植物及土壤碳同位素组成对环境变化响应研究进展

植物和土壤的δ13C（碳同位素组成）能可靠记录环境信息,综合反映植物的生理生态特征以及碳循环过程中的生物化学过程,为人们理解生态系统碳循环提供有用信息.因此,研究植物和土壤的δ13C与环境因子的关系可以揭示生态系统碳循环的格局及其控制因子,进而有效预测全球变化及其对生态系统的影响.对植物和土壤的δ13C以及二者的差值（Δδ13C）与气候因子（如温度、降水量、大气压强等）、土壤因子（如C/N、土壤质地、土壤pH等）的关系进行了综述.现有研究表明:C₃植物的δ13C与降水量、大气压强均呈负相关,与温度的关系非常复杂,而针对C₄植物和在群落水平上开展的研究还较少;土壤δ13C与降水量、土壤C/N、土壤w（粉粒）及w（黏粒）均呈负相关,与温度、土壤pH、土壤w（砂粒）均呈正相关,然而环境因素间的耦合作用使得情况复杂化,多种环境因素的匹配关系究竟如何影响土壤δ13C的机制问题仍有待深入研究;Δδ13C能够更加全面准确地反映土壤碳循环信息,但对其与环境因子关系的研究较少,并且影响Δδ13C的驱动因子及机制也不明确.因此,在土壤-植物体系内,同时在物种和群落水平上,进行植物和土壤δ13C特别是Δδ13C与环境因子关系的研究,能够更加准确地预测和揭示环境变化对生态系统碳循环的影响,这也将是今后该领域的研究重点.      

施用餐厨垃圾调理剂对果园土壤有机碳组分的影响

为研究施用餐厨垃圾调理剂对土壤有机碳组分的影响,以果园土壤为研究对象,从时间、空间维度解析长期施用餐厨垃圾调理剂对土壤有机碳积累、组成及其分布规律的影响,结合CPMI（碳库管理指数）和相关性分析,揭示施用餐厨垃圾调理剂对土壤碳汇的影响机制.结果表明,施用餐厨垃圾调理剂可显著提高土壤中w（TOC）（TOC为总有机碳）,并随施用时间的增加逐渐向深层土壤迁移,改善TOC分布状况.随着施用餐厨垃圾调理剂时间的增加,0~20 cm土壤层中w（NOC）（NOC为非活性有机碳）和30~40 cm土壤层中w（AOC）（AOC为活性有机碳）呈增加趋势,AOC分配比例低于NOC分配比例.随着施用时间的增长,0~30 cm土壤层中w（POC）（POC为颗粒有机碳）显著提高,最大值为42.94 mg/g,MOC（矿质结合态有机碳）分配比例与POC分配比例呈相反变化趋势,有利于提高土壤碳稳定性.各土壤层中CPMI均大于空白对照组,最大值为154.437,表明施用餐厨垃圾调理剂有利于提升土壤肥力.相关性分析表明,w（POC）与pH呈负相关,与含水率、EC（电导率）、w（OM）（OM为有机质）呈正相关,其中与含水率相关性最高（R=0.91）.可见,长期施用餐厨垃圾调理剂对提高果园土壤碳汇、改善土壤肥力具有重要意义,研究结果有助于进一步提升土壤碳汇的新型土壤调理剂的研发与应用.      

闽江下游不同碳组分及其通量特征

河流连接着地表主要碳库,在全球碳循环中发挥着重要作用.河流水体中不同碳组分的水平输送、水-气界面通量及其比例对认识河流在区域碳循环的作用具有重要意义.2013年11月-2014年10月在闽江下游竹岐水文站连续进行采样,分析水样中c（DIC）（dissolved inorganic carbon,溶解性无机碳）、c（DOC）（dissolved organic carbon,溶解性有机碳）和c（POC）（particulate organic carbon,颗粒性有机碳）,并结合相关参数估算闽江不同碳组分的水平及垂直通量.结果表明:① c（DIC）、c（DOC）、c（POC）分别为230~892、112~209、14~183 μmol/L.②调查期间闽江总碳水平通量达46×1010 g/a,其中,DIC水平通量为29×1010 g/a,占总碳水平通量的63%;POC水平通量为6×1010 g/a,相当于DOC水平通量（11×1010 g/a）的55%.③不同组分的季节变化特征不同,c（DIC）在丰水期较低、枯水期升高,表明DIC输出受流域生态系统的供应限制;各月c（DOC）变化不大,表明流域DOC输出潜力较大;c（POC）在丰水期明显升高,枯水季较低;溶解态碳是河水碳组分的主要部分;年内各月DIC水平通量分配较均匀,有机碳水平通量集中在丰水期.④闽江竹岐水体pCO₂（二氧化碳分压）为1 500~6 400 μatm（1 atm=101 325 Pa）,是大气CO₂的"源",闽江下游水-气界面CO₂垂直通量约为DIC水平通量的2%,闽江下游河流DIC输出以水平输出为主.建议今后进一步开展闽江中典型流域和水域的碳组分调查,加强闽江碳组分输出的控制机制研究.      

长三角典型站点冬季大气PM2.5中OC、EC污染特征

对2015年1月9日~2015年1月31日临安、南京和苏州3个站点采集的PM_(2.5)样品(共计279组),使用热光反射法(thermal/optical reflectance,TOR)分析了样品中有机碳(OC)与元素碳(EC)的含量,并研究了长三角地区冬季PM_(2.5)中OC和EC的污染特征.结果表明,采样期间临安、南京和苏州的PM_(2.5)平均质量浓度分别为(123.56±61.11)、(144.77±62.91)和(156.5±68.97)μg·m-3,均超过我国《环境空气质量标准》(GB 3095-2012)规定的PM_(2.5)日均值75μg·m-3;其中3个站点OC与EC的平均质量浓度依次分别为(21.93±11.69)/(6±3.6)、(20.32±10.3)/(5.39±3.07)和(27.08±14.35)/(6.4±4.29)μg·m-3.临安作为长三角大气环境背景点,OC与EC的污染也较为严重.3个站点OC与EC的相关性为临安(R2=0.83)、南京(R2=0.72)和苏州(R2=0.72),表明冬季长三角地区的碳质气溶胶的来源较为一致和稳定.3个站点样品中的OC/EC值均大于2.0,样品的OC/EC值主要分布在2.5~6.0这个区间内,表明燃煤源和机动车尾气排放源是OC与EC的主要来源.使用EC示踪法估算临安、南京和苏州3个站点的二次有机碳(SOC)平均质量浓度分别为(9.23±5.26)、(6.82±4.36)和(12.56±7.52)μg·m-3,在OC中占比为42%、34%和46%,表明SOC是OC的重要组成部分.后向轨迹显示,PM_(2.5)、OC和EC的质量浓度与主要气团的传输路径有较好的相关性,自空气质量较差区域气团的PM_(2.5)、OC和EC的质量浓度是来自空气质量较好区域的1.14~1.7倍、1.55~2.1倍和1.94~2.47倍.     

高有机负荷冲击对填料型MBR运行性能的影响

针对分散式农村生活污水有机负荷变化明显的特点,研究了填料型厌氧-缺氧-好氧膜生物反应器（A²O-MBR）抗高有机负荷的能力,考察了高有机负荷冲击对污染物去除效果、悬浮和附着污泥性质以及膜污染的影响.结果表明,高负荷冲击期间污染物去除稳定,氨氮去除率在冲击第3d从99.1%下降到78.5%,出水氨氮浓度高于5mg/L,随后去除率恢复至97.6%;悬浮和附着微生物的三磷酸腺苷（ATP）含量增加;附着生物量显著增加;细胞外聚合物（EPS）增加;高有机负荷冲击期间膜污染更严重,膜面污染层EPS含量显著增加;太阳能微动力A²O-MBR系统能减少10%的碳排放.     

载铜氮化碳纳米片对单质汞的吸附脱除特性

用简易热剥离法合成了氮化碳纳米片（CNNS）,再通过等体积浸渍法将铜负载于CNNS表面合成了载铜CNNS吸附剂,用于低温下吸附脱除气态单质汞（Hg⁰）.利用氮气吸附-脱附、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）等手段对吸附剂进行表征.结果表明：CNNS对Hg⁰具有良好的吸附性能,吸附温度为120℃时,脱汞效率约为54.2%;载铜修饰可极大提高CNNS的脱汞活性,脱汞效率在40~240℃温度范围内均大于82.3%,这归因于铜与氮化碳间的紧密接触.煅烧温度对载铜CNNS的脱汞活性影响较大,最佳煅烧温度为200℃.通过载铜修饰可有效活化CNNS,提高其对Hg⁰的氧化能力,这可能归因于铜离子与氮化碳之间的莫特-肖特基电子转移效应.SO₂和水蒸气对载铜CNNS的脱汞性能有抑制作用.     

水体中布洛芬的间接光降解作用机理研究

为阐明布洛芬（IBP）在海水中的间接光降解机理,研究了4种不同来源的溶解有机物（DOM）以及溶液初始pH值、盐度、NO₃^-和HCO₃^-对IBP间接光降解的影响.结果表明,4种DOM均可促进IBP的间接光降解作用,降解过程符合准一级反应动力学,4种DOM对IBP间接光降解的促进效果从大到小为：腐殖酸（JKHA） > Suwannee河腐殖酸（SRHA） > Suwannee河富里酸（SRFA） > Suwannee河天然有机物（SRNOM）.DOM主要通过产生活性自由基促进IBP的间接光降解过程,其中¹O₂和·OH的作用较显著.在初始pH5~11的范围内,IBP的光降解速率先降低后增加,在pH5时最快.盐度、NO₃^-和HCO₃^-初始浓度的增加均会促进IBP的间接光降解.     

硅烷化赤泥的制备及其对水中铅离子吸附性能分析

采用浓盐酸、3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)依次对赤泥进行处理、改性,制备出1种去除率高、吸附量大、吸附效果好的重金属离子吸附剂。通过SEM、XRD、BET、元素分析、FTIR、热重分析等手段对其进行表征,并探究溶液p H、吸附剂投加量以及吸附温度等条件对水溶液中Pb2+吸附效果的影响。结果表明:经浓盐酸酸浸和有机改性后,拜耳法赤泥比表面积显著增大且氨基成功嫁接到赤泥表面。硅烷化赤泥对铅的吸附时间在80 min达到平衡,其最佳吸附p H为6,最佳吸附剂投加量为2 g/L,对应的饱和吸附量为361 mg/g。吸附过程符合准二级动力学模型和Freundlich吸附等温模型,热力学数据说明该吸附是吸热、自发的过程。同时经XPS光谱分析证实,吸附机理主要是硅烷化赤泥表面嫁接氨基,氨基上的氮原子存在孤对电子,可通过与Pb2+的螯合作用而有效去除Pb2+。     

干湿交替频率对有机涂层失效过程的影响

目的研究干湿交替频率对有机涂层失效过程的影响。方法应用电化学阻抗谱技术,结合浸泡过程中涂层表面以及基底金属的形貌变化,对比研究高频率干湿交替环境和低频率干湿交替环境下,浸泡初期、浸泡中期、浸泡末期有机涂层的失效过程及特征。结果高频率干湿交替环境下,涂层在浸泡初期、中期、末期所经历的时长分别为13、2、5d,而低频干湿交替环境下,涂层在浸泡初期、中期、末期所经历的时长分别为18、4、46 d。对比来看,高频率干湿交替显著缩短了浸泡后期的时长,加速涂层失效过程。此外,高频干湿交替使涂层起泡位置分布均匀,基底金属均匀腐蚀,这与低频干湿交替环境恰好相反。结论高频率干湿交替环境下,涂层失效较快,涂层剥离及基底金属腐蚀较均匀。     

C/C复合材料不同碳基体的纳米压痕行为研究

目的研究碳基体微观结构对材料整体性能的影响。方法用酚醛浸渍-碳化、中温煤沥青浸渍-碳化、甲烷为碳源前驱体,经化学气相沉积制备得到不同碳基体C/C复合材料。采用偏光显微镜对C/C复合材料不同碳基体的显微结构进行观察分析,采用XRD和Raman光谱对C/C复合材料的树脂碳基体、沥青碳基体和热解碳基体的微晶尺寸进行表征,以玻璃碳作为参比样品,通过纳米压痕测试不同碳基体试样的弹性模量和硬度。结果碳基体为热解碳和沥青碳的石墨微晶缺陷少,完整度较好,石墨化程度高。玻璃碳和树脂碳基体中石墨微晶排列紊乱,有序度低,石墨化程度低。酚醛浸渍-碳化得到的树脂碳的微晶尺寸Lc最小,为1.69 nm,弹性模量和硬度最大,分别为(23.17±0.54) GPa和(3.26±0.10) GPa;光滑层热解碳和粗糙层热解碳的弹性模量和硬度次之;沥青碳的微晶尺寸最大,Lc为9.36nm,而弹性模量和硬度最小,分别为(12.53±2.29) GPa和(0.72±0.14) GPa。结论不同碳基体的C/C复合材料中,碳基体的石墨化度越高,微晶尺寸越大,各向异性越显著,材料的弹性模量和硬度越低。