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氨氮和硝氮在太湖水华自维持中的不同作用

周涛,李正魁*,冯露露

(南京大学环境学院,污染控制与资源化研究国家重点实验室,南京210093)

摘要：通过室内实验和野外监测相结合的方法,探讨了氨氮(NH4+-N)和硝氮(NO3--N)在太湖水华自维持中的不同作用.室内实验结果表明,水华微囊藻在以NH4+-N为氮源时比以NO3--N为氮源时具有更高的生长以及光合能力,当生长在不同的NH4+-N/NO3--N(浓度比)上时水华微囊藻均优先吸收NH4+-N,而当NH4+-N浓度大于2mg/L时,水华微囊藻的生长速率急剧下降;野外监测结果显示,在太湖藻型区,水体中的氮源以NO3--N为主,除了竺山湾,其余湖区全年NH4+-N/NO3--N基本在0.5以下, NH4+-N年平均浓度在2mg/L以下.这些结果表明,太湖中巨大的氨再生量使得浮游植物能以NH4+-N为主要氮源生长,而低浓度NH4+-N环境避免了浮游植物的生长受到抑制,两者共同保证了夏秋季太湖浮游植物的高生长以及光合能力,使得微囊藻生长旺盛、蓝藻水华维持在严重状态.

关键词：氨氮；硝氮；水华自维持；太湖

The different roles of ammonium and nitrate in the bloom self-maintenance of Lake Taihu.ZHOU Tao, LI Zheng-kui*, FENG Lu-lu (State Key Laboratory of Pollutant Control and Resources Reuse, School of Environment, Nanjing University, Nanjing 210093, China)

Abstract: The different roles of ammonium (NH4+-N) and nitrate (NO3--N) in the bloom self-maintenance of Lake Taihu were discussed through the combination of laboratory study and field monitoring. During laboratory study, Microcystis flos-aquae growing on NH4+-N had higher ability of growth and photosynthesis than those growing on NO3--N and they always assimilated NH4+-N preferentially when growing on different ratios of NH4+-N/NO3--N, but when NH4+-N concentration exceeded 2mg/L, their growth rate declined sharply. Field monitoring results showed that in

algae-dominated regions of Lake Taihu, the dominated nitrogen source was NO3--N. Except in Zhushan Bay, the concentration ratios of NH4+-N/NO3--N were mainly below 0.5 all over the year and the annual mean concentrations of NH4+-N were below 2mg/L. These results indicate that the large quantity of regenerated NH4+ enable the phytoplankton of Lake Taihu to rely mainly on NH4+-N to grow, while low NH4+-N concentration avoid inhibiting their growth, which ensure their high ability of growth and photosynthesis, leading the vigorous growth of Microcystis and maintenance of serious bloom of Lake Taihu.

Keywords: ammonium；nitrate；bloom self-maintenance；Lake Taihu

一般认为,氮是海洋浮游植物生长的主要限制因子[1],而在淡水中磷则是主要限制因子[2],但许海等研究表明,氮在太湖浮游植物的生长中具有重要作用,在夏秋季蓝藻水华暴发时期,氮的作用更是超过磷,成为限制浮游植物生长的因子[3].太湖中的氮以无机氮为主,硝氮(NO3--N)和氨氮(NH4+-N)在无机氮中占了主要部分,其中又以NO3--N居多[3],而对于这两种太湖中主要形态的氮在太湖蓝藻水华自维持中的作用,国内外相关报道甚少.

室内实验条件虽与自然条件相差甚远,但可让我们了解太湖水华优势藻种在不同形态氮上时生长以及光合特性的差异,所以室内蓝藻培养实验仍具有一定意义.本文拟通过室内实验和野外监测相结合的方法,探讨NH4+-N和NO3--N在太湖蓝藻水华自维持中的不同作用.

1 材料与方法

收稿日期：

基金项目：国家重点基础研究发展项目(2008CB418003),江苏省自然科学重点基金项目（BK2010056）

*责任作者, 教授,zhkuili@https://www.wendangku.net/doc/a012353279.html,

1.1野外采样实验

1.1.1 采样

图1 采样点位分布

Fig.1 Sampling sites

本研究在水华严重的太湖西北部竺山湾、梅梁湾、入湖河道口及湖心区设四个采样点(图1).从2010年1月到2011年12月每个月进行一次采样(2010年2月未进行采样),采样时采集表层0.2m以下和底层0.2m以上的等体积混合水样,采集好的水样立即运回实验室进行各项指标的分析测定.

1.1.2水化指标的测定水样经孔径为0.45um 的醋酸纤维滤膜过滤后,测定以下指标: NO3--N、NH4+-N和NO2--N.NO3--N采用紫外分光光度法测定,NH4+-N采用纳氏试剂分光光度法测定,NO2--N采用N-(1-萘基)乙二胺分光光度法测定[4].

1.1.3浮游植物分析浮游植物计数采用计数框行格法,在放大400倍的视野下进行.浮游植物种类鉴定参照《淡水微型生物图谱》[5]以及《中国淡水藻类：系统、分类及生态》[6].

1.2 室内培养实验

1.2.1 实验藻种及培养条件实验藻种选用分离自太湖的水华微囊藻(Microcystis flos-aquae, FACHB1028),是太湖蓝藻暴发优势藻种之一,由中科院武汉水生生物研究所提供.采用的培养基为BG-11,在温度为30℃、光照强度为55umol/m2·s、光暗比为12h:12h的条件下置于光照培养箱中培养.

1.2.2实验设置藻采用无菌方式培养,实验前取培养至对数期的藻液10mL至已灭菌的15mL离心管中,离心后弃上清液,用灭菌的无氮BG-11培养基(对BG-11的配方稍作改变,除了Na2EDTA中的少量氮外,不含其它氮)清洗三次,将清洗后的藻转接至700mL无菌的无氮BG-11培养基中饥饿培养3天后添加不同氮源进行实验.藻培养于1L锥形瓶中,温度和光照条件同上.

根据实验目的的不同,实验分成以下三组进行:

(1)为对比水华微囊藻在NH4+-N和NO3--N 下的生长以及光合特性,将一定量的(NH4)2SO4和NaNO3分别添加到无氮培养基中,使初始氮浓度为3mg/L,另外一组不加氮作为对照.每隔四天测定以下指标:藻密度、NH4+-N、NO3--N、NO2--N、总氮(TN)、光系统Ⅱ(PSⅡ)最大光量子产量(Fv/Fm).

(2)为探讨水华微囊藻对NH4+-N和NO3--N 的优先吸收特性,不同NH4+-N/NO3--N (浓度比)(4/1、1/1、1/4)的氮源分别添加到无氮培养基中,使初始氮浓度为3mg/L.每天测定NH4+-N 和NO3--N浓度.

(3)为探讨不同NH4+-N浓度对水华微囊藻生长速率的影响,将不同量的(NH4)2SO4分别添加到无氮培养基中,使初始NH4+-N浓度分别为0.5、1、2、3、4mg/L.藻的生长速率用下式计算：μ=ln(X2/X1)/t,其中,μ指藻生长速率,X1指初始藻密度,X2指藻生长时期最大藻密度,t指达到最大藻密度的时间.

上述指标测定前的取样采用无菌操作方式.

1.2.3指标测定方法

NH4+-N和NO3--N的测定方法同―野外采样实验‖,藻密度采用血球计数法测定,Fv/Fm采用叶绿素荧光仪(Walz)进行测定[7].

2 结果

2.1 浮游植物季节变化

浮游植物(c e l l s /u L )

微囊藻(c e l l s /u L )

图2 浮游植物和微囊藻变化

Fig.2 Seasonal variation of phytoplankton and

Microcystis number

表1 微囊藻占浮游植物数量百分比 Table1 Number percentages of Microcystis in

phytoplankton

点位

百分比(%) 春季

夏季秋季冬季 1 40 59 43 46 2 44 82 91 65 3 56 88 87 65 4

Oliver 和Ganf 认为[8]水体中浮游植物浓度

达到20cells/uL 即可视为水华.从图

2可以看到,四个湖区全年浮游植物浓度基本上均达到了这

个数值,夏秋季节达到峰值,几乎都处于100cells/uL 以上,其中以梅梁湾(点位2)最为严重,最高值达到402cells/uL.微囊藻和浮游植物呈现类似的变化,其在浮游植物中占有很大的比例(表1),在夏秋季节,除竺山湾(点位1)以外,浮游植物均以微囊藻为主. 2.2 溶解性无机氮季节变化

N O 3-

(m g

/L )

N H +

(m g /L )

N O 2-

(m g /L )

图3 溶解性无机氮变化

Fig.3 Seasonal variation of dissolved inorganic nitrogen

concentration

浓度(m g /L )

t(d)

浓度(m g /L )

t(d)

图4 水华微囊藻生长在NH 4+-N 和NO 3--N 上时

NH 4+-N 、NO 3--N 、NO 2--N 和TN 的变化 Fig.4 Variation of NH 4+-N 、NO 3--N 、NO 2--N and TN concentration when Microcystis flos-aquae growed on

NH 4+

-N and NO 3-

-N

从图3可以看到,四个采样点的NO 3--N 波动范围较大,并且均在春季较高,夏秋季节水华暴发时降低,冬季有所回升,NH 4+-N 和NO 2--N 则呈现出与季节无关的变化,三氮之中,NO 3--N 含量最高,NH 4+-N 次之,NO 2--N 含量最低,在这四个采样点,除了竺山湾的NH 4+-N 较高之外,其余三个湖区的NH 4+-N 几乎均在1mg/L 以下, 四个采样点四季NH 4+-N/NO 3--N(浓度比)基本在0.5以下,点位2和4有时甚至在0.2以下.

NO 2--N 则基本在0.3mg/L 以下.

2.3 水华微囊藻在NO 3--N 和NH 4+-N 下的生长和光合特性

藻密度(c e l l

s /n L )

t (d)

图5 不同氮源下水华微囊藻的生长曲线 Fig.5 Growth curves of Microcystis flos-aquae on

different nitrogen sources

F v /F m

t (d)

图6水华微囊藻PSII 最大光量子产量(Fv/Fm)的变化

Fig.6 Variation of Fv/Fm of Microcystis flos-aquae

为探讨NH 4+-N 和NO 3--N 在太湖水华自维持中的不同作用,在实验室进行了添加NH 4+-N 和NO 3--N 的实验.从图4可以看到,当水华微囊藻生长在NO 3--N 上时,有少量NH 4+-N 产生,而未检出NO 2--N,TN 基本不变,当生长在NH 4+-N 上时,NO 3--N 和NO 2--N 均未检出,TN 基本不变,所以在实验过程中发生硝化和反硝化的可能性

不大,藻液应未受菌污染,而在添加NaNO 3的体

浓度/m g ·L -1

t/d

浓度/m g ·L -1t/d 浓度/m g ·L -1

t/d

图7 水华微囊藻生长在不同NH 4+-N/NO 3--N 上时

NH 4+-N 和NO 3--N 浓度的变化

Fig.7 Variation of NH 4+-N and NO 3--N concentration when Microcystis flos-aquae growed on different

concentration ratios of NH 4+-N/NO 3--N

系中检测到少量NH 4+-N 可能是微囊藻作用的结果,因为NO 3--N 等氧化态氮需要先在酶的作用下转化成还原态的氮才能被浮游植物利用[9-10]

.在添加氮源后NO 3--N 和NH 4+-N 都快速下降,而从0-4d 的浓度变化可以看出藻对NH 4+-N 具有更高的吸收速率,两者在第8d 浓度都下降至检出限以下(图4).从图5可以看到,当以NO 3--N 作为氮源的时候,水华微囊藻具有更高的生长速率,可是在12d 以后,即在NO 3--N 浓度降至检出限以下4d 后,就进入衰亡期,而以NH 4+-N 作为氮源时,24d 以后,即在NH 4+-N 浓度降至检出限以下16d 后生长才进入衰亡期,因此当提供等量的NO 3--N 和NH 4+-N 时,水华微囊藻在NH 4+-N 下的生长显然能持续更长时间.Fv/Fm 反应了藻的潜在最大光合能力,从图6可以看到,生长在NO 3--N 上的藻在添加氮源之后Fv/Fm 显著上升,但在8d 之后即在NO 3--N 浓度降至检出限以下后就显著下降,而生长在NH 4+-N 上的藻的Fv/Fm 虽然在添加氮源后上升的幅度没有在NO 3--N 上大并且在4d 后即开始下降,不过一直维持在较高水平,在后期更是远大于NO 3--N 上的值,表明藻生长在NH 4+-N 上能维持更长时间的高光合能力.

2.4 水华微囊藻对NO 3--N 和NH 4+-N 的利用顺序

从图7可以看到,在三种NH 4+-N/NO 3--N(近似为4/1、1/1、1/4)下,NH 4+-N 均优先于NO 3--N 被藻吸收并且在NH 4+-N 浓度降至检出限以下NO 3--N 才开始被藻吸收,所以在同时存在NH 4+-N 和NO 3--N 的情况下,不管两者的相对浓度是如何,水华微囊藻均优先吸收NH 4+-N,且只有在NH 4+-N 被消耗殆尽的情况下,NO 3--N 才会被藻利用进行生长.

2.5 水华微囊藻在不同NH 4+-N 下的生长速率从图8可以看到,NH 4+-N 浓度对于水华微囊藻的生长速率具有较大影响,当NH 4+-N 浓度小于2mg/L 时,生长速率随着浓度的上升而增加,而当NH 4+-N 浓度大于2mg/L 时,生长速率急剧下降,随着NH 4+-N 浓度的上升,生长速率基本

在同一水平.

3 讨论

本研究在太湖所布设的采样点均处于夏秋季会发生严重水华的湖区(图2),即藻型湖区,在这四个采样点所代表的四个湖区中,主要的氮源种类均为NO3--N, NH4+-N浓度相对较低(图3),这与前人的监测结果是相一致的,并且太湖中的溶解态氮以这两种氮为主[3,11].通过对比水华微囊藻在这两种氮下的生长和光合特性发现,在外界氮源浓度降至检出限以下后,藻在

NH4+-N下能使自身生长维持更长时间而且具有更强的光合能力,因此在处于氮限制时,以NO3--N作为氮源的藻的光合能力可能就会显著下降,生长就会受到影响,而以NH4+-N作为氮源的藻的光合能力仍能维持在较高水平,生长也能持续较长时间,先前的研究显示[9-10],

NH4+-N等还原态氮是浮游植物最喜欢利用的氮形式,因为利用这些形式的氮消耗的能量更少,而NO3--N等氧化态氮需要先在酶的作用下转化成还原态的氮才能被利用,因此在以

NH4+-N作为氮源时,藻有更多的能量用于生长,可能因而导致藻在NO3--N下的生长及光合作用的劣势,而水华微囊藻的这种生长特性也意味着当太湖中的藻以NH4+-N为主要利用的氮源形式时,藻将更有活力,水华就可能持续更长时间.

氨再生是普遍存在于水生态系统中的一种现象,水体中的各种有机和无机氮被吸收后可通过各种氮的水体内循环途径转化成NH4+-N 进入到水体中[12],这部分氮又可被浮游植物利用.太湖作为一个大型浅水湖泊,相对于深水湖泊,水中更容易形成较高的溶解氧环境,有机物的矿化——氨再生途径之一[13]更易发生,所以太湖每年有巨大的氨再生量,达到外界氮输入量的4倍[10],这部分NH4+-N成为一种内源性的氮源,在浮游植物生长中扮演着重要的角色,先前的研究显示[10,14],在太湖的藻型区发生水华时, NH4+-N具有很高的再生速率,在有光照时梅梁湾NH4+-N再生速率最高达吸收速率的68%,而在无光照时这两个数值几乎相等,这意味着再生的NH4+-N在浮游植物吸收的NH4+-N 中占了很大的比例.

+/mg·L-1

图8 不同NH4+-N浓度下藻生长速率的变化Fig.8 Variation of algal growth rate on different NH4+-N Concentrations

室内实验的研究表明,当水华微囊藻生长在不同的NH4+-N/NO3--N下,水华微囊藻均优先吸收NH4+-N,杨柳等人的研究表明,在太湖藻型区,NH4+-N的吸收速率要远远高于NO3--N[15],所以在太湖的藻型区,浮游植物优先利用

NH4+-N.因此虽然在太湖的藻型区氨再生量巨大,但NH4+-N浓度相对于NO3--N一直较低(图3),换句话说,虽然在这些湖区NO3--N浓度较高,但浮游植物在增殖过程中依赖的氮源很可能主要是NH4+-N.如前所述,NH4+-N是浮游植物最喜欢利用的一种氮形式,在NH4+-N下生长时水华微囊藻具有更高的生长以及光合能力,以

NH4+-N为主要利用的氮源形式时,水华就可能持续更长时间,所以太湖浮游植物主要利用

NH4+-N可能是其水华自维持的机制之一.另外,从图3我们可以看到,太湖NO3--N变化呈现出这样一个特征:春冬季较高,夏秋季较低,而全年NH4+-N浓度一直较低.这可能是因为太湖浮游植物优先吸收NH4+-N,所以虽然太湖氨再生量

巨大,但NH4+-N浓度一直处于低位.虽然太湖是浅水湖泊,水体混合情况良好,但由于浮游植物常常聚集在水面形成“表面水华”,底层的

NH4+-N不太可能被浮游植物利用完全,所以NH4+-N很多时候不会降到检出限以下(图3).而由于春冬季浮游植物数量少(图2),NH4+-N足以供给浮游植物生长,但夏秋季蓝藻水华暴发时

期浮游植物数量大大增加,水中的NH4+-N不足以供给浮游植物生长,所以需要吸收NO3--N来维持生长,这可能是NO3--N呈现出上述变化的原因之一.

虽然浮游植物喜欢利用NH4+-N,但高浓度的NH4+-N对浮游植物有毒害作用,当环境中的NH4+-N浓度过高时,浮游植物的生长以及光合作用就会受到抑制[16],这点在图8中也有所反应:当NH4+-N浓度高于2mg/L时,水华微囊藻的生长速率急剧下降.所以若太湖中NH4+-N浓度过高,将不利于浮游植物的增殖,即不利于水华的维持,但除了竺山湾的少数月份NH4+-N浓度超过2mg/L之外,四个采样点的NH4+-N均小于2mg/L,多数在1mg/L以下(图3),采样点1、2、3、4两年NH4+-N的平均值分别为1.60、0.27、0.67、0.33mg/L,因此太湖为浮游植物生长提供了一

个低浓度的NH4+-N环境,避免了高浓度

NH4+-N对浮游植物生长和光合作用的抑制.氨再生为太湖提供了内源性NH4+-N,同时太湖有外源性NH4+-N输入[17],两者共同为浮游植物、细菌等生物提供NH4+-N,被它们吸收利用,可能因为供给速率和利用速率相差不大,使得

NH4+-N维持在低浓度,这种供给和利用的―默

契配合‖给浮游植物创造了很好的生长环境,而浮游植物优先利用NH4+-N可能加快了NH4+-N 的利用速率,对造就这种―默契配合‖起着重要

的作用,因此太湖水华的持续与NH4+-N浓度保持低位是一种相互维持的关系.

外源性输入不能保证湖心区的浮游植物及时获得NH4+-N,而氨再生的存在使这成为可能,换句话说,氨再生使得浮游植物能够主要依赖NH4+-N进行生长,同时,太湖中的低于2mg/L浓度的NH4+-N环境避免了浮游植物生长受到抑制,两者保证了夏秋季太湖浮游植物有较高的生长以及光合能力,使得微囊藻生长旺盛、蓝藻水华维持在严重状态.

4结论

水华微囊藻在NH4+-N条件下生长时比在NO3--N条件下生长时具有更高的生长以及光合能力,但高于2mg/L的NH4+-N浓度会抑制水华微囊藻的生长,太湖中巨大的氨再生量使得浮游植物能以NH4+-N为主要氮源生长,而低浓度NH4+-N环境避免了浮游植物的生长受到抑制,两者共同保证了夏秋季太湖浮游植物的高生长以及光合能力, 使得微囊藻生长旺盛、蓝藻水华维持在严重状态.

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作者简介：周涛(1988-), 男, 江苏苏州人, 南京大学环境学院硕士研究生, 主要研究方向为蓝藻水华暴发机理.

致谢：感谢叶瑞、陈慧君、叶忠香、刘丹丹、华蓉等人在采样及分析方面的帮助。

总氮丶氨氮丶硝酸盐氮丶亚硝酸盐氮丶凯式氮的知识要点

总氮丶氨氮丶硝酸盐氮丶亚硝酸盐氮丶凯式氮总是傻傻分不清楚？看完这篇文章你就会秒懂! 在污水处理厂里除了COD和BOD以外同样具有综合性的污染指标的衡量标准还有一系列与氮有关的指标：游离氨态氮（NH3-N）丶铵盐态氮（NH4+-N）丶硝酸盐氮（NO3-N）丶亚硝酸盐氮（NO2-N）丶总氮（NT）丶总凯氏氮（TKN）丶尿素、氨基酸、蛋白质、核酸、尿酸、脂肪胺、有机碱、氨基糖等含氮有机物，看到这么与氮有关的检测指标是不是瞬间累觉不爱了？今天M老头带大家了解一下水中的氮元素，然后简单梳理与氮有关的指标之间的相关性，希望您能有所获益。提到氮，我总会不自觉的脱口而出当年初三时期背过的元素周期表口诀：氢氦锂铍硼，碳氮氧氟氖，钠镁铝硅磷，硫氯氩钾钙，还记得那句我是氮，我阻燃，加氢可以合成氨的顺口溜。氮：氮是一种化学元素，它的化学符号是N，它的原子序数是7。氮是空气中最多的元素，在自然界中存在十分广泛，在生物体内亦有极大作用，是组成氨基酸的基本元素之一。氮在地壳中的含量很少，自然界中绝大部分的氮是以单质分子氮气的形式存在于大气中，氮气占空气体积的百分之七十八。动植物体中的蛋白质都含有氮。土壤中有硝酸盐。氮通常的单质形态是氮气。它无色无味无臭，是很不易有化学反应呈化学惰性的气体，而且它不支持燃烧。氮的最重要的矿物是

硝酸盐，硝酸盐几乎全部易溶于水，只有硝酸脲微溶于水，碱式硝酸铋难溶于水。水体中的氮元素是造成富营养化的“罪魁祸首”，往往是水污染控制行业的科研和工程技术的关注重点，其重要性丝毫不亚于有机污染物，水质中氮是反映水体所受污染程度和湖泊丶水库水体富氧化程度的重要指标之一。进入水体中的氮主要有无机氮和有机氮之分。无机氮包括氨态氮（简称氨氮）和硝态氮。

太湖水环境问题

《水环境》课程论文学院 xxxxxxxxx 专业水文水资源工程年级 xxxx级学号 xxxxxx 姓名 xxxxxx

目录 1引言 (2) 2我国湖泊水质概况 (3) 2.1水污染情况 (3) 2.2湖泊水体富营养化状况 (4) 2.21我国湖泊水体富营养化概况 (4) 2.22“三大湖”水体富营养化情况 (4) 3本文研究目的以及研究对象 (5) 3.1太湖自然状况 (5) 3.2太湖水环境状 (5) 3.2.1污染原因以及来源 (5) 3.2.2太湖治理 (6) 3.2.3太湖水质变化过程情况 (7) 4结语 (9) 太湖水环境问题摘要：本文以太湖流域为研究对象，通过查阅大量资料，总结分析了太湖水体富营养化的原因以及治理情况。结果表明，经过治理，太湖流域的水质得到了很大的改善，由早期的中度富营养化转变为现在的轻度富营养化。关键词：太湖流域、水环境、水污染、富营养化 1引言水污染指水体因某种物质的介入，而导致其化学、物理、生物或者放射性等方面特性的改变，从而影响水的有效利用，危害人体健康或者破坏生态环境，造成水质恶化的现象。水体富营养化指由于大量的氮、磷、钾等元素排入到流速缓慢、更新周期长的地表水体，使藻类等水生生物大量地生长繁殖，使有机物产生的速度远远超过消耗速度，水体中有机物积蓄，破坏水生生态平衡的过程。从两者定义我们可以看出水污染是造成水体富营养化的主要原因。

2我国湖泊水质概况 2.1水污染情况表1-1个湖泊水质监测情况通过分析整理历年水利部水资源公报，整理了1998-2011年各湖泊水质监测评价情况可以得出以下一些结论。 2003年以前，我国湖泊水体污染严重，约占评价总数的50%；自2006年后，

太湖蓝藻水华遥感监测方法

J. Lake Sci.(湖泊科学), 2008, 20(2): 145-152 https://www.wendangku.net/doc/a012353279.html,. E-mail: jlakes@https://www.wendangku.net/doc/a012353279.html, ?2008 by Journal of Lake Sciences 太湖蓝藻水华遥感监测方法* 段洪涛1, 张寿选1, 张渊智2 (1: 中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室, 南京 210008) (2: 香港中文大学太空与地球信息科学研究所, 香港沙田) 摘要: 利用遥感技术监测太湖蓝藻水华具有重要的现实意义. 基于不同遥感数据, 包括MODIS/Terra、CBERS-2 CCD、ETM 和IRS-P6 LISS3, 结合蓝藻水华光谱特征, 采用单波段、波段差值、波段比值等方法, 提取不同历史时期太湖蓝藻水华. 结果表明: MODIS/Terra数据可以利用判别式Band2>0.1和Band2/Band4>1提取蓝藻水华; CBERS-2 CCD、ETM和IRS-P6LISS3 数据可以利用Band4大于一定阈值和Band4/Band3>1提取蓝藻水华; 波段比值(近红外/红光>1)算法稳定, 可以发展成为蓝藻水华遥感提取普适模式. 同时, 本文成功利用ETM和IRS-P6LISS3数据Band4波段对蓝藻水华空间分布强度进行了五级划分. 这为今后利用遥感技术, 建立太湖蓝藻水华监测和预警系统奠定了基础. 关键词: 蓝藻; 卫星监测; 多源数据; 太湖 Cyanobacteria bloom monitoring with remote sensing in Lake Taihu DUAN Hongtao1, ZHANG Shouxuan1 & ZHANG Yuanzhi2 (1: State Key Laboratory of Lake Science and Environment, Nanjing Institute of Geography and Limnology, CAS, Nanjing 210008, P.R.China) (2: Institute of Space and Earth Information Science, The Chinese University of Hong Kong, Shatin, NT, Hong Kong, P.R.China) Abstract:It is significant that remote sensing methods is used for monitoring cyanobacteria bloom in Lake Taihu, since it breaks out frequently each year. Based on spectral characters of cyanobacteria bloom, different algorithm including single band, band subtraction and band ratio, were used for bloom mapping, with different instruments such as the MODIS/Terra, CBERS-2 CCD, ETM and IRS-P6. They noted that all these sensors were able to detect cyanobacteria bloom, while the algorithm of band ratio between infrared and red band has a stable correlation with blooms, and it can be developed into a universal pattern. Except that, spatial cyanobacteria bloom concentrations were separated into five classes based on digital number values (DNs) in ETM and IRS-P6 Band 4. This study showed that satellite observations was effectively applied to cyanobacteria bloom monitoring and early-warning for Lake Taihu. Keywords:Cyanobacteria bloom; satellite monitoring; multi-source data; Lake Taihu 水是生命之源, 而湖泊是地球上最重要的淡水资源之一, 是湖泊流域地区经济可持续发展和人们赖以生存的重要基础[1]. 目前, 我国内陆湖泊面临的一个主要问题是水体的富营养化[2], 其重要特征是藻类物质, 特别是蓝藻大量繁殖. 蓝藻异常生长, 极易堆积、腐烂沉降, 形成水华, 在河口以及近岸淤积[3], 不仅破坏水体景观和生态系统平衡, 而且由于蓝藻在生长过程中释放毒素, 消耗溶解氧, 引起水体生物大量死亡, 湖泊水质恶化, 严重威胁了湖泊周围地区的饮水安全[4]. 如2007年5-6月, 由于太湖蓝藻爆发, 无锡重要水源地贡湖南泉水厂取水口遭受严重污染, 导致100多万人饮水困难. 因此, 快速、全面掌握蓝藻分布信息, 对于控制蓝藻水华、评价蓝藻生态环境风险、研究蓝藻异常生长的原因以及建立水质的预 *中国科学院“优秀博士学位论文、院长奖获得者科研启动专项资金”、国家科技支撑计划项目(2007BAC26B01)和江苏省自然科学基金(BK2007261)联合资助. 2007-09-05收稿; 2007-11-06收修改稿. 段洪涛, 男, 1979年生, 博士, 助理研究员; E-mail: htduan@https://www.wendangku.net/doc/a012353279.html,.

关于总氮的基础知识

关于氨氮、总氮、硝态氮、凯氏氮的基础知识凯氏氮是指以基耶达（Kjeldahl)法测得的含氮量。它包括氨氮和在此条件下能转化为铵盐而被测定的有机氮化合物。此类有机氮化合物主要有蛋白质、氨基酸、肽、胨、核酸、尿素以及合成的氮为负三价形态的有机氮化合物，但不包括叠氮化合物，硝基化合物等。总氮包括溶液中所有含氮化合物，即亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、无机盐氮、溶解态氮及大部分有机含氮化合物中的氮的总和氮的氧化态虽然有7种,总氮包含总凯氏氮及氮氧化物,总凯氏氮又可分为有机氮及氨氮而氮氧化物包括硝酸氮及亚硝酸氮,其中有机氮又可分为粒状有机氮及溶解性有机氮,其馀皆属溶解性含氮化物. 为能更详细了解含氮化合物在不同环境下之相互转变及传送现象,可再将溶解性有机物,分为不能生物分解性溶解性有机氮及生物可分解性有机氮.粒状有机氮也可分为生物可分解性有机氮及生物不能分解性之粒状有机氮. 总凯氏氮主要表示废水中氨氮及有机氮之总合总氮表示水中含氮总量先提供教科书对此的说明。污水中的氮，有四种形态，氨氮，有机氮，亚硝酸盐氮，硝酸盐氮，四者合称总氮TN。其中，氨氮与有机氮合称为凯氏氮TKN，这是衡量污水进行生化处理时氮营养是否充足的依据。在常规生活污水中，基本不含亚硝酸盐氮和硝酸盐氮，因此一般情况下，对于常规生活污水的TN=TKN=40mg/L，其中氨氮约25mg/L，有机氮约15mg/L，亚硝酸盐氮，硝酸盐氮可视为0。在我们实际的污水处理厂设计的实践中，发现各地污水总氮及氨氮差异较大，不过常规生活污水的总氮及氨氮大概是：总氮：40－60ppm 氨氮：15－50ppm 一般的，如果氨氮数值与总氮很接近，说明该地污水在管网逗留时间较长，导致有机氮已经分解。在没有实测数据的情况下，教科书的数据可以作为参考。生活污水的氨氮含量一般在20～30mg/L之间通过A/O法，在好氧段进行消化反应，使氨氮转化为硝态氮，通过污泥回流，在缺氧段进行反硝化反应，使在好氧段形成的硝态氮转化为氮气，排入大气。 A/O法生物去除氨氮原理：污水中的氨氮，在充氧的条件下（O段），被硝化菌硝化为硝态氮，大量硝态氮回流至A段，在缺氧条件下，通过兼性厌氧反硝化菌作用，以污水中有机物作为电子供体，硝态氮作为电子受体，使硝态氮波还原为无污染的氮气，逸入大气从而达到最终脱氮的自的。硝化反应：NH4+＋2O2→NO3－＋2H++H2O 反消化反应：6NO3—＋5CH3OH（有机物）→5CO2↑＋7H2O＋6OH—+3N2↑

氨氮测定方法

氨氮氮是有好几个指标：氨氮，总氮，硝酸盐氮，亚硝酸盐氮，凯式氮等氨氮比较简便准确，精密度尚可的就是纳氏试剂比色法，不过一般根据水样浑浊程度，确定采用哪种预处理方法，一般较浑浊的用蒸馏法预处理，较清洁的用絮凝沉降预处理。预处理过的水样，测定氨氮一般用纳氏试剂法测定，含量高点也可以用滴定法。都是国标。氨氮（NH3-N）以游离氨（NH3）或铵盐（NH4+）形式存在于水中，两者的组成比取决于水的pH值。当pH值偏高时，游离氨的比例较高。反之，则铵盐的比例为高。水中氨氮的来源主要为生活污水中含氮有机物受微生物作用的分解产物，某些工业废水，如焦化废水和合成氨化肥厂废水等，以及农田排水。此外，在无氧环境中，水中存在的亚硝酸盐亦可受微生物作用，还原为氨。在有氧环境中，水中氨亦可转变为亚硝酸盐、甚至继续转变为硝酸盐。测定水中各种形态的氮化合物，有助于评价水体被污染和“自净”状况。氨氮含量较高时，对鱼类则可呈现毒害作用。 1．方法的选择氨氮的测定方法，通常有纳氏比色法、苯酚-次氯酸盐（或水杨酸-次氯酸盐）比色法和电极法等。纳氏试剂比色法具操作简便、灵敏等特点，水中钙、镁和铁等金属离子、硫化物、醛和酮类、颜色，以及浑浊等干扰测定，需做相应的预处理，苯酚-次氯酸盐比色法具灵敏、稳定等优点，干扰情况和消除方法同纳氏试剂比色法。电极法通常不需要对水样进行预处理和具测

量范围宽等优点。氨氮含量较高时，尚可采用蒸馏﹣酸滴定法。 2．水样的保存水样采集在聚乙烯瓶或玻璃瓶内，并应尽快分析，必要时可加硫酸将水样酸化至pH<2，于2—5℃下存放。酸化样品应注意防止吸收空气中的氮而遭致污染。预处理水样带色或浑浊以及含其它一些干扰物质，影响氨氮的测定。为此，在分析时需做适当的预处理。对较清洁的水，可采用絮凝沉淀法，对污染严重的水或工业废水，则以蒸馏法使之消除干扰。（一）絮凝沉淀法概述加适量的硫酸锌于水样中，并加氢氧化钠使呈碱性，生成氢氧化锌沉淀，再经过滤去除颜色和浑浊等。仪器 100ml具塞量筒或比色管。试剂（1）10%（m/V）硫酸锌溶液：称取10g硫酸锌溶于水，稀释至100ml。（2）25%氢氧化钠溶液：称取25g氢氧化钠溶于水，稀释至100ml,贮于聚乙烯瓶中。（3）硫酸ρ=。步骤取100ml水样于具塞量筒或比色管中，加入1ml 10%硫酸锌溶液和— 25%

有关太湖水污染的调查报告

有关太湖水污染的调查报告汉语1602班田浩然1150116208 太湖地处长江三角洲，横跨浙江、江苏、上海等省市，流域面积达36000余平方公里，承载人口3000多万，所创GDP占长三角区域工业的60%以上，城市化水平51%，是我国人口最密集,经济最发达地区之一。太湖对周边地区居民的生活用水、工业用水、农业灌溉作用重大,且风景优美、物产丰富、航运便利。太湖流域水资源支撑着社会经济高速发展，但水资源保护措施却相对滞后，水环境明显恶化。自20世纪60年代以来,太湖水质的污染明显加重，表现为每10年左右下降一个级别。目前全流域70%的河湖受到污染，80%河流的水质达不到国家规定的三类水标准，全湖水质达富营养化、局部重富营养化水平，导致流域的水质性水资源危机，直接影响到流域内社会经济的可持续发展，因而保护太湖是个急需行动，有重大意义的课题，引起社会各界的广泛关注和研究，我们当地的大学生群体也理应加入到这个队伍中来，为拥有美丽家园出一份薄力。一、水质现况 2007年5月29日，太湖蓝藻爆发，周边地区水质急剧下降，水中含氧量剧低，鱼虾大量死亡，接着水体发黑发臭，居民生活用水受到严重的威胁。现在太湖污染物成分复杂，富营养化现象严重，农村河网水质劣于城市地区。中科院湖泊研究所化验分析表明，目前太湖流域水环境污染不仅有西方发达国家水污染第一阶段出现的以WBQ、重金属为主的特征，更有西方国家主要由E、R引发水体富营养化的第二阶段特点，还兼有西方国家水体以微量有毒有害有机物为特征的第三阶段的特点。太湖流域河流湖泊总体水质为Ⅳ、Ⅴ类水,劣Ⅴ类水质占检测总数的1/3多。近20a来，太湖水质恶化趋势明显，水质级别下降了两个等级，由原来的Ⅱ类水为主到现在的以Ⅳ类水为主；富营养化程度上升了1.5~2个等级，由20世纪80年代初期的以中营养和中富营养为主，上升到以富营养为主。地表水体呈现出由市区向郊区蔓延的趋势；大中城市水环境质量有所改善，而农村地区污染依然十分严重，且有加剧的趋势。湖泊水质优于河道水质，区域差异比较明显。入湖河道(除望虞河)水质均差于太湖。总体上看，出湖河道的水质要优于

土壤各种氮的测定

土壤铵态氮的测定 2 mol·L-1KCl浸提—蒸馏法 1方法原理用2mol·L-1KCl浸提土壤，把吸附在土壤胶体上的NH4+及水溶性NH4+浸提出来。取一份浸出液在半微量定氮蒸馏器中加MgO（MgO是弱碱，有防止浸出液中酰铵有机氮水解的可能）蒸馏。蒸出的氨以H3BO3吸收，用标准酸溶液滴定，计算土壤中的NH4+—N含量。 2主要仪器振荡器、半微量定氮蒸馏器、半微量滴定管（5mL）。 3试剂（1）20g·L -1硼酸—指示剂。20gH3BO3（化学纯）溶于1L水中，每升H3BO3 溶液中加入甲基红—溴甲酚绿混合指示剂5mL并用稀酸或稀碱调节至微紫红色，此时该溶液的pH为4.8。指示剂用前与硼酸混合，此试剂宜现配，不宜放。（2）0.005 mol·L-11/2H2SO4标准液。量取H2SO4（化学纯）2.83mL，加蒸馏水稀释至5000mL，然后用标准碱或硼酸标定之，此为 0.0200 mol·L-1 (1/2H2SO4)标准溶液，再将此标准液准确地稀释4倍，即得0.005mol·L-11/2H2SO4标准液（注1）。（3）2 mol·L-1KCl溶液称KCl（化学纯）14901g溶解于1L水中。（4）120g·L–1MgO悬浊液 MgO12g经500～600℃灼烧2h，冷却，放入100mL水中摇匀。 4操作步骤

取新鲜土样10.0g（注2），放入100mL三角瓶中，加入2mol·L-1KCl 溶液50.0mL。用橡皮塞塞紧，振荡30min，立即过滤于50mL三角瓶中（如果土壤NH4+—N含量低，可将液土比改为2.5:1）。吸取滤液25.0mL（含NH4+—N25μg以上）放入半微量定氮蒸馏器中，用少量水冲洗，先把盛有20g·L–1硼酸溶液5mL的三角瓶放在冷凝管下，然后再加120g·L–1 MgO悬浊液10mL于蒸馏室蒸馏，待蒸出液达30～40mL 时（约10min）停止蒸馏，用少量水冲洗冷凝管，取下三角瓶，用 0.005mol·L-11/2H2SO4标准液滴至紫红色为终点，同时做空白试验。 5结果计算土壤中铵态氮NH4+—（N）含量（mg·kg-1） = 式中：c——0.005mol·L-11/2H2SO4标准溶液浓度； V——样品滴定硫酸标准溶液体积(mL)； V0——空白滴定硫酸标准溶液体积(mL)； 14.0——氮的原子摩尔质量（g·mol-1）； ts——分取倍数；

水中氨氮亚硝酸盐氮和硝酸盐氮总氮的测定

8.6.5 水中氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮及总氮的测定水中的氨氮指以NH 3和NH 4+型体存在的氮，当pH 偏高时，主要是NH 3，反之，是NH 4+。水中的氨氮主要来自焦化厂、合成氨化肥厂等某些工业废水、农用排放水以及生活污水中的含氮有机物受微生物作用分解的第一步产物。水中的亚硝酸盐氮是氮循环的中间产物，不稳定。在缺氧环境中，水中的亚硝酸盐也可受微生物作用，还原为氨；在富氧环境中，水中的氨也可转变为亚硝酸盐。亚硝酸盐可使人体正常的低铁血红蛋白氧化成高铁血红蛋白，失去血红蛋白在体内运输氧的能力，出现组织缺氧的症状。亚硝酸盐可与仲胺类反应生成具有致癌性的亚硝胺类物质，尤其在低pH 值下，有利于亚硝胺类的形成。水中的硝酸盐主要来自革质废水、酸洗废水、某些生化处理设施的出水和农用排放水以及水中的氨氮、亚硝酸盐氮在富氧环境下氧化的最终产物。当然，硝酸盐在无氧环境中，也可受微生物的作用还原为亚硝酸盐。硝酸盐进入人体后，经肠道中微生物作用转变为亚硝酸盐而出现毒性作用，当水中硝酸盐含量达到10mg/L 时，可是婴儿得变性血红蛋白症。因此要求水中硝酸盐氮和亚硝酸盐氮总量不得大于10mg/L 。天然水中的氨，在有充足氧的环境中，在微生物的作用下，可被氧化为-2NO 和-3NO 得作用称作硝化作用。水中的含氮化合物是水中一项重要的卫生质量指标。它可以判断水体污染的程度：

（1）如水中主要有机氮和氨氮，表明水近期受到污染，由于生活污水中成有大量病原细菌，所以此水在卫生学上是危险的。（2）如水中主要含有亚硝酸盐，说明水中有机物的分解尚未达到最后阶段，致病细菌尚未完全消除，应引起重视。（3）如果水中主要含有硝酸盐，说明水污染已久。自净过程基本完成，致病细菌也已消除，对卫生学影响不大或几乎没有危险性。一般地面水中硝酸盐氮的含量在0.1~1.0mg/L，超过这个值，该水体以前有可能受过污染。正如测定水中溶解氧（DO），了解水中有机物被氧化的程度，评价水的“自净”作用一样，测定水中各类含氮化物，也可了解和评价水体被污染和“自净”作用。我国饮用水标准规定氨氮0.5mg/L（以N计）硝酸盐氮20mg/L （以N计）,世界卫生组织规定硝酸盐氮50mg/L(以- 3 NO计)。下面介绍它们的测定方法（1）氨氮（Ammonia Nitrogen）(N NH- 3或N NH- + 4 ) 氨氮的测定采用纳氏试剂光度法。水中氨主要以NH3·H2O形式存在，并有下列平衡： - ++ ? ? +OH NH O H NH O H NH 4 2 3 2 3 · 水中的氨与纳氏试剂（碘化汞钾的强碱性溶液，K2HgI4+KOH）作用生成黄棕色胶态络合物。如水中N NH- 3 含量较少，呈浅黄色，含量较多时，呈棕色。

水华

水华 “水华”（waterblooms）是淡水中的一种自然生态现象。绝大多数的水华是仅由藻类引起的，如蓝藻（严格意义上应称为蓝细菌）、绿藻、硅藻等；也有部分的水华现象是由浮游动物——腰鞭毛虫引起的。“水华”发生时，水一股呈蓝色或绿色。这种在自然界就有的“水华”现象，在我国古代历史上就有记载。另外，水中出现此现象（一般呈红色）则为赤潮。淡水中富营养化后，“水华”频繁出现，面积逐年扩散，持续时间逐年延长。太湖、滇池、巢湖、洪泽湖都有“水华”，就连流动的河流，如长江最大支流——汉江下游汉口江段中也出现“水华”。淡水中“水华”造成的最大危害是：饮用水源受到威胁，藻毒素通过食物链影响人类的健康，蓝藻“水华”的次生代谢产物MCRST能损害肝脏，具有促癌效应，直接威胁人类的健康和生存。此外，自来水厂的过滤装置被藻类“水华”填塞，漂浮在水面上的“水华”影响景观，并有难闻的臭味。所以每次发生水华现象都会给人类和自然界带来巨大的损失或灾害。当藻类大量生长时，这些藻类能释放出毒素——湖靛，对鱼类有毒杀作用。藻类大量死亡后，在腐败、被分解的过程中，也要消耗水中大量的溶解氧，使水体严重恶臭。而造成水华现象的出现，主要原因还是水域沿线大量施用化肥、居民生活污水和工业废水大量排入江河湖泊，致使江河湖泊中氮、磷、钾等含量上升。导致水华发生的重要的因素之一就是水体的富营养化。湖泊等水体的富营养化依然是我国目前以及今后相当长一段时期内的重大水环境问题.研究蓝藻水华的形成机制,对于科学预测湖泊中蓝藻水华的产生,并采取相应措施

减少其带来的影响具有重要的生态和环境意义.为探索富营养化湖泊中蓝藻水华形成机理,综述了目前对我国大型浅水湖泊蓝藻水华成因研究现状和对水华形成机理的一般认识.分析了导致蓝藻水华形成的化学、物理和生物等主要环境因素,论述了蓝藻,尤其是微囊藻成为水华优势种的可能原因.认为对水华的形成需要全面认识,营养盐浓度的升高可能仅是蓝藻水华形成、且人们可以加以控制的因素之一;在探索水华成因时,不能仅仅局限于夏季蓝藻水华发生时环境特征的研究与观察,而应该提前关注蓝藻的越冬生理生态特征、春季复苏的生态诱导因子及其阈值以及在复苏后,蓝藻如何在生长过程中形成群体,并逐步成为湖泊水生生态系统中的优势种乃至形成水华的过程.并需要对蓝藻越冬的生存对策、蓝藻群体的形成的条件、蓝藻在春季复苏的触发条件及其生态阈值、以及蓝藻在与其它藻类种群竞争中取胜的生理生化特征有足够的认识.蓝藻水华的"暴发" 是表观现象,其前提还是藻类一定的生物量,且是一个逐渐形成的过程.根据生态学的基本理论和野外对水华形成过程的原位观测,提出了蓝藻水华成因的四阶段理论假设.即在四季分明、扰动剧烈的长江中下游大型浅水湖泊中,蓝藻的生长与水华的形成可以分为休眠、复苏、生物量增加(生长)、上浮及聚集等4个阶段,每个阶段中蓝藻的生理特性及主导环境影响因子有所不同.在冬季,水华蓝藻的休眠主要受低温及黑暗环境所影响; 春节的复苏过程主要受湖泊沉积表面的温度和溶解氧控制,而光合作用和细胞分裂所需要的物质与能量则决定了水华蓝藻在春季和夏季的生长状况,一旦有合适的气象与水文条件,已经在水体中积累的大量水华蓝藻群体将上浮到水体表面积聚,形成可见的水华. 研究蓝藻水华的形成机理必须寻找导致水华形成的各主要生理阶段的触发因子或特异性因子,针对不同阶段蓝藻的生理特性,进行深入研究.只有这样才有可能逐步弄清蓝藻水华的形成机制,并对其发生的每一进程进行预测,寻求更加具有针对性的控制措施. 除了水体的富营养化之外，水温，洋流，水体的PH值，光照强度等均会对藻类等水华生物的大爆发产生影响，在个别时候甚至是诱发因素。位于江苏省南部的中国第三大淡水湖——太湖中，水华十分平凡，致使太湖的渔业遭遇危机，而当淡水营养化后的太湖，“水华”平凡出现，促使其“水华”面积逐渐加大，导致“水华”时间延年增长。

江苏的水资源

一、江苏主要水系 1、沂沭水系位于废黄河以北，河源都在山东沂蒙山区。现沂河水大部分入骆马湖，再经新沂河出灌河口入海。沭河现分为两路入江苏，一路沿沭河旧河道进入新沂至沭阳县进入新沂河；另一路从东海县入江苏，进入石梁河水库，再由临洪口入海州湾。本水系中的湖泊以骆马湖最大。 2、淮河下游水系三条泄水路径：一是出三河闸经三河入高邮湖、邵伯湖入里运河，再经芒稻河入长江，是最主要的泄洪通道；二是出高良涧闸，经苏北灌溉总渠，由扁担港入海；三是出二河闸，经二河至杨庄，部分水流经废黄河东流入海，另一部分由淮沭河入新沂河入海。主要湖泊有洪泽湖（全国五大淡水湖之一）、高邮湖、白马湖、宝应湖、邵伯湖等。淮河下游水系图 3、长江-太湖水系（1）太湖水系太湖的主要水系有两支，一是来自浙江天目山的苕溪；另一支是西部汇集了茅山、宜溧山地诸水由大浦、百渎等60多条水道入湖。太湖主要的泄水通道在东部，最重要的有三条：一是出胥口至苏州市由娄江、浏河入江；二是由瓜泾口经吴凇江入黄浦江；三是出太浦口，由太浦河、黄浦江至吴淞口入长江，此是最主要的排水通道。这些排水通道常因为海潮顶托水位上涨形成倒灌。太湖水系湖泊众多，太湖面积最大为我国第三大淡水湖，属浅水型湖泊，湖

中有不少岛屿，最大的是西洞庭山。其它湖泊可分为三个湖群：西部是洮鬲湖群；东部是阳澄-昆承湖群；东南部为淀泖湖群。（2）长江干流长江干流横穿江苏中南部，在江苏境内河长418千米，具有江面宽、水量大、比降小沙洲多受海潮影响大，江岸不稳定等特点。江宽：南京以上1.1-1.3km，南京至江阴黄山在3km左右南通段10km江口扩展到80-90km。水量：最大径流量10万秒立方米，最小6000秒立方米。比降小、流速慢：南京以下比降1︰60000，平均流速约1米/秒。海潮影响：多年平均潮差河口约3米，江阴1.6米,南京0.6米。岛屿沙洲多：较大的有江心洲、八卦洲、世业洲、扬中等。江岸不稳定。太湖流域水系图二、江苏的水资源及其利用 1、水资源特点（1）本地地表水资源不很丰富本地多年平均径流总量249亿立方米，占全国径流总量的比例不到1%；本地地表水人均约为419立方米，是全国人均占有量的15%；按耕地亩均占有量357立方米，全国亩均占有量为1752立方米。（2）过境水量丰富河流上游汇水面积200万平方千米，过境水量是本地水量的40 倍。加过境水量人均占有量可达17700立方米，亩均占有量达到15000立方米远大于全国平均水平。但过境水量不稳定、与本地径流同步。（3）地下水资源较丰富全省平原地区广泛分布着深厚的松散沉积层，地下40-60米的浅层地下水是农灌的主要开采对象，60-80米以下的深层地下水是城

土壤全氮的测定凯氏定氮法

土壤学实验讲义（修订版）吴彩霞王静李旭东 2012年10月

目录实验一、土壤分析样品采集与制备实验二、土壤全氮的测定—凯氏定氮法实验三、土壤速效钾的测定实验四、土壤有效磷的测定实验五、土壤有机质的测定实验六、土壤酸度的测定

实验一土壤分析样品采集与制备一、实验目的和说明为开展土壤科学实验，合理用土和改土，除了野外调查和鉴定土壤基础性状外，还须进行必要的室内常规分析测定。而要获得可靠的科学分析数据，必须从正确地进行土壤样品(简称土样)的采集和制备做起。一般土样分析误差来自采样、分样和分析三个方面，而采样误差往往大于分析误差，如果采样缺乏代表性即使室内分析人员的测定技术如何熟练和任何高度精密的分析仪器，测定数据相当准确，也难于如实反映客观实际情况。故土样采集和制备是一项十分细致而重要的工作。二、实验方法步骤 (一)土样采集分析某一土壤或土层，只能抽取其中有代表性的少部份土壤，这就是土样。采样的基本要求是使土样具有代表性，即能代表所研究的土壤总体。根据不同的研究目的，可有不同的采样方法。 1.土壤剖面样品土壤剖面样品是为研究土壤的基本理化性质和发生分类。应按土壤类型，选择有代表性的地点挖掘剖面，根据土壤发生层次由下而上的采集土样，一般在各层的典型部位采集厚约l0厘米的土壤，但耕作层必须要全层柱状连续采样，每层采一公斤；放入干净的布袋或塑料袋内，袋内外均应附有标签，标签上注明采样地点、剖面号码、土层和深度。图1 土壤剖面坑示意图

2. 土壤混合样品混合土样多用于耕层土壤的化学分析，一般根据不同的土壤类型和土壤肥力状况，按地块分别采集混合土样。一般要求是： (1)采样点应避免田边、路旁、沟侧、粪底盘以及一些特殊的地形部位。 (2)采样面积一般在20—50亩的地块采集一个混合样可根据实际情况酌情增加样品数。 (3)采样深度依不同分析要求而定，一般土壤表层取0-10cm，取样点不少于5点。可用土钻或铁铲取样，特殊的微量元素分析，如铁元素需改用竹片或塑料工具取样，以防污染。 (4)每点取样深度和数量应相当，集中放入一土袋中，最后充分混匀碾碎，用四分法取对角二组，其余淘汰掉。取样数量约1公斤左右为宜。 (5)采样线路通常采用对角线、棋盘式和蛇形取样法。 (6)装好袋后，栓好内外标签。标签上注明采样地点、深度、采集人和日期，带回室内风干处理 (二)土壤样品制备样品制备过程中的要求： (1)样品处理过程中不能发生任何物理和化学变化，以免造成分析误差。 (2)样品要均一化，使测定结果能代表整个样品和田间状态。 (3)样品制备过程包括：风干一分选一去杂一磨碎一过筛—混匀一装瓶一保存一登记。风干一将取回的土样放在通风、干燥和无阳光直射的地方，或摊放在油布、牛皮纸、塑料布上，尽可能铺平并把大土块捏碎，以便风干快些。分选一若取的土样太多，可在土样均匀摊开后，用“四分法”去掉一部分，留下1000克左右供分析用。去杂、磨细和过筛一将风干后土样先用台称称出总重量，然后将土样倒在橡皮垫上，碾碎土块，并尽可能挑出样品中的石砾、新生体、侵入体、植物根等杂质，分别放入表面皿或其它容器中；将土样铺平，用木棒轻轻辗压，将辗碎的土壤用带有筛底和筛盖的0.25mm 筛孔的土筛过筛，并盖好盖、防止细土飞扬。不能筛过的部分，再行去杂，余下的土壤铺开再次碾压过筛，直至所有的土壤全部过筛，只剩下石砾为止。(样品通过多大筛孔、应依不同分析要求而定)。混匀装瓶一将筛过的土壤全部倒在干净的纸上，充分混匀后装入500～1000ml磨口瓶中保存。每个样品瓶上应贴两个标签，大标签贴在瓶盖上。书写标签用HB铅笔或圆珠笔填

总氮氨氮测定

总氮的测定——碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法一.原理在60℃以上水溶液中，过硫酸钾可分解产生硫酸氢钾和原子态氧，硫酸氢钾在溶液中离解而产生氢离子，故在氢氧化钠的碱性介质中可促使分解过程趋于完全。分解出的原子态氧在120～124℃条件下，可使水样中含氯化合物的氮元素转化为硝酸盐。并且在此过程中有机物同时被氧化分解。可用紫外分光光度法于波长220和275nm处，分别测出吸光度A220及A275按式(1)求出校正吸光度A： A＝A220－2A275 (1) 按A的值查校准曲线并计算总氮(以NO3－N计)含量。二.试剂和材料 1.无氨水：蒸馏法：在1000mL蒸馏水中，加入0.10mL硫酸(p=1.84g／mL)。并在全玻璃蒸馏器中重蒸馏，弃去前50mL馏出液，然后将馏出液收集在带有玻璃塞的玻璃瓶中。 2．氢氧化钠溶液：200g／L：称取20m氢氧化钠(NaOH)，溶于水(2.1)中，稀释至100mL。 20g／L：将以上溶液稀释10倍而得。 3．碱性过硫酸钾溶液：称取40g过硫酸钾(K2S2OB)，另称取15g氢氧化钠(NaOH)，溶于水 (2.1)中，稀释至1000mL，溶液存放在聚乙烯瓶内，最长可贮存一周。 4．盐酸溶液，1＋9。 5．硝酸钾标准溶液。 5.1硝酸钾标准贮备液，CN＝100mg／L：硝酸钾(KNO3)在105～110℃烘箱中干燥3h，在干燥器中冷却后，称取0.7218g，溶于水(4.1)中，移至1000mL容量瓶中，用水(4.1)稀释至标线在0～10℃暗处保存，或加入1～2mL三氯甲烷保存，可稳定6个月。 5.2硝酸钾标准使用液，CN＝10mg／L：将贮备液用水(2.1)稀释10倍而得。使用时配制。 6.硫酸溶液，1＋35。三．仪器和设备 1．常用实验室仪器和下列仪器。 2．紫外分光光度计及10mm石英比色皿。 3．医用手提式蒸气灭菌器或家用压力锅(压力为1.1～1.4kg／cm2)，锅内温度相当于120～124℃。 4．具玻璃磨口塞比色管，25mL。

水华的形成与危害

水华的形成与危害水华是什么？水华是淡水中的一种自然生态现象。绝大多数的水华是仅由藻类引起的，如蓝藻、绿藻、硅藻等；也有部分的水华现象是由浮游动物——腰鞭毛虫引起的。淡水中富营养化后，水华频繁出现，面积逐年扩散，持续时间逐年延长。淡水中水华造成的最大危害是：饮用水源受到威胁，藻毒素通过食物链影响人类的健康，蓝藻水华的次生代谢产物MCRST能损害肝脏，具有促癌效应，直接威胁人类的健康和生存。水华是什么当藻类大量生长时，这些藻类能释放出毒素——湖靛，对鱼类有毒杀作用。“安之星”净水器，能够有效地净化此类毒素。虽然藻类生长很快，但因水中的营养盐被用尽，它们也很快的死亡。藻类大量死亡后，在腐败、被分解的过程中，也要消耗水中大量的溶解氧，并会上升至水面而形成一层绿色的黏质物，使水体严重恶臭。而造成水华现象的出现，主要原因还是水域沿线大量施用化肥、居民生活污水和工业废水大量排入江河湖泊，致使江河湖泊中氮、磷、钾等含量上升。导致水华发生的重要的因素之一就是水体的富营养化。湖泊等水体的富营养化依然是我国目前以及今后相当长一段时期内的重大水环境问题。研究蓝藻水华的形成机制，对于科学预测湖泊中蓝藻水华的产生，并采取相应措施减少其带来的影响具有重要的生态和环境意义。为探索富营养化湖泊中蓝藻水华形成机理，综述了目前对我国大型浅水湖泊蓝藻水华成因研究现状和对水华形成机理的一般认识。分析了导致蓝藻水华形成的化学、物理和生物等主要环境因素，论述了蓝藻，尤其是微囊藻成为水华优势种的可能原因。认为对水华的形成需要全面认识，营养盐浓度的升高可能仅是蓝藻水华形成、且人们可以加以控制的因素之一。在探索水华成因时，不能仅仅局限于夏季蓝藻水华发生时环境特征的研究与观察，而应该提前关注蓝藻的越冬生理生态特征、春季复苏的生态诱导因子及其阈值以及在复苏后，蓝藻如何在生长过程中形成群体，并逐步成为湖泊水生生态系统中的优势种乃至形成水华的过程。并需要对蓝藻越冬的生存对策、蓝藻群体的形成的条件、蓝藻在春季复苏的触发条件及其生态阈值、以及蓝藻在与其它藻类种群竞争中取胜的生理生化特征有足够的认识。蓝藻水华的"暴发"是表观现象，其前提还是藻类一定的生物量，且是一个逐渐形成的过程。根据生态学的基本理论和野外对水华形成过程的原位观测，提出了蓝藻水华成因的四阶段理论假设。即在四季分明、扰动剧烈的长江中下游大型浅水湖泊中，蓝藻的生长与水华的形成可以分为休眠、复苏、生物量增加(生长)、上浮及聚集等4个阶段，每个阶段中蓝藻的生理特性及主导环境影响因子有所不同。在冬季，水华蓝藻的休眠主要受低温及黑暗环境所影响；春节的复苏过程主要受湖泊沉积表面的温度和溶解氧控制，而光合作用和细胞分裂所需要的物质与能量则决定了水华蓝藻在春季和夏季的生长状况，一旦有合适的气象与水文条件，已经在水体中积累的大量水华蓝藻群体将上浮到水体表面积聚，形成可见的水华。研究蓝藻水华的形成机理必须寻找导致水华形成的各主要生理阶段的触发因子或特异

污水中氨氮含量高于总氮含量的原因分析及排查

资源与环境 Resources and Environment 第45卷第3期 2019年3月化工设计通讯 Chemical Engineering Design Communications 污水中氨氮含量高于总氮含量的原因分析及排查（中海石油华鹤煤化有限公司，黑龙江鹤岗154100）摘要：作为水质评价的重要因子，氨氮与总氮含量的把控至关重要；确保污水中氨氮含量的合理控制，不仅有助于污水处理过程的规范，更对人们生活质量的提升具有重大影响。在阐述污水氨氮与总氮关系的基础上，就氨氮含量高于总氮含量的原因进行分析，并在其实验结构的基础上，提出具体的消解措施，以期有利于污水中氨氮含量的合理控制，继而实现污水处理质量的有效提升。关键词：氨氮；总氮；金属离子；标准曲线；消解时间中图分类号：TV 123 文献标志码：B 文章编号：1003-6490 (2019) 03-0214-02 Ause Analysis and Investigation of Ammonia Nitrogen Higher than Total Nitrogen Content in Sewage Kong L i ng-wei Abstract : As an important factor of water quality evaluation, the control of ammonia nitrogen and total nitrogen content is very important.To ensure the reasonable control of ammonia nitrogen content in sewage is not only helpful to the standardization of sewage treatment process, but also has a significant impact on the improvement of people* s quality of life.On the basis of explaining the relationship between ammonia nitrogen and total nitrogen in sewage, this paper makes an experimental analysis on the reasons why ammonia nitrogen content is higher than total nitrogen content, and puts forward specific measures for its elimination on the basis of its experimental structure.In order to facilitate the reasonable control of ammonia nitrogen content in sewage, and then to achieve the effective improvement of sewage treatment quality. Key words : ammonia nitrogen ； total nitrogen ； metal ions ； standard curve ； digestion time 随着工业化建设的进一步深入，城市污水的总量急剧增加，氨氮是城市污水的重要污染因子，一旦氨氮含量超标，就极易造成水体中微生物的大量繁殖，并在浮游生物生产的同时，形成水体富营养化。现代环境下，为实现水质的高效利用，进行城市污水的高效化处理至关重要，实现过程中，进行污水氨氮含量与总氮含量的关系研究是其治污处理的首要任务, 本文就污水中氨氮含量高于总氮含量的原因展开系统分析。 1污水中氨氮与总氮的关系水质衡量过程中，氨氮和总氮是较为重要的两个考察指标；从属性分类上看，氨氮是总氮的基本组成之一一般情况下，污水中的总氮含量要高于氨氮含量，其包含了各种形式的无机氮和有机氮，譬如，在无机氮中，NjO' NO'、NH 4\ 蛋白质、氨基酸等都是其重要的表现类型，而有机氮一游离氨和技离子为主要存在形式（如图1）。同时植物性有机物的含氮量明显低于动物性有机物。图1氨氮与总氮餉关系需要注意的是，生活污水中含氮有机物的初始污染是水中氨氮含量的主要来源回。这些污水中的氨氮因子为微生物的成长、繁殖创造了条件，极易在浮游生物快速成长的基础上, 形成水体富营养化；另外，在微生物作用下，污水中的氨氮会进一步分解，并最终形成硝酸盐氮；在该反应过程中，一旦反应过程不充分，就会造成大量亚硝酸盐氮的产生，当其与蛋白质结合时会形成致癌物亚硝胺，严重危害人们的身体健康。由此可见，在实践过程中，进行污水中氨氮污染因子的控制势在必行。 2氨氮高于总氮原因的实验设计污水处理过程中，氨氮含量高于总氮含量是一种常见的污水超标现象。要实现其超标原因的有效分析，研究人员就必须注重实验操作的具体规范。收稿日期：201402-13 作者简介：孔令伟（1987-）,男，山东省藤县人，助理工程师，主要从事化学分析化验工作。 2.1氨氮及总氮检测的实验准备2.1.1实验依据及原液准备污水氨氮及总氮检测过程中，确保其方法原理的控制规范是检测结果高度准确的有效保证。就氨氮检测而言，HJ537— 2009《水质氨氮测定》中的蒸憎-中和滴定法是其实验操作的主要依据，而总氮的含量需按照HJ636—2012《水质总氮测定》进行规范，具体而言，其是在碱性过硫酸钾的应用下，实现污水氨氮含量消解的过程。本次实验鉴定过程中，污水的总氮含量的平均值为30.5mg/L,而氨氮含量平均值为32.2mg/L 。 2.1.2实验仪器准备医用蒸汽灭菌器、超纯水器、紫外线分光光度计、比色管。在仪器应用过程中，实验人员应对其仪器的规格和型号进行有效规范，譬如，就比色管而言，其容积需保持在25mL ；而分光光度计应用过程中，PE Lamda-25是一种有效的应用类型。 2.1.3实验试剂准备污水中氨氮及总氮含量检测是一项专业要求较高的系统实践过程。在检测操作中，试剂的类型和容量直接影响着检测结果的精确度冈。就氨氮检测而言，实验人员不仅要做好离子水、轻质氧化镁、硼酸吸收液的规范添加，更要对其添加的容量进行严格规范，譬如，硼酸吸收液的添加量应控制在20g,并确保添加后的稀释液总量为1 000mL,另外在盐酸溶液应用中，其规格需保持在0.102 3mol/L 。总氮检测过程中，在保证去离子水应用的基础上，应做好碱性过硫酸钾溶液的严格规范，具体而言，在溶液配制过程中，其过硫酸钾的规格应控制在40g,而氢氧化钠的规格应控制在15g,将其溶于水后，进行氢氧化钠的充分冷却，一旦其温度达到室温后，须确保碱性过硫酸钾溶液的总量保持在1 000mL 。只有确保这些内容的控制合理，才能为氨氮含量及总氮含量的检测提供有效保证。 2.2氨氮及总氮检测的实验结果在确保实验仪器及试剂准备重复的基础上，按照蒸馅-中和滴定法对污水氨氮含量进行检测。具体而言，实验人员在原液的基础上，添加30mg/L 的标准样品，同时按照95%~105% 回收率要求，确保其平均加标的回收率控制在98.7%,实验结果显示如表1,由表1可见，氨氮测定的结果具有一定的精准性，用于实验对比较为可靠。 ? 214 ?