沈阳城市化进程对大气边界层影响研究

利用沈阳气象站2000-2010年高空观测数据,统计分析了各年探空温度和风速曲线,还依据统计得到的中性层结风速廓线资料,利用莫宁-奥布霍夫相似理论计算了下垫面的空气动力学参数,综合研究了沈阳城市化进程对大气边界层的影响。结果表明:(1)随着城市化进程的发展,地面平均温度呈逐年升高的趋势,但升温幅度很小;高层温度也有增加的趋势,增温幅度很小。(2)垂直温度递减率有增加的趋势,这表示城市化程度的发展对边界层的影响也是显著的。(3)由于下垫面城市化程度的提高,在不同高度上风速都有不同程度的减小的趋势。(4)摩擦速度逐年增加,对风速的消减作用逐渐增强;粗糙度逐年增高和零平面位移逐年增大,可见沈阳下垫面城市化的程度逐年增加。     

红松阔叶混交林林隙极端地面温度的地统计学分析

以小兴安岭原始红松阔叶混交林林隙为研究对象,采用网格法布点,通过对生长季内林隙各样点极端地面温度的连续观测,利用经典统计学和地统计学的方法分析并揭示了林隙极端地面温度的时空分布格局。研究结果表明:林隙极端地面温度不同空间样点之间存在异质性,而且异质性的强度、 尺度和空间结构组成随时间而改变,各月平均极端地面温度斑块形状复杂,最高地面温度大小顺序均为6月>7月>8月>9月,最低地面温度大小顺序为7月>8月>6月>9月,月平均地温的最大值和最小值分布位置不固定,同一月份地面最高温度的大小顺序是空旷地>林隙>郁闭林分,地面最低温度大小顺序是郁闭林分>林隙>空旷地。研究旨在为红松阔叶混交林的可持续经营提供基础数据和理论参考。     

米槠天然林和人工林土壤呼吸的比较研究

采用Li-8100开路式土壤碳通量系统,对福建省三明市格氏栲自然保护区米槠天然林和人工林土壤呼吸进行1 a的定位观测,分析了土壤水热因子及凋落物对土壤呼吸的影响.结果表明,米槠天然林和人工林土壤呼吸速率月变化均呈单峰型曲线,峰值分别出现在6月上旬[7.03μmol·(m2·s)-1]和7月下旬[5.12μmol·(m2·s)-1];天然林和人工林土壤呼吸速率的年均值分别为3.74μmol·(m2·s)-1和3.05μmol·(m2·s)-1,两者之间有显著差异(P<0.05);土壤温度是影响土壤呼吸的主要因素,分别可以解释天然林和人工林土壤呼吸速率月动态变化的80.1%和81.0%;天然林土壤含水量与土壤呼吸速率呈显著正相关,但人工林两者不具有相关关系;天然林和人工林土壤呼吸速率与当月凋落物量和前一个月凋落物量呈极显著的正相关关系(P<0.01);指数方程计算的天然林和人工林土壤呼吸的Q10值分别为1.86和2.01,天然林和人工林土壤呼吸年通量值分别为14.34 t·(hm2·a)-1和11.18 t·(hm2·a)-1,天然林转换为人工林后,土壤呼吸年通量下降了22.03%.     

Comparison of mesophilic and thermophilic anaerobic digestions of thermal hydrolysis pretreated swine manure: Process performance, microbial communities and energy balance

Anaerobic digestion (AD) of swine manure (SM) commonly shows low biogas output and unsatisfactory economic performance. In this study, thermophilic AD (TAD, 50 ± 1 °C) was combined with thermal hydrolysis pretreatment (THP, 170 °C/10 bar), to investigate its potential for maximizing biogas yield, securing successful digestion and microbial diversity, as well as improving energy balance. Four lab-scale continuously stirred tank reactors were operated for 300 days and compared with each other, i.e., reactor 1 (raw SM fed in mesophilic AD: RSM-MAD), reactor 2 (THP-treated SM fed in MAD: TSM-MAD), reactor 3 (RSM-TAD), and reactor 4 (TSM-TAD). The results showed that THP was efficient to increase methane production of SM, TSM-TAD mode led to the highest methane yield (129.8 ± 40.5 mL-CH₄/g-VS/day) among the tests (p < 0.05). Although TAD was more likely to induce free ammonia (> 700 mg/L) or volatile fatty acids (> 6000 mg/L) accumulation compared with MAD in start-up phase, TSM-TAD treatment mode behaved a sustainable digestion process in a long-term operation. For TSM-TAD scenario, higher Shannon–Weaver (3.873) and lower Simpson index (0.061) indicated this mode ensured and enlarged the diversity of bacteria communities. Phylum Bathyarchaeota was dominant (59.3%−90.0%) in archaea community, followed by Euryarchaeota in the four reactors. RSM-MAD treatment mode achieved the highest energy output (4.65 GJ/day), TSM-TAD was less effective (−17.38 GJ/day) due to increased energy demands. Thus improving the energetic efficiency of THP units is recommended for the development of TSM-TAD treatment mode.     

氮沉降对陆地生态系统土壤有机碳含量影响的Meta分析

研究已证实大气氮沉降的增加显著影响了土壤有机碳的含量,然而其变化幅度在不同的实验样地具有较大的差异.基于在我国开展的49个模拟氮沉降野外实验的408组数据,利用Meta分析、Meta回归和线性回归等方法系统研究了样地气候、土壤属性以及氮素施用参数对施氮后土壤有机碳含量的影响.结果表明,样地的年均温（MAT）和年均降水量（MAP）与施氮后土壤有机碳含量变化幅度显著正相关（P<0.05）.在MAT或MAP较低（MAT<3℃,MAP<500 mm）的样地中,施氮后土壤有机碳含量显著下降;而在MAT或MAP较高（MAT>3℃,MAP>500 mm）的样地中,施氮后土壤有机碳含量则显著升高.土壤属性方面,在C：N较高（>15）或酸性（pH<6.5）土壤中,施氮后土壤有机碳积累明显（P<0.05）;而在C：N较低（≤15）以及中性或碱性（pH≥6.5）土壤中,施氮后土壤有机碳变化不明显（P >0.05）.此外,施氮后草原生态系统土壤有机碳含量明显下降（-5.34%）;而湿地生态系统土壤有机碳含量变化不明显;森林生态系统土壤有机碳表现出明显积累（10.52%）,特别是阔叶林生态系统（13.10%）.所有的因子中,土壤C：N是影响施氮后土壤有机碳变化幅度的主导因子.在施氮类型方面,施加硝酸铵或尿素后土壤有机碳含量显著升高,而施加硝态氮对其影响不显著.综上所述,在精确评估、预测和分析氮沉降对土壤有机碳含量的影响时,应综合考虑样地的气候、土壤属性以及氮素施用参数等因素对实验结果的影响.     

嗜热微生物在废水处理中的应用

利用嗜热微生物处理高温排放废水是一项很有前任的废水处理技术，文章对嗜热微生物好氧处理废水及厌氧处理废水的发展进程和研究现状做了综述，例举了嗜热微生物在废水处理中的应用，并论证了一定工艺条件下高温废水处理的可行性和优越性；最后对嗜热微生物在废水处理中的应用前景作了展望。     

温度对细菌碳酸酐酶催化碳酸钙沉积的影响

碳酸钙(CaCO3)沉积不仅在许多地质过程中起重要作用,而且在石刻文物和石质建筑物的修复以及环境治理等方面也有应用。CaCO3沉积过程在自然条件下极为缓慢,在CaCO3-H2O-CO2反应体系中CO2+H2OHCO3-+H+为限速步骤,可以利用生物催化剂来加速这一反应的进行。碳酸酐酶(Carbonic anhydrase,CA)是一种以锌为活性中心的金属酶,可以高效催化上述反应的进行,并在CaCO3沉积中具有显著促进作用。本文采用气体扩散体系,研究温度对典型细菌CA催化CaCO3沉积的速率及晶型晶貌的影响。结果表明,在实验温度(5～55℃)条件下,30℃时细菌CA催化沉积CaCO3的速率最快,而5℃时的沉积速率最慢,而且,温度会影响细菌CA催化形成的CaCO3晶体的大小和形貌。     

两相一体式污泥浓缩消化(TISTD)反应器微生物多样性研究

针对课题组开发的两相一体式污泥浓缩消化反应器(TISTD),采用16S rDNA、PCR-TGGE等分子生物学技术,对反应器在不同阶段稳态下的内、外反应室中微生物的多样性和种群结构进行了研究.结果表明:TISTD反应器内外反应室中微生物群落均呈现高度的多样性分布,优势菌群明显,群落结构差异性很大,且外反应室较内反应室具有更多的微生物种群数量,外室是水解酸化的场所,污泥在外室经过微生物的水解酸化后进入内室,内室是严格厌氧的产甲烷场所;从反应器运行的不同时期来看,反应器中微生物优势种群呈现一定的差异,随着反应器负荷的改变,微生物的群落结构和种群数量也呈现出明显的演替过程,优势种群的功能地位处在动态变化中.微生物种群之间通过协同和竞争作用,形成了特定生态位的群落结构.研究结果解释了TISTD反应器同时浓缩和消化的工作机理,并为其推广、应用及优化调控提供了理论基础.     

低温条件下污水处理运行研究

低温是造成寒冷地区冬季生活污水生化处理效果差的主要原因。当温度降低至4cC左右时,活性污泥中大多数微生物的生长活性受到抑制,只有少数的耐冷微生物可以存活下来并保持一定的活性。本课题组以往的研究结果证明：在我国北方地区,完全可以分离到在低温下高效降解污水中有机物的耐冷细菌。通过投加耐冷茵可使污水的去除效率大大提高。但由于投加的耐冷茵的流失等原因,必须隔一定时间再次投菌,既费时费力,又增加投资。     

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.