地理科学倒底泥硝态氮含量的空间差异及成因分析-毕业论文

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1、 毕 业 论 文题 目： 倒天河底泥硝态氮含量的 空间差异及成因分析 学 号： 81620901008姓 名： 张 毅教 学 院： 地理与生命科学学院专业班级： 地理科学2010级指导教师： 李仰征（讲师）完成时间： 2014年04月10日 毕节学院教务处制毕节学院本科毕业论文（设计）倒天河底泥硝态氮含量的空间差异及成因分析 作者姓名：张毅 专业班级：地理科学2010级 学号：08120902006 指导教师：李仰征摘要：采用土壤硝态氮的紫外分光光度法，研究倒天河表层底泥硝态氮含量的空间分布差异及成因。研究结果表明，倒天河底泥硝态氮含量的空间分布存在差异.影响倒天河底泥硝态氮含量的因素有很多，

2、其中人类活动为主要的影响因素，包含了农业生产活动和人类工业活动，使得河流底泥硝态氮的含量不同。 关键词：倒天河；表层底泥；硝态氮；空间差异；成因 Dao tian river sediment nitrate nitrogencontent analysisof the differences and causes of space Candidate: Zhang Yi Major: Geographical science Student No.: 81620901008 Advisor: LI Yang-zhengAbstract: Ultraviolet using soil nitr

3、ate spectrophotometry, study and genetic differences in the distribution of DaoTian river surface sediment of nitrate nitrogen content in space. Research results show that, DaoTian river sediment content of nitrate nitrogen spatial distribution differences. There are many factors that affect the Dao

4、Tian river sediment nitrate content, in which human activities as the main influencing factors, including agricultural production activities and human industrial activities, the content of nitrate nitrogen in different river sediments.Key words: DaoTian River; Surface sediment; nitrate nitrogen; spa

5、tial difference; causes .目 录摘要：IABSTRACTII引言11.研究内容与方法11.1研究区概况11.2 底泥土壤样品采集方法与处理21.3土壤硝态氮测定21.3.1 方法原理21.3.2实验器材21.3.3 实验试剂21.3.4 测定步骤31.3.5结果计算42. 结果与分析42.1 倒天河底泥硝态氮含量折线图52.2底泥硝态氮含量的空间分布特征及成因52.2.1整体空间分布特征及成因52.2.2 局部空间差异及成因53. 结论与展望73.1 结论73.2 展望7参考文献8致 谢9iii毕节学院本科毕业论文（设计）引言毕节市区有一部分的生活污水、医院污水、工业污

6、水经排污管道引入毕节污水厂处理后排入入河中，一部分污水则未经处理直接通过排污管道进入河中，而经污水厂处理后的污水中仍然含有大量氮化合物，这主要由于城市污水收集与处理设施建设的滞后。加上社会的发展和人口的增长，污水排放量逐年增加，人类活动频繁，使得倒天河部分河段出现深潭和死水，枯水期季节臭气熏天，水质恶化。而排入河中的污水含有大量氮、磷化合物，导致河流富营养化。然而河流底泥中硝态氮含量与河水中的氮化合物有密切联系，而在不同河段受到不同因素的影响，所以导致倒天河底泥硝态氮含量存在空间上的差异。河流底泥硝态氮含量反映出河流受污染状况。近年来外源污染负荷有所减少,但河流底泥中长时间积聚了大量污染物又成

7、为重要的污染源。影响土壤硝态氮的含量的因素有很多，人为活动为主要因素之一，而废水、污水的排放，土壤质地，降水，农业施肥等都会影响到土壤硝态氮含量。对此，国内外很多学者做了很多的研究。黄绍敏等的研究表明土壤类型决定硝态氮的基础含量，是影响的内因，影响硝态氮含量的外界因素如施肥，施肥量，氮肥品种，土壤温度和湿度，土壤质地1。刘洪斌等的研究表明地下水埋深越浅，硝态氮含量越高，污染越为严重，农田利用类型是影响地下水硝态氮污染程度的另一个重要因素2。王庆锁等的研究表明密云水库流域农田的地下水硝态氮含量与地下水水位呈负相关，而与化肥氮的施用量呈正相关3。李志瑞等的的研究表明生物脱氨氮是由硝化菌将氨氮转化为

8、硝态氮，再由反硝化菌将硝态氮还原转化为N2，从而达到脱氮的目的4。莫世江等的研究表明水体污染既受流域内降水、地形坡度、植被覆盖、土地利用强度与方式等因素的作用；也具高度开放性和脆弱性的喀斯特水文系统密切相关5。本研究研究了倒天河枯水期硝态氮含量能够为其他研究者提供理论依据和提示。能为倒天河水污染治理和土地的合理规划方面能为有关部门提供一定的理论依据，且能为相关污水处理机构提供理论依据。 1.研究内容与方法1.1研究区概况随着现代化工业快速发展，农业生产化学肥料的普及，经济的快速提高，人口的剧增，工业污水及人类生活污水排放河流的数量急剧加大，进入水体的氮磷等污染物质增多，污染了水体，水质恶化。倒

9、天河位于贵州西北部的毕节市区，发源于毕节市七星关区野角乡黄泥冲，属六冲河一级支流，城区段河道长约11km，倒天河在毕节市城区流向为北向南折东流穿城区，城区主要河段有三条小河在上、中、下各段汇入。毕节市地处贵州高原屋脊，乌江、珠江发源地，位于东经1053610643，北纬26212746之间，属滇东高原向黔中高原过渡的斜坡地带。处于亚热带季风气候区，70%的降水主要在5月9月，降水时空分布不均，从而导致河流流量补给季节分配不均匀，呈现了倒天河的水文特征为夏季河流水流量大，出现汛期，冬季水流量小，水位降低6。1.2 底泥土壤样品采集方法与处理土壤样品采集于2014年2月进行，这时倒天河处于枯水期季

10、节进行，水位较低，易于采集河流底泥。选取16个采集地点，按照多点混合采样法，运用4米PPR自制管进行采样，选取河流底泥土层深度020cm（底层深度2030cm），每个样品由采集点附近5个点以上土壤混合而成。采集的土壤样品剔除杂物并立刻编号，经室内自然风干后装袋保存备用。1.3土壤硝态氮测定运用土壤紫外分光光度法进行测定1.3.1 方法原理用氯化钠溶液提取土壤硝态氮，于紫外分光光度计上分别测量其220nm和275nm的吸光度，前者是硝酸根和以有机质为主的杂质的吸收值，后者是以有机质为主的杂质的吸收值7。因为275nm处硝酸根已无吸收，而有机质在275nm处的吸收值是220nm处的f倍8，故可将A

11、275校正为有机质在220nm处的干扰吸收，从A220中减去，即得硝酸根在220nm处的真实吸收值，再利用标准曲线法求得土壤中硝态氮的含量。1.3.2实验器材 紫外分光光度计(上海菁华科技仪器有限公司 754PC)和石英比色皿，恒温培养摇床（上海一恒科学仪器有限公司THZ-10），万分之一电子天平(河南郑州TP-114)，250mL锥形瓶40个，50mL容量瓶6个，漏斗20个，10mL和2mL刻度吸管个一支,500mL容量瓶2个。1.3.3 实验试剂（1）氯化钠溶液1molL-1（2）硫酸溶液，10%（V/V）（3）硝态氮标准溶液：称取于105C烘制2小时的硝酸钾0.3658g溶于水，转移至5

12、00mL容量瓶中，用水定容。此溶液为100ugmL-1硝态氮标准溶液，取上述溶液稀释至20ugmL-1即硝态氮标准液。1.3.4 测定步骤（1）待测液制备称取10克风干土样于250mL锥形瓶中，加入100mL l 1molL-1氯化钠溶液，加塞振荡2小时，过滤于干燥的250mL锥形瓶中，初液弃去，同时做试剂空白。（2）标准曲线绘制与测定吸取20ugmL-1硝态氮标准溶液0.00mL、1.00mL、2.00mL、4.00mL、6.00mL、8.00mL分别置入50mL容量瓶中用水定容至刻度，再加入2mL10%硫酸溶液，摇匀。浓度分别为0.00、0.4.、0.80、1.60、2.40、3.20ug

13、mL-1。以零浓度标液作为参比，与220nm处测定标准系列吸光度，绘制硝态氮标准曲线和建立回归方程如图1。表1 标准溶液浓度吸光度的关系序号标液取量（mL）标液浓度（ugmL-1）标液吸光度010.40.519120.80.621241.60.797462.40.979583.21.168图1 硝态氮标液吸收曲线（3）取土壤浸提液和试剂空白各20mL入锥形瓶中，加0.8mL10%H2SO4，摇匀。以试剂空白作对比，分别于220nm和275nm处测定吸光度。测定时向比色皿中加入待测液不超过3/4容积。1.3.5结果计算根据测得A220和A275，按下式计算硝态氮的吸光度A： A=A210-fA2

14、75 (f取值取2)由A从标准曲线上查得待测液硝态氮浓度后，按下式进行计算土壤硝态氮含量（mgkg-1）:硝态氮含量（mgkg-1）= 205C/m式中：C待测液中硝态氮的质量浓度（ugmL -1）； 20显色的溶液体积(mL)； 5稀释倍数（即为土壤浸提比色液总体积100mL与显色的溶液体积 20mL之比）；m风干土质量(g)；由图一回归方程及计算公式得毕节市倒天河不同河段底泥硝态氮含量，结果见表2: 表2 倒天河底泥硝态氮含量土样采集点干土重量(g)A220A275差值：A=A220-2A275硝态氮浓度C(g/ml)硝态氮含量（mg/kg）天河水库10.0058 0.2260.014 0

15、.198 0.6744 6.7405 天河水库背景10.0915 0.2090.012 0.185 0.6178 6.1225 水库出口10.0081 0.2420.014 0.214 0.7441 7.4350 沙帽山10.1042 0.2180.012 0.194 0.6570 7.5026 天河小桥10.0833 0.7920.228 0.336 1.2752 12.6469 六洞桥10.0332 0.1860.017 0.152 0.4742 4.7261 南关桥9.7639 1.620.733 0.154 0.4829 4.9457 麻园转盘9.8363 1.4290.462 0.5

16、05 2.0110 20.4444 杜鹃大桥10.0183 1.1940.478 0.238 0.8486 8.4704 烟厂前10.0299 0.3060.021 0.264 0.9618 9.5891 碧阳湖入口10.0183 0.2420.012 0.218 0.7615 7.6012 碧阳湖出口表层10.0505 0.3570.030 0.297 1.1054 10.9989 碧阳湖出口底层10.0150 0.3310.014 0.303 1.1316 11.2987 污水厂10.1763 0.8240.111 0.602 2.4333 23.9111 东城印象10.0383 1.19

17、70.265 0.667 2.7162 27.0588 学院前10.0951 0.7920.161 0.470 1.8586 18.4109 德西新区公路桥10.0253 0.2620.021 0.220 0.7702 7.6828 德西新区公路桥景10.0042 0.2760.027 0.222 0.7789 7.7860 2. 结果与分析2.1 倒天河底泥硝态氮含量折线图如图2：图2 倒天河底泥硝态氮含量变化曲线图2.2底泥硝态氮含量的空间分布特征及成因2.2.1整体空间分布特征及成因整体空间分布不均，波动大，在相应的河段内呈升高或下降的趋势。空间差异大。成因：这主要在于随着社会的发展需要

18、，人类活动频繁，人口数量的急剧增加，大量的生产工业废水，生活污水的注入河流，在各河段内注入量和所带来磷、氮素量不同，从而导致河流中硝态氮含量的变化，而底泥对的硝态氮含量与河水中的氮化合物有密切联系，使得底泥硝态氮含量在不同河段空间分布不均，变化波动大，呈上升或下降趋势。2.2.2 局部空间差异及成因（1）天河水库至天河小桥河段：天河水库及水库出口的含量值处于正常值范围内（土壤硝态氮含量正常值范围510mgkg-19，一般春播前肥力较低的土壤含硝态氮5-10mg/kg，肥力较高的土壤硝态氮含量有时可超过20mgkg-1），其值在6.7mgkg-1左右摆动，而天河小桥河段的硝态氮含量升高到了12.

19、6469 mgkg-1。其主要原因在于：处于河流上游，植被覆盖率高，河中水生生物种类多样化，维持氮元素循环的平衡。人类活动少，工厂等建设少，农业耕地少，这样注入河流中的磷、氮素少，主要补给是来自于地表径流水中补给。而往下游河流底泥中硝态氮的含量逐渐增加，由原来天河水库的硝态氮含量6.7045mgkg-1增加到沙帽山的12.6469mgkg-1。这主要在于沿着河流下游方向，人口数量增加，生活污水排放量增加，农业生产面积增加，农业施肥使得硝态氮含量过高或积累，由地表地下径流带入河中，从而导致注入河流的氮素量增大，使得河流底泥中硝态氮含量增大。（2）天河小桥至六洞桥河段：硝态氮含量从12.6496m

20、gkg-1下降到4.7261mgkg-1，下降趋势较大。其主要原因在于：该河段处于毕节城区与农作物种植区之间，处于城区边缘带，该区域农作为种植面积明显减少，硝态氮来源渠道相应减少，导致往下游方向至六洞桥河段硝态氮含量相对于天河小桥河段含量减少。（3）南关桥至麻园转盘至污水厂河段：南关桥至麻园转盘河段硝态氮含量呈上升趋势，而麻园转盘硝态氮含量达到20.4444mgkg-1，含量相对较高。南关桥至污水厂河段含量又呈下降趋势。主要原因在于：该河段位于城区中心，人类活动频繁，人口数量大，生活污水排量大，生活污水注入河流在该河段内较集中。在该河段内按一定的距离修筑河堤，使得水流速度在该河段内减缓，硝态氮

21、得以保留有底泥中，所以含量高。沿着河流下游方向由于来自由河流上游的在硝态氮大多停留于河堤中，导致下游河流中硝态氮含量相对下降，所呈现了从麻园转盘硝态氮含量20.4444mgkg-1下降到污水厂7.6012mgkg-1的现象。（4）污水厂至德西新区公路桥河段：该河段内硝态氮含量较高，均值含量达到20mgkg-1以上，污染较为严重。主要原因：污水厂主要处理毕节城区污水后排放于河流中。污水处理是指采用生物、物理及化学的方法对生活污水和工业废水进行处理以分离水中的固体污染物并降低水中的有机污染物和富营养物，从而减轻污水对环境的污染。但由于毕节污水厂处理设施建设滞后。而水中硝酸盐氮（NO3-N）是在有氧

22、环境下含氮化合物中最稳定的一种，亦是含氮有机物经无机物作用的最终分解产物10。所以经过处理后的水中还带有部分的氮化合物排入河流中，再加上沿河景观建设，导致两侧的农业土壤大量进入水体成底泥。从而使得下游河流及底泥中硝态氮含量增加。（5）背景值对比：本研究采取两个背景（即上游的的天河水库背景和下游的德西新区公路桥背景）值进行比较，结果表明德西新区公路桥背景硝态氮含量高于天河水库背景。原因在于天河水库背景属于撂荒地，而德西新区公路桥背景种植过农作物，施加了肥料，从而导致天河水库背景硝的态氮含量低于农校后大桥背景的硝态氮含量。所以农业施肥是是影响土壤硝态氮含量的重要因素。3. 结论与展望3.1 结论倒

23、天河底泥硝态氮含量空间差异大，整体空间分布不均，波动大，在相应的河段内呈升高或下降的趋势。在人类活动频繁，人口集中，工厂，工业、农业集中的河段中硝态氮含量高。分析结果表明，影响倒天河底泥硝态氮的含量在空间上的差异原因有：1、不同河段农业生产活动不同，导致从耕地带入河流中的氮量不同；2、不同河段上人类生活污水，工业废水排放量不同，导致河流中硝态氮含量不同；3不同河段上建筑用地的面积不同，导致各河段上土壤机械组成结构不同，使得硝态氮含量有所不同。综上3点所述，说明倒天河底泥中硝态氮含量存在空间差异现象。影响河流底泥硝态氮的含量的原因很多，人类活动是主要原因之一，本研究研究了倒天河枯水期硝态氮含量能

24、够为其他研究者提供理论依据和提示，也能为倒天河水污染治理和土地的合理规划方面能为有关部门提供一定的理论依据，且能为相关污水处理机构提供理论依据。3.2 研究展望倒天河底泥硝态氮含量的空间差异状况和成因分析是一个复杂的过程，伴随着众多因素，并伴有不确定性的特点，因此本研究还需针对以下问题进行深入的探讨和研究并加以解决：（1）倒天河丰水期季节河流底泥硝态氮含量的空间差异及成因相关分析。（2）春夏秋冬四个季节倒天河底泥硝态氮含量的空间差异及成因相关分析。参考文献1 黄绍敏, 皇甫湘荣, 宝德俊等. 土壤中硝态氮含量的影响因素研究J. 农业环境保护, 2001,20(5): 351-354. 2 刘洪

25、斌, 李志宏, 张云贵等. 北京平原农区地下水硝态氮污染状况及其影响因素研究J. 土壤学报, 2006,43(3): 405-413.3 王庆锁, 孙东宝, 郝卫平等. 密云水库流域地下水硝态氮的分布及其影响因素J. 土壤学报, 2011,48(1): 141-150. 4 李志瑞, 高会杰, 孙丹凤. 含氨废水生物脱氮工艺的研究进展J. 当 代 化 工, 2010,39(6): 664-666. 5 莫世江, 张鹏飞, 丁卫红. 毕节市倒天河水库水质分析J. 贵州教育学院学报（自然科学）, 2006,17(2): 71-73. 6 胡辉, 刘爱华. 毕节地区种植业生产概况及今后发展方向J.

26、贵州农业科学, 2002,30(1): 6566. 7 宋歌, 孙波, 教剑英. 测定土壤硝态氮的紫外分光光度法与其他方法的比较J. 土 壤 学 报, 2007,44(2): 288-293. 8赵力英, 秦海涛. 硝态氮的含量测定J. 内蒙古石油化工, 2000,26: 40-43. 9倪青伟, 冯秀清. 论土壤污染产生的原因及防治对策J. 企业文化, 2012,（3）: 1-2. 10刘锋, 杨海亮, 卢斌等. 污水厂进水氮指标的讨论J. 环境科技, 2011,24(1): 32-34. 致 谢本文能顺利的完成，我由衷感谢我的指导老师(李仰征老师)，他提供了研究的选题，在我进行样品的采集和

27、处理、室内试验及论文的撰写我过程中，李老师都给予了悉心的指导和帮助，特别是在实验室试验阶段，他抽出了较多的时间专门指导，对论文的相关内容和格式进行指导和修改，在研究的选题到毕业论文的定稿的整个过程中，都有老师的帮助和指导，让我的毕业论文顺利完成。同时，我要感谢在校四年里指导过我的老师们，他们让我学到了很多的专业知识和经验技能，为论文的完成奠定了坚实的基础，也让我很好的成长。最后，我要感谢参与本研究的胡刚、陈义琴、和陈涛同学，感谢他们在研究过程中做出的重要贡献，以及他们的鼎力帮助和积极合作。本文参考了大量的文献资料，在此，向各学术界的前辈们致敬！由于本人能力有限，论文中肯定还存在很多不足中之处，欢迎老师和同学们批评和指正，谢谢大家！ 第 9 页 共 9 页