闽江河口互花米草海向入侵对湿地土壤nirS型反硝化微生物群落结构及多样性的影响

2020年秋季,在闽江河口鳝鱼滩东部的互花米草分布区,由陆向海方向选择互花米草海向入侵前的光滩(MF)、入侵1～2年的互花米草湿地(SAN)和入侵6～7年的互花米草湿地(SA)为研究对象.基于高通量测序技术,探讨了互花米草海向入侵对土壤nir S型反硝化微生物群落结构及多样性的影响.结果表明,变形菌门(Proteobacteria)均是互花米草不同入侵阶段土壤中nir S型反硝化微生物的优势门(90.41%～97.36%),其次是厚壁菌门(Firmicutes)和放线菌门(Actinobacteria),三者在SAN和MF土壤中的丰度均与SA存在显著差异(p<0.05).不同入侵阶段土壤中共有的nir S型反硝化细菌属为假单胞菌属(Pseudomonas)、芽孢杆菌属(Bacillus)、偶氮弧菌属(Azoarcus)、陶厄氏菌属(Thauera)、Sulfurifustis属、副球菌属(Paracoccus)、鲁杰氏菌属(Ruegeria)、红肠命菌属(Rubrivivax)、趋磁螺菌属(Magnetospirillum)和福格斯氏菌属(Vogesella),其中,假单胞菌属是...     

通过屋顶暴露方法模拟聚碳酸酯微塑料在长江水样的长期老化行为

由于较低的自然老化速率,微塑料在实际水体长期户外暴露过程中老化行为的数据仍较缺乏.通过聚碳酸酯（Polycarbonate,PC）微塑料在长江表层水样的18个月户外暴露试验以揭示自然老化过程对微塑料表面特征及对金属离子(Cr⁶⁺和Co²⁺)吸附行为的重要影响.结果显示,户外暴露改变了PC微塑料的理化性质,包括表面开裂、粒径降低、亲水性和熔点增加以及表面氧化（产生羰基和羟基）.同时,户外老化过程明显影响微塑料对金属离子的吸附行为.原始和低老化程度PC对金属离子的吸附主要通过物理作用控制,而高老化程度微塑料由于产生含氧功能团对金属离子的吸附主要由化学过程如络合和共价键等作用控制.并且,不同老化程度PC微塑料对Cr⁶⁺和Co²⁺的吸附性能不同.对于Cr⁶⁺,PC的吸附性能随其老化程度增加呈先升高后降低的趋势,然而对于Co²⁺,平衡吸附性能随老化程度增加呈增加的趋势.户外老化过程产生含氧官能团、破碎和开裂以及生物膜可能是影响吸附性能的主要因素.本研究证实了长期户外...     

电活性生物膜阳极构建及其对2，4，6-三氯酚同步降解和产电

为实现氯酚（CPs）的高效降解和资源化利用,探究微生物燃料电池（MFC）体系优势功能菌,揭示生物降解路径.接种、驯化长春市南郊污水处理厂的厌氧活性污泥,获得生物膜阳极以构筑MFC-2,4,6-TCP体系,基于扫描电子电镜（SEM）、16S rRNA分析测序方法,考察生物膜阳极微生物的附着情况和优势菌种,基于电化学阻抗（EIS）、循环伏安（CV）和线性扫描伏安（LSV）等电化学分析手段,表征生物阳极的电化学性能和氧化还原能力.结果表明,生物膜阳极微生物种类丰富,其中Geobacter和Acinetobacter分别为MFC-2,4,6-TCP体系产电和降解驯化期的优势功能菌,体系最大输出电压可达0.55 V,最大功率密度为428.65 mW·m-2,对2,4,6-TCP的降解和矿化率可达97.5%和85.4%.随着MFC循环次数的增加,微生物代谢途径多样化,产电菌逐渐演替为协同菌,且优势功能菌对2,4,6-TCP降解的中间产物（环己醇）,其毒性远低于氯酚或苯酚,更利于被微生物利用.该结果可为氯酚废水的实际处理提供新策略和技术参考.     

澜沧江梯级水库对汞输运的影响

拦河筑坝对河流中汞的输运产生重要影响,但有关高海拔落差河流中汞的来源及输运特征的认识较为匮乏.以澜沧江为研究对象,监测了筑坝河段水体中汞浓度的年时空变化过程（2017—2018）,量化了梯级水库对汞沿程输运的影响.结果表明,澜沧江水体中汞浓度总体与径流的季节分配呈同步变化趋势,但在上下游因土地利用类型的差异而呈现相反的季节性变化特征.因水库的拦截,溶解态汞与总汞的比值沿程呈上升趋势,加之水库泄水量的沿程增加,共同导致了河流汞通量自上游至下游呈非连续累积的趋势,从144 kg·a^-1增加至788 kg·a^-1.相应地,梯级水库对汞的拦截率自上游至下游由88%逐渐降低至65%.该项研究丰富了对梯级水库中汞的补给和输运的认识.     

鄱阳湖河湖交错区软体动物重金属富集与迁移特征分析

河湖交错区是鄱阳湖流域重金属污染物进入湖泊的主要通道,也是重金属富集的场所.本文通过在鄱阳湖河湖交错区采集软体动物样品,分析样品的肌肉和内脏中铁（Fe）、锰（Mn）、铜（Cu）、锌（Zn）、铬（Cr）、镍（Ni）、砷（As）、镉（Cd）、铅（Pb）和锑（Sb）的含量,利用生物-沉积物累积因子和碳氮稳定同位素对鄱阳湖软体动物重金属的富集特征及营养结构和食源关系进行研究,并利用综合目标危险系数进行健康风险评估.结果表明：①鄱阳湖软体动物重金属含量存在显著的种间和组织间的差异,且受体长体重的稀释作用,与所在栖息地的关系不大,但与区域背景环境存在明显的对应关系,均低于水产限量标准值.软体动物对重金属Cu、Zn和Cd具有明显的富集能力,蚌（圆顶珠蚌、三角帆蚌、背瘤丽蚌和褶纹冠蚌）易从环境中富集更多的Mn和Cd,而螺（铜锈环棱螺和大沼螺）则易富集Cu和Zn;②软体动物δ¹³C值为-29.84‰~-21.13‰,δ¹⁵N值为4.09‰~11.51‰,螺和蚌存在明显不同的食物来源.软体动物中的重金属并不随δ¹⁵N值的变化表现出显著的改变,但与δ¹³C值存在显著的线性关系;其中Cu和Zn与δ¹³C值表现为显著的正相关关系,而Mn、Cr、As、Cd、Pb和Sb表现为显著的负相关关系;③健康风险评估结果表明,不论是成人还是儿童,综合目标危险系数（TTHQ） 均大于1,表明鄱阳湖河湖交错区软体动物重金属的富集会对人群食用产生较为显著的健康风险,其中Mn和As是主要的贡献者,且食用蚌的风险略高于螺.研究结果可为鄱阳湖水生态安全、水生生物多样性保护及食品安全评估提供科学依据和理论支撑.     

基于3种时间序列模型的九龙江河流库区藻华预测

湖库富营养化和有害藻华是全球性生态环境问题,藻华预测与早期预警是保障湖库水源地供水安全的关键技术.如何基于高频水生态在线监测数据进行藻华的实时动态预测成为水生态管理领域的重大需求.本研究以福建省九龙江江东库区（水源地）为例,利用3年连续观测的逐时平均总叶绿素a浓度数据,对比研究了SARIMA、Prophet和LSTM（长短期记忆神经网络）3种时间序列模型在藻华（日平均叶绿素a大于15 μg?L^-1）预测方面的效果.结果表明：①时间序列模型要求参数少,灵活性强,能清晰反映水质特征和未来变化趋势,可弥补传统藻类监测预警方法的局限性;②基于深度学习框架的LSTM模型,具有独特的迭代优化算法,对藻类非线性变化特征的识别和预测能力较强,其总叶绿素a逐日预测和7日预测效果均显著优于SARIMA模型和Prophet模型;③输入数据长度会在一定程度上影响模型预测效果,最优的输入数据时间长度为7 d;输入数据频率对预测效果也有影响,在预测非藻华日时,小时数据的预测效果优于日频率数据;在预测藻华日时,两种频率数据 无显著差异,但日频率数据能更准确识别藻华日特征.总结起来,基于LSTM模型实现总叶绿素a浓度的短期预测,可为九龙江河流库区藻华早期预警和供水安全保障提供技术支撑.     

粤北地区一次臭氧污染过程分析及数值模拟

2020年7月1日,粤北地区出现了一次O₃污染过程,其中韶关市录得全省最高值162 μg·m^-3.本文利用常规观测资料以及再分析资料对影响此次韶关地区O₃污染过程的主要气象场特征进行分析,结果表明：6月28日—7月2日天气形势总体处于静稳状态,地面受到均压场控制,同时副热带高压较强,脊线位于韶关上空,导致中高层有下沉气流,抑制了垂直方向污染物的扩散.6月28—30日（污染积累阶段）,风速较大,韶关在外来输送和污染扩散条件的共同作用下,O₃浓度上升但未超标.7月1日（污染持续阶段）,韶关和清远两地风速减小,污染扩散条件不利;同时气温有所上升,光化学反应作用增强,有利于O₃浓度攀升;同时广州和佛山两地的风向从偏南风转为偏北风,韶关市维持偏南风,主导风向的差异是全省只有韶关O₃超标的主要原因.7月2日（污染消散阶段）,O₃外来传输及本地生成作用减弱,全省O₃浓度下降.进一步利用HYSPLIT后向轨迹以及WRF-CMAQ空气质量模式对3个阶段臭氧浓度变化的原因进行定量分析,结果表明：在积累阶段污染气团主要来源于广州、佛山和清远,外来输送作用明显;而在持续阶段3地O₃浓度低,O₃外来输送作用减弱;WRF-CMAQ模型定量过程诊断分析得出污染积累和持续阶段广州的水平平流输送项均为负贡献,分别达30%和18%,输出作用显著,但污染积累阶段较大的风速使得O₃在韶关地区无法堆积,韶关地区的水平输送正贡献项占比仅为12%;而在持续阶段,风速减小有利于污染物堆积,此阶段00：00—08：00时水平平流贡献项占比达59%,另外10：00—16：00本地气相化学过程的贡献项占比达56%.因此外地输送堆积以及本地气相化学生成共同造成了此次韶关地区的O₃污染过程.     

城市化进程中长江经济带长江干流水化学演变特征及影响因素

快速的城市化过程对城市周边水体水化学组成特征产生了诸多影响.为揭示长江经济带城市群发展对长江水化学特征的影响,于2020年10—11月沿长江干流,采集了四川宜宾至上海145个河流水样,并对比了历史水化学数据.同时,运用数理统计、离子比值法等方法探究了长江经济带平水期水化学特征.结果表明：长江河水的主要水化学类型为HCO₃·SO₄-Ca型,主要受流域内分布的碳酸盐岩等岩石风化作用控制;河水中阳离子以Ca²⁺为主,阴离子以HCO₃^-为主,Cl^-浓度沿径流方向升高,Ca²⁺和Mg²⁺浓度沿径流方向先升高后降低,SO₄^2-浓度沿径流方向逐渐上升,HCO₃^-浓度沿径流方向降低;城市化进程中,由于人类活动和工业活动加剧,除HCO₃^-外,Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺、K⁺、SO₄^2-和Cl^-浓度均升高;沿线工业活动、矿产开发、农业生产活动和生活污水排放可能是SO₄^2-、NO₃^-和Cl^-的主要来源.     

乡村人居环境系统韧性的演变规律及其提升路径——以国家城乡融合发展试验区重庆西部片区为例

以国家城乡融合发展试验区——重庆西部片区为研究区,以2009年、2014年、2019年为研究时点,以2009—2019年为研究时段,按照思想缘起、理论基础、实证演绎、提升路径的研究思路,建立乡村人居环境系统韧性测度的指标体系,分析其演变规律。研究结果表明：2009—2019年,重庆西部片区的乡村人居环境系统韧性水平不断上升,呈现出“南高北低”的空间格局。各子系统韧性在时间上呈现出不同程度的增长趋势,在空间上差异明显：自然系统韧性与人类系统韧性分别呈现出“由南向北递减”和“东西部向中部递减”的空间格局;居住系统韧性与支撑系统韧性则分别呈现出由“低值点缀分布”逐渐过渡到较为均衡和“普遍均衡、高低值点缀”的空间格局;社会系统韧性表现为“西部增强、东部减弱”的空间格局特征。借助障碍度模型对重庆西部片区乡村人居环境系统韧性提升的障碍因子及不同区县面临的主导障碍进行诊断,根据结果将重庆西部片区划分为单一主导障碍型、双重障碍型与三层障碍型三种类型,据此设计乡村人居环境系统韧性提升的差异化路径,以期打破重庆西部片区乡村人居环境系统韧性提升的多重制约。     

黄河流域生态环境脆弱性评价、空间分析及预测

生态环境脆弱性是制约经济可持续、高质量发展的重要因素。以2005—2018年黄河流域73个城市为研究对象,构建了黄河流域生态环境脆弱性的评价指标体系,采用主成分分析计算了黄河流域生态环境脆弱指数,并依据自然断点法将评价结果分为极度脆弱、重度脆弱、中度脆弱、轻度脆弱、微度脆弱五类。进一步通过空间相关分析揭示了黄河流域生态环境脆弱性的时空演变特征,并利用CA-Markov模型对黄河流域2025年生态环境脆弱性进行了预测。结果表明：（1）黄河上、中、下游生态环境脆弱性分别表现“低—中—高”的分布特征,且生态环境脆弱性变化趋势存在区别：上游虽差异较大但波动相似,中游波动方向相反,下游在2016年之后整体呈下降趋势。（2）黄河流域生态环境脆弱性存在空间相关性,上游呈现低—低聚集,下游呈现高—高聚集,中游空间相关性不显著。（3）预测2025年黄河流域中游地区重度脆弱有所扩张,下游地区极度脆弱向中心区域明显收缩。黄河流域生态环境的治理与保护并非一朝一夕之事,也并非某一流域单独能够完成的,黄河上、中、下游要根据不同的自然条件制定与之相适宜、符合整体发展需要的治理与保护措施。