喀斯特峡谷区常见植物叶片δ^13C值与环境因子的关系研究

通过对贵州花江峡谷喀斯特石漠化区4种典型石漠化植物群落中11种常见植物种叶片的δ13C值测定,研究了各植物种对影响植物碳同位素分馏的主要环境因子(土壤储水量、大气相对湿度、光照强度、土壤厚度)的响应,分析了石漠化梯度中不同土层土壤储水量、大气相对湿度、土壤有机质、年均气温、光照强度等环境因子梯度变化与植物叶片δ13C值的关系.结果表明,大部分物种的δ13C值对环境因子的变化趋势表现为随环境水分好转呈下降趋势,即水分利用效率下降;也有部分物种呈稳定不变或逆势上升趋势.相关性分析表明,清香木(Pistacia weinmannifolia)、石岩枫(Mallotus repandus)、红背山麻杆(Alchornea trewioides)的主导因子是土层储水量;肾蕨(Nephrolepis cordifolia)、野桐(Mallotus japonicus vat.floccosus)的主导因子是土壤厚度;肾蕨、八角枫(Alangium chinense)、构树(Broussonetia papyrifera)的主导因子是光照强度;而广西密花树(Rapanea kwangsiensis)、圆叶乌桕(Sapium rotundifolium)和灰毛浆果楝(Cipadessa cinerascens)则分辨不出主导因子,即环境影响因素更为综合.总体而占,叶片高δ13C值是对低水分、高光、低资源环境的适应.     

退耕弃荒洼地土壤有机碳在生态系统转化过程中的动态变化

在贵州喀斯特区域一块典型的退耕弃荒洼地中央和周边坡面采集了4个土壤剖面,研究土壤有机碳（SOC）含量和δ¹³C_org值的变化.结果表明,坡面不同土壤层次SOC的变化范围为6.0～92.3 mg·kg^-1,并沿着土壤层次的加深迅速降低,变化幅度远远大于洼地土壤剖面（6.3～26.7 mg·kg^-1）.坡面土壤δ¹³C_org 介于-25.103‰和-23.666‰之间,但各剖面土层内部δ¹³C_org变化趋势不一致.洼地土壤δ¹³C_org 介于-23.495‰和- 20.809‰之间,并随着土壤层次的加深δ¹³C_org逐渐增加.洼地土壤剖面层次内C₄-C占SOC的比例随土壤层次的加深逐渐增加,与林-农生态系统转变过程中的变化趋势相反;土壤δ¹³C_org与C₃-C之间呈显著相关性（R²=0.7806,n=7）,对δ¹³C_org起到主要影响作用的是退耕弃荒后新加入的C₃-C.     

利用黑松树轮δ13C 重建山东塔山地区近七十年来冬春季节的平均气温

对采自山东塔山的黑松(Pinus thunbergii Parl) 树芯样本进行交叉定年后建立树轮稳定碳同位素序列（δ¹³C 序列）。将得到的树轮δ¹³C 序列进行校正以去除大气CO₂的影响,提取其高频部分分析与气候要素的响应关系,发现黑松树轮δ¹³C 的高频序列与对应年份平均气温的响应比对降水量的响应显著。气温和降水对树轮δ¹³C 的影响均有滞后效应,即塔山地区树轮δ¹³C 能记录冬季气候变化。在相关分析基础上用回归方程重建了山东塔山地区近七十年冬春季节（即上年12 月— 当年5 月）的平均气温,分析发现重建序列有明显的冷暖交替上升的变化趋势。     

贺兰山油松年轮中稳定碳同位素含量和环境的关系

植物中稳定碳同位素δ¹³C变化和环境关系密切,通过研究贺兰山油松(Pinus tabulacformis)植物纤维素中稳定碳同位素δ¹³C和环境之间的关系,发现该地区树轮纤维素中稳定碳同位素序列和大气中CO₂的含量关系密切,据此可以推算大气中的CO₂浓度的变化情况.研究还发现植物纤维素中稳定碳同位素δ¹³C的变化和生长年1～7月的总降水量显著负相关(r=-0.515,a=0.05),而和当年6～8月的平均气温显著正相关(r=0.427,α=0.05).通过对比树轮纤维素稳定同位素δ¹³C值和太阳黑子之间的关系,发现太阳黑子活动最强的年份往往对应较高的树轮纤维素δ¹³C值.     

稳定碳同位素示踪农林生态转换系统中土壤有机质的含量变化

为了观察生态系统的转变对土壤有机质的影响,在贵州茂兰喀斯特原始森林保护区内农林生态系统发生转变的地域,分析了土壤有机质含量和土壤有机质的δ¹³C值森林点土壤有机碳含量普遍较高(1.81%～16.00%),而农田点土壤有机碳含量在0.43%～2.22%之间,表明毁林造田加速了土壤有机质的降解,使土壤有机质总量减少;利用C₃植物与C₄植物δ¹³C值的显著差异,对比森林点与农田点的δ¹³C值(森林点:-23.86‰～-27.12‰;农田点:-19.66‰～-23.26‰),计算表明,毁林造田同时也降低了土壤有机质中活性大的组分的比例,使土壤肥力下降.     

黔中岩溶地区草地土壤CO2的稳定碳同位素组成

黔中岩溶地区草地土壤 CO₂ 的δ¹³C值在地 -气界面层上随土层深度的增加而降低 ,在地 -气界面层以下 ,土壤 CO₂ 的δ¹³C值基本不变 .土壤 CO₂ 的 δ¹³C值存在季节变化与昼夜变化的特征 .夏季 CO₂ 的 δ¹³C值最高 (-15.5‰ ) ,冬季 CO₂ 的 δ¹³C值最低 (-18.9‰) ;从夏季到冬季 ,土壤 CO₂ 的 δ¹³C稳定值逐渐降低 ,降低幅度超过 3‰ .在一天中 ,中午土壤 CO₂ 的 δ¹³C值最高(-14.0‰ ) ,早晚土壤 CO₂ 的δ¹³C值较低 (-15.4‰ )     

稳定碳同位素示踪农林生态转换系统中土壤有机质的迁移和赋存规律

为了探讨土壤有机质在降解过程中的迁移、赋存规律,利用C₃植物与C₄植物明显的δ¹³C值差异,选取贵州茂兰保护区内农林生态系统发生转换生长的地域,分析土壤的不同粒径组分和比重组分中土壤有机质的δ¹³C值.结果表明,粗砂中的土壤有机质年代最新,细粉中的土壤有机质年代最老,有机质在降解过程中,在土壤各粒径组分中的迁移次序是:粗砂＜细砂＜粗粉＜粘土＜细粉;土壤重组分中的有机质年代较老,以降解充分、稳定的有机无机复合体为主,相对     

上海地区大气降水中氢氧同位素特征及其环境意义

本研究基于上海地区2016年9月～2017年8月期间采集的大气降水样品,测定并分析了雨水中δD、δ¹⁸O和δ¹⁷O特征,进一步探索氘盈余（d值）和¹⁷O盈余的环境意义。结果显示：（1）降水同位素年内变化明显,δD、δ¹⁸O和δ¹⁷O同位素比值冬春偏重、夏秋偏轻,单次降水过程中同位素呈不断贫化的趋势;（2）δ¹⁸O存在降雨量效应和反温度效应：大气降水线方程、d值显示上海地区气候整体温和湿润,蒸发作用相对较小;冬春季降水较少,相对湿度较小,同位素较富集;夏秋季降水较多,相对湿度较高,同位素较为贫化;（3）综合分析¹⁷O盈余,发现上海地区大汽降水的水汽处于从海洋向陆地转移的过程当中,在运移过程中受到沿途陆表蒸发,且雨季的大气降水来源主要为海洋气团,干季主要来源于内陆,以本地蒸发为主。     

黄土丘陵区柠条人工林不同深度土壤呼吸速率对土壤温湿度的响应

明确气候变化背景下生态脆弱区土壤呼吸速率特征和土壤温湿度对其影响,对准确评估和预知该区碳收支具有重要意义.以陕北黄土丘陵区自然撂荒地22 a柠条人工纯林为研究对象,通过CO₂分析仪和温湿度传感器测定不同土层（10、50和100 cm） CO₂浓度平均值和土壤温湿度,采用Fick第一扩散系数法计算土壤呼吸速率,探究不同土层土壤温度、土壤湿度和土壤呼吸速率的动态变化特征,并进一步分析不同土层土壤呼吸速率对土壤温湿度的响应.结果表明,土壤呼吸速率日变化随土层深度增加显著降低（P<0.05）,峰值出现时间存在滞后现象,相邻土层间（10、50和100 cm）土壤呼吸速率由上至下均滞后1 h;6~9月土壤呼吸速率月变化为多峰曲线,其中10、50和100 cm土层土壤呼吸速率最大值分别在7月25日、8月6日和8月10日,达13.96、2.96和1.47 μmol ·（m² ·s）^-1;土壤温度对土壤呼吸速率影响随土层深度增加而减弱,50 cm及以下土层土壤温度对土壤呼吸速率无显著影响（P>0.05）,10 cm土层指数拟合最优,R²=0.96,50 cm和100 cm土层拟合较差,R²分别为0.00和0.01,温度敏感系数Q₁₀随土层深度增加而减小;不同土层土壤湿度对土壤呼吸速率影响均显著（P<0.05）,二次拟合表现为50 cm （R²=0.35）>10 cm （R²=0.22）>100 cm （R²=0.31）;10、50和100 cm土层土壤温度与土壤湿度的综合作用可解释土壤呼吸速率的96%、6%~50%和22%~24%.综上所述,黄土丘陵区柠条人工纯林不同深度土壤温湿度对土壤呼吸速率影响存在差异,10 cm土层土壤呼吸速率受土壤温湿度的综合影响,但土壤温度的相对贡献更高,50 cm土层及以下土壤湿度为关键因子.研究结果有助于更好地预测未来气候变化对该区陆地生态系统碳循环影响,为温室气体调控提供理论依据.     

生物炭的13C标记方法及对镉、铜的吸附性能探究

生物炭施入土壤后很难分离和检测，因而难以直观研究生物炭在土壤中的环境行为.本文采用稳定同位素标记法制备¹³C标记的生物炭，研究了¹³C标记生物炭的制备方法，以及标记前后生物炭的基本理化性质及其对Cd²⁺和Cu²⁺的吸附效果和吸附机理.结果表明，脉冲标记法可有效提高玉米植株的δ¹³C值，经过550℃限氧热解法制备的¹³C玉米秸秆生物炭（¹³C BC）的δ¹³C值为249.3‰，显著高于土壤（-23.5‰）及未标记的玉米秸秆生物炭（-25.7‰），具有显著的生物炭示踪效果.¹³C标记的生物炭的pH、CEC、比表面积、表面官能团种类及数量等理化性质与未标记生物炭相似，说明脉冲标记法制备的¹³C标记生物炭不改变生物炭的基本理化性质.吸附动力学和吸附热力学实验结果表明，¹³C标记生物炭与未标记生物炭对Cu²⁺、Cd²⁺的吸附均符合准二级动力学方程和Langmuir等温吸附方程，且吸附平衡时间、最大吸附量基本相同，表明¹³C标记生物炭不改变生物炭对Cd²⁺、Cu²⁺的吸附效果和吸附特征.XRD、FT-IR结果表明，¹³C标记生物炭和未标记生物炭具有相同的吸附机理，均为离子交换作用、静电吸附作用和阳离子-π键作用.因此，脉冲标记法制备的¹³C标记生物炭具有与生物炭相同的基本理化性质和对镉、铜的吸附行为，同时具有显著高于土壤背景的δ¹³C值，可为土壤中生物炭迁移、生物炭与重金属相互作用行为的研究提供一条途径.     

土壤中多氯联苯的综合污染指数评价方法研究

借鉴综合污染指数的概念,引入加拿大环境理事会制订的土壤中多氯联苯(PCBs)标准指标.建立了PCBs污染的毒害性分污染指数(TPI)、持久性分污染指数(PPI)和生物累积性分污染指数(BPI)加权计算的综合污染指数(IPI)评价方法以及各污染指数的相关表达式,确定了土壤环境中PCBs的毒害性转换系数(Ti)、持久性转换系数(Pi)和生物累积性转换系数(Bi).利用建立的土壤中PCBs的综合污染指数评价方法定量评价了现代黄河三角洲地区土壤中的PCBs污染现状,22个采样点的PCBs污染的IPI值在1.1-531.7之间,整个现代黄河三角洲地区的PCBs污染现状属轻度污染.该评价体系综合地考虑了PCB8同系物间的环境行为差异,较现有的PCBs总量评价方法更科学合理,在持久有机污染物(POPs)的污染评价方面具有推广价值.     

黄河流域水污染排放特征及污染集聚格局分析

掌握污染源排放特征及其空间差异,是在流域尺度提升水污染治理水平的重要基础.该研究分别从污染源的活动水平（简称“活动水平”）、污染物产生、污染物去除和污染物排放4个方面选取了28个指标,对黄河流域60个市州主要水污染物排放特征开展了现状评价和聚类分析.采用污染分布的地理集中度指数表征各市州污染集聚格局,并利用空间分析模型Global Moran's I和G_i*指数判断污染排放的空间集聚趋势与冷热点地区.结果表明:按照水污染排放特征的差异,黄河流域不同地区在水污染格局上可划分为高排放强度区、高排放绩效区、污染集聚区和低排放绩效区;水污染物排放与经济发展格局分布一致,上游、中游到下游地区呈现明显的阶梯型分布,上游地区单位水资源利用效率和排放绩效低,下游地区区域性污染集聚效应明显;山西省、河南省和山东省沿黄城市在空间上表现为区域性连片污染集聚,集中分布在晋中城市群和中原城市群.针对当前黄河流域水污染排放特征和空间集聚格局,建议制定统一的生态环境保护与治理策略,加强中下游城市群的污染协同控制.      

黄河兰州段城市河道表层沉积物重金属空间分布特征及来源解析

为研究黄河流域城市河道表层沉积物重金属污染特征和来源,以黄河兰州段为研究区,采集46个表层沉积物样品并测定了重金属Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Hg和Pb的含量.分别采用单因子污染指数(P_i)、地累积指数(I_geo)和沉积物污染指数(SPI)对这8种重金属污染特征和生态风险进行了评估,并利用相关性分析方法(CA)、正定矩阵因子分解法(PMF)和主成分分析/绝对主成分分数法(PCA/APCS)相结合的手段解析了表层沉积物中重金属的来源.结果表明,表层沉积物重金属平均含量除As之外,其余7种重金属的平均含量均高于兰州市和甘肃省土壤元素背景值;空间上,各重金属元素含量高值集中于河道拐弯处;单因子污染指数和地累积指数结果均表明,表层沉积物以Cr污染为主,Cd和Ni污染次之;沉积物污染指数结果表明,重金属生态风险等级为自然-低风险级别.研究区表层沉积物中Cr、Ni、Zn、As、Cd和Pb等重金属的主要来源为工农业混合源、自然源以及工业和交通活动复合源,贡献率分别为77.6%、11.4%和11%.     

现代黄河三角洲土壤中多氯联苯来源解析研究

对现代黄河三角洲22个表层土壤样品中类二英类多氯联苯（PCBs）进行双毛细管柱GC-ECD结合MS测试,并对所得数据进行主成分分析,在同系物水平上解析了现代黄河三角洲土壤中PCBs污染的类型、来源、贡献率和同系物组成.结果表明,现代黄河三角洲土壤中PCBs污染存在4类污染源：第1类污染是由地表径流带来的非点源污染,来自黄河沿岸企业的工业生产和使用,其贡献率为49.6％,同系物组成与国产PCBs相似,且与Aroclor1221相对应;第2和第3类同属点源污染,来自沿海地区的油田开采活动,贡献率分别为15.0％和10.1％,第2类同系物组成与Aroclor1221和Aroclor1242叠加的结果类似,第3类与Aroclor1260相似;第4类污染是由大气污染导致的非点源污染,来自大气的干、湿沉降,其贡献率为8.4％,同系物组成与Aroclor1242、Aroclor1248和Aroclor1260叠加的结果类似.     

夏季长三角地区臭氧非线性响应曲面模型的建立及应用

2013年8月上旬,长三角地区发生了一次大范围高浓度臭氧污染事件.本研究基于WRF-CMAQ空气质量模型系统,结合长三角地区大气污染物排放清单,构建了臭氧与其前体物之间的非线性响应曲面模型(Response surface modeling,RSM).基于RSM探讨了长三角地区O_3化学的敏感性特征,分析了上海市O_3的来源并预测不同情景下O_3的变化,提出O_3污染的最优控制方案.研究结果表明,长三角地区夏季O3主控因素区域差别较大,上海环科院、杭州卧龙桥、南京玄武湖等城区点位属于VOC控制型;徐州铜山、合肥肥西、丽水青田等郊区属于NOx控制型.O_3的敏感性特征在不同浓度水平下也呈现较大差异,随着O_3浓度水平的升高,各地区NOx敏感性均有所增加.从区域来源来看,远距离传输对平日上海O_3贡献较大,占50%以上;而在O_3污染日,本地及区域贡献为72.1%,而远距离传输贡献下降至27.9%.快速预测了110组减排情景,表明在本地及区域前体物均减排70%的情况下,2013年8月上海O_3浓度能完全达标.     

基于DGT技术的黄河上游典型水库沉积物氮磷释放与污染源解析

针对黄河上游河库连通背景下水库的污染源解析不足的问题,基于薄膜梯度扩散和高分辨率孔隙水采样,分析了黄河上游典型水库——沈家河水库的污染特征和扩散通量.结果表明,清水河入库口水质为劣Ⅴ类,沉积物为重度污染状态.各点位上覆水可溶性磷酸盐（SRP）平均值低于孔隙水,表明沉积物SRP因浓度梯度向上扩散.各点位DGT-P与DGT-Fe的相关性及沉积物-水界面浓度差存在空间异质性,1号的沉积物DGT-P释放受Fe-P还原释放主导,2号的表层沉积物DGT-P释放能力较差,3号的表层沉积物DGT-P的释放能力较强,可根据释放机制采取不同治理措施.沉积物-水界面附近1号（4～8 mm）、 2号（8～20 mm）和3号（-8～8 mm）发生NH⁺₄-N浓度减小和NO^-₃-N浓度增加的现象.沉积物释放导致的TP、 TN和NH⁺₄-N负荷增加量分别占总量的100%、 78.3%和56.5%,表明沉积物释放是负荷的主要来源,但是清水河输入对氮的影响不可忽略.结果为黄河上游水库污染源...     

珠江三角洲沉积物中毒害有机物的污染现状及评价

参照美国EPA8000系列方法及质量保证和质量控制(QA/QC),对珠江三角洲河流和河口表层沉积物中的有机氯农药、多氯联苯(PCBs)和多环芳烃(PAHs)进行了定量分析。与世界各地表层沉积物中毒害有机污染物的浓度进行对比,分析了珠江三角洲地区沉积物的污染现状;与国外生态风险评价标准对比表明,广州河段和澳门河口的沉积物为高生态风险区。      

松花江流域河流沉积物中多氯联苯的分布、来源及风险评价

为查明松花江流域沉积物中多氯联苯(PCBs)分布、来源及污染现状,利用GC-ECD和GC-MS测定松花江流域沉积物中PCBs含量,并运用美国国家环保署法(EPA)、加拿大沉积物环境质量标准(SQG)和潜在生态危害指数法(Er)对沉积物中PCBs生态风险进行评价.结果表明,河流沉积物中均有2～10氯代的PCBs同系物被检出;松花江流域沉积物中PCBs含量介于0.83～125.53 ng.g-1,其中嫩江为0.83～4.44 ng.g-1,第二松花江为12.44～125.53 ng.g-1,松花江干流为1.74～6.25ng.g-1;沉积物中PCBs含量最高的是第二松花江,主要来源于沿江分布的与油漆、绝缘材料等工业品有关的污染源,其它河流沉积物中以二氯联苯为主的PCBs主要来源于大气沉降.3种方法(EPA、SQG、Er)的风险评价显示第二松花江沉积物中的PCBs已达到中等到较强程度的污染,其它河流沉积物中的PCBs暂无生态风险.     

兰州市黄河风情线地表积尘及周边绿地土壤重金属污染特征及风险评价

为研究城市滨河公园景区地表积尘和周边绿地土壤重金属污染状况及潜在生态风险和健康风险,选择兰州市黄河风情线沿线的游园、广场和主题公园为研究区,分别采集了27个地表积尘和26个周边绿地表土样品.采用地累积指数(I_geo)、单因子污染指数(P_i)、内梅罗综合污染指数(P_N)和改进的潜在生态风险指数(RI)评估Cr、 Ni、 Cu、 Zn、 As、 Cd、 Hg和Pb这8种重金属污染特征和潜在生态风险程度,并利用暴露风险模型进行健康风险评价.结果表明,研究区地表积尘和周边绿地土壤As含量的平均值略低于甘肃省土壤元素背景值,但地表积尘的其余元素均高于甘肃省和兰州市元素背景值,而周边绿地除Cr和Ni元素略低于甘肃省和兰州市的背景值之外,其余Cu、 Zn、 Cd、 Hg和Pb含量的平均值却高于两者的背景值.地累积指数和单因子污染指数显示,研究区地表积尘受到Cr、 Cu、 Zn、 Cd、 Hg和Pb的污染,沿途绿地土壤存在不同程度的Cu、 Zn、 Cd、 Hg和Pb的污染.内梅罗综合污染指数表明,研究区地表积尘和周边绿地土壤的综合污染程...     

北江中上游地表水和沉积物中PAHs和PCBs污染特征和风险评估

采用气相色谱-质谱法（GC-MS）测定了北江中上游流域地表水和沉积物样品中多环芳烃（PAHs）和多氯联苯（PCBs）类污染物的含量,分析了PAHs和PCBs的污染水平和空间分布,并评估了污染物的健康风险和生态风险.结果表明,16种PAHs单体在所有水样和沉积物样品中均被检出,检出范围分别为41.82~443.04 ng·L^-1和59.58~635.73 ng·g^-1,北江中上游PAHs的污染水平为中、轻度.水中PAHs以二环芳烃和三环芳烃为主,沉积物中以三环芳烃和四环芳烃为主.在水样中检出了17种PCBs,浓度范围0.81~287.50 ng·L^-1,以六氯联苯和七氯联苯为主;沉积物中检出了8种PCBs,含量范围0.13~3.96 ng·g^-1,以五氯联苯和七氯联苯为主.整个调查区域内地表水中PAHs和PCBs的终生致癌风险指数小于10^-4,处于中、低水平;非致癌风险指数均小于1,不存在非致癌风险.采用风险商值（RQ）法对地表水中污染物进行生态风险评价,研究区域内地表水中PAHs和PCBs生态风险总体处于中低风险水平,个别点位存在重度风险的污染物单体,值得引起重视.采用沉积物质量基准法（SQGs）对沉积物中污染物进行生态风险评估,沉积物中PAHs和PCBs均处于较低的生态风险水平.