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水 利 学 报

2021 年 2 月 SHUILI XUEBAO 第 52 卷 第 2 期

文章编号：0559-9350（2021）02-0194-09

开放水体脱氮过程及其影响因素研究进展

杨正健 ，魏辰宇 ，刘德富 ，纪道斌 ，马 骏 ，王从锋 1
2
1
1，2
1，2
1
（1. 三峡大学 三峡水库生态系统湖北省野外科学观测研究站，湖北 宜昌 443002；
2. 湖北工业大学 河湖生态修复与藻类利用湖北省重点实验室，湖北 武汉 430068）
摘要：中国已建各类水库近 10 万座，水库建设改变了原河流水动力条件，影响了水体物质场、能量场、化学场
和生物场，究竟是“削减了水体净化功能”还是“强化了水体去污能力”目前尚不明确。本文系统总结了开放水体脱
氮过程研究进展，主要包括：（1）厌氧反硝化（Denitrification）、厌氧氨氧化（Anaerobic ammonium oxidation）、好氧
反硝化（Aerobic denitrification）和厌氧甲烷氧化（Anaerobic methane oxidation）等是目前开放水体脱氮的 4 个典型过
程；（2）潜流带、沉积物、溶解氧极小层及悬浮颗粒等是开放水体脱氮的主要发生区域；（3）溶解氧、碳氮比、硝
酸盐浓度、温度、pH 值是影响开放水体脱氮效率的直接因素。建议通过开展“出入库氮形态持续观测及氮负荷平
衡计算”、“水库不同载体脱氮机制原位研究方法构建”、“水库脱氮机制及氮移出通量研究”和“自然河流与水库脱
氮效率对比研究”等方面的研究来回答“水库强化水体脱氮能力”这一科学假设，以期为发掘水库的脱氮除污功
能、深入认识水库的生态环境影响提供一个新的研究思路。
关键词：脱氮；潜流带；沉积物；溶解氧极小层；悬浮颗粒；水库

中图分类号：TV697 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20200319

1 研究背景

据统计，2017 年中国废水（不含农村面源污染）总氮排放量为 216.46 万 t，总磷排放量为 11.84 万 t，
［1］
说明中国氮、磷污染问题仍然非常严峻 。过量的氮、磷导致的湖库水体富营养化及藻类水华问题，
［2］
已对居民饮水安全和淡水生态安全构成严重威胁 。在海洋中，近年来多次报道的“海洋死亡地带
［3］
（Dead zone/Hypoxic area）”问题已对区域海洋生态系统造成严重破坏 ，其主要原因也是河流入海氮、
［4］
磷污染过量 。因此，如何有效拦截和去除流域内的氮、磷污染已成为维护全球生态系统平衡的关
键，也是当前国际研究的热点和难点。有关研究表明，入海氮、磷总量实质只占陆域排放总量的
20% ~ 30%，说明陆域本身是除氮脱磷的主要场所，其河网潜流带和湖库沉积物内的生化反应被认为
［5］
起到了主要作用 。
［6］
中国已建各类水库近 10 万座 ，几乎遍布所有大小流域。因水库改变了河流水文规律，其物质
［7］
循环较自然河流有很大差别 ，由此对流域氮、磷污染的削减作用目前尚未有明确结论。本文将系统
分析近 30 年来开放水体脱氮机制及其影响因素的国内外研究成果，讨论水库在流域氮削减中的作
用，以期为发掘水库的脱氮除污功能、深入认识水库的生态环境影响提供新的研究思路。

收稿日期：2020-05-09；网络首发时间：2021-01-06
网络首发地址：http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.1882.TV.20210105.1118.001.html
基金项目：国家自然科学基金项目（51879099，91647207，52079075，U2040220，52079069，51779128）
作者简介：杨正健（1984-），教授，博士，主要从事生态水利研究。E-mail：yangzj1984@ctgu.edu.cn
通讯作者：刘德富（1962-） 教授，博士，主要从事生态水利研究。E-mail：dfliu@189.cn
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