神农架大九湖泥炭湿地二氧化碳和甲烷排放化学计量比研究

湿地碳释放产物之间关系的研究对了解湿地生态系统碳固定和温室气体排放机理具有重要意义。运用涡度相关技术连续原位观测,对湖北省神农架林区大九湖亚高山泥炭湿地二氧化碳(CO_2)和甲烷(CH_4)的排放特征、CO_2与CH_4排放化学计量比(CO_2∶CH_4比值)的动态变化及其与环境因子的相关性进行了分析。结果表明:①大九湖泥炭湿地CH_4和CO_2通量均表现出较明显的月和季节变化规律,从CO_2与CH_4排放的相关性拟合结果来看,各季节CH_4与CO_2排放的月平均关系表现为线性拟合或一元二次拟合效果最佳,而其日平均关系则表现为一元二次拟合效果较好;②泥炭湿地CO_2∶CH_4比值从2017年3月到2018年1月呈"U"型曲线,1月达到最大值后下降,且全年CO_2:CH_4比值日平均与CO_2呈极显著正相关关系;③除地面以下20cm处土壤含水量(SWC20)月平均外,CO_2∶CH_4日/月平均变化与环境因子均呈极显著相关关系,其中CO_2∶CH_4比值与环境温度、土壤温度呈极显著负相关关系,而CO_2∶CH_4比值与土壤含水量呈极显著正相关关系。     

偏远高山湿地土壤中PAHs污染特征:以神农架大九湖为例

于2012年4月沿大九湖湿地平均分布10个采样点,各采集0~10、10~20以及20~30 cm浅层土壤,采用GC-MS对大九湖湿地浅层土壤中USEPA 16种优控多环芳烃（PAHs）进行分析,对其分布、组成、来源进行了详细的讨论,并对高山湿地PAHs污染标志物进行了浅析.结果表明,研究区0~10、10~20、20~30cm浅层土壤中∑₁₆PAHs含量分别为48.55~984.73、14.36~806.47、12.84~1191.53 ng·g^-1,均值分别为302.94、142.98、208.68 ng·g^-1;7种致癌单体多环芳烃含量范围分别为21.20~844.29、2.96~592.06、0.66~964.70 ng·g^-1,均值分别为197.25、93.16、147.16 ng·g^-1,分别占总PAHs的65.12%、65.13%、69.08%;泥炭区PAHs含量明显高于非泥炭区,且已达到重度污染程度;PAHs组成以4、5、6环为主;结合IcdP/（IcdP+BghiP）及Pyr/BaP比值分析,推测大九湖湿地浅层土壤中PAHs主要来源于化石燃料及木材的燃烧,近年来旅游车辆的进入对PAHs的贡献较大;对浅层土壤中各单体PAH与PAHs总含量进行回归分析表明、苯并（b）荧蒽、茚（1,2,3cd）并芘、苯并（a）蒽作为泥炭地PAHs标志性化合物,用来评价PAHs的污染程度.     

宜昌市天福庙水库沉积物磷形态分布特征及其释放通量估算

为揭示天福庙水库沉积物中磷的形态及空间分布特征,探讨沉积物-水界面磷的释放通量及其主要影响因素,在天福庙水库库区内设立了6个采样点,采用SMT（磷形态标准测试程序）法测量其沉积物中磷的形态组成,对沉积物磷空间分布、间隙水及上覆水PO₄3-质量浓度变化特征进行了分析,估算了磷释放通量.结果表明:①库区沉积物中TP主要由Ca-P（钙磷）构成,TP在水库库尾和支流入库处具有较高的质量分数,分别为4 904.6、5 015.2 mg/kg.TP、IP（无机磷）、Ca-P时空动态具有一致性,磷矿石灰污染是重要原因.②孔隙水中PO₄3-质量浓度在沉积物表层1~3 cm内存在很高的峰值,达11.3 mg/L,各采样点均高于上覆水中PO₄3-质量浓度,存在向上覆水释放PO₄3-的风险,孔隙水中PO₄3-质量浓度与TP质量分数及磷形态相关.③采用孔隙水扩散模型法估算PO₄3-在沉积物-上覆水界面上的释放通量,库区沉积物磷释放通量范围为0.13~3.08 mg/（m2·d）,平均值为1.03 mg/（m2·d）,处于较高水平.研究显示,磷矿开采是干流沉积物磷来源和形态组成的重要原因,库区磷释放通量与水流扰动密切相关,坝前、支流交汇处、库尾是库区内源磷污染的主要区域.      

神农架大九湖亚高山泥炭湿地甲烷通量变化特征及其与产甲烷菌群落组成的关系

2018年12月～2019年11月,采用涡度相关法和高通量测序技术,以湖北省神农架大九湖亚高山泥炭湿地为研究对象,对甲烷(CH4)通量以及产甲烷菌群落组成进行相关研究.结果 及分析表明:大九湖泥炭湿地研究期间表现为CH4的源,CH4总排放量为9333.26 mg· m-2,CH4日平均排放通量为18.50 nmol·m-2·s-1,冬、春、夏、秋四季的CH4平均排放通量分别为6.46、4.62、36.81、25.92 nmol·m-2·s-1,存在明显的季节变化;研究区产甲烷菌优势菌群为Methanoregula(66.73％)和Methanocella(21.99％);对样本中产甲烷菌的Shannon指数进行双因素方差分析发现,同一季节不同深度的样本中产甲烷菌多样性存在显著差异,随着深度的增加,产甲烷菌的多样性指数呈下降趋势;同一深度不同季节的样本中产甲烷菌多样性存在显著差异;夏季产甲烷菌群落组成与CH4排放通量为强正相关关系,春季产甲烷菌群落组成与CH4排放通量为强负相关关系,Methanothermus与CH4排放通量为显著正相关关系,Methanolinea与CH4排放通量为显著负相关关系.     

夏季大气PM2.5中元素特征及源解析:以华中地区平顶山-随州-武汉为例

为研究我国中部地区不同类型城市夏季大气细颗粒物PM_(2.5)中元素组成特征及来源,于2017年6月对平顶山、随州和武汉这3个站点空气中的PM_(2.5)进行观测,采用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)对样品中Ti、Zn、Cu、Cr、As、Pb、Fe、Ni、Se、V、Sb、Cd和Co等13种元素进行分析,并结合富集因子法、主成分-多元线性回归分析方法(PCA-MLR)和后向气团轨迹聚类分析模型对3个站点的污染类型及污染来源进行分析.结果表明,平顶山、随州和武汉三地PM_(2.5)的痕量元素中均以Zn元素浓度最高,As元素的浓度均超过环境空气质量标准(GB 3096-2012)年均浓度限值,3个站点的Pb和Cd浓度均较低.富集因子分析结果表明:Se、Sb、Cd、As、Cu和Zn元素富集因子系数均超过10,受人为污染严重,其中3个站点Se元素的富集因子系数均高于600. PCA-MLR和后向气团轨迹聚类分析结果表明:平顶山站点主要受工业污染/燃油(57. 90%)、交通污染源(24. 40%)、燃煤源(6. 10%)和矿区土壤源(11. 60%)等4个污染源影响,随州站点的主要污染来源是燃油源,其贡献率为54. 30%,其次是燃煤源(22. 40%)、冶金尘/工业污染源(12. 80%)及电镀/汽车制造等污染源(10. 50%);武汉站点受工业排放影响最大,其贡献率为60. 80%,机动车污染源的贡献率为39. 20%.武汉和随州站点主要受当地源排放影响,平顶山站点受当地排放和外源汇入共同影响.     

神农架大九湖泥炭湿地水汽通量特征及生态意义

采用涡度相关法对神农架大九湖泥炭湿地生态系统2015年8月至2016年7月的水汽通量进行观测,研究了大九湖湿地水汽通量的变化规律及其主要环境影响因子。结果表明:大九湖湿地水汽通量具有明显的日变化和季节变化,均呈单峰曲线,即在月尺度上,日变化范围为-0.63(5月份)~6.95(7月份)mmol/(s·m~2),白天变化幅度较大,夜间基本维持在0左右,在季节尺度上,夏季日变化最为明显,冬季最弱,生态系统整体表现为水汽源;大九湖湿地全年蒸散量(1 133.88mm)占降雨量(2 096.97mm)的54.07%,表明降雨量能满足目前生态系统的需求;大九湖湿地水汽通量主要受净辐射(Rn)和饱和水汽压差(VPD)的共同影响,即湿地春、夏、秋、冬四季水汽通量与Rn两者拟合的R~2值分别为0.682 3、0.753 4、0.638 4、0.284 7,均优于其他研究区域,可能与泥炭湿地常年积水以及亚高山地区辐射较强有关;大九湖湿地植物主要生长季内(6~9月份)水汽通量与VPD的相关性分析显示,在泥炭藓生长季初期和末期(6、7、9月份),其叶片易受到水分胁迫,水汽通量随VPD先增加后减小,而在泥炭藓生长季中期(8月份),其发育成熟,水汽通量随VPD的增加而增大,两者的拟合效果也达到最佳(R~2=0.408 4)。该研究结果可为该区域水热评估及气候预测提供基础数据。     

华中地区黄冈市一次重度污染期间PM2.5中12种微量元素特征及来源解析

为了给华中地区大气污染防制提供数据和理论支持,于2018年1月13～24日的一次重度污染期间,利用颗粒物中流量采样器采集黄冈市大气PM_(2.5)样品48个,运用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)对样品中Li、 Be、 V、 Se、 Sr、 Mo、 Ag、 Ba、 Tl、 Th、 Bi和U这12种元素进行分析,基于正定矩阵因子分析法(PMF)对此次污染来源进行分析,并结合后向轨迹模式中的聚类分析法、潜在源分析法(PSCF)和浓度权重分析法(CWT)分析了黄冈市此次PM_(2.5)外来输送通道及潜在源分布情况.结果表明,此次污染内因是静稳高湿气象条件的出现,外因是污染的输入,总共有5种污染源,分别为燃料燃烧源(10.59%)、地壳源(24.22%)、工业源(3.16%)、燃煤源(47.57%)和交通源(14.45%).主要的气流轨迹类型有两种,短距离传输占比62.50%,长距离传输占37.50%.本次污染贡献较大的区域有湖北的中东部、湖南的东北部、安徽的西南部以及河南的南部等地,华中地区存在南北方向的传输通道.除了本地污染之外,区域传输的影响不容忽视,在秋冬季重污染应急响应期间,各地都需要控制好减排措施,联防联控是治理大气污染的关键.     

大九湖泥炭湿地生态系统碳水通量及水分利用效率研究

为研究大九湖泥炭湿地生态系统碳水通量及水分利用效率(WUE)的变化特征,于2015年12月至2017年11月采用涡度相关观测系统对大九湖泥炭湿地生态系统CO_2通量、H_2O通量和环境因子进行了监测。结果表明:①大九湖泥炭湿地生态系统各季节的CO_2通量和H_2O通量整体均呈现单峰型曲线,其中夏季碳水通量的变化幅度最大,冬季碳水通量的变化幅度最小;②大九湖泥炭湿地生态系统CO_2通量与H_2O通量在0.01的检验水平上显著相关,且两者的比值存在一定的函数关系,其中三次拟合效果最优,拟合优度R~2为0.38;③大九湖泥炭湿地生态系统WUE的变化范围为0.06～13.95g C/kg H_2O,其日均值为3.26g C/kg H_2O,各季节湿地生态系统WUE的变化幅度表现为夏季冬天秋季春季;④大九湖泥炭湿地生态系统WUE与蒸散量(ET)的拟合关系中,夏季和冬季的拟合效果较好,随着ET的增加,湿地生态系统WUE不断减小;⑤大九湖泥炭湿地生态系统WUE与气温(T_a)的拟合关系中,夏季拟合效果较好,随着T_a的升高,湿地生态系统WUE不断减小;⑥大九湖泥炭湿地生态系统WUE与土壤温度(T_s)的拟合关系中,秋季拟合效果较好,随着T_s的升高,湿地生态系统WUE增加。该研究结果可为大九湖泥炭湿地生态系统变化趋势的预测及功能调控提供理论支持,也可为正确评价湿地生态系统碳水耦合、水分利用效率提供科学依据。     

胡敏酸作用下多溴联苯醚三维分子结构变化特征

尽管持久性有机污染物多溴联苯醚(PBDEs)具有疏水性,土壤和沉积物对其有很强的固着能力,仍然在地下水中检测到PBDEs污染物,其中,可溶性有机质胡敏酸(HA)与PBDEs的相互作用可能是影响PBDEs在土壤—地下水中迁移的关键。为揭示HA作用对PBDEs环境行为的影响机理,文章基于Hyperchem软件平台,构建HA和PBDEs的三维分子结构,计算并对比作用前后结构参数的变化,结果发现:(1)PBDEs分子结构在水环境中是不稳定的;(2)随着溴原子个数的增加,PBDEs的表面积、体积、疏水性和极性增大,PBDEs疏水性在4.27~11.39之间,远大于HA(-0.95);(3)HA对PBDEs的影响主要通过氢键或羟基发生,作用后,HA和PBDEs的分子空间构型都发生了改变,PBDEs的栅格表面积、体积和极性均增强,而疏水性降低到2.63~8.99之间。研究显示HA作用改变了PBDEs三维分子结构,导致其疏水性减弱,从而促进了PBDEs在水环境中的迁移。