,等:官厅水库㊁密云水库上游流域地表水氮磷含量现状2㊀数据和方法2.1㊀数据来源2017年4 8月同点位采集平水期和丰水期2期地表水样品,采样点主要分布在二级水系入河(库)口的上下游和污染源入水口,样品采集密度按汇水域以300km2计为1点,剔除平行样后,采集数量为丰水期共115件,平水期共107件㊂悬浮物原水样选择在水面下50cm处取样,过滤膜孔径为0.45μm㊂样品全部送河北省地质实验测试中心分析,滤膜规格为0.45μm㊂TP采用过硫酸钾高压氧化 钼锑抗比色法测定;碱性介质中,TN测定采用过硫酸盐氧化-盐酸萘乙二胺分光光度法;NH3-N测定分光光度法;NO-3-N测定采用紫外分光光度法;NO-2-N测定采用盐酸萘乙二胺分光光度法㊂2.2㊀评价方法利用ArcGIS10.2㊁SPSS18.0和Office2016等软件对数据进行空间统计分析,按照GB3838 2002‘地表水环境质量标准“中的基本项目标准限值对地表水中氮㊁磷含量的数量和空间特征进行描述,归纳总结地表水中氮不同形态的分配特征,并统计分析氮在原水㊁悬浮物中的变化情况㊂其中,TN㊁NH3-N㊁TP 按照限值分为5类(表1),硝酸盐作为补充项目分为2类,标准值为10mg/L㊂表1㊀GB3838 2002基本项目标准限值Table1㊀Basic items limits specified in environmentalquality standard for surface water(GB3838 2002)mg/L 项目ⅠⅡⅢⅣⅤNH3-Nɤ0.15ɤ0.5ɤ1.0ɤ1.5ɤ2.0 TNɤ0.2ɤ0.5ɤ1.0ɤ1.5ɤ2.0 TPɤ0.02ɤ0.1ɤ0.2ɤ0.3ɤ0.4 3㊀结果与分析3.1㊀地表水中氮、磷含量分布从地表水中TN的赋存状态分析,研究区地表水中氮主要以硝酸盐形式存在,少量为亚硝酸盐和NH3-N㊂硝酸盐含量均值为5.24mg/L,为总氮含量均值的92.42%(平水期)和95.41%(丰水期)(表2)㊂由于NO-3-N易被淋洗,随着渗漏水的增加,硝酸盐的淋失率较氨氮大,而氨氮中铵盐态氮(NH+4)易被土壤黏粒表面和有机质表面功能基吸附,淋失率相对较小㊂表2㊀地表水氮㊁磷总体数量特征Table2㊀Total quantitative characteristics of nitrogen and phosphorus in surface water mg/L指标平水期丰水期最大值中值最小值均值变异系数最大值中值最小值均值变异系数TN24.02 4.740.42 5.670.7129.19 3.880.02 4.790.97 NH3-N8.270.03<0.020.18 4.74 1.290.04<0.020.08 1.88 NO-3-N20.46 4.670.25 5.240.7022.45 3.79<0.20 4.570.97 NO-2-N8.090.02<0.0040.25 4.14 1.48<0.004<0.0040.04 4.95 TP 3.140.01<0.0010.12 3.06 3.280.11<0.0010.25 2.04㊀㊀对平水期和丰水期地表水中氮㊁磷含量差异分析,丰水期氮的不同形态含量均值均小于平水期,而磷表现恰好相反(表2)㊂氮的含量变化主要受到地表径流的稀释作用影响,其中,丰水期地表水中亚硝酸盐含量均值比平水期下降84%,氨氮下降55.56%;丰水期地表水磷含量均值为平水期的2.08倍,主要由于丰水期土壤氧化还原电位(Eh)下降,磷酸亚铁的溶解度较高,增加了磷的有效度㊂按照GB3838 2002进行评价,研究区地表水TN含量超标严重,不同形态含量则环境质量较好㊂如表3所示,地表水78.26%(丰水期)㊁91.59%(平水期)的样点总氮含量劣于Ⅲ类,63.48%(丰水期)㊁85.05%(平水期)的样点总氮含量为劣Ⅴ类㊂对硝酸盐和氨氮的评价结果显示,86.96%(丰水期)㊁85.98%(平水期)的样品硝酸盐含量符合集中式生活饮用水地表水源地补充项目标准;99.13%(丰水期)㊁97.20%(平水期)的样品氨氮含量满足Ⅲ类要求,整体环境质量较好㊂表3㊀地表水中氮㊁磷含量评价Table3㊀Evaluation results of nitrogen and phosphoruscontent in surface water%指标ⅠⅡⅢⅣⅤ劣Ⅴ丰水期TN11.30 1.748.709.57 5.2263.47 NH3-N92.17 4.35 2.610.87TP20.8728.7017.3914.78 5.2213.04NO-3-N符合不符合86.9613.04平水期TN0.00 2.80 5.61 3.74 2.8085.05 NH3-N88.79 5.61 2.800.93 1.870.00TP60.7519.63 5.617.480.00 6.53NO-3-N符合不符合85.9814.02㊀㊀造成此类问题的主要原因是由于评价标准中301环㊀境㊀工㊀程第38卷NO -3-N 的标准限值为10mg /L,TN(湖㊁库)标准限值为1.0mg /L,二者相差10倍㊂NO -3-N 本身对人体无直接危害,一旦其被还原为NO -2-N 后就可能引发如肝癌㊁胃癌等病症[3,11],故标准修订时还需进一步加强对硝酸盐的管控㊂地表水磷环境质量优于氮,66.96%(丰水期)㊁85.98%(平水期)的样品总磷含量符合GB 38382002Ⅲ类要求(表3)㊂地表水磷环境质量较好,主要由于磷可与土壤矿物质结合,施入土壤的可溶性磷可与铁㊁铝氧化物和水化氧化物㊁层状铝硅酸盐㊁碳酸盐以及钙㊁铁㊁铝等发生沉淀反应和吸附反应,转变为不溶性或缓效磷,降低了土壤磷的流失量㊂3.2㊀地表水氮㊁磷空间分布无论丰水期还是平水期,地表水中总氮㊁硝酸盐变异系数均较小(表2),空间分布相对均匀,整体环境质量不容乐观㊂除洋河上流㊁桑干河上流和汤河水系外,其他水系总氮含量仅达劣Ⅴ类(图2);氨氮㊁亚硝酸盐和总磷变异系数均较大,高值区主要分布在大中城市下游,其来源主要为城市废水㊂图2㊀地表水氮㊁磷含量评价(丰水期)Figure 2㊀Evaluating contents map of nitrogen and phosphorus of the surface water in abundant water period㊀㊀选择洋河㊁桑干河㊁潮河和白河4条主要河流,沿河流流向进行TN㊁TP 含量示踪(图3)㊂可知:洋河㊁桑干河和白河中TN㊁TP 含量呈波浪状上下波动,变幅较大;潮河自3号样点含量升高之后,变幅较小㊂其中,洋河的6号样点,桑干河的4号样点㊁9号样点,白河的5号样点(平水期)㊁6号样点(丰水期),潮河3号样点的TN 含量处于波峰位置;洋河6号样点,桑干河1号样点,白河5号样点,潮河3号样点TP 含量处于波峰位置㊂野外调查发现,这些相对高值点上游均有城市废水注入,导致下游水质明显变差,通过测试分析发现,废水样品中污染指标主要为NH 3-N 和TP㊂3.3㊀TN ㊁TP 在水体㊁悬浮物中含量特征TN㊁TP 在悬浮物和水体中的含量如表4所示㊂可知:水体中TN 含量均大于悬浮物,其中,水体TN 含量均值为悬浮物均值的3倍,表明研究区TN 主要以溶解态存在于地表水中;TP 则恰好相反,悬浮物中TP 含量均值为水体均值的3倍,表明研究区TP 主要以颗粒态存在于悬浮物中㊂4㊀地表水氮磷防治建议1)应将GB 3838 2002修改工作提上日程㊂2002版标准发布至今历经17年,为地表水评价工作洋河(丰);----洋河(平); 桑干河(丰);----桑干河(平);白河(丰);----白河(平); 潮河(丰);----潮河(平)㊂图3㊀地表水中TN㊁TP 含量沿河流流向变化折线Figure 3㊀Line chart of total nitrogen and phosphorus content in surfacewater along the flow direction of the riveras做出了巨大贡献㊂通过此次调查发现,研究区水库中总氮主要以硝酸盐形式存在,而地表水评价标准中仅以集中式生活饮用水地表水源地补充项目对硝酸盐规定了限值,数值为总氮限值的10倍,这导致地表水中硝401第9期魏㊀静,等:官厅水库㊁密云水库上游流域地表水氮磷含量现状㊀㊀表4㊀TN㊁TP在悬浮物和水体中含量对比(丰水期)Table4㊀Comparison of nitrogen and phosphorus contents in suspended solids and water body(in abundant water period)酸盐和氨氮指标均符合标准要求,而水库中总氮却发生超标现象,不能及时对致污河段进行预防和管理㊂2)全面落实 化肥施用量零增长计划 ,转变施肥观念㊂农业农村部2015年3月发布的‘到2020年化肥施用量零增长行动方案“提到我国农作物用量0.033kg/m2,远高于世界平均水平(0.012kg/m2),是美国的2.6倍,欧盟的2.5倍㊂研究区作为水源生态涵养区应率先启动,提高有机肥资源利用率,推进测土配方施肥和施肥方式的转变㊂3)提高城市污水排污标准,更新处理技术㊂地表水中氮㊁磷的极值点附近均有城市污水排放口,导致下游水质明显变差,污水超标指标主要为氨氮和总磷㊂城市污水氮来源呈现季节性差异,春㊁夏㊁冬季潜在来源包括生活黑水及大气降雨,而秋季主要来源是生活黑水[12],应从源头提高生活黑水的资源化率,广泛更新处理技术,有助于城市污水氮污染排放的实际削减㊂4)按行政单元测算农业用地对水体氮㊁磷污染贡献率,为生态环境损害赔偿制度建立提供数据支撑㊂征收生态环境补偿费是解决生态环境破坏和资源保护最直接㊁最有效的手段之一[13],根据不同行政单元不同种植模式下农田氮㊁磷地表径流排放系数,结合农用化肥施用量㊁河网密度,建立相关模型测算不同行政单元农用地对地表水体氮㊁磷贡献率,为生态环境损害赔偿制度建立提供数据支撑,为污染的有效治理和环境保护补偿金的收取提供技术支撑㊂5)合理规划河道两侧景观类型,最大限度地弱化面源污染问题㊂应用 源 - 汇 理论,深度研究景观格局对研究区地表水中氮㊁磷含量的影响,通过对比不同子流域景观空间负荷对比指数,判断流域发生养分流失的危险性,探讨不同景观类型在空间上的搭配组合来控制养分流失在时空尺度上的平衡状态[14]㊂通过增加植被缓冲带,在坡地上植树种草,对降水所携带的泥沙㊁营养盐负荷起到一定的阻碍,加强对水体的保护㊂5㊀结㊀论研究区地表水水体处于富营养化状态,氮元素主要以硝酸盐形式赋存,含量比例高达90%以上,氨氮㊁亚硝酸盐含量相对较低㊂永定河水系地表水氮㊁磷含量相对较高,高值点主要分布在洋河干流断面㊂主要河流氮㊁磷高值点的出现均与上游的城市废水排放密切相关㊂研究区地表水总氮超标严重,丰水期优于平水期,其中硝酸盐和氨氮大部分样点符合地表水限值要求,从侧面反映出地表水标准制定时应对硝酸盐加强管控㊂磷在土壤中由于能够转变为不溶性或缓效磷,降低其淋失率,环境质量整体优于氮,丰水期劣于平水期,超标区域主要分布在洋河中段㊁壶流河和潮河中段水域㊂参考文献[1]㊀王劲峰,陈红焱.区域发展和水资源利用透明交互决策系统[J].地理科学进展,2000,19(1):9-16.[2]㊀CURT M D,AGUADO P,S NCHEZ G,et al.Nitrogen isotoperatios of synthetic and organic sources of nitrate water contaminationin spain[J].Water Air&Soil Pollution,2004,151(1/4):135-142.[3]㊀ZEBARTH B J,FREYMAN S,KOWALENKO C G.Influence ofnitrogen fertilization on cabbage yield,head nitrogen content andextractable soil inorganic nitrogen at harvest[J].Canadian Journalof Plant Science,1991,71(4):1275-1280.[4]㊀DING J T,XI B D,XU Q G,et al.Assessment of the sources andtransformations of nitrogen in a plain river network region using astable isotope approach[J].Journal of Environmental Sciences,2015,30(4):198-206.(下转第144页)501。
湖泊富营养化与氮磷等营养盐之间的关系
湖泊富营养化与氮磷等营养盐之间的关系第一篇：湖泊富营养化与氮磷等营养盐之间的关系湖泊富营养化与氮磷等营养盐之间的关系姓名：冯涛学号：5802112013 班级：环工121 摘要：本文主要通过对湖泊氮磷的时空特征和富营养化的关系进行分析。
主要包括氮磷的时间动态和空间动态，并且对氮磷等营养盐的来源进行详细的分析，探讨富营养化水体中氮磷的去除机理。
关键字: 富营养化氮磷来源和去除时空特征湖泊富营养化是一个缓慢的自然过程,但人类活动加速了这一过程。
人类活动被认为是富营养化频发的诱发主因。
湖泊富营养化过程复杂,影响湖泊富营养化的因素很多, LauandLane(2002)认为水体富营养化是非生物和生物相互作用的复杂过程。
湖泊富营养化不仅与氮磷含量有关, 而且氮磷比也是一个重要的影响因子, 氮磷比可影响藻类等浮游植物的生长。
有关研究发现不同的营养盐比例可以控制藻类的生长, 生物量以及种群结构。
因此, 本文将对我国湖泊氮磷的时空特征和湖泊富营养化的关系进行综合分析。
一般说来,当天然水体中总磷大于20毫克每立方米，无机氮大于300毫克每立方米时,就可认为水体处于富营养化状态。
富营养化水体中的氮、磷促使水中的藻类急剧生长,大量藻类的生长消耗了水中的氧, 使鱼类、浮游生物因缺氧而死亡,他们的尸体腐烂造成了水质污染。
因此去除水体中大量的氮磷是治理富营养化污水的根本。
我们通过对氮磷的来源的分析来更好的控制源头，对氮磷的去除机理的探讨来缓解富营养化严重的现状。
一、氮磷等营养盐来源分析1.营养盐来源按进入途径可分为外源和内源。
外源污染又可分为两大类:点源,来自流域的城镇生活污水和工业污染源排放;面源,来自流域的农田径流、畜禽养殖、水产养殖及其他面源。
随着点源污染排放的不断达标, 面源污染日益成为水体富营养化的主要来源。
内源污染是由于湖底沉积物中液态营养盐向上覆水中释放, 在动力作用下营养盐再悬浮造成的, 在这种因素影响下, 即使大幅度削减外源污染负荷, 在特定条件下(高温少雨), 仍可能引起藻类暴发, 所以内源污染成为湖体藻类暴发的关键因素。
北京官厅水库砷和氨氮分布特征及水质变化_王静
北京官厅水库砷和氨氮分布特征及水质变化Distribution of Arsenic, Ammonia Nitrogen and Changes of Water Quality in Beijing Guanting ReservoirVol.8 No.3 Sept. 2012水库作为湿地的一种，具有半封闭式水体的特点，水流缓慢，自净能力也较低，加上结构特殊，与天然湿地生态系统相比稳定性差而且脆弱性明显，更容易受人类活动的影响（Duker et al，2005）。
官厅水库曾是北京的饮用水源，由于上游工矿企业的大量排污，自上世纪70年代开始水库遭受严重的以砷为代表的重金属污染。
随后80年代初上游工农业迅速发展，导致氨氮污染严重。
此后水质持续恶化，1997年被迫退出北京市饮用水系。
经过几年的治理，水库水质整体好转，达到地表水Ⅲ类标准，但部分区域富营养化程度仍较高（郭凯等，2009）。
另外，水库虽容易过滤和沉降外界重金属，但在一定的物理、化学和生物作用下也会向外界输出重金属，而且重金属本身难降解并容易在沉积物中聚集（Villalobos-Castaneda et al，2010），因此当外界环境发生变化时，可能会造成沉积物中重金属向上覆水体发生再释放，从而导致二次污染（万译文等，2009)。
所以，在北京市饮用水告急，仅靠密云水库供水已不能满足用水需要的情况下（杜桂森等，2004），加强对官厅水库的监测及修复工作十分必要。
已有研究表明，近几年官厅水库重金属和氮污染有所改善，但总体来说，研究都不够细致全面。
并且随着时间的推移，官厅水库水质也会发生一些变化（苏德纯等，2007）。
本文采用大范围高密度布点，便携式高精度测量仪及时快速检测水体T、pH、DO、As、NH4+-N等指标，对水库的污染情况进行全面分析，对其水质健康状况做出评价，也希望为官厅水库能重新启用作为北京市引用水源提供依据。
1 材料与方法1.1 实验仪器P D V6000p l u s重金属分析仪（CogentEnvironmental Ltd，USA）；Professional系列水质检测仪（YSIIncorporated，USA）；M-241轨迹记录器（HOLUX，中国台湾）。
官厅水库水质特征及水体微生物多样性的响应
２ ０ １ ５ ， ３ ５ （ ５ ） ：１ ５ ４ ７ － １ ５ ５ ３
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官厅水库水质特征及水体微生物 多样性 的响应
孙 寓姣 ， 陈 程 ， 一 ， 丁爱 中 ， 赵 晓辉 ， 张惠淳 （ １ ． 北京师范大学水科学研究院 北京 １ ０ ０ ８ ７ ５ ；２ ． 中国国际工
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湖库富营养化形成原因和处理策略
湖库富营养化形成原因和处理策略
湖库富营养化是指水体中的营养物质浓度过高，导致水生生物过度生长，进而破坏水生生态系统的过程。
富营养化的主要原因有以下几个方面：
1. 生活污水、工业废水、农业面源污染等排放进水体中，导致营养物质浓度升高。
2. 水体自身营养物质循环不平衡，如缺乏氮、磷等元素会使一些微生物、植物无法正常生长，而营养物质丰富时，这些物质会大量繁殖。
3. 土地开垦和人类活动导致的水土流失，也会给水域带来大量的营养物质。
4. 气候变化也会导致富营养化加剧，例如气温升高使水体中藻类等单细胞生物大量繁殖。
面对湖库富营养化问题，人类可以采取以下的处理策略：
1. 落实排污许可制度，严格控制城镇污水、工业废水和农业面源污染的输入，确保减排落实到位。
2. 采取生态修复措施，包括湿地修复和栖息地恢复等生态工程的建设，增加自然过滤效果，减少异物对水体的污染。
3. 控制农业化肥和畜禽养殖废弃物等农业排放物的排放，鼓励有机农业和绿色畜牧两者产业的发展。
4. 建立水面废物回收和资源化利用体系，将一部分的污泥、残渣、废弃物和污水等资源化利用，提高水资源利用效率。
5. 积极推行水域监测与预测系统，可以通过实时数据采集与分析等方式，提高决策的效果，让处理污染的工作更加科学和及时。
综上所述，湖库富营养化的治理是一个非常复杂的系统工程。
需要全社会立足生态文明的角度，从源头上管控污染源头，结合适合土地的生态修复战略，加大科学技术研究力度，制定科学可行的管理方案，推动湖库富营养化问题的根治。
这也是实现水环境整体质量的提高，保证水资源可持续利用的基础。
官厅水库水体氮污染特征分析
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关键 词 ： 官厅 水库 ； 氮污 染； 特征 分析 Ｔ ｅｃ ａ ａｔｒ ｔ ｎ ｌｓ ｆ ｉ ｏ ｅ ｏｌｔ ｎｏ ａｅ ａ ｉｇＲｅｅｖ ｉ ／ ｎ ａｉ ｈ ｈ ｒｃｅ ｉ ｉ ａ ａｙｉ ｏ ｔ ｇ ｎｐ ｌ ｉ ｗ ｔｒｉ Ｇｕ ｎ Ｔｎ ｓｒ ｏｒ Ｙａ ｇＤ ｊ ｓｃ ｓ ｎｒ ｕｏ ｆ ｎ ／ ｅ
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氮磷的防治措施生物答题
氮磷的防治措施生物答题
氮和磷是生物的重要营养源，随着化肥、洗涤剂和农药的普遍使用，氮、磷等大量进入湖泊、河流、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。
近年来，世界各地水体的富营养化越来越严重，并且有逐年加剧的趋势，造成了生态系统的失衡，这种现象在经济发达的国家或地区表现得更加明显，水体富营养化已成为全球关注的重大环境问题之一。
由于生物处理技术的环保性和经济性，用生物技术处理富营养化水体成为热门方法。
常用的生物技术处理法有以下几种：
1.水生植物处理法
含氮、磷的有机盐在水体中长期滞留，极大地提高了水体发生富营养化的概率。
水生植物处理技术可以很好地缓解这种情况，利用一些特定的水生植物，吸收转化水体中的污染物，对这些植物进行人工打捞，可以起到降低水体中无机盐含量的效果。
2.水生动物处理法
根据食物链关系，引入可影响富营养化生物的其他生物，通过捕食等食物链关系来抑制富营养化生物。
3.微生物修复法
可利用原有或外来添加的微生物吸附和转化富营养化水体中的污染物，实现对水体富营养化的控制。
北京官厅水库轮虫群落结构与水体富营养化状况
（ 北京段） 已达到 了富营养 的水平 ， 在轮虫的种类组成中 ，０个富营养化 的指示种类 大部分都有出现 ， 中螺形龟 甲轮虫 １ 其
（ ｅ ｔ ａｃｅｌ ｒ ） Ｋ ｒ ｅ ｏｈｅ ｉ 和针 簇 多 肢 轮 虫 （ ｏ ａｔｒ ￣ｌ） ａＵ ａｓ Ｐ ｌ ｒ ａｔ ａ 为优 势 种 ； 虫 密 度 均在 ｌ０ ｉｄ ／ ｙ ｈ ｒ 轮 Ｏ ０ｎ ．Ｌ以 上 ， 物 量 在 １ ｇ Ｌ以上 。 生 ｍ／ 轮 虫 的密 度 、 量 的季 节 分 布 与水 温 显 著 正 相 关 （ ０ ０ ） 水 平 分 布与 水 体 的 营 养 状 况 显著 正 相 关 （ ＜ ．５ ， 直 生物 Ｐ＜ ．５ ， Ｐ ００ ）垂
摘
要 ：于 ２０ ０７年 １ ２月对官厅水库上游（ —１ 北京段） 进行调查 ， 利用非生物环境因子对水体的营养状况进行 了评价 ， 并
通 过 种 类 组 成 、 势 种 、 物 量 及 多样 性 指 数 等指 标 探 讨 了 轮 虫 群 落 结 构 与 水 体 富 营 养 化 的 关 系 ． 果 表 明 ， 厅 水 库 优 生 结 官
，
（ ：ｉｏ ｉｇＰ ｏｉｃ ｌ ｅ ａ ｏａｏｙｏ Ｈｙｒｂｏｏｙ Ｃ ｌｇ ｉ ｃｅｃ ｎ ｅｈ ｏｏｙ ＤａｉｎＦｓｅｉ ｎｖｒｉ ， １ Ｌａ ｎｎ ｒｖ ｉ ｙＬ ｂ ｒｔｒ ｎａＫ ｆ ｄｏ ｉｌ ， ｏｌ ｅｏ ｆ Ｓ ｉ ｅａｄＴｃｎ ｌｇ ， ｌ ｉ ｒ ｓＵ ｉ ｓｙ ｇ ｅ ｆＬ ｅ ｎ ａ ｈ ｅ ｅ ｔ
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官厅水库调查报告
官厅水库调查报告官厅水库调查报告一、引言官厅水库位于我国某省某市，是该地区最大的人工水库之一。
作为该地区的重要水源地和防洪设施，官厅水库对当地经济和生态环境具有重要意义。
为了深入了解官厅水库的运行状况和对周边环境的影响，本次调查报告旨在全面分析官厅水库的水质、水资源利用情况以及对生态环境的影响，为相关部门提供科学依据和决策参考。
二、水质调查1. 水质监测结果通过对官厅水库进行多次水质监测，结果显示水库的总体水质良好。
主要指标如COD、BOD、氨氮等均在国家《地表水环境质量标准》的限值范围内，说明官厅水库的水质符合相关标准。
然而，有少量区域存在轻微的污染现象，主要是由于附近农业活动和工业废水排放所致。
2. 污染源分析通过对附近农田和工业区进行调查，发现农业活动中的农药使用和施肥不当，以及工业废水排放不达标等问题，都对官厅水库的水质产生了一定的影响。
因此，建议相关部门加强对农田和工业区的监管，加强环保宣传教育，提高农民和企业的环保意识。
三、水资源利用情况调查1. 水库蓄水情况官厅水库的蓄水量在近年来呈逐渐增加的趋势，主要得益于水库管理部门的科学调度和水资源的有效利用。
然而，由于降雨量的不稳定性以及农业和工业用水的增加，水库的蓄水量在干旱季节仍面临一定的压力。
2. 水资源利用效率调查显示，官厅水库的水资源利用效率较高，主要得益于水库管理部门的科学调度和农田灌溉的改进。
然而，仍有部分农田存在水资源浪费的现象，如灌溉方式不合理、水浇地不均匀等。
因此，建议加强对农田灌溉的技术培训，提高农民的水资源利用效率。
四、生态环境影响调查1. 水库对生态环境的保护作用官厅水库在防洪、供水、灌溉等方面发挥着重要作用，对当地的农田和生态环境具有显著的保护效果。
水库周边的湿地和植被得到有效保护，为当地的生态系统提供了良好的生存条件。
2. 水库建设对生态环境的影响水库建设虽然对当地生态环境产生了一定的影响，但通过科学的水库管理和环境保护措施，这些影响得到了有效的缓解。
官厅水库湿地公园水质保护工程
第13卷 第4期 湿 地 科 学 与 管 理Vol.13 No.4 2017年12月 WETLAND SCIENCE & MANAGEMENT D ec.2017官厅水库湿地公园水质保护工程冯嵩 赵洪喜 袁康宁（亿利生态修复有限公司，北京 100020）摘 要 官厅水库对首都供水安全具有重大意义，目前湿地水质呈微污染、富营养化的趋势。
官厅水库湿地公园建设应以水质保护为核心，兼顾生态环境与科普教育。
按照点源、面源和内源污染的控制途径，提出源头控制、过程拦截和生态修复的水质保护措施。
根据项目特点，因地制宜地提出了库滨带修复与重建、水生态群落修复与重建、生态浮岛布设及人工湿地优化改造4种典型的生态修复措施。
湿地公园整体建设、保育和后期运行管理可显著改善水质，建议开展水质大数据采集，便于规划设计阶段GIS分析与今后水质发展趋势研究。
关键词 湿地公园；水质保护；污染控制；生态修复 Guanting Reservoir Wetland Park Water Quality ProjectFENG Song ZHAO Hong-Xi YUAN Kang-Ning（Elion Ecological Restoration Co.Ltd., Beijing 100020）Abstract The Guanting reservoir is of great significance to the water supply security of the capital．At present,the water quality of the wetland shows the trend of micro-pollution and eutrophication. The construction of Guanting reservoir wetland park should be centered on the protection of water quality, taking into account both the ecological environment and the public science education．Water quality control measures should be targeted on point sources,area source and internal sources of pollution, in order to establish a holistic approach to controlling origin of pollution, process interception and ecological restoration．According to the characteristics of the project and local conditions, four typical measures of ecological restoration，riparian restoration and rehabilitation, the aquatic community restoration and rehabilitation, the deployment of ecological floating islands and artificial wetland optimization and improvement．The overall construction, maintenance and post operation management of the wetland park can significantly improve water quality．It is recommended to carry out big data collection of water quality in order to use GIS analysis for the design stage and studies of future trend of water quality.Key words Wetland Park; Water quality control; Pollution control; Ecological restoration官厅水库位于北京和张家口的交界，是新中国成立以来修建的第一座大型水库，也是北京市主要供水水源地之一。
官厅水库(北京段)水体富营养化评价与分析
官厅水库(北京段)水体富营养化评价与分析
郭凯;赵文;徐锋;徐立蒲;殷守仁;曹欢;王小亮
【期刊名称】《大连海洋大学学报》
【年(卷),期】2009(024)005
【摘要】利用非生物因子、浮游植物密度、生物量、种类组成及初级生产力等生物学指标对官厅水库(北京段)3个水体的富营养化状况进行了评价与分析.结果表明:该水体已达到富营养化状态,主成分分析显示对水体富营养化影响较大的水化因子首先是氮,其次是磷.文中简要分析了氮、磷来源,并提出了治理措施.
【总页数】6页(P453-458)
【作者】郭凯;赵文;徐锋;徐立蒲;殷守仁;曹欢;王小亮
【作者单位】大连水产学院,辽宁省水生生物学重点实验室,辽宁,大连,116023;大连水产学院,辽宁省水生生物学重点实验室,辽宁,大连,116023;大连水产学院,辽宁省水生生物学重点实验室,辽宁,大连,116023;北京市水产技术推广站,北京,100012;北京市水产技术推广站,北京,100012;北京市水产技术推广站,北京,100012;北京市水产技术推广站,北京,100012
【正文语种】中文
【中图分类】S932
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保定市主要水库水体富营养化状况研究
保定市主要水库水体富营养化状况研究
石敬波
【期刊名称】《地下水》
【年(卷),期】2024(46)3
【摘要】水体富营养化[2]主要是指的是湖库水体中营养盐含量偏高主要是氮磷超高而引起的水质污染现象,人畜长期饮用这些物质含量超过一定标准的水,会中毒致病。
本文主要根据2018-2022年保定市主要四大水库监测数据分析保定市水库水体富营养化状态及其主要影响因子分析。
研究结果显示,保定市四大主要水库,水质较好,但总氮超标较高。
其中西大洋、王快、安格庄水库总氮来源主要为农业面源污染、居民生活污水经排放流入上游入库河流导致;龙门水库总氮超标主要为农业面源污染及由于水库常年处于死库容导致的污染物堆积产生的营养盐分解回归的内部源污染。
【总页数】3页(P93-95)
【作者】石敬波
【作者单位】河北省保定水文勘测研究中心
【正文语种】中文
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官厅水库沉积物中细菌群落与水-沉积物磷循环的开题报告
官厅水库沉积物中细菌群落与水-沉积物磷循环的开
题报告
1. 研究背景和意义：
官厅水库是京津唯一的大型水源地之一，是满足北京市及周边地区
饮用水需求的重要来源。
然而，近年来，官厅水库出现了蓝藻水华和水
质恶化等问题，其中磷营养盐是导致这些问题的重要原因之一。
因此，
了解水库沉积物中细菌群落与水-沉积物磷循环的关系，对于水库水质管
理和保护具有重要意义。
2. 研究内容和方法：
本研究拟采集官厅水库不同深度的沉积物样品和水样，分离鉴定细
菌群落，并分析其与水-沉积物磷循环的关系。
具体实验步骤如下：
（1）采集官厅水库不同深度的沉积物样品和水样；
（2）分离鉴定沉积物中的细菌群落，并构建菌群落组成的柱状图；
（3）分析水-沉积物界面上的不同细菌群落与磷循环的关系，如磷
解除菌的丰度和磷酸化细菌的丰度等；
（4）探究不同磷循环微生物丰度与水质参数（如总磷、总氮等）的相关性，并使用全信息流量排序（SPI）算法识别水-沉积物界面上的关键微生物。
3. 预期结果和意义：
通过本研究，可以了解官厅水库沉积物中微生物群落的种类和数量，并揭示不同微生物株与磷循环的关系。
预计发现磷解除菌群落的丰度与
磷的释放有关，磷酸化菌群落的丰度与磷的固定和沉积有关。
同时，还
可以探究微生物与水质参数之间的关系，为水库水质管理和保护提供科
学支撑。
本研究对于完善水库水质生态系统模型和制定水库保护政策具有重要的意义。
官厅水库上游区域面源型氮磷污染特征
官厅水库上游区域面源型氮磷污染特征
徐雅;张彩香;范增辉;廖小平;南超;吕幽
【期刊名称】《安全与环境工程》
【年(卷),期】2022(29)2
【摘要】官厅水库是北京市重要的地表水源之一。
通过对官厅水库上游区域代表
性地表水和沉积物的氮磷含量调查,以及对两个典型地块进行了模拟地表径流的降
雨试验,研究了官厅水库上游区域面源型氮磷污染特征。
结果表明:官厅水库上游区
域大部分的地表水中氮/磷浓度高于《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中地表水Ⅴ类水标准限值,地表径流是水库中氮磷污染的主要来源;降雨时,氮元素易于从土壤中释放且随水流迁移至更远距离,而磷元素易于被土壤中黏土矿物吸附,随降
雨纵向下渗扩散;此外,不同土壤类型及其性质也决定着土壤中氮磷元素的迁移特征。
该研究结果可为官厅水库上游区域氮磷面源污染控制提供依据。
【总页数】7页(P160-165)
【作者】徐雅;张彩香;范增辉;廖小平;南超;吕幽
【作者单位】中国地质大学(武汉)生物地质与环境地质国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】X524
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第41卷 第4期2011年07月吉林大学学报(地球科学版)Jour nal of Jilin U niver sity(Ea rth Science Editio n)Vo l.41 No.4July 2011官厅水库生物固氮作用对水体富营养化的响应孙寓姣,陈 程,丁爱中,程莉蓉北京师范大学水科学研究院,北京 100875摘要:以官厅水库富营养化水体为研究对象,利用乙炔还原法测量水体生物固氮能力,结合变性梯度凝胶电泳(DGG E)技术对固氮生物nifH 基因进行分析。
实验结果表明,官厅水库水体存在生物固氮现象,固氮速率为0.172~9.35nmol/(m 3 d),与水体氨氮、总氮、总磷呈显著相关性(P =0.998,r =0.000;P =0.986,r =0.000;P =0.968,r =0.002)。
DGG E 图谱显示:各点固氮细菌丰度差异较大,Shannon Weaver 指数为0.80~ 2.45,固氮细菌丰度和总氮、总磷存在较强相关性(P =0.737,r =0.094;P =0.787,r =0.063)。
随着水体富营养水平的上升,固氮微生物多样性急剧增加,水体固氮能力也随之上升。
自然固氮可能对原本富营养化的水体产生更大危害。
关键词:官厅水库;生物固氮;富营养化;聚合酶链式反应 变性梯度凝胶电泳中图分类号: 文献标志码:A 文章编号:1671 5888(2011)04 1179 07收稿日期:2010 09 08基金项目:国家自然科学基金项目(50708008)作者简介:孙寓姣(1975 ),女,黑龙江哈尔滨人,副教授,主要从事环境生物技术和污染环境微生物学方面的研究,Email:sunyujiao @通信作者:丁爱中(1969 ),男,安徽怀宁人,教授,博士生导师,主要从事水污染控制、水生态与环境修复研究,E mail:ading@ 。
Response of Biological Nitrogen Fixation to EutrophicWater in Guanting ReservoirSU N Yu jiao,CH EN Cheng,DING Ai zhong,CH EN G Li rongColleg e of W ater S cie nces ,B eij ing N or mal Univ e rsity ,Beij ing 100875,ChinaAbstract:In Guanting reservo ir,bio log ical nitro gen fix ation rate (NFR )w as measured w ith acety lene reduction method,the diver sity o f nitrog en fixation bacteria (NFB)w as rev ealed w ith nifH gene PCR DGGE fingerprint.The results show ed that biolo gical nitrog en fix ation ex ists in Guanting reservoir,the rates of nitro gen fix ation rang ed from 0.172to 9.35nmol/(m 3d).There w as a po sitiv e cor relation betw een N FR and NH +4-N (P =0.998,r =0.000),T N (P =0.986,r =0.000),T P (P =0.968,r =0.002)concentratio ns,r espectively.DGGE fingerprint indicated the (NFB)abundance differed between six sites and positive correlatio ns w er e found betw een NFB abundance and T N (P =0.737,r =0.094),TP (P =0.787,r =0.063).Shannon Weaver index varied in a rang e of 0.80 2.45.During the pr ocess o f eutrophication in reserv io r,nitrog en fixation bacteria div ersity incr eased w ith the nutrient status and ther eby NFR enhanced.In addition,bio logical nitrog en fix atio n could agg ravate eutrophication in Guanting reserv oir.Key words:Guanting reservo ir;biolog ical nitrogen fixation;eutro phication;PCR DGGE0 引言官厅水库位于北京市西北部,曾是北京市主要饮用水源地之一。
自20世纪80年代以来,官厅水库水体严重富营养化,并且在夏季会发生严重的铜绿微囊藻水华[1],因而官厅水库于1997年退出北京市饮用水体系[2 3]。
于勇勇[4]利用主成分分析法对官厅水库1990 1999年10个监测断面的水质数据进行了分析,结果显示,氨氮(NH +4-N )、总氮(TN)、总磷(TP)是官厅水库富营养化的主要贡献因子。
近年来,由于北京市饮用水需求量的增加,饮用水短缺问题日益严重,官厅水库的水体修复成为亟待解决的问题之一。
水体氮营养元素的来源主要有人为源及天然源,目前针对官厅水库氮素人为来源的研究很多[5 6],但是对其天然来源的研究则很少。
已有研究表明:生物固氮作用在氮素的自然循环中扮演着重要角色,它甚至是很多氮限制水体(例如海洋和贫营养湖泊)中氮素的重要来源[7 14]。
在一些富营养湖泊中,固氮蓝藻也会成为优势种[7,15]。
对水体固氮细菌群落结构的研究,是弄清微生物固氮作用过程的基础。
利用传统分离培养方法,仅能获取环境中不到1%的细菌类群[16],不利于了解环境微生物的真实存在状况。
利用分子生物学手段进行微生物生态学研究,大大提高了对实际环境中微生物多样性的全面认识,聚合酶链式反应(po lymerase chain r eaction,简称PCR)和变性梯度凝胶电泳(denaturing g radient gel electro phor esis,简称DGGE)技术的联合使用,使得环境微生物分子生态学研究向前迈进了一大步。
1993年M uzyer 等[17]首次将PCR DGGE 技术应用于微生物生态学研究,并证实了这种技术在研究自然界微生物群落遗传多样性和种群差异方面具有明显的优越性。
笔者应用乙炔还原法测量官厅水库水体的生物固氮能力,同时利用PCR DGGE 技术对官厅水库不同区域水体固氮细菌群落结构变化进行了研究,以期发现官厅水库水体固氮微生物固氮能力及其群落结构对富营养化水平的响应。
1 材料与方法1.1 水样采集水样于2009年7月20日采自官厅水库,采样时水库库区发生严重水华。
共设6个采样点(S1S6),其中,S1,S2,S3位于官厅水库上游妫水河,S4,S5,S6位于水库库区。
采样中使用GPS 系统对每个采样点进行精确定位,采样点位置见图1。
图1 官厅水库采样点图Fig.1 Location of sampling sites in Guanting reservoir用有机玻璃采样器采集水深0.5m 左右处水样。
用于测定固氮速率的水样注入经盐酸浸泡洗净、水样反复润洗的玻璃瓶中,低温条件下避光带回实验室;用于基因组DNA 提取的水样,注入洗净灭菌后的玻璃瓶中低温带回实验室;其它水样用预先洗净的聚乙烯采样瓶采集,低温带回实验室检测。
1.2 水样分析1.2.1 水体固氮速率测定水样经过浓缩后,采用乙炔还原法测定水体固氮速率[18 21]。
具体过程如下:取150m L 水样经定性滤纸过滤除去悬浮颗粒物,再用0.22 m 孔径纤维滤膜过滤去除藻类及微生物待用;另取1500mL 水样在8500 g 力、4 条件下离心20m in 以沉降藻类及微生物细胞;弃上清液,用150m L 经过滤处理的水样重悬浮,即将水样浓缩10倍;取浓缩后的水样50m L,注于65mL 磨口三角瓶中,用注射器抽取顶端15%的空气,并注入等量乙炔气体;水样在27 C 培养箱中水浴培养72h,加入0.1m L 50%三氯乙酸(TCA)[22]后终止反应;取100 L 顶端气体,用SP 2100型气相色谱检测乙炔含量,换算成氮含量表示固氮速率。
每个采样点均设置3组平行样,同时用无菌水设置3组对照实验。
1.2.2 总DNA 提取及固氮nifH 基因扩增水样在无菌条件下经0.22 m 孔径醋酸纤维素滤膜过滤,生物样品浓缩于滤膜上,滤膜置于-20 条件下保存。
使用Omeg a Water DNA Kit1180吉林大学学报(地球科学版) 第41卷试剂盒按其操作说明提取水体微生物的总DNA 。
利用1.2%的琼脂糖凝胶电泳检测结果。
本研究使用巢式PCR 对固氮nifH 基因进行扩增,所用的外引物为FGPH 19和PolR,内引物为GC PolF 和AQER [23]。
PCR 反应液含有:1 L 已提取的DN A 样品, 5.0 L 10 PCR 缓冲液(Takara 公司),4.0 L 2.5mm ol/L dNT P 混合液(Takara 公司),20mm ol/L 上下游引物各1 L,0.25 L(0.5U / L)T aq 聚合酶(T akara 公司),添加无菌水将反应液补齐至50 L 。
PCR 扩增条件为:94 预变性5min;94 变性60s,54 退火60s,72 延伸2m in,共进行30个循环;最后72 延伸7min 。
使用无菌水替代DNA 作为阴性对照。
第一轮PCR 反应结束后取1 L 产物为模板,使用内引物进行第二轮扩增。
第二轮PCR 反应的反应液与第一轮组成基本一致,只是将第一轮反应体系中5.0 L 的10 PCR 缓冲液换成25 L 的2 GCPCR 缓冲液,添加无菌水将反应液补齐至总体系50 L 。
第二轮PCR 扩增条件为:94 预变性5m in;94 变性60s,56 退火60s,72 延伸2min,共进行30个循环;最后72 延伸7min 。
使用无菌水替代第一轮PCR 产物作为阴性对照。