臭氧污染对不同品种小麦养分吸收与分配的影响

近地层臭氧(O3)污染会危害植物生长,势必间接影响氮素吸收利用.本研究利用开放式臭氧污染(Free-air O3 concentration enrichment,O3FACE)研究平台,研究了大气O3浓度增加(比周围大气高50％)对长江三角洲地区5个冬小麦(Tritcium aestivum L.)主栽品种(扬麦15、扬麦16、烟农19、扬幅麦2号和嘉兴002)的物质积累、氮素吸收与分配的影响.结果显示,O3浓度升高对秸秆和籽粒的影响远大于根系.烟农19、嘉兴002和扬麦16的产量因O3浓度升高而减少,而扬麦15和扬幅麦2号产量则变化不大.扬幅麦2号与嘉兴002的秸秆干物重因O3浓度升高而显著增加,扬麦15与烟农19分别呈增大与降低趋势,而扬麦16则无变化表明O3污染对小麦干物质积累与分配的影响存在品种差异.O3浓度升高影响氮素在小麦根、秸秆和籽粒中的含量与分配趋势,但影响程度因品种而异.O3浓度升高导致扬幅麦2号的总吸氮量显著增加30.6％及烟农19的总吸氮量呈增加趋势,并使嘉兴002的总吸氮量显著降低34.8％及扬麦16总吸氮量呈降低趋势,但扬麦15的总吸氮量则不受影响.除扬麦15外,O3浓度升高具有减少籽粒氮占总氮比例的趋势,表明小麦响应O3污染对氮素吸收与分配调整机制存在品种差异.扬麦16、烟农19和嘉兴002的氮肥偏生产力因O3浓度升高而显著降低,而扬麦15和扬幅麦2号则无明显变化.扬麦16和嘉兴002的氮肥利用率因O3浓度升高显著降低,而扬幅麦2号呈增加趋势,扬麦15、烟农19呈降低趋势.综合来看,小麦扬麦15抗O3污染能力强于其它品种,而嘉兴002则最易遭受臭氧污染危害.评价O3污染对小麦干物质与产量的形成与分配、氮素在植物-土壤系统周转的影响应综合考虑品种差异.     

基于小波变换与传统时间序列模型的臭氧浓度多步预测

采用最大重叠小波分解与重构方法,将影响O3小时浓度的不同时间尺度的物化过程分离出来,以提高序列的光滑性.同时,选择合适的传统时间序列模型(如ARIMA模型等)来描述不同过程的序列特征,并分别拟合预报.最后,在建模中引入24 h季节项,以实现提前24 h-次性预测未来1d的O3逐时浓度.结果表明,预报的平均相对误差为12.92％,平均绝对误差和均方根误差分别为10.04 μ.g·m-3和13.98μg·m-3,预报值与实测值的相关系数和匹配指数分别为0.96和0.98.随着预测期的延长,预报误差仍处于可接受范围内.该方法同样适用于每日最大O3小时浓度预报,研究结果为发布天气预报式的空气质量预报提供了新思路,便于公众规划出行并减少大气污染暴露.     

黄河下游滩区开封段土壤重金属分布特征及其潜在风险评价

按照土壤采样规范,对开封段黄河滩区及滩外土壤采样,表层0～20 cm样品48个,垂直剖面采样100 cm,2个;并按照土壤化学分析方法,对Pb、Cr、Hg、As和Cd这5种重金属进行分析;最后,按照国家土壤一级标准,采用单因子污染指数、内梅罗综合污染指数和Hkanson潜在生态危害指数法对开封市黄河滩区土壤重金属分布特征、污染状况和潜在生态危害进行了分析.结果表明:①开封市黄河滩区土壤Pb、Cr、Hg、As和Cd这5种重金属含量就平均值而言,Cr的平均含量最大,Pb、Hg的平均含量最小.除Hg之外,其它重金属元素的变异系数均较小,说明重金属Hg存在较大差异;滩区土壤的主要污染元素为Hg、As、Pb,其中Pb的污染为普遍性污染.Cr和Cd在各村间变化不大,且含量均在国家一级标准(自然保护区)以下.②土壤各重金属元素的空间分布特征研究区内上下段之间分异明显,上段呈清洁状态,中段有少量污染,下段表现出明显富集的分布状态;③以黄河大堤为界,滩区内外重金属分异与居民点分布密切相关,在滩区上段(西南部)居民集中,土壤各重金属浓度较高,表现为沿河区<大堤外,中下游段(滩区东北部)重金属含量大于大堤外土地,下游段东北趋向于污染富集.④以重金属平均单项潜在生态风险指数(Eri)评价表明,开封市黄河滩区土壤Hg的潜在生态风险达到强烈水平,Pb在重金属综合潜在生态风险的贡献率高达50.5%,是最主要的生态风险重金属,各个重金属的污染程度为Hg>Pb>As>Cd>Cr.⑤各重金属生态危害的次序为Hg>Cd>As>Pb>Cr.由RI值对应的潜在生态风险等级可知,开封市黄河滩区土壤存在中等级别重金属潜在生态危害.     

北京夏季灰霾天臭氧近地层垂直分布与边界层结构分析

后奥运时期首都北京的空气质量被更加关注,尤其是对于灰霾天与光化学复合污染的状况,而近地层数百米高度内的大气污染物与大气物理参数垂直分布观测对于空气质量变化过程评估至关重要.因此,本研究于2009年8月1-16日,在北京市325 m气象塔进行了相应的立体观测,观测平台垂直分布在距离地面高度8、47、120和280 m四层中.同时,在近地面320 m高度以内,分15层分别观测了大气温度、湿度、风速、风向.另外,使用气溶胶后向散射云高仪观测了边界层2.5 km内气溶胶后向散射系数.利用垂直分层的O3数据与边界层物理观测数据并结合天气形势、后向轨迹模式等方法,综合分析了本次观测数据之间的相互关系和内在联系.结果表明:夏季西北部低压槽控制的北京区域不利于低空大气扩散,容易形成光化学污染叠加灰霾污染,污染形成时白天地面小时最大φ(O3)可达120×10-9,280 m高度处可达155×10-9;来自西北偏西的气流一般较为干净,有利于北京污染物的清除,而来自西南和偏南的气流使北京的O3污染加重,导致区域性高浓度O3污染;在稳定天气条件下,夜间残留层与地面的φ(O3)差别越大,次日光化学生成的φ(O3)起点越高,表明残留层O3在次日混合层抬升过程中卷夹到地面,影响地面空气质量;300 m以内的近地层,在50 m高度左右存在φ(O3)变化程度剧烈层,这是城市冠层界面与大气化学反应共同作用的结果.     

20 a来中国占补耕地光温生产潜力时空特征

研究占补耕地光温生产潜力的时空特征对指导耕地资源开发与粮食生产具有重要意义。论文基于1980年代末-2010年的多期土地利用和多年平均光温生产潜力,以占用耕地与增补耕地单位面积光温生产潜力为依据,分析20 a来中国占补耕地光温生产潜力时空特征,并进一步探讨其对光温生产潜力总量的影响。结果表明:①1980年代末-2010年,全国耕地存在明显的占优补劣情况;②从各分区看,东北平原主产区、北方干旱半干旱主产区、青藏高原区、华南主产区、云贵高原区占用耕地单位面积光温生产潜力持续高于增补耕地,长江中下游主产区占用耕地单位面积光温生产潜力持续低于增补耕地,四川盆地及周边地区、黄土高原区、海南由占优补劣变为占劣补优,黄淮海平原区由占劣补优变为占优补劣;③占优补劣对全国光温生产潜力总量变化有显著影响;④东北平原主产区等我国耕地开垦的主要区域受占优补劣的影响较大,华南主产区等耕地损失区受占优补劣的影响相对较小,占劣补优对缩小耕地占用对光温生产潜力总量影响的作用并不大。     

Adsorption of Cr(Ⅲ) from acidic solutions by crop straw derived biochars

Cr（Ⅲ） adsorption by biochars generated from peanut, soybean, canola and rice straws is investigated with batch methods. Adsorption of Cr（Ⅲ） increased as pH rose from 2.5 to 5.0. Adsorption of Cr（Ⅲ） led to peak position shifts in the FFIR-PAS spectra of the biochars and made zeta potential values less negative, suggesting the formation of surface complexes between Cr^3＋ and functional groups on the biochars. The adsorption capacity of Cr（Ⅲ） followed the order： peanut straw char 〉 soybean straw char 〉 canola straw char 〉 rice straw char, which was consistent with the content of acidic functional groups on the biochars. The increase in Cr^3＋ hydrolysis as the pH rose was one of the main reasons for the increased adsorption of Cr（Ⅲ） by the biochars at higher pH values. Cr（llI） can be adsorbed by the biochars through electrostatic attraction between negative surfaces and Cr^3＋, but the relative contribution of electrostatic adsorption was less than 5%. Therefore, Cr（Ⅲ） was mainly adsorbed by the biochars through specific adsorption. The Langumir and Freundlich equations fitted the adsorption isotherms well and can therefore be used to describe the adsorption behavior of Cr（Ⅲ） by the crop straw biochars. The crop straw biochars have great adsorption capacities for Cr（Ⅲ） under acidic conditions and can be used as adsorbents to remove Cr（Ⅲ） from acidic wastewaters.     

基于DEA的上海市非中心城区工业生态效率研究

运用数据包络分析（DataEnvelopmentanalysis,DEA）的方法,从环境污染和资源消耗两个方面,建立了工业生态效率评价的指标体系,评价了2008年上海市非中心城区各区县的工业生态效率。结果表明,松江区处于上海市工业生态效率的前沿面,9个区县中有2／3区县的工业生态效率优于上海市平均水平。其中,崇明、嘉定和青浦处于规模报酬递增阶段,奉贤、闵行、浦东、金山、宝山则处于规模报酬递减阶段。最后,基于C2R模型对各区县的投入产出情况进行了优化调整,认为削减SO2的排放量和减少能源的消耗应是各区县提高工业生态效率的关键。     

常州市典型臭氧污染天气过程及成因分析研究

臭氧是一种存在于地球臭氧层和近地面的气体,它对人类和环境是否有益取决于大气中存在的位置。高空臭氧层使人类免受紫外线伤害,而近地面臭氧是光化学烟雾产生的主要污染物,损害农作物、树木和其他植物生长,危害人体健康诱发儿童哮喘等疾病。本文结合2013年8月12日常州市出现的臭氧污染天气,利用气象和空气自动监测数据,对污染过程、变化特征和成因进行了分析。结果表明,在连续高温、太阳辐射强度大、风速低、大气扩散条件差等气象因素和臭氧前体物（NMHC）较高等不利条件下,易形成臭氧污染天气,导致空气质量下降。     

利用沉积色素恢复湖泊古紫外强度研究综述

自从南极臭氧空洞被发现以来,平流层臭氧浓度下降导致到达地表的紫外辐射增强的现象引起了人们的广泛关注,目前这一状况还在不断加剧并将在未来很长一段时间里持续下去。为了更好地理解这种现象在长时间尺度上的意义以及合理预测未来地球表面紫外环境的变化以及生态系统的响应过程,科学家开始尝试恢复历史时期地球表面紫外辐射的变化。Scytonemin是蓝绿藻细胞外鞘上的一种抗UV色素,高UV强度照射能够促使细胞合成更多的这种色素以保护细胞免受紫外辐射的伤害,并且这种色素在湖泊沉积物中能够很好地保存。因此,我们可以通过分析不同时间段蓝绿藻细胞的scytonemin含量来反映历史时期湖泊紫外环境的变化。进一步的研究可以推测造成这种变化的原因以及生态系统对这些过程的响应,为预测未来地表紫外环境的变化及生态系统的响应提供合适的理论和证据。     

土地利用变化对土壤硝化及氨氧化细菌区系的影响

以西藏高原相邻的原始森林、天然草原和农田土壤为研究对象,分别采用室内培养法和nested PCR-DGGE技术,对比研究了这3个生态系统的土壤硝化势、硝态氮浓度以及土壤氨氧化细菌（AOB）菌群区系.结果表明,农田土壤的硝化势和硝态氮（NO 3--N）浓度显著高于相邻的草原和森林土壤,硝化势分别是森林和草原土壤的9倍和11倍,NO 3--N是农田土壤无机氮（Nmin）的主要成分,占无机氮的70%～90%.铵态氮（NH 4＋-N）则是森林和草原土壤中主要的无机氮形态.原始森林和天然草原间的硝化势和硝态氮浓度没有显著差异.原始森林的土壤AOB菌群数量、多样性及均匀度最低.天然草原生态系统转换为农田后,土壤AOB菌群的多样性和均匀度显著降低,但是农田土壤的AOB菌群结构仍与其前身草原生态系统有较高的相似性.原始森林的AOB菌群数量、多样性及均匀度最低直接导致了其硝化势最低;农田土壤的硝化势和硝态氮浓度最高意味着农田生态系统中优势AOB的活性最高.以上结果表明,土地利用变化导致土壤氮素内循环及其关键微生物AOB的多样性与活性均发生显著变化,这些变化会影响土壤环境质量以及生态系统的持续与稳定.