生物炭对塿土土壤温室气体及土壤理化性质的影响

通过田间小区试验,分别向塿土土壤中添加0、20、40、60、80 t·hm~(-2)的苹果果树枝条生物炭后,分析了生物炭对土壤温度、土壤团聚体、NO_3~--N、NH_4~+-N、微生物量碳以及土壤温室气体排放的影响.结果表明,生物炭可以缓解土壤温度的变化,增加土壤大团聚体的数量,尤其是5 mm、5~2 mm和1~0.5 mm的团聚体数量.与对照相比,随着生物炭施用量的增加,土壤NO_3~--N、NH_4~+-N、微生物量碳分别增加了4.9%~33.9%、9.1%~41.1%和11.8%~38.5%.本研究中生物炭对土壤温室气排放的影响主要表现为:添加生物炭后,土壤CO_2的排放量以及CH_4的吸收汇分别增加了6.73%~23.35%和3.62%~14.17%;施用20 t·hm~(-2)和40 t·hm~(-2)的生物炭降低了土壤N_2O的排放和综合增温潜势(GWP),而当生物炭施用量大于等于60 t·hm~(-2)时反而增加了土壤N_2O的排放和综合增温潜势(GWP).说明生物炭作为一种土壤改良剂和碳减排剂,能够改善土壤质量,提高土壤肥力,提高农田土壤增汇减排的作用,此外,选择合适的生物炭施用量至关重要.     

Removal of polycyclic aromatic hydrocarbons from aqueous solution by raw and modified plant residue materials as biosorbents

Removal of polycyclic aromatic hydrocarbons （PAHs）, e.g., naphthalene, acenaphthene, phenanthrene and pyrene, from aqueous solution by raw and modified plant residues was investigated to develop low cost biosorbents for organic pollutant abatement. Bamboo wood, pine wood, pine needles and pine bark were selected as plant residues, and acid hydrolysis was used as an easily modification method. The raw and modified biosorbents were characterized by elemental analysis, Fourier transform infrared spectroscopy and scanning electron microscopy. The sorption isotherms of PAHs to raw biosorbents were apparently linear, and were dominated by a partitioning process. In comparison, the isotherms of the hydrolyzed biosorbents displayed nonlinearity, which was controlled by partitioning and the specific interaction mechanism. The sorpfion kinetic curves of PAHs to the raw and modified plant residues fit well with the pseudo second-order kinetics model. The sorption rates were faster for the raw biosorbents than the corresponding hydrolyzed biosorbents, which was attributed to the latter having more condensed domains （i.e., exposed aromatic core）. By the consumption of the amorphous cellulose component under acid hydrolysis, the sorption capability of the hydrolyzed biosorbents was notably enhanced, i.e., 6-18 fold for phenanthrene, 6-8 fold for naphthalene and pyrene and 5-8 fold for acenaphthene. The sorpfion coefficients （Kd） were negatively correlated with the polarity index [（O＋N）/C], and positively correlated with the aromaticity of the biosorbents. For a given biosorbent, a positive linear correlation between logKoc and logKow for different PAHs was observed. Interestingly, the linear plots of logKoc-logKow were parallel for different biosorbents. These observations suggest that the raw and modified plant residues have great potential as biosorbents to remove PAHs from wastewater.     

4种典型溴代阻燃剂对离体条件下罗非鱼肝脏抗氧化系统影响的研究

以罗非鱼(Mossambica tilapia)为实验生物,研究了离体条件下其肝脏抗氧化系统中谷胱甘肽(GSH)含量、谷胱甘肽硫转移酶(GST)和超氧化物歧化酶(SOD)活性对4种溴代阻燃剂(Brominated flame retardants,BFRs)——四溴联苯醚(BDE-47)、十溴联苯醚(BDE-209)、六溴环十二烷(HBCD)和四溴双酚A(TBBPA)的响应.研究结果表明:离体暴露于4种BFRs 1 h后,罗非鱼肝脏上清液中GSH含量和SOD活性随暴露剂量升高均呈现先升高后回落的趋势,但总体均高于对照组水平;GST活性则被抑制.上述3种抗氧化参数中,同一参数对4种BFRs响应均呈现一致的变化趋势,其中GST和SOD活性响应更为灵敏.GST活性对BDE-47、BDE-209和HBCD的最低响应浓度均低于1 ng·L-1,且与TBBPA和BDE-209在一定浓度范围内存在较好的剂量-效应关系;SOD活性对4种BFRs暴露较为敏感,最低响应浓度均低于10 ng·L-1,并且与除BDE-209外的上述3种污染物在一定的浓度范围内具有良好的剂量-效应关系.因此,GST和SOD活性指标是值得进一步研究的溴代阻燃剂污染候选生物标志物.     

土地利用方式对缙云山土壤团聚体稳定性及其有机碳的影响

土壤团聚体对土壤肥力、质量和土壤的可持续利用等有很大的影响,是水、肥保蓄与释供功能的物质基础.通过湿筛法,将缙云山林地、撂荒地、果园和坡耕地这4种土地利用方式土壤进行粒径分组,得到大团聚体(>2 mm)、中间团聚体(0.25~2 mm)、微团聚体(53μm~0.25 mm)以及粉+黏团聚体(<53μm)的质量分数,测定各粒径团聚体中的有机碳含量,并计算0~60 cm土壤深度内各粒径土壤团聚体的有机碳储量.结果表明,土地利用方式对土壤团聚体稳定性及其有机碳具有重要影响.林地的开垦行为会导致大团聚体的破碎化,果园及坡耕地>0.25 mm的大团聚体含量分别为44.62%和32.28%,分别比林地降低38.58%(P<0.05)和91.52%(P<0.05),土壤结构趋于恶化;而坡耕地闲置为撂荒地后,则会促使粉+黏团聚体向粒径大的微团聚体及中间团聚体转化,使土壤结构趋于改善.在0~60 cm土层内,果园及坡耕地土壤颗粒的MWD(平均质量直径)和GMD(几何平均直径)值均显著低于林地(P<0.05),而坡耕地撂荒后,MWD和GMD值均显著升高(P<0.05),表明林地开垦为果园和坡耕地导致土壤团聚体的稳定性降低,容易被水分散,而坡耕地弃耕撂荒会增强团聚体的稳定性,提高土壤抵抗外力破坏的能力.4种土地利用方式下各粒径土壤团聚体有机碳含量均随土壤深度的增加而降低.在0~60 cm的土壤深度内,不同土地利用方式下各粒径土壤团聚体有机碳储量表现为:大团聚体有机碳储量为林地(14.98Mg·hm-2)>撂荒地(8.71 Mg·hm-2)>果园(5.82 Mg·hm-2)>坡耕地(2.13 Mg·hm-2),中间团聚体有机碳储量为撂荒地(35.61 Mg·hm-2)>林地(20.38 Mg·hm-2)>果园(13.83 Mg·hm-2)>坡耕地(6.77 Mg·hm-2),微团聚体有机碳储量为撂荒地(22.44 Mg·hm-2)>林地(10.20 Mg·hm-2)>果园(6.80 Mg·hm-2)>坡耕地(5.60 Mg·hm-2);粉+黏团聚体有机碳储量为撂荒地(22.21 Mg·hm-2)>林地(17.01 Mg·hm-2)>果园(16.70 Mg·hm-2)>坡耕地(9.85 Mg·hm-2).各粒径土壤团聚体内有机碳储量均为林地和撂荒地高于果园和坡耕地,表明将林地开垦为果园和坡耕地后,将导致各团聚体组分内有机碳的损失,而坡耕地撂荒则有助于土壤有机碳的恢复和截存;林地和撂荒地土壤有机碳主要蓄积在中间团聚体内,而果园和坡耕地则主要蓄积在粉+黏团聚体内,表明在土地利用变化过程中,粒径较大的团聚体有机碳不稳定,更容易发生变化.     

广西不同石漠化等级下SPAC水势梯度及其环境效应

以野外观测为基础,对广西不同石漠化等级(无石漠化、轻度石漠化、中度石漠化和重度石漠化)下土壤-植被-大气连续体(Soil-Plant-Atmosphere Continuum,简称SPAC)系统中的水势日变化、气象因子日变化过程进行了研究。结果表明:随着石漠化程度的增加,大气水势降低,大气水势对不同石漠化程度的反应敏感。岩溶区石漠化等级下植物和土壤水势较低,不同石漠化条件下的植物叶水势在-7.79±0.43~-2.68±0.11 Mpa之间,土壤水势在-4.00±0~-0.08±0.04 Mpa之间,重度石漠化等级下植物处于萎蔫状态。植物在正午受到的水分亏缺程度为:重度石漠化中度石漠化无石漠化轻度石漠化。无石漠化下植物叶片水势与大气温度呈正相关关系,与大气相对湿度呈负相关关系,轻度石漠化、中度石漠化和重度石漠化下植物叶片水势与大气温度呈负相关关系,与大气相对湿度呈正相关关系。水分在SPAC系统中运移,其能量消耗主要集中在叶片-大气的过程。叶-气水势差差值大小为:中度石漠化重度石漠化轻度石漠化无石漠化。随着石漠化程度的增加,SPAC水势梯度提高,各介质层水势差的增大,提高了水分循环和能量交换的强度。     

外源新碳对红壤团聚体及有机碳分布和稳定性的影响

以中国科学院长期定位试验站的红壤为研究对象,通过室内模拟实验,利用δ~(13)C示踪方法,将稳定同位素碳(δ13C)标记的水稻秸秆添加入红壤,研究水稻秸秆添加对红壤水稳性团聚体分布及稳定性的影响,探索水稻秸秆腐解过程中有机碳在不同粒级团聚体中的动态变化以及分布规律.研究结果表明:未添加水稻秸秆的红壤(对照组),微团聚体(250μm)占主体,2000μm粒级水稳性团聚体含量最少.与对照相比,添加水稻秸秆后(试验组)促进了2000μm粒级水稳性团聚体的团聚.不同培养时期,2000μm水稳性团聚体增加了108.3%~270.3%,促使大团聚体占主体,显著提高了红壤水稳性团聚体的平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、R0.25值,降低了分形维数(D)值,土壤结构明显得到改善.各粒级团聚体有机碳含量也显著得到提高,2000μm团聚体有机碳含量比对照组增加了14.7%~41.5%.土壤有机碳在53μm粒级团聚体中分布随着粒级的增大而增大,即2000μm2000~250μm250~53μm.不同粒级团聚体δ13C值动态变化显著,有机碳的周转速率增大.外源新碳前期主要分配在2000μm、250~53μm粒级团聚体中,并促进了原有机碳的分解,后期主要分配在微团聚体中.红壤大团聚体有机碳含量与团聚体稳定性呈极显著的相关关系(p0.01).     

L形和U形三维钝体结构绕流的数值模拟研究

采用大涡模型对L形和U形三维钝体建筑物的绕流特性和风压分布特性进行数值研究.考虑平均和脉动速度入口边界,在雷诺数为1.5×105～7×105条件下,对2种钝体的9种分析工况进行瞬态动力分析,并将计算结果与已有研究进行对比.研究表明,钝体绕流对周围流场影响的强弱程度依次为尾流区、屋顶区、来流区,影响大小随着流场与钝体之间...     

污泥膜覆盖好氧发酵堆体流场模拟及应用研究简

运用Gambit软件建立了污泥好氧发酵堆体的多孔介质模型，通过自行设计的实验装置获得了堆体的通风粘性阻力系数和惯性阻力系数以及功能膜压差与透气量之间的关系，用Fluent软件分析了堆体不同截面形状及底部通风管数量对堆体通风均匀性的影响，为确定合理的通风管数量及截面几何形状提供理论依据。对上海奉贤区城镇污水厂污泥处理工程发酵仓进行堆体流场模拟，确定堆体采用小拱形截面形状，堆高2 m，宽8 m，底部设置4条通风管，实际运行效果良好。     

城市生活垃圾降解率分析研究

针对城市生活垃圾降解率研究不足的现状,结合室内物理模拟实验,对垃圾温度和垃圾降解率的变化规律进行分析研究。研究结果表明,填埋初期垃圾填埋体温度升高较快,服从三次曲线变化规律;温度对垃圾降解率有重要的影响,单一温度下垃圾降解率随时间变化近似符合微生物生长曲线;不同温度下,温度高,垃圾降解率快,试验证明41.00、45.00℃垃圾降解率最快,垃圾降解率相差不大,可以认为温度高于41.00℃时垃圾降解率可以按照41.00℃时垃圾降解率计算。     

高铁酸钾预处理对活性污泥脱水性能的影响

通过投入不同剂量的高铁酸钾于剩余活性污泥中,研究其对污泥絮体性质和脱水性能的影响作用。污泥絮体性质的研究包括絮体粒径的变化以及污泥EPS含量的变化。脱水性能的研究包括过滤脱水性能(以CST表征)以及脱水程度(离心泥饼含固率)。实验结果表明,高铁酸钾的强氧化性可以破坏污泥絮体结构,提高污泥的机械脱水程度;但同时污泥EPS含量增加,对污泥过滤脱水性能有负面影响。高铁酸钾氧化分解生成的Fe(OH)3具有絮凝能力,可以使污泥颗粒重新絮凝;而其混凝作用可以破坏污泥细胞的稳定性,提高污泥的沉降性能。