黄土丘陵区不同水体中氢氧同位素特征及相互关系

为了研究典型黄土丘陵区不同水体氢氧同位素特征及水体间补给转化关系,合理利用干旱半干旱区水资源,通过野外采集2019年6月至11月延安市安塞墩山周围降水、河水、地下水和土壤水样品,运用同位素示踪技术,结合混合模型探索研究区不同水体氢氧同位素特征及水循环转化关系。结果表明:河水、地下水较土壤水富集氢氧同位素;各水体D和18O含量的非稳定性表现为降水土壤水河水地下水;降水、土壤水、河水氢氧同位素随时间变化较大,8月和11月较其他月份贫化,地下水同位素含量较稳定;受强烈的非平衡蒸发作用影响,土壤水、河水和地下水蒸发线的斜率与截距均小于大气降水线,其中土壤水最小。降水和地下水补给河水的比例分别为32.54%、67.46%。土壤水和河水补给地下水的比例分别为72.35%、27.65%。研究区地下水的主要补给水源为土壤水,河水的主要补给源为降水。     

锡林河上游雨季降水、河水和地下水转化关系

为深入理解草原内陆河流域的水文循环过程及不同水体转化机制,以锡林河流域大气降水、河水和地下水为研究对象,对其氢氧稳定同位素进行了测试及多尺度时空特征分析,探究流域不同水体间的定量转化关系.结果表明：①锡林河流域具有明显的内陆性半干旱气候特征,大气降水是流域河水和地下水的主要补给源,地下水和河水同时经历了不同程度的非平衡蒸发;②河水同位素组成在季节上表现出春秋贫化、夏季富集的特征,在空间上表现为自上游到下游逐渐升高的趋势;浅层和深层地下水δ¹⁸O在生长季的波动变化基本一致,二者的主要差异发生在生长季末期,即前者趋于稳定而后者呈上升趋势,反映出深层地下水对大气降水和地表水入渗补给具有滞后响应,在空间上二者均由东南向西北逐渐贫化;③基于端元混合模型的估算结果可知,夏季大气降水和浅层地下水对河水的平均补给比例分别为52.69%和47.31%,说明对于内陆河流域,即使在多雨季节,浅层地下水也是河水的重要补给来源,研究旨在为半干旱典型草原内陆河流域的水资源调控和生态环境保护提供理论指导.     

鄱阳湖典型湿地地下水—河湖水转化关系

选取鄱阳湖典型洪泛湿地为研究对象,分析了2018年4~10月降水、湖水、河水和湿地地下水的氢氧同位素变化特征,利用δ¹⁸O~δD关系确定了不同水文时期湿地各类水体的转化关系,并结合同位素端元混合模型估算了不同水源对湿地地下水的贡献分量.结果表明,研究区降雨δ¹⁸O和δD值在6~7月份偏小,其余月份较高,存在明显季节变化和雨量效应.河水、湖水同位素与降水同位素的季节变化规律基本一致,但受蒸发分馏影响,重同位素更为富集,且变化幅度远小于降水同位素.湿地地下水同位素的季节变化较小,δ¹⁸O、δD均值（-5.26‰,-31.1‰）高于大气降水（-6.32‰,-40.1‰）、低于湖水（-3.60‰,-26.4‰）,与河水同位素（-5.09‰,-34.4‰）较为接近,表明湿地地下水受降水、湖水和河水的共同影响.涨水期（4~5月）河水的补给源为降雨和流域内地下径流,湖水主要受河水和降水共同补给,湿地地下水主要受前期降水和河水补给的滞后影响,河水的贡献比重更大.丰水期（6~8月）地下水主要接受湖水和河水共同补给,湖水的补给贡献比例超过50%,退水期（9~10月）湿地地下水向河道和湖泊等地表水体排泄.     

基于2H&18O和水化学成分的永定河流域地下水循环特征解析

运用环境同位素和水化学成分作为水循环研究的示踪剂, 揭示了永定河流域中下游地下水 循环特征。通过现场调查并对浅层和深层地下水采样, 进行室内水化学和氢氧同位素组成测定, 分 析了流域内深层和浅层地下水的氢氧同位素和水化学组成的空间分布规律和演化趋势, 揭示了流 域地下水循环特征。结果表明, 降水是山前地下水的主要补给源, 地下水在接受降水的补给后经过 了不同程度的蒸发作用, 山区受蒸发影响较小, 平原区较大, 尤其是平原区浅层地下水呈现出强烈 的蒸发浓缩作用; 水化学特征表现为自西部山区到山前平原至滨海平原, 自浅层到深层, 地下水的 矿化度逐渐升高; 平原区浅层和深层地下水含水层之间存在明显的越流补给现象; 沿海地区未发现 海水入侵现象。     

云应盆地北部浅层地下水氢氧同位素特征分析

区域氢氧同位素特征对于区域地下水来源具有非常重要的指示意义,可为正确评价与合理开发利用地下水资源地下水提供科学依据。以云应盆地北部的澴河河谷阶地为研究对象,分析了流域内不同含水层地下水中氢氧同位素特征,探讨了流域内浅层含水层之间的水力联系及其水循环特征。结果表明:研究区各含水层地下水样点主要分布在当地大气降水线的右侧,构成斜率明显小于大气降水线的蒸发线;不同含水层地下水中δD、δ18 O值的不同体现了研究区不同水体的水循环条件存在差异性;不同含水层蒸发线的斜率不同说明各含水层的蒸发强度不同,其蒸发强度与含水层的埋藏深度表现出一致性。     

南太行山山前平原地下水和地表水氢氧同位素组成及环境意义

借助氢氧同位素和水化学方法对南太行山山前平原地下水补给运移规律进行研究,阐明人类活动对地下水的影响过程。研究结果表明:(1)区内不同水体δD、δ~(18)O、氘盈余值(d-excess)和氚同位素(T)值差异明显,深层地下水均值分别为-74.0‰、-9.4‰、1.5‰和8.73TU,浅层地下水均值分别为-72.1‰、-8.8‰、-1.9‰和17.46TU,河水均值分别为-71.3‰、-8.9‰、-0.4‰和18.60TU,工业废水均值分别为-68.3‰、-7.2‰、-10.7‰和21.11TU;(2)补给区深层地下水δD、δ~(18)O和d-excess年均值分别为-68.08‰、-9.24‰和5.84‰,径流区深层地下水δD、δ~(18)O和d-excess年均值分别为-62.30‰、-8.50‰和5.66‰,排泄区深层地下水δD、δ~(18)O和d-excess年均值分别为-75.14‰、-10.26‰和6.94‰;(3)深层地下水补给源包括大气降水和河水,受污染河水通过断层导水裂隙带补给深层地下水。浅层地下水补给源包括大气降水和河水,受污染河水通过河流侧渗方式补给浅层地下水;(4)受河水影响的深层地下水氘盈余值变低,T含量升高,因此结合氘盈余值与T含量可以很好地识别区内深层地下水污染过程。     

京津冀西北典型流域地下水化学特征及补给源分析

为揭示京津冀西北典型流域地下水循环特征,运用环境同位素和水化学技术等方法分析张家口市不同流域水体氢氧同位素特征、水化学特征及时空变化特征、地表地下水转化关系。结果表明：地表水化学类型主要为HCO₃-Mg·Na和HCO₃·Cl-Na型;地下水化学类型不同时期表现出不同的类型,水化学类型更为多样,主要以HCO₃-Mg·Na型、HCO₃·Cl-Na型、HCO₃·Cl-Na·Mg为主。地表河水和地下水中离子均主要来源于岩石风化作用;张北和桑干河流域地下水中离子偏向于蒸发浓缩作用控制。张家口市各流域地表地下水δ¹⁸O、δD组成较为接近,表明了当地地表水和地下水均受到大气降水的补给。大气降水和地表河水对地下水的补给比例均值分别为37.74%和62.26%,以地表河水的补给为主要方式。     

拉萨河夏季氢氧同位素空间分布特征及分析

稳定同位素示踪技术是河流水文过程研究的重要方式,可以用来判定河流补给的来源、研究河流与其它水体相互作用、示踪水文循环过程等。本文采用TC/EA-IRMS分析法对拉萨河水体的氢氧同位素进行测定,分析了δD和δ~(18)O的含量及空间分布特征,并分析了拉萨河的同位素效应,包括与大气降水氢氧同位素的关系、氢氧同位素的沿程变化特征、氘过量参数沿程变化、高程效应及大陆效应等。结果表明:拉萨河水体受补给来源、大陆效应、高程效应等因素影响,其水体氢氧同位素也呈现出不同的特征。整体而言,拉萨河水体δD和δ~(18)O随沿程距离增大而下降;δD和δ~(18)O均分布在全球大气降水线和青藏高原东部大气降水线附近,表明大气降水是拉萨河流域主要的补给来源;拉萨河水体的氘过剩参数均大于10‰,且远超全球大气降水线对应的氘过剩参数,说明拉萨河可能存在接受氢氧同位素较贫化的冰雪融水补给。     

漓江流域δD和δ18O对蒸发的指示作用

以漓江流域为例查明不同水体之间氢氧稳定同位素组成特征,并探讨氢氧稳定同位素对漓江流域的蒸发过程指示作用.结果表明：流域内不同水体之间,氢氧稳定同位素表现出不同的组成特征,地表水和地下水,在丰水期δD值和δ¹⁸O值要比枯水期更容易富集,地下水的δD值和δ¹⁸O值分布范围较地表水小;随着水温的升高,δ¹⁸O的变化趋势比d-excess明显.从漓江上游到下游高程逐渐下降,河水线的斜率和截距也在逐渐减小,其中漓江下游河水线的斜率和截距要低于当地大气降水线,表明下游受到蒸发作用较强烈;地下河水线、地表河水线在一定程度上偏离当地大气降水线,但偏离程度较小,表明三者之间有很好的水力联系.受温度和湿度的共同影响,漓江干流丰水期河水的蒸发量占最初水体总量的0.7%~9.1%,枯水期河水的蒸发量占最初水体总量的2.6%~9.7%,丰水期的蒸发比例低于枯水期,从上游到下游蒸发比例在逐渐上升.研究区蒸发量估算值为959.40mm,与多年实测值少43.11mm,相对误差4.70%.氢氧稳定同位素对研究区降水、地表水、地下水之间的转换规律具有重要的实际意义,在今后的漓江流域水文研究中有着更加广阔的空间.     

基于水化学和稳定同位素的白洋淀流域地表水和地下水硝酸盐来源

为探究白洋淀流域生活污水河附近地表水和地下水硝酸盐来源,于2014年7月沿着生活污水纳污河——府河采集地表水和地下水.通过分析水化学和氢氧同位素(δ~2H、δ~(18)O)明确地表水和地下水转化关系,并通过硝酸盐氮(δ~(15)N)同位素确定硝酸盐来源.结果表明,河水来源于城市和农村生活污水,同时受蒸发作用影响.浅层地下水受府河、白洋淀和太行山山区地下水侧向补给.浅层地下水硝酸盐超标(世界卫生组织)率为16.7%.受水体自净能力的影响,府河上游硝酸盐浓度大于下游.受区域水流方向的影响,南岸浅层地下水硝酸盐浓度大于北岸.近河和近淀区域浅层地下水硝酸盐主要来自于地表水.此外,土壤、化肥及其点源污染也是地下水硝酸盐的主要来源.城市和乡村居民生活及农业生产活动影响区域地表水和地下水硝酸盐.     

Density and nutritional condition of carabid beetles in wildflower areas of different age

Density and nutritional condition of the five carabid beetle species Agonum mülleri, Anchomenus dorsalis, Anisodactylus binotatus, Pterostichus vernalis and Poecilus cupreus was studied. Carabids were caught in sixteen 1–4-year-old wildflower areas, identified and counted, their nutritional condition was calculated and calculations were related to habitat parameters (i.e. wildflower area age, vegetation cover, soil water content, habitat size, surrounding landscape composition) and sex.Whereas the number of Anisodactylus binotatus caught responded positively to succession in wildflower areas, A. mülleri numbers tended to decrease and the other three species were unaffected. In a stepwise multiple regression species affiliation, sex and age of wildflower area explained together 98.5% of the variance in the pooled nutritional condition of Anchomenus dorsalis, Anisodactylus binotatus, A. mülleri and P. vernalis. Age of wildflower area alone explained 61.7% of the variance and age increased the nutritional condition of carabids. Correspondingly, nutritional condition of Poecilus cupreus was positively correlated with the age of wildflower area. Overall, the nutritional condition of the carabid assemblage studied increased from the first to the second year and then remained stable. To keep the proportion of 1-year-old wildflower areas low, wildflower areas should therefore be maintained for several years to improve the life conditions of carabid beetles and to enhance their beneficial effects in agroecosystems.     

松属植物地质历史及生物地理演变

松属（Pinus L.）约113种,是松科现代属中最原始的类群。松属植物种类丰富且研究领域广泛,对其已经积累的资料数据进行系统梳理总结十分必要。本文通过总结国内外松属大化石资料,结合分子系统发育、地质背景和地理隔离事件讨论了其地史分布及植物地理学意义;该属化石在早白垩世至全新世地层中均有记录。化石证据表明松属很可能在早白垩世（之前）起源于西欧地区,从这一起源地通过北大西洋陆桥扩散到北美洲东部,而东亚的类群可能是从北美洲西部经过白令陆桥散布的。在晚白垩世分化出双维管束松亚属Subgenus Pinus L.及单维管束松亚属Subgenus Strobus (D. Don) Lemmon,前者更接近祖先类群。古新世由于全球显著增温以及白垩纪末期大灭绝等地质事件的影响使松属数量急剧减少,在晚始新世至中新世时期随着气温转凉转冷再次分化扩散,中新世达到其发展高峰且分布面貌与现代类群近似。松属多样性时空历史可能和新生代气候变迁及晚新生代构造运动塑造的山地隆升等环境变化紧密相关。     

城市污水再生处理过程中病原性原虫的去除特性

通过定期监测北京市某城市污水再生处理过程各单元出水中的隐孢子虫和贾第鞭毛虫(两虫)浓度,系统考察了污水再生处理系统对两虫的去除特性.结果表明,原污水、初沉池出水、二沉池出水、絮凝沉淀池出水和砂滤池出水中隐孢子虫的平均检出量分别为238、179、6、1、0.3个·L-1,贾第鞭毛虫的平均检出量分别为1 568、1048、22、4、0.6个·L-1.污水再生处理系统对隐孢子虫和贾第鞭毛虫的总去除率分别为2.98log(99.895%)和3.46log(99.965%).一级处理工艺对污水中两虫的去除效果并不理想,去除率分别只有0.13log和0.18log.二级生物处理对两虫的去除贡献最大,去除率分别达1.50log和1.67log.污水深度处理工艺(絮凝-沉淀-砂滤)能有效提高两虫的去除效果.污水厂进水中的两虫检出量随季节变化,雨季较低,旱季较高.     

凤眼莲对富营养化水体中氨氧化和反硝化微生物的影响

凤眼莲近年来广泛应用于富营养化淡水湖泊的生态修复中,但其对微生物的相互作用和对水体中氮素的去除鲜有报道.本研究在氮素去除过程中对比凤眼莲和细菌的相对重要性,并且检测浮游植物对硝化细菌和反硝化细菌相对丰度及多样性的影响.水体中氮素的去除率以及硝化和反硝化作用的潜在能力使用定量聚合酶链式反应(qPCRs)对硝化作用基因amoA和反硝化作用基因nirS/K进行检测,从微观角度研究富营养化水体中是否会受到凤眼莲存在的影响.结果表明,TN的减少在70d的实验周期中所有处理组表现较为一致,但凤眼莲存在的实验组在24h内TN和NH_4~+-N的去除上有显著的降低,并且amoA的丰度有所增加,nirS/K的丰度有所降低.T-RFLP结果表明亚硝化单胞菌在氨氧化微生物中占优势.凤眼莲的种植可以实现富营养化水体中NH_4~+-N的快速有效减少,且微生物的相互作用可以充分利用到淡水生态系统的修复中.     

一株穗花狐尾藻内生菌的分离鉴定及其溶磷特征研究

通过组织表面消毒、切面培养和共生培养的方法从健康的穗花狐尾藻植株体内分离获得了一株具有较强溶磷能力的内生菌,系统发育分析和VITEK 2系统鉴定结果表明,内生菌与沙雷氏菌的亲缘关系最近,因此,命名为Serratia sp.SP5.纯培养实验表明,菌株SP5通过产生酸性物质溶磷,在培养96 h后溶磷能力达到最大,溶解性磷酸根的浓度高达269.60 mg·L-1,培养液的p H值下降至4.32.氮源通过降低菌株SP5的产酸能力而间接影响了其对磷的释放能力,菌株SP5溶磷的氮源优先利用顺序为铵根离子硝酸根离子尿素.适宜菌株SP5生长的p H值范围为5~9,酸性条件下菌株的溶磷能力大于碱性条件,而在p H值为7时与对照相比菌株对磷的相对释放量最大.p H值达到9时,菌株无明显溶磷能力.共存高浓度的金属离子时菌株SP5的溶磷效果明显降低,影响程度的大小顺序为MnFeMg.菌株SP5溶磷的最佳碳氮比为35∶1,在相同碳氮比下,不同的碳氮量会明显影响溶磷效果.底泥模拟培养条件下,菌株SP5可通过释放底泥中的闭蓄态磷(O-P)和钙磷(Ca-P)而明显提高水相中的磷酸根离子浓度,与对照相比,底泥中这两种磷形态分别下降了15.21%和34.87%,而水相中溶解性磷酸根离子是对照的1.5~2.0倍.研究结果为研究富营养化水体中磷的生物地球化学过程提供了新的科学数据.     

Improvement of detection method of Cryptosporidium and Giardia in reclaimed water

Cryptosporidium and Giardia are two typical species of pathogenic protozoans that seriously endanger water quality. Previous works indicated that detection of Cryptosporidium and Giardia with modified United States Environmental Protection Agency (USEPA) method-1623 using a membrane filtration-elution for sample concentration attained better recovery and lower cost compared to the USEPA method-1623. Several improvements of membrane filtration-elution step as well as immunomagnetic separation (IMS) steps were investigated and an optimized method for detection of Cryptosporidium and Giardia in wastewater reclamation system was recommended in this paper. The experimental results show that an overnight soak of the membrane after scraping and vortex agitation before elution could enhance and stabilize the recovery. Increasing turbidity to 4 NTU by adding kaolin clay before filtration could effectively improve the recovery of low-turbidity water. Washing the concentrate after centrifugation and twice acid dissociation both reduced the impact of water quality to protozoan recovery. Protozoans in different water samples were determined by this optimized method, and the recovery of Cryptosporidium and Giardia were above 70% and 80% respectively, much higher than the acceptance of method-1623. __________ Translated from Environmental Science, 2006, 27(12): 2547–2552 [译自: 环境科学]     

浅层地下水升降对菜地土壤剖面硝化/反硝化微生物丰度的影响

为揭示湖泊近岸浅层地下水升降对菜地土壤剖面硝化与反硝化功能微生物基因丰度的影响,以洱海湖滨带菜地土壤剖面为研究对象,通过模拟地下水升降过程,分析了水位升高(S1)、水位降低(S2)及落干(S3)过程中土壤剖面AOA-amoA、AOB-amoA、nirK、nirS、nosZ基因丰度的变化特征,探讨了功能基因与土壤环境因子的耦合关系.结果表明:S3阶段的土壤剖面AOA-amoA和AOB-amoA基因丰度显著高于S1和S2;S1阶段的土壤剖面nirK、nirS、nosZ基因丰度均显著高于S2和S3.AOA-amoA基因丰度显著高于AOB-amoA基因丰度,nirS基因丰度显著高于nirK、nosZ基因丰度;不同取样时期的土壤剖面AOA-amoA、AOB-amoA、nirK、nirS、nosZ基因丰度均表现为A层B层C层D层.水位升降对土壤剖面AOA-amoA、AOB-amoA、nirK、nirS、nosZ基因丰度有显著影响,且AOA-amoA和nirS基因对水位升降更敏感,分别在硝化与反硝化作用中占主导地位;pH、有机碳(SOC)、全氮(TN)为功能基因AOA-amoA、AOB-amoA的环境驱动因子,而功能基因nirK、nirS、nosZ的环境驱动因子为土壤含水量(W)、铵态氮(NH~+_4-N)、硝态氮(NO~-_3-N)、TN、SOC、pH.该研究结果可为揭示浅层地下水升降过程中菜地土壤剖面氮素循环的微生物学机制提供科学依据.     

生物炭对华北农田土壤N2O通量及相关功能基因丰度的影响

为了探寻施用生物炭对农田土壤氧化亚氮(N_2O)的减排效果和机制,于2015年3月27日至6月5日,利用盆栽实验研究了施用生物炭(CK,C1:5%,C2:10%,C3:15%,C4:30%)(质量分数)对华北农田土壤N_2O通量、氨单加氧酶(amo A)、亚硝酸盐还原酶(nir S、nir K)以及氧化亚氮还原酶(nos Z)基因丰度的影响.结果表明:(1)施用低量生物炭(5%)能够促进N_2O排放,施用中、高量生物炭可以起到抑制N_2O排放的效果,且生物炭用量为15%时减排效果最佳.(2)实验初期,施用生物炭对土壤硝化反硝化基因丰度影响较大,AOA和nir S基因丰度与生物炭施用量呈极显著正相关关系,nir K基因丰度与生物炭施用量呈显著正相关关系,AOB和nos Z基因丰度与生物炭施用量呈显著负相关关系;实验末期,AOA丰度与生物炭施用量表现为显著负相关关系,AOB丰度与生物炭施用量表现为显著正相关关系.(3)实验初期,N_2O排放通量与AOA、nir S基因呈现极显著的负相关关系,说明在土壤含水量较高的条件下,N_2O的产生受AOA、nir S基因丰度控制调节;实验末期,N_2O排放通量与nos Z基因呈现极显著正相关关系,说明在土壤含水量较低的条件下,N_2O的产生受nos Z基因丰度控制调节.本研究结果表明施用生物炭能够增加硝化反硝化功能基因丰度,并降低N_2O的排放,为华北农田合理施用生物炭提供了一定的理论依据.     

黄土高原两种针叶树种不同器官水碳氮磷分配格局及其生态化学计量特征

植物不同器官水、碳、氮、磷等元素含量及其生态化学计量特征能够反映植物的生态策略及其环境适应性。本研究以黄土高原两种乡土树种油松(Pinus tabulaeformis)和柴松(Pinus tabulaefirmis f.shekanensis)为研究对象,分析了研究区两种树种水、碳、氮和磷在不同器官的含量及其生态化学计量特征,探讨了两种树种基于水、碳、氮和磷分配格局的生态适应策略。结果表明:(1)油松和柴松对水分和碳素的分配格局总体表现为根和叶最大,其次为枝和干,树皮最小;对氮、磷的分配格局则表现为叶片显著高于其他器官。(2)油松将更多的水和氮分配给叶、根等生产性器官,而柴松将更多的水和碳分配给枝、干等防御性器官,反映了柴松较油松具有更加保守的生长策略,能够更好适应逆境条件。(3)植物器官不同元素间通过相互耦合后可以表现出较好的相关性,反映了植物元素之间具有高度复杂的协同关系,这种协同关系的体现形式可能与植物类型及其对外界环境变化的生长适应策略密切相关。     

锡矿山矿区食物中的锑污染及生物可给性研究

在湖南锡矿山锑矿区采集蔬菜类、主食类、肉类、蛋类等9种食物. 结果表明蔬菜类Sb浓度平均值为9.67 mg·kg^-1,主食类及肉类的Sb含量较低,平均浓度分别为0.025 mg·kg^-1和0.40 mg·kg^-1. 胃肠模拟法测得的Sb生物可给性为9.0%~57.7%,其中蔬菜中Sb生物可给性显著低于主食类及肉类. 生物可给性与食物中Fe含量呈显著负相关(r=-0.75,p=0.02),还与食物的植酸、草酸含量呈显著负相关(r=-0.95,p=0.01;r=-0.77,p=0.016). 根据锡矿山周边居民各类膳食的摄入量进行健康风险评估,以食物中的Sb总浓度计算暴露风险时,居民每日经由食物摄入的Sb总量达10227.01 ng·kg^-1·d^-1,经生物可给性矫正后下降为1807.02 ng·kg^-1·d^-1,但仍高于USEPA建议的400 ng·kg^-1·d^-1的参考剂量. 说明矿区经由Sb污染食物暴露依然存在健康风险,且考虑生物可给性对准确评价暴露风险至关重要.