矿物—水—微生物相互作用对岩溶地下水影响的模拟研究——以遵义

贵州大学硕士学位论文矿物—水—微生物相互作用对岩溶地下水影响的模拟研究——以遵义地区岩溶地下水为例姓名：宋亮申请学位级别：硕士专业：环境工程指导教师：朱立军;连宾20070601矿物—水—微生物相互作用对岩溶地下水影响的模拟研究——以遵义地区岩溶地下水为例作者：宋亮学位授予单位：贵州大学相似文献(3条)1.学位论文张苏平矿物-水-微生物相互作用对岩溶地下水的影响——以贵阳岩溶地下水为例2007贵州可溶岩分布面积超过全省面积的2/3。在可溶岩层中，分布着各种类型的地下水。地下水系统十分复杂，具有独特的水文地质地球化学特征、突出的地球化学敏感性和生态脆弱性。因此，正确并全面地认识喀斯特地下水水化学特征和微生物与水中金属离子的相互作用机制，对于有效保护水资源以及对已污染地下水进行治理等方面均具有重大意义。本文基于贵阳岩溶地区的自然环境，通过对研究区水文地质、地貌、地层等自然特征的分析；重点拟通过淋溶土柱模拟实验,系统研究了细菌的分离驯育、鉴定、以及微生物对Mn、Fe、Cu元素淋失的影响，探讨了在多菌共生条件下微生物与Mn、Fe、Cu元素淋失的相关性，并对影响因素进行了分析，得出以下结论：(1)Fe'2+和Mn'2+性质极其相近，在地下水中几乎同时存在，经生物滤层，它们可以同时被氧化去除；(2)亚铁对生物过滤除锰效果影响明显；亚铁能够提高除锰细菌的活性，但在进水亚铁浓度较高的情况下，细菌优先利用亚铁。(3)铁的氧化以化学反应为主，温度的降低只影响其活化能，锰的氧化包含有微生物的促进作用，而微生物生长比较适宜的温度在20℃左右，所以当铁锰共存时最适宜的环境温度为20℃：(4)通过土柱模拟实验方法，得出当pH值9.5，温度25℃，作用时间24h时，微生物对Cu'2+处理效果最佳；同时随着Cu,2+浓度的不断增大，微生物对其的吸附量逐渐增大，直到趋于某一稳定值。通过对矿物-水一微生物系统中微生物对铁、．锰、铜的吸附模拟实验，表明该实验具有一定的可行性，可进一步通过实验室扩大试验，旨在实现生物技术在矿物加工过程和环境整治中的全面推广，并提出矿物．水．微生物系统，可望用于对不同规模水体污染进行预测、调控和治理。2.期刊论文贺秋芳.杨平恒.袁文昊.蒋勇军.袁道先.旷颖仑.HEQiu-fang.YANGPing-heng.YUANWen-hao.JIANGYong-jun.YUANDao-xian.KUANGYing-lun微生物与化学示踪岩溶地下水补给源和途径-水文地质工程地质2009,36(3)在重庆岩溶地下河系统,进行两次高分辨率示踪试验,分析地下含水介质的类型;以硝化、反硝化细菌作为微生物指示因子,根据Cl-和流量聚类分析划分雨、旱季,分析其与NO-2、NO-3的相关性,判断地下水补给途径.两次示踪试验中示踪曲线均为单峰型,无拖尾,示踪剂回收率分别为93.94%、27%,最大视流速与平均视流速之比为1.26、1.12,说明该岩溶槽谷区存在大型的岩溶管道含水介质,水流畅通,无大型溶潭或岔道.聚类分析结果为:旱季(10月～次年4月)地下河出口S2处硝化细菌与NO3-、反硝化细菌与NO2-相关系数达0.929、0.811,与土壤渗透水性质类似;雨季(5～9月)时,微生物与NO2-、NO3-,无相关性,R均低于0.5,与上游落水洞D1处地表水类似.说明旱季时地下水主要是地表下渗的裂隙水补给,流经与暗河连接的岩溶裂隙途径,雨季时为经落水洞流入地下河的地表径流补给岩溶管道.3.学位论文贺秋芳青木关地下河岩溶系统中的氮循环及其相关微生物作用与示踪研究2009约占中国国土面积1/3的岩溶区蕴藏着大约1/4的地下水资源，岩溶地下水是中国西南岩溶区的重要水源。但是，由于岩溶系统的脆弱性，现阶段工业、农业、矿业以及人类生活污水对岩溶地下水造成的污染，使得中国岩溶区的地下水资源已经全面告急。尤其农业生产中使用无机化肥和有机肥等造成的地下水氮污染更加广泛，影响更加深远。了解岩溶系统中氮素的迁移转化途径，有利于减少和控制地下水污染，保护地下水环境提供，有利于解决岩溶地区人畜饮水问题，维持岩溶区人民生活安定和社会稳定。关于土壤和地下水中的“三氮”污染以及氮循环过程的机理研究已有较多报道。对北方早地、潮棕壤以及水稻田系统中“三氮”的迁移转化过程已经有很详细的研究，并且已经建立了数值模拟模型对土壤和地下水中氮素的输入输出过程进行控制，但是对岩溶系统中的氮循环研究报道有限。本文以岩溶较为发育的青木关地下河流域为例，研究其土壤和地下水的氮循环过程，为石漠化治理过程中的氮素管理，石漠化地区地下水水质和水源的保护提供理论基础。本文通过对青木关岩溶槽谷区10种不同土地利用方式的土壤采集土壤60个，分析土壤样品中的14种元素和微生物指标，应用因子分析法对土壤中氮素转化的主要影响因子进行归纳。然后，选择具有代表意义的两种典型土地利用方式，每15cm采集土壤样品至60cm以下，检测土壤的营养元素、“三氮”以及微生物含量，利用拟合曲线分析土壤中氮素的垂直迁移转化过程，并分析相关微生物在其中的作用。在线监测地下水出口和入口的流量以及研究区的降雨量，至少每月一次采集地下河入口和出口的水样，监测地下水中氮素以及其它无机离子的年度变化动态，结合地下河示踪试验结果，分析地下水中的氮素迁移过程。分析地下水水样中的微生物含量，结合样品中的“三氮”含量，使用相关分析了解微生物与“三氮”之间的关系，分析示踪地下河岩溶系统中土壤一地下水氮的补给途径，研究地下水微生物示踪研究的可行性。主要研究成果如下：1）土壤中氮素的主要影响因素的尿素。通过对10种不同土地利用方式下土壤化学元素、微生物和土壤酶进行因子分析，根据特征值大于1的特征，5个主要因子代表了数据中体现的信息84％以上。青木关岩溶槽谷区A、B层土壤中氮素得主要影响因子为尿素，其来源可能是化肥和植物残体；此外微生物、磷以及钾也是影响土壤氮循环的重要因素。同时，聚类分析表明菜园地和灌丛地为比较具有代表性的土壤。2）土壤中氮的主要存在和淋失形式都是硝态氮：铵态氮含量少于硝态氮多于亚硝态氮，主要被吸附。对受人类活动影响程度最多的菜园地和影响程度最少的灌丛地的不同深度土壤中各种形态氮的含量表明：在两种土地利用方式下，硝态氮含量占土壤无机氮含量的70％以上，为土壤氮素的主要存在和淋失形式；铵态氮的含量菜园地中较多达到20％以上，灌丛地含量较少；浅层地下水中存在的硝态氮和铵态氮说明土壤中的氮素可能被淋溶进入地下水。各种形态氮、微生物和土壤酶的分析和各指标随深度变化的拟合曲线表明：铵态氮拟合曲线随土壤深度的增加而减少，说明铵态氮受土壤吸附作用的影响向下淋失较少；硝态氮和亚硝态氮含量随深度增加呈波峰波谷变化，说明它们不易被吸附，易被淋失；微生物和土壤酶的拟合曲线与土壤氮拟合曲线类似，表层硝化细菌和氨化细菌含量较高，说明硝化作用和氨化作用主要在土壤表层发生，反硝化细菌与硝态氮拟合曲线类似，说明反硝化作用在硝态氮的淋失过程同时发生。土壤中硝态氮的运移过程归纳如下：降雨前土壤中水分较少，土壤较干燥，土壤中硝化作用比较旺盛，土壤硝态氮出现积累；降雨后土壤硝态氮随土壤渗透水向下迁移，由于岩溶区地表水很快渗透至岩溶裂隙而后进入地下河，因此硝态氮也随之进入地下水被带走；而后土壤中水分减少，硝化作用加强，土壤中又出现硝态氮的积累，因此土壤中硝态氮的含量随降雨的来临出现波峰波谷。3）地下河中“三氮”的迁移和补给过程存在季节性，雨季氮素的补给与落水洞处氮素的进入密切相关，但旱季落水洞并不是主要的补给途径。硝态氮为地下水中氮素的主要存在形式，占地下水中三氮含量的90％以上。当地农民施肥10天左右，雨季到来，落水洞硝态氮含量从1-3mg/L增加至接近20mg/L，与此同时出口处硝态氮从20mg/L迅速上升至接近50mg/L。说明雨季地下水中氮素的主要补给途径是落水洞。而雨季过后，落水洞中硝态氮浓度仅为出口处1/10左右，落水洞中的硝态氮不是地下水中硝态氮的主要来源。4）通过分析地下水中微生物与“三氮”的关系，地下水以及其中氮的补给途径都是雨季来自于落水洞，早季来自于土壤渗透水。几次示踪实验中，雨季时落水洞进入地下水的流量占出口流量的79％和53％，而旱季落水洞出的流量和浓度仅为出口1/10左右，说明雨季地下水的主要补给途径为落水洞，而旱季并非落水洞。地下水中微生物与无机氮的相关分析表明，地下河入口处，不论旱季雨季微生物与无机氮之间都不存在相关关系，系相关系数0．5，而出口处雨季微生物与无机氮之间不存在相关关系，旱季存在很强的相关性，在0．01的显著性水平下，其相关系数分别为0．929和0．811。说明，在雨季地下水主要是通过落水洞进入地下河的地表径流补给，出口处微生物与硝态氮之间没有相关关系，类似落水洞处；旱季时地下水主要是经过岩溶裂隙进入土壤渗透水补给的，出口处硝态氮与微生物之间存在较好的相关关系。地下水中氮素的补给途径与水的补给途径相同：旱季土壤渗透水中硝态氮高达16mg/L，与地下水中的含量相近；雨季主要从落水洞补给。以上研究结果表明，由于岩溶系统中硝态氮与地下水一并漏失，而非如非岩溶区中硝态氮在土壤中积累，需要与非岩溶区区别对待；微生物对地下水及氮素的示踪实验表明雨季和旱季它们的补给途径不同；也证明微生物示踪在岩溶地下水研究中具有可行性。但是对于岩溶系统氮循环和微生物示踪的研究都不深入，在将来的研究中，可在不同岩溶系统中研究氮循环过程，了解不同水文地质背景下土壤氮循环的过程和机理，并建立相关的数值模拟模型，以控制系统中氮素的输入和输出；对于微生物示踪研究，需要应用更多先进的技术如基因组学方法，全面了解地下水中微生物的特异性，用于更细致示踪实验的进行。本文链接：授权使用：上海海事大学(wflshyxy)，授权号：3ef08957-194f-4b82-8af4-9dc7016032e4下载时间：2010年8月3日