后寨河流域岩溶含水层脆弱性及其对土地利用方式的响应

由于强烈的溶蚀作用,岩溶地区溶蚀裂隙、管道等高度发育,并相互贯通,形成岩溶区特有的地下、地表“双层空间”结构体系,地下空间成为地下水存储和运移的重要场所。岩溶地区由于土层浅薄或缺失,并且溶蚀裂隙、管道、落水洞、竖井等高度发育,使含水层更易受地表状况的影响,土地利用/覆被变化在很大程度上影响着地下水的水质、水量,岩溶水质的变化能集中反映人类活动胁迫下岩溶含水层脆弱性程度的增加。以典型岩溶单元--贵州普定后寨河流域为例,分析了流域水文地质背景下的岩溶含水层本质脆弱性,结合流域地下河水近20年的水化学资料,分析了含水层脆弱性对土地利用变化的响应。结果显示：土地利用/覆被变化、农业活动、城镇建设及居民活动都对地下水质变化有明显影响。因此,调整土地利用结构,恢复岩溶植被,改善生态环境是保护和改善岩溶水资源的重要途径。     

人类活动对川东平行岭谷区岩溶地下水化学性质季节变化的影响

以川东平行岭谷区典型岩溶槽谷--北碚槽上为研究区域,通过对8月和11月的岩溶地下水水化学性质研究,发现槽上岩溶地下水的化学性质呈现明显的季节性：电导率、矿化度、SO42-浓度及HCO3-浓度都是8月大于11月,与气温和降水量的变化相对应,也与人类在8月份对土地利用的强度大于在11月份对土地利用的强度相对应。研究区地下水的化学性质与人类活动对土地利用的季节差异具有比较明显的对应关系,为进一步认识岩溶地下水的时间变化规律提供科学数据,也有利于认识人类活动对生态环境产生的影响,从而采取更加合理的措施来治理和保护岩溶地区有限的地下水资源,满足人们的生活和生产需要。     

基于微生物生物完整性指数的地下水生态系统健康评价:以包钢稀土尾矿库周边地下水生态系统为例

生物完整性指数是水体生态系统健康评价的重要指标,已被广泛应用于湖泊河流等的生态系统健康评价中.但利用水体中分解者微生物群落构建IBI评价标准的报道很少,针对地下水生态系统的研究更是鲜见.本研究针对包钢稀土尾矿库周边地下水生态系统健康开展评价工作,基于地下水环境中微生物群落Illumina高通量测序信息,筛选关键环境因子,甄别敏感或耐受微生物分类属,确定候选生物参数,探索针对地下水的微生物完整性指数(microbiome index of biotic integrity,M-IBI)评价流程与标准构建方法.结果表明,总计12个地下水样点中,4个样点属于健康等级(Ⅰ级),占总样点的33.3%;2个样点属于亚健康等级(Ⅱ级),占总样点的16.7%;5个样点属于一般等级(Ⅲ级),占41.7%;1个样点属于较差等级(Ⅳ级),占8.3%;总体来看,靠近尾矿库的样点健康等级较低,而远离尾矿库参照点受到的干扰较小,健康等级较高,这可能与人类活动干扰影响程度密切相关.参照该地区地下水理化参数基础上的水质情况分析结果,发现应用M-IBI指数可较合理地评估包头稀土尾矿区周边地下水生态系统健康状况.结合生态系统健康内涵,本研究初步提出针对地下水生态系统健康的M-IBI指数评价体系构建流程.     

Efficient dechlorination of chlorinated solvent pollutants under UV irradiation by using the synthesized TiO2 nano-sheets in aqueous phase

Titanium dioxide(TiO2), which is the widely used photo-catalyst, has been synthesized by simple hydrothermal solution containing tetrabutyl titanate and hydrofluoric acid. The synthesized product has been applied to photo-degradation in aqueous phase of chlorinated solvents, namely tetrachloroethene(PCE), trichloroethene(TCE) and 1,1,1-trichloroethane(TCA). The photo-degradation results revealed that the degradation of these harmful chemicals was better in UV/synthesized TiO2 system compared to UV/commercial P25 system and UV only system. The photo-catalytic efficiency of the synthesized TiO2 was 1.4, 1.8 and 3.0 folds higher compared to the commercial P25 for TCA, TCE and PCE degradation, respectively. Moreover, using nitrobenzene(NB) as a probe of hydroxyl radical(.OH), the degradation rate was better over UV/synthesized TiO2, suggesting the high concentration of.OH generated in UV/synthesized TiO2system. In addition,.OH concentration was confirmed by the strong peak displayed in EPR analysis over UV/synthesized TiO2system. The characterization result using XRD and TEM showed that the synthesized TiO2 was in anatase form and consisted of well-defined sheet-shaped structures having a rectangular outline with a thickness of 4 nm, side length of 50 nm and width of 33 nm and a surface 90.3 m2/g. XPS analysis revealed that ≡Ti-F bond was formed on the surface of the synthesized TiO2. The above results on both photocatalytic activity and the surface analysis demonstrated the good applicability of the synthesized TiO2 nano-sheets for the remediation of chlorinated solvent contaminated groundwater.     

Arsenic removal from groundwater by acclimated sludge under autohydrogenotrophic conditions

Arsenic in the environment is attracting increasing attention due to its chronic health effects. Although arsenite(As(III)) is generally more mobile and more toxic than arsenate(As(V)), reducing As(V) to As(III) may still be a means for decontamination, because As(III) can be removed from solution by precipitation with sulfide or by adsorption or complexation with other metal sulfides. The performance of As(V) bio-reduction under autohydrogenotrophic conditions was investigated with batch experiments. The results showed that As(V) reduction was a biochemical process while both acclimated sludge and hydrogen were essential. Most of the reduced arsenic remained in a soluble form, although 20% was removed with no addition of sulfate, while 82% was removed when sulfate was reduced to sulfide. The results demonstrated that the reduced arsenic was re-sequestered in the precipitates, probably as arsenic sulfides. Kinetic analysis showed that pseudo first-order kinetics described the bio-reduction process better than pseudo second-order. In particular, the influences of pH and temperature on As(V) reduction by acclimated sludge under autohydrogenotrophic conditions and total soluble As removal were examined. The reduction process was highly sensitive to both pH and temperature, with the optimum ranges of pH 6.5–7.0 and 30–40°C respectively. Furthermore, Arrhenius modeling results for the temperature effect indicated that the As(V) reduction trend was systematic. Total soluble As removal was consistent with the trend of As(V) reduction.     

地下水中常见离子对纳米零价铁除Se（Ⅳ）动力学的影响

采用间歇实验对纳米零价铁(nZVI)除四价硒(Se(Ⅳ))进行实验性研究,考察了地下水中共存离子对nZVI除Se(Ⅳ)动力学的影响.结果表明,在厌氧条件下,当nZVI投加量为0.1 g·L-1,Se(Ⅳ)浓度为100μmol·L-1,NaCl浓度为0.01 mol·L-1,pH=7.0,T=25℃±1℃时,投加CO2-3或SO2-4浓度为1 mmol·L-1、腐殖酸(humic acid,HA)为5 mg·L-1时,明显抑制了Se(Ⅳ)的去除.投加0.5 mmol·L-1Ca2+或Mg2+时,对除Se(Ⅳ)影响不大;而Ca2+(3 mmol·L-1)、Mg2+(3 mmol·L-1)时,Se(Ⅳ)的去除效率明显下降.未加共存离子时,Se(Ⅳ)在20 min时基本去除完,共存离子存在的情况下,nZVI对Se(Ⅳ)的去除率在30 min时达到100%.反应过程中二价铁(Fe2+)随着Se(Ⅳ)的去除趋于平稳.ORP在反应过程中快速从正值下降至负值,由此说明nZVI除Se(Ⅳ)的过程发生了还原反应.     

基于物理过程的矿区地下水污染风险评价

目前国内外所做的地下水污染风险评价的实例研究一般都是从地下水的脆弱性研究出发,并未过多地考虑特征污染物对污染后果的影响.脆弱性是环境对污染物的自然敏感性,而地下水污染评价中更应当体现出污染物在地下水中的迁移分布特性.为了完善地下水污染风险评价的理论和方法,以某尾矿区为例提出了基于物理过程的地下水污染风险评价方法,在污染发生之前,根据经济社会的敏感性条件和污染物将来可能的分布范围,事先划分各个污染风险等级在含水层空间上的分布范围,然后据此反推各个风险等级所对应的污染物源强,以此作为地下水污染风险评价等级的划分标准,通过对污染物在包气带和含水层中的运移进行数值模拟来评价尾矿区地下水的污染风险.结果表明,这种基于物理过程的地下水污染风险评价方法可以给出污染物浓度和风险水平在空间和时间上的分布规律,对于单个点状的污染场地来说,具有详尽的风险表征方式,优于以往基于含水层固有脆弱性指数法的风险评价方法,该方法适用于现有污染场地的风险评价、场地优化选址和为场地建设提供设计参数.     

典型岩溶土壤微生物丰度与多样性及其对碳循环的指示意义

探讨土壤微生物指标的变化规律,用于揭示其在岩溶土壤碳循环中的指示意义.以桂林岩溶试验场洼地、坡地和垭口这3种岩溶地貌形态下的剖面(0~10、10~20、20~30cm)土壤为研究对象,采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCRDGGE)和荧光定量PCR相结合的方法,分析这个典型岩溶土壤剖面中的微生物多样性和丰度变化.数据显示,16S rRNA最高丰度出现在洼地,为1.32×1011拷贝·g-1,而18S rRNA最高丰度出现在垭口,为1.12×1010拷贝·g-1;洼地和垭口剖面的16S rRNA丰度随着深度的增加而降低,3种岩溶地貌形态的18S rRNA丰度均随着剖面深度的增加而降低,与土壤有机碳质量分数的变化趋势一致.但是,在3种岩溶地貌形态中,3个16S rRNA和6个18S rRNA的多样性指数均随土壤剖面深度的增加而增大.由于16S rRNA和18S rRNA的多样性与丰度和土壤有机碳之间总体上表现出相反的变化趋势,说明微生物丰度指标在土壤碳循环中的指示意义比微生物多样性指数更重要.     

改性氢氧化镁制备及其去除地下水中Cr3+性能研究

氢氧化镁作为一种可缓慢释放OH-的碱,能使多数重金属离子转换为沉淀,而且不会引起太大的pH变化.但氢氧化镁难溶于水,在含水层中的迁移能力很差.若要用于地下水重金属污染修复,需要对氢氧化镁进行改性.因此,本文利用表面活性剂对氢氧化镁粉末进行改性,合成了氢氧化镁胶体,并对改性氢氧化镁的稳定性、粒度及其对Cr3+的稳定化效果进行了分析.结果表明,复配表面活性剂改性的氢氧化镁悬浮液稳定性好,粒径小,0.6~8.4μm的颗粒占82.41%.利用改性氢氧化镁对Cr3+污染地下水进行处理,其对Cr3+的去除机理主要为沉淀反应,氢氧化镁和Cr3+反应的质量比约为1.333∶1,氢氧化镁和初始Cr3+浓度对Cr3+的去除效果都有较大的影响.     

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。