氮、磷過量輸入是造成地表水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因。我國(guó)是世界上最大的農(nóng)業(yè)國(guó)和化肥使用國(guó)之一,氮肥施用量約占全球的32%。如何在流域尺度定量不同來源氮污染對(duì)流域水污染的貢獻(xiàn),仍面臨挑戰(zhàn)。由于磷、氮元素化學(xué)性質(zhì)不同,其賦存形態(tài)、遷移轉(zhuǎn)化過程均存在差異。同步、高效地削減農(nóng)業(yè)面源氮、磷污染的輸入,是當(dāng)前農(nóng)業(yè)面源污染治理的難點(diǎn)。此外,隨營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在湖(庫)沉積物中的不斷累積,內(nèi)源污染對(duì)水體的貢獻(xiàn)越來越大,成為未來湖(庫)污染治理的重點(diǎn)。基于此,中科院地化所王敬富副研究員(院青促會(huì)會(huì)員)圍繞流域污染物溯源與綜合防治開展了系統(tǒng)研究,取得了階段性成果如下: (1)選取南方喀斯特地區(qū)典型小流域?yàn)閷?duì)象,應(yīng)用硝酸鹽δ15N-δ18O雙同位素,結(jié)合流域水化學(xué),定量了硝酸鹽各來源端元的貢獻(xiàn)率。發(fā)現(xiàn):1)流域硝酸鹽來源主要為化肥、生活污水和降雨等,污染輸入集中在雨季(5月-9月)。2)SIAR模型計(jì)算顯示,不同來源氮污染平均貢獻(xiàn)依次為:農(nóng)業(yè)源(52.7%)>生活源(39.9%)>大氣來源(7.4%)。研究提出了“削減化肥施用量+生活污水集中收集凈化”的流域氮污染控制策略,為我國(guó)南方喀斯特農(nóng)業(yè)集水區(qū)氮污染防治工作提供了有益借鑒。上述研究成果發(fā)表在農(nóng)林科學(xué)領(lǐng)域期刊《Agriculture, Ecosystems and Environment》上。 (2)研發(fā)了天然沸石(NZ)、鋁改性粘土(AMC)和鑭改性膨潤(rùn)土(LaMP)材料,研究了改良湖濱帶土壤對(duì)溶解態(tài)無機(jī)磷(DIP)和氨氮的去除效果與機(jī)理。發(fā)現(xiàn),AMC和LaMB改良土壤的DIP去除率分別高達(dá)93.6%和93.9%,兩者通過形成NaOH-P和NaHCO3-P提高了土壤對(duì)磷素的固持能力。此外,LaMB改良土壤可同步去除農(nóng)田徑流中的氨氮,去除率為89.3%。研究為農(nóng)業(yè)面源氮、磷污染同步治理技術(shù)研發(fā)提供新思路,為流域湖濱緩沖帶建設(shè)提供了實(shí)踐參考。上述研究成果發(fā)表在農(nóng)林科學(xué)領(lǐng)域期刊《Agriculture, Ecosystems and Environment》上。 
(3)開發(fā)了專門針對(duì)湖庫沉積物-水界面(SWI)進(jìn)行精準(zhǔn)增氧的新材料(ONBMM)。ONBMM可在毫米尺度提高SWI的溶氧水平,最高濃度達(dá)6.55 mg/L。投加后,內(nèi)源TP、NH3-N和TN輸入通量分別降低了96.4%、51.1%和24.9%。自主研發(fā)的新型鈍化劑(AMC),成功應(yīng)用于貴陽市黔靈湖內(nèi)源污染治理工程,工程區(qū)水環(huán)境、水生態(tài)持續(xù)改善,水體TP濃度降低82%,Chl-a濃度降低70%以上,底泥孔隙水SRP濃度降低60%,水體透明度和溶解氧顯著提升,底棲生物和浮游動(dòng)物種群和豐度明顯增加。開發(fā)的新材料在湖(庫)內(nèi)源氮、磷污染原位控制方面具有廣闊應(yīng)用前景。上述研究成果發(fā)表在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域期刊《Science of the Total Environment》上。 上述研究受中科院戰(zhàn)略先導(dǎo)專項(xiàng)B(XDB40020400)、國(guó)家自然科學(xué)基金(41773145、41977296)、廣西重大專項(xiàng)(AA17204078)、中科院青促會(huì)專項(xiàng)(2019389)和中科院創(chuàng)新交叉團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目共同資助。
論文信息: 1. Wang, J.F.*, Chen, J.A., Jin, Z.X., Guo, J.Y., Yang, H.Q., Zeng, Y., Liu, Y. Simultaneous removal of phosphate and ammonium nitrogen from agricultural runoff by amending soil in lakeside zone of Karst area, Southern China. Agriculture, Ecosystems and Environment, 2020, 289: 106745. 2. Wang, J.F.*, Chen, J.A.*, Yu, P.P., Yang, X.H., Zhang, L.J., Geng, Z.L., He, K.K. Oxygenation and synchronous control of nitrogen and phosphorus release at the sediment-water interface using oxygen nano-bubble modified material. Science of the Total Environment, 2020, 725: 138258. 3. Jin, Z.X., Wang, J.F.*, Chen, J.A., Zhang, R.X., Li, Y., Lu, Y.T., He, K.K. Identifying the sources of nitrate at a small watershed using δ15N-δ18O isotopes of nitrate in the Kelan Reservoir, Guangxi, China. Agriculture, Ecosystems and Environment, 2020, 297: 106936. 4. Yang, H.,He, K.KK., Lu, D.P., Wang, J.F.*, Xu,D., Jin, Z.X., Yang, M.X., Chen, J.A.*. Removal of phosphate by aluminium-modified clay in a heavily polluted lake, Southwest China: Effectiveness and Ecological risks. Science of the Total Environment, 2020, 705: 135850.
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