不同碳源培养的成熟好氧颗粒污泥的分形表征

为了表征不同碳源培养的好氧颗粒污泥的密实以及规则程度,试验利用不同碳源培养的成熟好氧颗粒污泥SEM照片,采用Photoshop、Fips2对图形进行处理并且对图像进行分形计盒维数的计算.其中,1号(葡萄糖膨胀颗粒)好氧颗粒的计盒维数最低,达到1.794±0.011,3号(蛋白胨颗粒)与5号(生活污水颗粒)的分形维数较高,达到了1.866±0.018和1.880±0.015,较为致密.不同碳源培养的好氧颗粒污泥的边界计盒维数主要分布在1.14左右,其中6号(啤酒颗粒)的形状较为规则,计盒维数达到1.115±0.003,7号(垃圾渗滤液颗粒)污泥的形状最不规则.结果表明,利用二维分形维数能够较好地表征、区分不同好氧颗粒污泥的密实程度、规则程度,并且能够表征好氧颗粒污泥的状态,如膨胀等.分形表征一定程度上弥补其他现有表征好氧颗粒污泥的理化特性方法的缺陷,为研究好氧颗粒污泥的组成、结构及物化特征的关系提供重要依据.     

典型工业半焦的孔隙分形结构分析

工业半焦是一种具有复杂的微观孔隙拓扑结构的多孔物质.基于分形理论,引入分形维数对工业半焦不规则孔隙结构的粗糙、复杂程度进行了定量表征和描述.选取具有典型煤种和工艺代表性的工业半焦样品,用孔隙度分析仪对其孔隙结构特征进行了测量,并利用其测量数据进行了分形维数的分析计算.计算结果表明,工业半焦的孔隙结构符合分形特征,在样品颗粒尺寸为2.36～3.35mm的测量条件下,样品的分形维数在2.7982～2.9154之间,其可决系数在0.9157～0.9614之间;样品的分形维数与煤种和半焦热解工艺过程均有一定的关系.通过对工业半焦分形维数的计算分析,可以更加全面准确地了解其孔隙结构特征,以期为分析评价其吸附和活化潜力、制定恰当的活化工艺提供更加可靠的依据.     

生活垃圾填埋堆体孔隙结构模拟实验的CT测量分析

生活垃圾堆体作为一种多孔介质,其孔隙的结构及分布均影响垃圾降解和水气运移。采用CT技术测量生活垃圾模拟填埋堆体初始和降解后状态的孔隙结构,并选取降解初始和稳定阶段的2个时刻扫描图像中垃圾堆体内部的孔道长度、孔喉面积、孔隙配位数及孔隙连通参数,对其进行对比分析。结果表明:微生物降解极大地改变了垃圾堆体内部的孔隙。从孔隙参数的绝对数值看,垃圾的降解使垃圾孔隙度、孔道密度、孔喉密度、配位数均得到减小。从孔隙参数的分布规律看,垃圾的降解使垃圾孔道长度分布更趋于单调下降,孔喉面积分布由单调下降向单峰分布转化,配位数分布的幂函数下降规律保持不变,但是下降梯度变大。     

江汉平原北部黏土层土壤水分特征曲线的测定与模拟

为探究大别山区-江汉平原三水转换关键带水分运移机制,获取包气带水分运移模型所需的相关参数,以大别山-江汉平原过渡带为研究区,采取江汉平原北部黏土层典型剖面不同深度(0～6.5 m)的原状土样,采用压力膜法测试土壤的水分特征曲线,分析了研究区不同层位土壤水分特征曲线和孔隙性质的变化,并选取van Genuchten模型和Gardner模型对研究区不同深度土壤的水分特征曲线进行了拟合,综合评价了模型的拟合效果。结果表明:研究区不同深度土壤的体积含水量随土体吸力的变化呈规律性变化,在低吸力阶段,各层位土壤体积含水量整体快速降低,土壤水分特征曲线较缓,在高吸力阶段,土壤排水变少,土壤水分特征曲线较陡,其中1.4～2.0 m层位土壤的持水性能好于其他土层;土壤当量孔隙分析显示,研究区不同深度土壤的孔隙存在一定的变化规律,有效孔隙主要分布在2.0 m以上层位,大孔隙和微小孔隙在2.0 m以下层位所占的比例较大;利用van Genuchten模型对研究区不同深度土壤水分特征曲线进行拟合的效果好、可靠性高,通过将RETC软件得到的van Genuchten模型的相关参数值进行对比发现,2.0 m以下层位土壤的饱和体积含水率(θ_s)较高,参数α值说明2.0 m以上层位土壤的进气值大于以下层位。     

ABR成熟颗粒污泥的分形特征与尺度效应

建立了基于SEM照片研究ABR成熟颗粒污泥分形特征的操作程序,采用Photoshop、Newscan和Fips程序对该图形进行处理和分形维数计算.颗粒污泥的计盒维数值处于1.85以上,第3格室和第5格室形成的颗粒污泥较为致密.不同格室颗粒污泥边界的计盒维数的值在1.10左右,表明它们的边界或表面是不规则的,而且第1格室和第5格室形成的颗粒污泥的表面不规则程度高一些.颗粒污泥边界的圆规维数计算结果也表明其表面是不规则的,而且每一个颗粒污泥都存在2个分形维数的尺度区间,有的区间跨度达一个数量级.另外,不同的计算维数的方法会导致结果的差异.建立不同尺度域下的分形维数与颗粒污泥的组成、结构及物化特征的关系将具有重要意义.     

基于CT技术的巢湖沉积物孔隙结构三维重建的初步研究

为更好地了解分析沉积物孔隙结构特征,本文通过CT技术及相关软件,对巢湖沉积物孔隙结构进行了三维重建,展现了巢湖沉积物真实的三维孔隙结构,并以此为基础定量计算了孔隙度、孔隙连通性、曲率等沉积物孔隙结构参数.结果表明,巢湖表层沉积物孔隙度变化范围为0.28~0.75;曲率在2.83~9.31内变化,且在不同方向上表现出明显的差异性,Z方向上的较高曲率阻碍了孔隙水中的污染物扩散.沉积柱在垂直方向上,总体上随深度的增加,孔隙度减小,但在某些深度存在异常,可能是因为底栖动物活动或沉积条件变化.     

红枫湖后午沉积物磷形态与生物有效磷的垂向分布及疏浚深度推算

以贵州红枫湖后午重污染沉积物为研究对象,对沉积物柱芯按每2cm分层,研究了沉积物中含水量、孔隙度、磷形态与生物可利用磷的垂向分布规律,并推算出污染沉积物的环保疏浚深度。结果表明,含水量和孔隙度在沉积物上部30cm内递减,30cm往下剧减。沉积物中不同磷形态、生物有效磷的垂向分布规律相似,分别在6～12cm和15～16cm两个层段出现了转折,在底部30cm后趋于稳定。沉积物表层16cm中NaOH-P和有机磷含量的剖面变化,反映了红枫湖近20年来水环境富营养化的演变过程。根据含量拐点法和环保疏浚经济成本的考虑,可将后午区域疏浚层的深度定为30cm。     

南四湖湿地沉积物及孔隙水基本特性研究

利用平衡式孔隙水采样技术Pore Water Equilibrators(Peeper)来获得沉积物的孔隙水剖面,研究了南四湖湿地芦苇、香蒲沉积物的理化性质对孔隙水营养盐的垂向分布特征及其扩散通量的影响.结果表明,通过种植芦苇和香蒲,沉积含水量、孔隙度及交换态的氨氮、硝态氮含量均较无植物的对照区有明显提高.在2～5cm亚表层,芦苇区和香蒲区孔隙度分别提高了57.5%和34.6%.在沉积物-水界面附近,孔隙水中氨氮和可溶性磷酸盐浓度随剖面深度的增加呈指数关系增长,在沉积物6～8cm左右达到最大值.运用Fick第一定律对孔隙水营养盐的扩散通量进行估算,发现芦苇较香蒲更能有效地抑制孔隙水中氨氮的再次释放,从对照区的最高值3.57～4.48mg/(m2.d)降低0.90～1.24mg/(m2.d);磷酸根扩散通量3个区域的数值相差不大,在0.02～0.04mg/(m2.d)间波动;硝态氮3个区域均表现为上覆水向间隙水中扩散.相关分析结果表明,沉积物中交换态营养盐含量与孔隙水中含量呈显著正相关关系,因此控制营养盐的可交换态含量可能是防止湿地沉积物营养盐二次污染的有效途径之一.     

人工注气及生物产气对孔隙介质中DNAPL运移影响

重非水相液体(DNAPLs)的污染和治理问题是国内外研究热点,由地下水曝气技术注入的人工气体或生物作用等产生的气体必然对DNAPL在地下水系统中的运移及修复产生影响.采用CCD实时监测系统,以TCE为目标污染物,通过3个二维砂箱试验,以饱水条件下DNAPL的运移为对照,研究了人工注气及生物产气对DNAPL在孔隙介质中运移的影响.结果表明:(1)基于CCD相机的透射光监测系统是一种研究二维孔隙介质中多相流迁移规律的有效非侵入式监测方法,应用于实时监测水/NAPL,水/气,水/NAPL/气多相系统中流体渗流过程.(2)人工注气和生物产气两种条件下,气体在多孔介质中的分布特征有差异,前一条件下气体连续分布,后一条件下则以非连续分布的气泡为主.(3)在水/气两相系统中,气体的存在使得DNAPL污染羽的整体形状更加不规则;同时缩短了TCE污染羽前缘整体平均垂向下迁距离;也导致迁移路径上孔隙中TCE的截留量变小.DNAPL的入渗过程受重力影响以垂向渗流为主,垂向渗流时易于驱替孔隙中的水分,然而水平渗流时优先驱替孔隙中的空气.     

干旱沙区人工固沙植被演变过程中土壤有机碳氮储量及其分布特征

通过测定干旱沙区不同年代人工植被固沙区土壤剖面1 m深度容重和有机碳、全氮含量,估算了人工固沙植被演变过程中土壤有机碳和全氮储量特征及其垂直分布格局.研究表明,干旱沙区人工固沙植被演变过程中,0～100 cm深土壤有机碳和全氮储量均呈增加趋势;有机碳氮储量表现出了固沙初期的显著增加期(<16 a),随后的缓慢增加积累期(16～25 a),及后期的显著增加期(>25 a),该变化趋势主要体现在0～20 cm的表层.土壤有机碳氮储量增加程度随深度增加有降低趋势,并且表层土壤(0～20 cm)有机碳和全氮储量远大于深层土壤(20～100 cm);固沙初期土壤有机碳和全氮储量的增加体现在0～100 cm各个深度,而随后积累期主要体现在0～20 cm深度,固沙后期的增加也主要在0～20 cm深度,20 cm以下增加不明显;0～100 cm深土壤有机碳氮储量表聚性随固沙植被演变越来越明显.明确了降水<200 mm的沙区人工固沙过程中植被和土壤特征的改变对土壤有机碳氮储量及分布特征的影响,为更好地理解干旱人工植被区的碳循环特征和预测该生态系统与气候变化间的反馈关系奠定了基础.     

放牧对张家界索溪峪景区土壤微生物区系及活度的影响

为了探明旅游对张家界景区土壤微生物的影响,进行了放牧对土壤微生物区系及活度的影响研究。结果表明:放牧显著影响了0～5cm土壤的细菌、放线菌、真菌总数,活动区的细菌和真菌等主要有机质分解菌明显低于缓冲区和背景区,而背景区的放线菌明显高于缓冲区和活动区。在5～15、15～25cm土壤层中,细菌和放线菌总数没有受到放牧的影响,但背景区和缓冲区的真菌总数均显著高于活动区,活动区的细菌在5～15cm土壤中最多,而放线菌和真菌数量均表现为随土壤深度增加而减少的趋势。在缓冲区和背景区土壤中,3类微生物的数量均随土壤深度增加而减少。放牧也对表层土壤中的好气性纤维素分解菌、嫌气性纤维素分解菌、好气性固氮菌、硝化细菌以及反硝化细菌等微生物生理群造成了显著影响。土壤微生物活度随土壤深度增加而降低。在0～5和5～15cm²个土壤层中,缓冲区和活动区的微生物活度均明显高于背景区,而缓冲区的微生物活度与活动区的微生物活度没有显著性差异,微生物活度表现为活动区>缓冲区>背景区;在15～25cm土壤层中,活动区与缓冲区的微生物活度没有显著性差异,缓冲区与背景区的微生物活度没有显著性差异,但活动区的微生物活度明显高于背景区的微生物活度。     

Biodiversity below ground: probing the subterranean ant fauna of Amazonia

Ants are abundant, diverse, and ecologically dominant in tropical forests. Subterranean ants in particular are thought to have a significant environmental impact, although difficulties associated with collecting ants underground and examining their ecology and behavior have limited research. In this paper, we present the results of a study of subterranean ant diversity in Amazonian Ecuador that employs a novel probe to facilitate the discovery of species inhabiting the soil horizon. Forty-seven species of ants in 19 genera, including new and apparently rare species, were collected in probes. Approximately 19% of the species collected at different depths in the soil were unique to probe samples. Analysis of similarity (ANOSIM) results showed that the species composition of ants collected with the probe was significantly different from samples collected using other techniques. Additionally, ANOSIM computations indicated the species assemblage of ants collected 12.5 cm below the surface was significantly different from those found at 25, 37.5, and 50 cm. Ant diversity and species accumulation rates decreased with increasing depth. There were no species unique to the lowest depths, suggesting that subterranean ants may not be distributed deep in the soil in Amazonia due to the high water table. The technique we describe could be used to gain new insights into the distribution and biology of subterranean ant species and other members of the species-rich soil invertebrate macrofauna.     

旅游对张家界国家森林公园土壤酶及微生物作用强度的影响

为了探明旅游对张家界国家森林公园土壤生物性状的影响,为保护土壤生态平衡,合理开发生态旅游提供理论依据,进行了旅游人为踩踏对土壤酶及微生物作用强度的影响研究。结果表明:背景区土壤的酶活性>缓冲区土壤的酶活性>活动区土壤的酶活性。背景区土壤的氨化作用强度与微生物活度>缓冲区土壤的氨化作用强度与微生物活度>活动区土壤的氨化作用强度与微生物活度,而硝化作用强度的变化则正相反。旅游显著影响了0～5cm土壤的酶活性及微生物作用强度;在5～15cm土壤和15～25cm土壤层中,背景区和缓冲区的酶活性和微生物作用强度差异不显著,而与活动区的差异显著。有机质分解相关的微生物氨化作用强度、纤维素酶活性、木聚糖酶活性、蛋白酶活性的影响主要是由于土壤有机质的投入减少而造成,而硝化作用强度则主要与踩踏引起的土壤板结造成亚硝酸盐的积累有关,踩踏严重,硝化作用强度大。不同土壤层的微生物作用强度及酶活性强弱是:0～5cm土壤>5～15cm土壤>15～25cm土壤。张家界国家森林公园土壤微生物作用强度及酶活性受到了人为踩踏的破坏,生态系统抵御外界干扰的能力也受到了旅游活动的破坏。     

集约化种植区硝态氮在土壤剖面中的分布与累积特征

采用GPS定位、土钻取样的方法,在北京市大兴区14个乡镇的农田土壤中选取了91个土壤剖面,分别在0～20cm、20～40cm、40～60cm、60～80cm4个不同深度取得土壤样品,并在一次种植期结束后,综合考虑种植类型和土壤质地后选取24个重复取样点.在此基础上,分析了种植类型及土壤质地对硝态氮分布及累积情况的影响.结果表明,研究区土壤中的硝态氮含量有随土壤深度的增加呈降低的趋势.露地菜田和设施菜田最容易出现硝态氮淋洗现象,果园和粮田的总体状况较好,但粮田个别地区有一定的污染风险,细质地土壤具有较强的保水保肥能力.大兴区采育镇及长子营镇地区有较高的硝态氮累积量,为硝态氮淋洗污染危险区,应进行合理施肥,以免在一个种植期结束后造成较深层土壤中硝态氮的累积.研究结果可为大兴区地下水环境保护提供参考.     

绿地再生水灌溉土壤微生物量碳及酶活性效应研究

再生水灌溉引起了土壤理化性质的变化,其对土壤生物活性的影响备受关注.以再生水利用较典型的北京为研究区,分层采集了不同再生水灌溉历史的城区公园绿地与城郊农田表层土壤样品,测定并分析了一些常规理化指标、土壤微生物量碳及5种土壤酶（脲酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶、脱氢酶和过氧化氢酶）活性,探讨长期再生水灌溉下土壤微生物量碳和酶活性的变化.结果表明,再生水灌溉下公园绿地土壤微生物量碳和酶活性均高于其自来水对照灌区,农田上升不明显.与对照相比,公园绿地与农田再生水灌区0～20 cm土层土壤微生物量碳平均含量分别上升了60.1%和14.2%,公园绿地再生水灌区0～20 cm土层中土壤酶活性平均增幅为36.7%,而农田为7.4%.调查区土壤微生物量碳及酶活性均随土壤深度的增加而降低,其中公园绿地0～10 cm与10～20 cm土层间差异极显著.因此,北京地区城市绿地使用再生水长期灌溉有助于提高土壤生物活性.     

黄土丘陵区林草退耕年限对土壤团聚体特征的影响

随着国家退耕还林还草战略的实施、植被覆盖的变化,林、草地植被恢复进程中土壤团聚体特征的变化受到广泛关注.本研究以黄土丘陵区西部的官山林场退耕后栽植的刺槐林地、撂荒草地为对象,选取退耕年限为10、25 a的林、草地,采用湿筛法测定各样地0~30 cm土壤的水稳性团聚体组成,比较退耕还林、还草和退耕年限(10、25 a)对土壤水稳性团聚体平均质量直径(MWD)和分形维数(D)的影响.结果表明:退耕10 a的林地0~30 cm土层水稳性大团聚体含量(R0.25)、MWD和D分别为57.60%、1.91 mm和2.73;退耕25 a的林地分别为60.17%、1.88 mm和2.74;退耕10 a的草地分别为59.89%、1.82 mm和2.74;退耕25 a的草地分别为72.69%、2.71 mm和2.61.进一步分析证明,随着退耕年限的增加,土壤团聚性增强;但林草地的变化存在差异:恢复10 a阶段,土壤团聚性林地尚优于草地,25 a后草地优于林地.各样地土壤的SOC含量与R0.25呈显著正相关关系(p0.01),与D呈显著负相关关系(p0.05).退耕类型和退耕年限对土壤团聚性有显著影响.     

废弃物施加对福州平原稻田土壤团聚体分布及其稳定性的影响

为了阐明废弃物施加对稻田土壤团聚体分布及其稳定性的影响,以福州平原稻田为研究对象,对对照、石膏、贝壳、生物炭和炉渣5种处理样地0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm土层土壤团聚体分布及其稳定性,包括0.25 mm团聚体含量(DR0.25)、平均质量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、分形维数(D)进行了测定和分析.结果表明,与对照样地相比,石膏、贝壳、生物炭和炉渣施加后均增加了土壤团聚体DR0.25、MWD和GMD值,其中,石膏施加后土壤团聚体DR0.25、MWD和GMD值分别增加了12.76%、12.13%和12.17%,贝壳施加后分别增加了32.65%、31.83%和33.86%,生物炭施加后分别增加了12.07%、9.32%和11.70%,炉渣施加后分别增加了19.70%、13.59%和18.10%,但与对照样地相比,石膏、贝壳、生物炭和炉渣施加后土壤团聚体分形维数均表现为减小的趋势,分别减小了4.02%、11.65%、4.37%、9.29%.从土壤团聚体DR0.25、MWD、GMD值和分形维数的变化特征来看,石膏、贝壳、生物炭和炉渣施加均提高了土壤团聚体的稳定性.     

Changes in soil microbial community structure associated with two types of genetically engineered plants analyzing by PLFA

With the rapid expansion of GEPs(genetically engineered plants), people are more and more concerned about the ecological risks brought by their release. Assessing the effect of GEPs on soil microbial ecology is indispensable to study their ecological risks. In our study, the phospholipids fatty acid(PLFA) method was used to analyze the microbial community of soil samples collected from fields with two types of GEPs-Bt transgenic com and PVY( potato virus Y) cell protein gene transgenic potato. The principal components analysis(PCA) showed all controls were on the right of related GEPs samples along the PC1 (the first principal component) axis, which means a decrease of fungi in soils with genetically engineered crop since most of PLFAs that are strongly positively correlated with PC1 represent fungi. For samples collected from Bt transgenic cornfield, the ratios of gram-positive to gram-negative bacteria were less than those of controls. For samples of transgenic potato field, these ratios were lower than those of controls when soils were collected from deep layer(20-40 cm), but were higher when soils collected from surface layer(0-20 cm). For soils collected from 0-20 cm, the ratios of fungi to bacteria for all GEPs samples were at the same level. So were such rations for all controls. Changes of soil microbial community in two types of GEPs fields were detected in our study, but the causes and more information still needs further study.     

生物炭与土壤调理剂对滨海荒芜重盐碱地的改良效应

以土壤改良剂对荒芜重盐碱地生物改良和开发利用为研究目标,在华北低平原区滨海荒芜重盐碱地开展了施用生物炭（B）和调理剂（C）种植先锋作物油葵的大田试验.生物炭用量设2个水平（0和1.25 kg ·m^-2）调理剂施用量设3个水平,分别为0、0.83和1.66 kg ·m^-2,共6个处理.油葵收获后按照每30 cm一层采至90 cm搜集土样.结果表明,施用生物炭提高0~30 cm和60~90 cm土层含盐量,而土壤调理剂则显著降低0~30 cm土壤含盐量.没有发现生物炭或调理剂对土壤pH有显著影响.生物炭处理显著抑制土壤硝化作用,导致0~90 cm土层NO₃^--N含量显著下降,NH₄⁺-N含量提高,对有机质（SOM）含量没有显著影响.施用土壤调理剂提高0~30 cm土壤SOM含量,调理剂施用量为1.66 kg ·m^-2时0~90 cm土层的NO₃^--N含量显著增加.单施生物炭与调理剂或者二者组合均显著增加0~90 cm土壤NH₄⁺-N含量、有效磷（Olsen-P）含量和有效钾（K_ex）含量,但生物炭对这3种养分含量的提升效果更显著,土壤调理剂则在增加0~30 cm土壤有机质和降盐方面更有效.施用高量调理剂促进土壤硝化作用,而施用生物炭恰恰起到硝化抑制剂的作用,因此,将生物炭与土壤调理剂结合施用,是滨海荒芜重盐碱地防止NO₃^--N淋失、减少环境污染、增肥降盐并保障耐盐先锋作物高肥低盐生长环境的有效措施.