小麦-玉米轮作体系农田氮素淋失特征及氮素表观平衡

连续6年采用渗漏计法研究了不同施氮处理下陕西关中小麦-玉米轮作区农田土壤90 cm深度处氮素(N)淋失特征和土壤-作物体系氮素表观平衡状况.结果表明:该地区农田氮素淋溶主要发生在降雨量较多的玉米季,且集中在8月和9月.监测期内,TN和NO-3-N年平均流失量分别为2.72~23.07 kg·hm-2和1.53~18.72 kg·hm-2,年流失率分别为0.65%~3.44%和0.82%~3.32%,且年总氮、硝态氮流失量均随年施氮量增加呈指数增加.氮素淋失形态中,NO-3-N比例较高,可占总氮淋失量的56.00%~81.00%,且随着氮肥用量的降低,其占总氮淋失量的比例也随之减小.可见,施氮量的大小在一定程度上会影响淋失液中各形态氮的比例.氮素表观平衡结果显示,随着施氮量提高,氮素在土壤中的残留和表观氮盈余均呈现指数增加趋势.长期施氮条件下,土壤-作物体系氮素表观损失率的幅度为32.60%~55.20%,土壤表观残留率为-0.17%~8.20%.多年监测结果表明,优化施氮模式下,作物不仅可以获得较高的产量和氮肥利用率,农田氮素淋失量也大幅降低,在节约肥料资源的同时减轻了潜在的环境风险.     

基于模糊物元模型的西苕溪流域生态系统健康评价

本文借助RS/GIS技术,结合遥感影像数据、环境监测数据和社会经济数据,运用模糊物元模型,从水域、水陆交错带和陆域子系统选取21项评价指标,建立了流域生态系统健康综合评价指标体系,对西苕溪流域生态系统健康状况的空间分布规律和限制性因子进行了探讨.研究结果表明,西苕溪流域生态系统健康整体呈现出优良状态,其中,生态系统健康优秀地区面积占68.2%,良好地区面积占31.8%,能够正常发挥流域服务功能,维持生态系统可持续发展.西苕溪流域生态系统健康在空间分布上呈现出上游好、下游差的局面.在各子系统健康评价中,水域生态系统优于陆域生态系统,水陆交错带生态系统最差.底栖动物完整性遭受破坏、湿地退化、人为干扰活动、水源涵养功能减弱、点源和面源污染负荷较重是限制西苕溪流域部分评价单元生态系统健康的重要因素.     

七星河湿地氨氧化古菌多样性和丰度及其与环境因子的相关性分析

以典型东北寒温带沼泽湿地——七星河湿地中芦苇和小叶樟植被下不同深度土壤中氨氧化古菌(Ammonia-Oxidizing Archaea,AOA)为研究对象,以编码氨氧化作用关键酶——氨单加氧酶(AMO)的amo A基因为分子标记,通过构建克隆文库和生物信息学方法分析数据,考察了不同植被环境中AOA多样性和丰度的垂直分布规律,及其与环境因子的相关性.研究结果表明,小叶樟植被土壤中AOA amo A基因多样性显著高于芦苇植被土壤中amo A基因多样性,芦苇植被土壤中AOA amo A基因多样性在深度为40~60 cm土层中最高,AOA多样性与NH+4-N、NO-3-N含量呈正相关;小叶樟植被土壤中AOA amo A基因多样性在深度为20~40 cm土层中最高,AOA多样性与NH+4-N、NO-3-N含量呈正相关.芦苇植被土壤中AOA丰度最低值出现于0~20 cm土层中,到20~40 cm土层中出现最高值,随着深度增加AOA丰度下降,AOA丰度则与NO-2-N含量呈正相关.小叶樟植被土壤中AOA丰度变化趋势与芦苇不同,最高值出现于0~20 cm土层中,随着土层深度增加AOA丰度下降,到40~60 cm出现最低值,AOA丰度与NO-2-N、TOC含量呈正相关.两种植被土壤中AOA丰度均在60~90 cm处有升高趋势.芦苇植被土壤中AOA丰度约是小叶樟植被土壤中AOA丰度的1.49倍.以上结果为湿地AOA生态功能及分布模式的研究提供基础数据,对全球氮循环的研究提供补充.     

渭河陕西段沉积物中总磷、总氮时空分布特征及其影响因素研究

为探究沉积物中总磷、总氮的时空分布特征及其影响因素,以渭河陕西段5个研究点为例,分别于2013年夏季(6月)和冬季(12月)进行两次采样,通过野外实验对水温、p H、电导率、溶解氧、流速等环境因子的测定,结合室内实验对沉积物中总磷、总氮含量的测定和粒度分析,研究沉积物中总磷、总氮的时空分布特征,以及各环境因子与其相关性.结果表明,大多数研究点沉积物中总磷、总氮含量在垂向上呈现先减小后增大再减小的趋势;在季节上呈现夏季含量高于冬季含量的趋势,其中各研究点夏季沉积物中总磷含量平均值为15.79 g·kg-1,总氮含量平均值为5.50 g·kg-1,而冬季沉积物中总磷含量平均值为5.91 g·kg-1,总氮含量平均值为2.46 g·kg-1;通过沉积物氮、磷元素含量与各环境因子的相关性分析,发现影响沉积物中总磷、总氮含量的环境因子主要有温度、p H、电导率和溶解氧.     

基于地理加权回归模型评估土地利用对地表水质的影响

针对传统线性回归模型大多忽视空间数据局部变化特征这一缺陷,引入地理加权回归模型(GWR)用于评估土地利用对地表水质的影响,分析了不同子流域内两者关系出现空间变化的规律并阐释了原因.同时,对比了GWR模型与普通最小二乘模型(OLS)的校正R2、Akaike信息准则(AICc)及残差的空间自相关指数(Moran's I),验证了GWR模型在预测精度和处理空间自相关过程中是否优于OLS模型.结果表明,同一土地利用类型对水质的影响随空间位置的改变而发生方向或大小的变化.以温瑞塘河流域总氮(TN)与农用地的关系为例,从GWR模型局部回归系数的方向分析,两者关系表现为农村正、城区负的现象,从大小分析,旧城区TN与农用地回归系数的绝对值高于其它区域;在溶解氧(DO)与人口密度所构建的GWR模型中,两者关系在整个研究区域内均表现为负值,与OLS结果吻合,从回归系数的大小分析,人口密度对DO的作用在郊区及农村更为显著.针对此类关系出现空间变化的原因分析表明,相邻子流域土地利用百分比的改变及水体主要污染源的不同,是导致土地利用对水质作用发生变化的根本因素.最后,对比所构建的80个GWR与OLS模型校正R2、AICc指标,验证了GWR作为一种局部统计模型,其预测精度优于OLS等传统全局模型且更能反映实际空间特征.     

基于水质与浮游生物调查的汉石桥湿地富营养化评价

基于水质与浮游生物的综合调查与评价,可准确判断湿地的富营养化状况.本文以汉石桥湿地为研究对象,设置7个采样点,开展了水质、浮游植物、浮游动物分类监测与调查,并利用营养状态指数法、浮游植物评价法和浮游动物评价法3种方法,评价了水体富营养化状态,比较了各种方法的结果差异.结果表明,3种评价方法的评价结果在时空变化上具有较高的一致性,均显示非核心区富营养化程度较低,核心区富营养化水平较高;各月份相比,10月湿地的富营养化程度较低,6—8月富营养化程度较高.浮游植物和浮游动物评价法所得湿地富营养化程度较营养状态指数法略高,主要表现在4、10月的非核心区评价中.综合水质、浮游植物与浮游动物进行富营养化评价,可得到更为准确的评价结果.     

暴雨径流对非常规水源补给城市河流水质冲击研究

选择北运河流域典型非常规水源补给城市河流(凉水河)为研究对象,阐述暴雨径流对非常规水源补给城市河流水体物理化学特征的影响.结果表明,非暴雨期间,凉水河水体p H和DO平均值分别为7.67和3.88 mg·L-1;耗氧物质COD和氨氮(NH+4-N)平均质量浓度分别为47.41 mg·L-1和8.39 mg·L-1;富营养化元素总氮(TN)和总磷(TP)平均质量浓度分别为16.34 mg·L-1和1.45 mg·L-1.暴雨期间,雨水径流汇入收纳水体后,COD、NH+4-N、TP平均质量浓度明显上升,最高值分别达到108、14.24、3.02 mg·L-1.在空间分布上,COD、NH+4-N、TN和TP质量浓度变化趋势随土地利用类型变化特征趋于一致,从城镇区至农村区,均呈逐渐上升趋势.     

寒区水体中溶藻铜绿假单胞菌的分离和性质研究

我国北方,尤其是东北地区的一些水体由于富营养化导致的水华现象呈增加趋势,成为急需解决的水环境问题.溶藻菌可从生态调控的角度来控制水华的爆发,因此,在富营养化水体治理方面逐渐得到重视.本文从寒区水华爆发水体中分离获得了一株溶藻细菌JM1,系统发育分析表明,菌株JM1与铜绿假单胞菌的同源性最高.VITEK系统鉴定表明,菌株JM1与铜绿假单胞菌的相似度为98%.菌株JM1在不同的碳源和氮源培养基中可产生不同颜色和p H值的代谢产物,而以葡萄糖和蛋白胨分别为碳源和氮源时发酵液的溶藻效果明显好于其它培养基.菌株JM1的溶藻效果随藻细胞初始密度的降低而增强,随发酵液添加量的增加而增加;当菌体细胞的密度达到1011CFU·m L-1时,可单一抑制藻细胞的生长;当菌体细胞的密度大于105CFU·m L-1时,菌体细胞可促进发酵液的溶藻作用.发酵液作用于藻细胞6 h时可明显影响其恢复能力,当暴露时间达18 h时,藻细胞彻底丧失了恢复能力.菌株JM1发酵液在中性和偏碱性的藻液中的溶藻效果最强,并且经过酸化、碱化和高温处理后,仍然保持较高的溶藻活性.本研究可为基于微生物作用过程的水华控制提供优势的土著菌种及其应用上的技术支持.     

铁还原菌shewanella oneidensis MR-1对根表铁膜中砷运移的影响

水稻根表铁膜是控制砷在根际-植物体系转运的重要区域,但是其中铁还原微生物对砷运移的作用并不清楚.实验以吸附砷磷的水铁矿以及野外采集水稻根系为研究对象,分析铁还原菌Shewanella oneidensis MR-1还原铁膜内铁氧化物过程中,铁还原、砷释放和固定速率.研究表明铁还原菌Shewanella oneidensis MR-1可以将水稻根表铁膜中的Fe(Ⅲ)快速还原为Fe(Ⅱ)并释放到溶液中.溶液中的砷在48 h内达到最大值18μmol·L-1,之后逐渐下降,120 h之后,与最大值相比减少了约60%.利用吸附砷的水铁矿模拟铁膜砷释放过程发现,微生物的固定作用是造成溶液中砷含量下降的主要原因之一.本研究表明,促进根际微生物的大量生长,可能是降低土壤环境中砷风险的途径之一.     

石墨烯是促进还是抑制嗜酸性氧化亚铁硫杆菌生长?

尽管石墨烯以其独特的光学、电学、力学特性在各大领域都具有广阔的应用前景,但其工业化使用后在环境当中的行为,特别是遗留下的石墨烯对生态系统的毒性研究则鲜见报道.因此,本文以嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)为目标微生物,探讨不同浓度(1、10、50 mg·L-1)石墨烯对Acidithiobacillus ferrooxidans的毒性效应.结果表明,石墨烯对Acidithiobacillus ferrooxidans的生长有明显抑制作用,且抑制作用随着石墨烯浓度的降低而增强.在石墨烯投加量为1 mg·L-1时,培养48 h后菌株的生长量OD420达到最大值0.045,低于空白组的0.163;并且其可溶性蛋白含量也达到最大值1.546 mg·L-1,低于空白组的3.789 mg·L-1.不同浓度石墨烯对体系p H和ORP均存在不同程度的影响,低浓度下的石墨烯影响最为显著.此外,通过扫描电镜(SEM)和荧光显微镜分析,进一步证实Acidithiobacillus ferrooxidans能在高浓度的石墨烯上生长,而低浓度的石墨烯则会对细胞膜造成损伤,它极其尖锐的边缘是细菌失活的有效机制.因此,石墨烯的毒性具有剂量效应,这一结果可为石墨烯合理利用及评价其生态毒性提供理论依据.