基于质子转移反应质谱(PTR-MS)对北方冬季大气氨的观测研究

氨是大气中广泛存在的碱性气体,已有的研究表明,氨能够参与包括硫酸/水体系的三元成核过程,进而促进新粒子的形成;同时,氨也是大气二次有机气溶胶（SOA）的重要前体物,对二次有机气溶胶的形成具有不可忽视的影响.了解大气中氨的污染情况,实现对大气中氨的高时间分辨率的在线观测,对于研究大气中氨的时空分布及来源解析,进而加深对气溶胶生成机理及气溶胶在大气辐射平衡与气候变化中作用的认识有重要意义.本研究使用一台自主搭建的质子转移反应质谱仪（PTR-MS）,以丙酮作为反应试剂,由电晕放电离子源产生质子化的丙酮反应试剂离子（（C₃H₆O）_nH⁺）（n=1,2）,与大气中的气态氨及其他碱性气体发生质子转移反应后进行质谱检测.丙酮（C₃H₆O）相较于水（H₂O）和乙醇（C₂H₅OH）,具有更高的质子亲和力（PA=194.1 kcal·mol^-1）,对PA较高的碱基化合物的选择性更好,可减少其他物质对四极杆质谱检测结果的影响.本研究在2017年11月9日—2018年1月10日和2018年11月12日—2019年1月2日华北地区气溶胶生成机理综合研究联合外场观测期间,将PTR-MS部署于山东省德州市平原县气象局观测场内,对大气中的氨气进行实时在线观测.结果表明,两次观测的气态氨平均值分别为（5.89±5.27）ppbv和（2.65±2.41）ppbv,均呈现出一个明显的日变化规律,即上午6：00—7：00出现峰值,随后逐渐下降,在下午大约15：00浓度达到最低值,随后上升.结合正交矩阵因子分解法（Positive Matrix Factorization,PMF）模型对当地近地面大气中氨气进行初步的来源分析,发现当地大气中氨气的来源主要是周边农村在冬季大量使用生物质燃料燃烧取暖造成的生活排放和当地交通源排放.两次冬季观测中当地农村取暖等生活排放分别占到66.0%和55.0%;交通排放在两次观测中分别占到27.0%和36.8%;农田土壤释放、畜牧养殖排放和工业排放等其他来源占比较低,分别是6.2%和7.5%;外部传输来源只占到很少一部分,分别是0.8%和0.7%.2018年的冬季观测相较于2017年,氨气浓度总体出现下降,主要来源还是以当地农村冬季生活和取暖燃烧排放为主,但通过相关政策管控,这一污染来源得到改善.     

华北平原不同生产模式设施蔬菜生命周期环境影响评价

全面系统地评价不同生产模式下设施蔬菜生产过程的环境效应,可为降低蔬菜生产过程中的负面环境影响提供理论指导.本文以华北平原河北省曲周县4 a春茬设施茄子生产为例,采用田间实测结合生命周期评价的方法,分析和比较了该地区常规、综合和有机生产模式下设施茄子的生产过程及其对环境的影响.结果表明,3种模式的水体毒性、富营养化和土壤毒性危害潜势对环境影响的贡献较大,分别占82.05%~84.02%、10.29%~12.32%和2.62%~3.48%,且主要发生在农作子系统中,均主要是由氮磷流失、农药残留及有机肥所携带的重金属所致.综合模式的环境影响综合指数最低,为0.596,分别比常规和有机模式降低了30.3%和6.7%,该模式显著降低了设施蔬菜农作子系统的污染物排放,为最佳生产模式.因此,优化田间管理措施(如施用生物农药、优质有机肥和提高氮磷利用效率)可较好地控制蔬菜生产生命周期负面环境影响及提高该地区设施蔬菜生产的环境可持续能力.     

成都平原区水稻土有机碳剖面分布特征及影响因素

了解环境因素对土壤有机碳剖面分布的影响,是准确拟合土壤有机碳在垂直方向上的连续变化、开展其三维空间分布模拟和估算区域土壤有机碳储量的基础.基于171个土壤剖面采样数据,利用指数递减函数拟合土壤有机碳剖面分布,分析成都平原区水稻土有机碳剖面分布的空间变异特征,并探讨成土母质、土壤类型(亚类和土属)、海拔、与河流距离和土地利用方式对其空间变异的影响作用,进而揭示环境因素对土壤有机碳剖面分布的影响.结果表明,0~20、20~40、40~60和60~100 cm土壤有机碳均值分别为19.42、9.59、5.99和5.20 g·kg-1,表现出显著的剖面递减趋势.土壤有机碳含量主要集中在40 cm以上,占整个土壤剖面的质量分数为72.17%,是研究成都平原区水稻土碳源/汇的关键部分.拟合土壤有机碳剖面分布的指数递减函数的2类参数呈现出一致的空间分布格局,具有空间相关性;参数C和k的块金系数分别为55.400%和47.671%,表明成都平原区水稻土壤有机碳剖面分布受结构性因素和随机性因素共同影响.回归分析揭示,成土母质和土属是影响研究区土壤有机碳剖面分布的主控因素,但海拔、与河流距离和土地利用的作用不容忽视.在拟合成都平原区水稻土有机碳剖面分布、构建其三维空间预测模型和估算土壤有机碳储量时,应重点考虑成土母质和土属的作用.     

Strong ozone production at a rural site in theNorth China Plain: Mixed effects of urban plumesand biogenic emissions

Regional ozone (O₃) pollution has drawn increasing attention in China over the recent decade, but the contributions from urban pollution and biogenic emissions have not been clearly elucidated. To better understand the formation of the regional O₃ problem in the North China Plain (NCP), intensive field measurements of O₃ and related parameters were conducted at a rural site downwind of Ji'nan, the capital city of Shandong province, in the summer of 2013. Markedly severe O₃ pollution was recorded, with the O₃ mixing ratios exceeding the Chinese national ambient air quality standard on 28?days (a frequency of 78%) and with a maximum hourly value of 198 ppbv. Extensive regional transport of well-processed urban plumes to the site was identified. An observation-constrained chemical box model was deployed to evaluate in situ photochemical O₃ production on two episodes. The results show that the in situ formation accounted for approximately 46% of the observed O₃ accumulation, while the remainder (~ 54%) was contributed by regional transport of the O₃-laden urban plumes. The in situ ozone production was in a mixed controlled regime that reducing either NOx or VOCs would lead to a reduction of ozone formation. Biogenic VOCs played an important role in the local ozone formation. This study demonstrates the significant mixed effects of both anthropogenic pollution from urban zones and biogenic emission in rural areas on the regional O₃ pollution in the NCP region, and may have general applicability in facilitating the understanding of the formation of secondary pollution over China.     

河北平原沧州-武强土壤地球化学异常解析

河北平原多目标区域地球化学调查在沧州-武强一带发现了以As、Cu、Zn、Fe、Mn、La、Th等元素为代表的多元素地球化学异常。本文利用地球化学方法,对该异常成因、生态环境效应等问题进行解释与评价。结果表明,特殊的沉积地质环境,即平原区低洼地内的自然吸附作用是形成大规模低缓地球化学异常的主要原因;异常对久负盛名的畅销果品沧州金丝小枣品质及油气热资源勘查的指示意义值得进一步研究。     

松嫩平原盐碱土水分扩散率研究

对盐碱地土壤水盐运动的定量描述是控制区域土壤次生盐碱化的基础，其中的土壤水分扩散率是研究土壤水盐运动的重要参数之一。文章通过非稳定流水平土柱法对实验区扰动的盐碱地土壤水分扩散率进行了测定，并将实验结果拟合为经验公式，然后将测定的土壤水分扩散率应用于水平入渗方程，用数值计算软件Mathcad6.0对土柱水分水平入渗进行了数值模拟，将实测结果和方程模拟的土壤水分分布状况进行了对比。结果表明本研究得出的土壤水分扩散率的经验方程误差较小。最后讨论了影响土壤水分扩散的土壤质地因素及土壤水分扩散率和含水率之间的单值函数关系。     

排水对三江平原沼泽湿地土壤中化学元素的影响

以三江平原沼泽湿地生态试验站为研究基地 ,选择典型采样点 ,对排水沟土壤、沼泽土壤、沼泽化草甸土壤 (共有 6个采样点 ,2 8个样品 )进行测试 ,分析土样中主要离子 (HCO3- 、Cl- 、NO3- 、SO4 2 - 、Ca2 +、Mg2 +、K+、Na+)含量、重金属 (铁、锰、锌、铜 )含量、营养元素含量、有机质含量以及土壤pH值 ,研究沼泽排水对沼泽土壤中的化学元素含量的影响。研究结果表明 ,排水使沼泽土壤丧失大量的化学元素     

冻融交替处理下湿地土壤可溶性铁的动态变化研究

通过原位土柱模拟实验,对比研究了冻融交替下(-10℃冻结1d后5℃融化7d作为1个冻融周期,共5个周期,并以5℃恒温培养为对照)三江平原典型环形湿地土壤可溶性铁的动态变化.结果表明,冻融交替处理导致了环形湿地3种典型湿地土壤(毛苔草群落的腐殖质沼泽土、乌拉苔草群落的草甸沼泽土和小叶章群落的草甸白浆土)溶液中的pH和Eh在经过第1个冻融周期后大都先升高,而在后4个周期后再逐渐降低;在整个实验过程中冻融组的pH有84.4%低于对照,而Eh则有82.2%的高于对照;各土壤溶液中的可溶性铁都以Fe3+为主,而Fe3+的还原受到冻融交替处理的抑制,无论Fe2+、Fe3+或总铁(TFe)的含量大都低于对照,其中TFe从(1.25±0.16)mg·L-1减少到(0.62±0.08)mg·L-1;不同土类之间,腐殖质沼泽土的pH、Eh和可溶性铁含量变化趋势与草甸白浆土的变化趋势差异显著,处于过渡带的草甸沼泽土则在pH的变化趋势上更接近于草甸白浆土,而在Eh和可溶性铁含量的变化趋势上更接近于腐殖质沼泽土;各土类不同土层之间,冻融交替对湿地上层土壤的影响要小于深层土壤.     

三江平原典型湿地类型土壤微生物特征与土壤养分的研究

为探讨不同湿地类型土壤微生物数量和酶活性的分布特征及其与土壤养分的关系,本研究选择了三江平原洪河湿地保护区4种典型湿地类型(小叶章+沼柳湿地、小叶章湿地、毛苔草湿地和芦苇湿地)的土壤为研究对象.结果表明4种湿地类型在0~30 cm土层内:1土壤有机碳、全氮和全磷均随土层深度的增加而减少,速效钾、速效磷和速效氮则未表现出有规律的变化,且不同湿地类型土壤养分含量差异显著.2土壤微生物数量为细菌放线菌真菌,3种微生物菌落数量均随土层深度的增加而减少.土壤微生物总数量以小叶章湿地最多,毛苔草湿地最少.3土壤蔗糖酶和纤维素酶活性均随土层深度的增加而减少,而土壤过氧化氢酶活性未表现出有规律的变化.小叶章+沼柳湿地和小叶章湿地中3种酶活性显著性高于毛苔草湿地和芦苇湿地(P0.05).4相关性分析表明,土壤细菌、真菌和纤维素酶与土壤养分各指标均呈极显著或显著正相关,放线菌和蔗糖酶与速效钾、过氧化氢酶与速效钾、速效磷无显著相关性关系.因此,土壤微生物和酶活性是反映土壤养分状况的重要指标.     

华北平原土壤肥力的变化与影响因素分析

通过对２０世纪以来华北平原土壤调查数据的分析对比，揭示了从传统农业向现代农业转变的过程中土壤肥力的变化。从总体上看，冀北地区的土壤肥力有所下降，而冀南和鲁西北地区有所上升。影响肥力变化的因子包括河流治理、施肥、高产品种使用后种植制度和土地利用程度的变化等等。