低分子量有机酸对三峡水库消落区土壤中汞赋存形态及其活性的影响

为研究植物根系分泌物的主要成分——低分子量有机酸对土壤汞的活化作用,利用室内模拟实验,通过分析不同浓度的柠檬酸、酒石酸和草酸溶液对三峡库区消落带土壤中汞赋存形态的影响及其随培养时间的变化特征,探究了低分子量有机酸对汞迁移能力和生物有效性的作用.结果表明,柠檬酸可增强土壤汞的迁移能力,而草酸和酒石酸则表现出软弱的抑制作用.3种低分子量有机酸均能明显地增强土壤中汞的生物有效性,整体活化效果为:柠檬酸酒石酸≈草酸.有机酸对土壤中汞形态的作用随其浓度的增加而增强,且当浓度为15 mmol·L~(-1)(柠檬酸)、10 mmol·L~(-1)(酒石酸和草酸)时开始趋于稳定.在15 mmol·L~(-1)柠檬酸培养的土壤中,汞形态分布的变化随培养时间的延长而愈加显著,直到14d时才基本停止,此时胃酸溶解态汞增加最为明显,其主要来自于部分被活化的强络合态汞.     

外源添加磷和有机酸模拟铅污染土壤钝化效果及产物的稳定性研究

有机酸可提高土壤磷有效性,且能影响对重金属的固定,其在磷活化和重金属钝化方面具有非常复杂的功能.本研究以模拟铅污染土壤为对象,外源添加磷和柠檬酸,采用BCR三步连续提取法、0.01 mol·L-1CaCl2提取和毒性淋溶提取法(TCLP)评价有机酸存在下磷对模拟铅污染土壤的钝化效果;以苹果酸、NaNO3溶液为解吸剂探讨磷-柠檬酸-铅体系的稳定性.结果表明,无柠檬酸时,酸提取态Pb含量随磷浓度的增加而降低;加磷100 mg·kg-1、400 mg·kg-1时,酸提取态Pb含量随柠檬酸浓度增加而显著增加.残渣态Pb与酸提取态Pb的变化趋势相反,说明磷能降低土壤铅的生物有效性,柠檬酸则作用相反.有机酸浓度一定时,随磷浓度增加,0.01 mol·L-1CaCl2提取和TCLP提取的铅含量均呈降低趋势,表明磷具有钝化铅污染土壤的效果;但磷浓度一定时,它们提取铅含量随柠檬酸浓度增加表现出相反的变化趋势.土壤铅的解吸率随苹果酸浓度增加、pH值减小、离子强度增加而提高,且只添加磷处理的土壤铅解吸量较添加磷和柠檬酸共同处理的土壤少,前者钝化的铅稳定性更高.     

低分子有机酸对三峡库区沉积物吸附Pb2+影响研究

以长江三峡库区万州段消落带区的沉积物为研究对象,通过等温吸附平衡实验研究不同浓度的柠檬酸、草酸对沉积物吸附Pb2+的影响.实验结果表明:消落带沉积物对Pb2+的吸附量随着Pb2+离子平衡浓度的增加而增大,Pb2+平衡浓度在0.08～80 mg/L时,其最大吸附量为8 762.00 mg/Kg.不同浓度的柠檬酸、草酸会在不同程度上抑制沉积物对Pb2+吸附,2 mmol/L柠檬酸对沉积物吸附Pb2+的能力是浓度为4 mmol/L时的1.12倍,草酸条件下为1.02倍.即高浓度的低分子有机酸抑制消落带沉积物对Pb2+的吸附.     

澎溪河消落带典型植物群落根际土壤无机氮形态及氮转化酶活性

三峡库区消落带是典型的生态脆弱带,其土壤N循环因受到植物根际效应和季节性淹水的影响而具有特殊性.本研究以三峡库区一级支流澎溪河消落带为例,选择4种植被(狗牙根、香附子、苍耳以及玉米)覆盖区,采集植物根际、非根际土壤,分析根际土壤与非根际土壤理化性质、无机氮形态以及7种N素转化相关酶,并比较了4种植物根际效应强度,以反映不同植物覆盖对消落带土壤N循环过程的影响.研究表明:供试植物根际土壤pH值均低于非根际,有机质、全氮、全磷含量均高于非根际,表明植物根际对消落带土壤养分有富集作用;4种植物根际土壤硝态氮、铵态氮、亚硝态氮及14d可矿化氮含量均高于非根际,且土壤硝态氮、亚硝态氮以及14d可矿化氮含量呈现香附子＞狗牙根＞苍耳/玉米;总体上根际土壤N转化酶活性高于非根际,且狗牙根和香附子覆盖区脲酶、亚硝酸还原酶、谷氨酰胺酶、脱氢酶显著高于玉米和苍耳覆盖区;蛋白酶、脲酶、谷氨酰胺酶活性与4种N形态均呈显著相关性,是消落带土壤N转化的主要参与酶类;根际效应分析结果香附子和狗牙根对消落带土壤N转化的根际效应强度大于苍耳和玉米,有利于土壤N素的固定和保持.植物根际效应对消落带土壤N素循环的影响可为消落带植被恢复工程中植被选择提供参考,也为改善消落带土壤退化相关研究提供科学支撑.     

三峡水库消落带土壤与优势植物淹水后对土-水系统汞形态的影响

三峡库区消落带落干期植被生长茂盛,蓄水后消落带被淹没,土壤-植物系统在长时间淹水情况下,随着体系内物理化学性质的改变,汞形态也会发生变化,从而对库区水生生态系统中汞含量以及形态带来一定的影响.为此,本研究选取三峡库区4种优势植物室内栽培,再进行室内模拟淹水试验,研究淹水后土壤、水体中甲基汞(Me Hg)以及其他形态汞的变化.结果表明,淹水过程中植物的存在有利于土壤Me Hg的生成,同时对上覆水不同形态汞浓度影响显著.狗牙根作为消落带优势种,由于其体内总汞及甲基汞含量较高,淹水后对土壤以及上覆水系统中甲基汞以及其他汞形态的影响最为明显.淹水第90 d,狗牙根+土+江水(B1)处理土壤Me Hg的含量最高,为(1 135.86±113.84)ng·kg~(-1),是不加植物的对照处理土+江水(CK2)中土壤Me Hg含量的2倍左右;上覆水总甲基汞(TMe Hg)、溶解态甲基汞(DMe Hg)、总汞(THg)、溶解态汞(DHg)和活性汞(RHg)均呈峰值偏左的抛物线状变化,在第30 d时达到峰值,其中B1处理上覆水TMe Hg、THg和DHg最高,分别为(2.88±0.06)、(40.29±2.42)和(35.51±3.77)ng·L~(-1),三者中溶解态汞是其主要存在形式.因此可以推测三峡库区消落带植物淹水后将增加水库汞污染负荷.     

低分子有机酸对土壤中Cu化学形态的影响

向石英砂岩坡积物发育的红壤中添加系列浓度CuSO4模拟土壤Cu污染,然后加入不同浓度的低分子量有机酸培养,采用改进的BCR连续提取法评价低分子有机酸对重金属Cu形态的影响.结果表明,对不同程度的Cu污染(Cu 0～400mg·kg-1)土壤,随着有机酸添加浓度的升高,最具活性的弱酸溶解态Cu含量均有不同程度的提高,土壤重金属Cu得到活化;Cu活化效果随柠檬酸浓度升高而升高,随酒石酸和草酸浓度升高呈先上升后基本不变趋势;整体活化效果是柠檬酸>酒石酸≈草酸.可还原态Cu随着有机酸浓度的增加而减少,其中添加柠檬酸的处理减少最明显.当有机酸浓度为10 mmol·kg-1、20 mmol·kg-1时,酒石酸和草酸、柠檬酸活化Cu效果分别达到最优.     

低分子量有机酸对岩源磷释放的实验研究

低分子量有机酸是微生物和植物根系分泌物中重要的组成部分.采用浸泡实验比较了4种常见低分子量有机酸(草酸、酒石酸、柠檬酸、苹果酸)对巢湖北岸东部富磷地层中岩源磷的释放量,并对浸提后的部分残渣进行磷的赋存形态分析.结果表明,当有机酸浓度小于5mmol·L-1时,柠檬酸的释磷量最大;大于5mmol·L-1时,草酸和酒石酸的释磷量最大,此时释磷量与有机酸的浓度具有一定的线性关系,其增加趋势远大于浓度小于5mmol·L-1时的增加趋势,而其中草酸和酒石酸又远大于柠檬酸和苹果酸.在有机酸溶液终止pH≥4时,有机酸溶液终止pH与释磷量有较好的线性关系.在50mmol·L-1相同浓度时,草酸对各赋存形态磷转化作用均最大,酒石酸次之.而4种酸对有机磷释放率最大,均高达97%以上,对闭蓄态磷的释放率最小.     

柠檬酸对三峡水库消落区土壤中汞活化及甲基化的影响

利用室内模拟实验,用不同浓度柠檬酸溶液分别浸提和培养土壤,探讨了植被根系分泌物的主要成分柠檬酸对三峡库区消落带土壤中汞活化及甲基化的影响.结果表明,添加柠檬酸后浸提液中汞含量在达到最高值之前均高于对照组(0 mmol·L~(-1)),且随柠檬酸浓度的增加而增大.0、1、2、4、5、6、8 mmol·L~(-1)浓度下最大汞溶出量随柠檬酸浓度的增加先增大而后保持稳定,分别占供试土壤总汞的1.03%、1.67%、1.99%、2.47%、2.68%、2.73%、2.73%.培养实验中,土壤甲基汞(Me Hg)含量在前3 h内基本维持稳定,随后除对照组增加缓慢外,其余组均开始上升,且上升速率随柠檬酸浓度的升高而增大.在同一培养时段内,土壤Me Hg含量及增加量随柠檬酸浓度的升高而增大.表明柠檬酸对土壤中无机汞向甲基汞的转化过程有一定的促进作用,且促进作用随着柠檬酸浓度的增加而愈加显著.     

小分子有机酸对紫色土及其溶液中Pb的赋存影响

以紫色土中铅(Pb)为研究对象,采用以0.01 mol·L~(-1)硝酸钠(NaNO_3)为背景电解质的一步提取法,研究了不同浓度下乙酸,酒石酸和柠檬酸对土壤中Pb的释放作用,并通过土壤重金属形态的分步提取法和地球化学平衡软件Visual MINTEQ v3.0,进一步分析和预测了小分子有机酸作用下土壤中Pb以及土壤溶液中Pb的形态变化.在此基础上,分析了小分子有机酸对Pb作用的环境意义与环境风险.结果表明,3种小分子有机酸均显著增加了紫色土中Pb的释放量,活化效果表现为柠檬酸酒石酸乙酸.在有机酸作用下,土壤中交换态Pb总量增加,碳酸盐结合态Pb和铁锰氧化物结合态Pb总量降低;土壤溶液中Pb以有机结合态为主,占总Pb质量的45.16%~75.05%,游离态次之,占22.71%~50.25%,且随着浓度增加,柠檬酸和酒石酸作用下的土壤溶液中的游离态Pb和无机结合态Pb增加,而有机结合态Pb减少,乙酸则呈相反趋势.总体上看,小分子有机酸提高了紫色土中Pb的生物有效性,且存在地下水的淋溶风险,其中柠檬酸的淋溶风险远大于酒石酸和乙酸.     

水环境条件对三峡库区消落带狗牙根氮磷养分淹水浸泡释放的影响

三峡库区消落带会经历周期性的淹水-出露循环过程,消落带在出露期大量植物生长,淹水期植物体淹没腐解并释放氮磷养分,可能加剧三峡水库水环境压力.狗牙根[Cynodon dactylon(Linn.)Pers.]是三峡库区分布最广泛的优势植物之一.针对三峡水库水环境条件(温度、p H和光照)变化对狗牙根淹水条件下矿化分解及养分释放过程的影响进行了研究.结果表明,狗牙根淹水后,植物残体矿化分解,干重下降,全氮和全磷含量减少.狗牙根浸泡200 d后,25℃和15℃时总氮(TN)释放量分别为(2.66±0.29)g·kg~(-1)和(3.76±0.04)g·kg~(-1),总磷(TP)释放量分别为(0.79±0.03)g·kg~(-1)和(1.40±0.02)g·kg~(-1);上覆水p H为5.0、7.0、9.0时,TN释放量分别为(3.76±0.08)、(2.66±0.29)、(2.55±0.12)g·kg~(-1),TP的释放量分别为(1.53±0.04)、(0.79±0.03)、(1.70±0.07)g·kg~(-1);避光时上覆水TN和TP的释放量为(3.87±0.14)g·kg~(-1)和(1.78±0.08)g·kg~(-1).氮的释放以颗粒态氮(PN)为主,占80%以上,而颗粒态磷(PP)占比在50%左右.随三峡水环境条件变化,如温度降低,狗牙根的氮磷浸泡释放量增大;而酸、碱性水体较中性条件有利于氮磷释放;避光时狗牙根的氮磷释放得到促进.研究结果表明三峡水库冬季蓄水或污水排放导致的水环境变化将进一步促进消落带植物淹水分解及养分释放,从而可能加剧三峡库区水体富营养化.     

不同类型DOM对三峡库区消落带土壤汞甲基化的影响

三峡水库特殊的调度方式导致了消落带的形成,在落干期,消落带上会生长大量以狗牙根为主的植物.在淹没期,狗牙根会发生腐解并释放出溶解性有机质(Dissolved Organic Matter,DOM),消落带作为汞的敏感区,狗牙根释放的DOM对汞甲基化的影响值得关注.为此,本文以狗牙根提取液中的DOM(记为DOM_g)为研究对象,同时选取猪粪中的DOM(记为DOM_z)作为比较,利用室内模拟实验,研究这两种不同类型的DOM对土壤汞甲基化影响的差异,并分析两种DOM的光谱特征,探讨其作用机制.结果表明,两种DOM的光谱特征存在明显的差异,DOM_z的有色可溶解性有机物(Chromophpric Dissolved Organic Matter,CDOM)浓度、芳香性及疏水性组分都高于DOM_g.同时,两种DOM均以类蛋白组分为主,但DOM_z的生物可利用性高于DOM_g.并且这两种DOM均能促进土壤的汞甲基化,且在培养后期促进效果更加显著.但两种DOM的促进效果存在差异,DOM_z的促进效果优于DOM_g.     

三峡水库消落区土壤、植物汞释放及其在斑马鱼体的富集特征

利用室内模拟试验,探讨了三峡水库消落区淹没后土壤、植物汞释放特征及其在斑马鱼体的富集水平.结果表明,随淹水时间的延长,淹没土壤中总汞(THg)含量下降;水体THg浓度总体明显升高.淹没土壤及水体中甲基汞(MMHg)含量总体明显上升,其中稗草+土壤处理水体中增加尤为明显,淹水21 d后,其浓度是土壤处理的2.52倍.表明消落区土壤、植物是水库水体汞的一个重要来源.供试稗草淹水分解造成水体pH及溶解氧(DO)含量下降、溶解性有机碳(DOC)含量上升,对土壤MMHg含量无明显影响,对水体MMHg影响较大.供试斑马鱼头部、内脏及肌肉中THg含量总体明显上升,与水体中THg浓度具有显著相关性(P<0.01).鱼体头部、内脏及肌肉中均出现不同程度的MMHg富集现象,以头部与肌肉最为明显.淹水21 d后,添加土壤处理的鱼体头部、内脏及肌肉MMHg增加的含量分别是对照的1.75~6.25、3.53~8.38、2.22~3.36倍;稗草+土壤处理的分别是土壤处理的3.57、2.37、1.52倍.可见,淹没土壤是鱼体MMHg增加的重要来源,淹没植物改变原水环境条件影响其向水体释汞过程能提高鱼体中MMHg含量.     

三峡库区消落带草本植物碳氮磷释放及影响因素

以三峡库区消落带优势草本植物狗牙根(Cynodon dactylon)、牛鞭草(Hemarthriaaltissima)、稗草(Echinochloacrusgalli)、狗尾草(Setariaviridis)和马唐(Digitariasanguinalis)为试验植物,在室内进行了为期60 d的淹水模拟试验,并对消落带优势草本植物淹水后TOC、TN和TP的释放特征及影响因素进行了研究. 结果表明:5种优势草本植物淹水后均可导致水中pH降低,TOC、TN和TP的U_max(最大单位累积释放量)分别为21.03~43.65、0.50~3.23和0.54~2.69 mg/g,U_max出现在淹水第15~20天,并且TOC、TN和TP的R(释放速率)差异显著;水体中微生物、水体温度和上覆水中ρ(TOC)、ρ(TN)、ρ(TP)对植物淹水后TOC、TN和TP的释放均有一定影响. 在对消落带植被调查研究的基础上,根据淹水试验植物的U_max,对蓄水后三峡库区消落带植被TOC、TN、TP的释放量进行了估算,在蓄水后20 d内,消落带植被可向水体释放大量的TOC、TN和TP,蓄水初期可能会引起库区局部水域水质恶化,影响水库的水环境安全.      

3种低分子量有机酸对紫色土吸附菲的影响

采用静态吸附实验,研究了3种低分子量有机酸(柠檬酸、苹果酸和草酸)对紫色土吸附菲的影响.结果表明紫色土吸附菲的动力学过程符合二级动力学模型,3种低分子量有机酸(LMWOAs)均能显著降低紫色土吸附菲的速率常数;线性吸附模型很好地描述了紫色土对菲的吸附热力学过程是以分配作用为主.当加入的3种LMWOAs浓度低于5 mmol·L~(-1)时,促进紫色土吸附菲;当LMWOAs浓度≥10 mmol·L~(-1)时,抑制紫色土吸附菲,抑制作用随LMWOAs浓度的增加而加强.当LMWOAs浓度为20 mmol·L~(-1)时,其抑制作用能力表现为柠檬酸草酸苹果酸,这与3种LMWOAs的分子结构和酸性强弱有关.与对照相比,随着LMWOAs浓度的增加,紫色土溶出的溶解性有机质(DOM)含量呈现先降低后升高的趋势,紫色土对菲的吸附量与土壤溶出的DOM含量呈负相关.     

三峡库区消落带优势草本植物淹水后汞的释放特征

为研究三峡库区消落带植物淹水后汞的释放特征,选取狗牙根、酸模叶蓼、空心莲子草这3种优势草本植物在库区现场进行原位淹水试验,研究这3种植物淹水后总汞(THg)含量动态变化特征,分析其释放通量与速率,估算其THg释放负荷.结果表明,3种植物在淹水过程中THg浓度的下降速率呈现先快后慢的趋势,表明淹水前期植物中THg随植物腐解快速释放,随后释放基本稳定.3种植物的THg释放量存在显著差异,且表现为酸模叶蓼空心莲子草狗牙根.3种植物的THg释放量可能受植物初始C/N和THg浓度的影响.植物初始C/N越高,单位质量THg释放量越小.而植物初始THg浓度越高,单位质量植物THg释放量越大.结合3种植物在三峡库区消落带的分布权重和生物量,估算出酸模叶蓼、空心莲子草、狗牙根完全分解后的THg释放负荷分别为167.31、78.13、88.33 mg·hm~(-2).     

人类活动对三峡消落带土壤亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化菌群落的影响

由"Candidatus Methylomirabilis oxyfera(M.oxyfera)"主导的亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化过程(nitrite-dependent anaerobic methane-oxidizing,ndamo)是碳循环中新发现的一个过程.已有研究发现三峡库区消落带有n-damo菌的存在.为了解人类活动对n-damo菌群落结构的影响,对三峡库区受人类活动干扰程度不同的消落带n-damo菌群落进行了研究.结果表明,人为干扰水平高的小河消落带n-damo菌基因丰度(8.98×102~3.31×105copies·g~(-1))整体上要高于白家溪(4.72×102~5.32×104copies·g~(-1)).此外,淹水都会导致两个地点n-damo菌基因丰度的增加.白家溪的n-damo菌丰度与累积淹水时间呈线性正相关,而小河的n-damo菌丰度与土壤总氮显著负相关.系统发育树和多样性分析表明,淹水前白家溪和小河相近高程土壤n-damo菌群落结构比较类似,但淹水后出现较大差异;较低高程土壤的群落多样性要明显高于较高高程土壤.消落带土壤中的n-damo菌群落具有明显的时空异质性,且淹水会导致这种异质性增加.淹水和人类活动对于n-damo菌的多样性具有同等的重要性.这些结果表明,淹水和人类活动都会影响消落带土壤中n-damo菌群落结构,而人类活动可能进一步增加n-damo菌的丰度和多样性.     

三峡库区主要河流秋季pCO2及其影响因素

于2015年10月对三峡库区主要河流表层水体中的溶解性碳组成进行了测定,结合水文地质条件和水化学关键指标,对河流表层水体二氧化碳分压(p CO_2)的空间变化及影响因素进行了研究,并利用模型法分析了水-气界面CO_2通量特征.结果表明,三峡库区主要河流秋季pCO_2介于18.75~296.31 Pa之间,均值为(141.06±77.51)Pa;河流CO_2脱气通量平均值为(101.1±78.0)mmol·(m2·d)-1,其中86%的采样点位表现为大气CO_2源的特征.p CO_2与DO和pH显著负相关,与HCO-3显著正相关.由于山区河流流速快和水力停留时间短等特征,河流有机碳原位呼吸是导致p CO_2与DO和pH很强的负相关关系的主要原因.研究结果为准确估算三峡库区河流CO_2逸出量提供了重要的数据支撑.