北方泥炭地泥炭土矿化速率、温度敏感性及其影响因素研究

北方泥炭地是全球重要的碳汇,也是全球变暖最为敏感的区域之一.然而,由于泥炭地表层和亚表层泥炭土碳排放过程对全球变暖的响应过程及机制仍存在一定争议,目前对全球变暖背景下泥炭地碳排放的认识仍存在一定不足.本研究于2019年8月在大兴安岭满归泥炭地采集表层（0~10 cm）和亚表层（15~30 cm）泥炭土进行室内增温模拟有氧培养,测定其矿化速率、有机质性质和水解酶活性.结果表明,表层泥炭土矿化速率在5、15、25 ℃下培养时（（142.8±66.9）~（545.3±30.6）、（575.0±62.1）~（1843.0±547.4） 、（888.4±123.9）~（3646.7±167.9） μg·g^-1·d^-1）均 高于亚表层（（113.0±41.5）~（367.1±64.1）、（357.4±52.3）~（1122.1±218.8）、（697.1±38.1）~（2336.4±150.6） μg·g^-1·d^-1）,但表层和亚表层矿化作用的温度敏感性不具有显著差异;培养过程中,表层与亚表层泥炭土β-1,4-N-乙酰葡糖胺糖苷酶（NAG）活性存在显著差异,但β-1,4-葡萄糖苷酶（BG）和酸性磷酸酶（AP）活性相似;表层和亚表层泥炭土总有机碳（TOC）、总氮（TN）、碳氮比（C/N）及纤维素含量均存在显著差异.在具体有机质组成方面,亚表层泥炭土中芳香族的惰性有机质含量较多,而表层泥炭土中多糖类的活性有机质含量较高,且芳香族化合物与泥炭土矿化速率呈显著负相关.综上,本研究认为全球变暖对表层和亚表层泥炭土矿化作用的影响没有显著性差异,常见的NAG、BG和AP酶并不是引起亚表层泥炭土矿化速率较慢的原因,而亚表层泥炭土中含有更多的惰性有机质可能是导致亚表层泥炭土矿化速率较低的主要因素.     

模拟黑麦草根系有机酸参与下炼锌废渣对斑马鱼抗氧化酶和神经毒性的影响

为评价多金属矿山废渣堆场生态修复过程中,废渣在先锋修复植物根系分泌的机酸参与下浸出液对周边环境生物的影响.以斑马鱼（Danio rerio）为受试生物,通过模拟添加典型先锋植物（黑麦草）根系分泌的有机酸（草酸和酒石酸）处理贵州威宁土法炼锌废渣,以废渣浸出液对受试生物抗氧化酶和乙酰胆碱酯酶（AchE）的不同响应为评价指标,研究各处理组对斑马鱼抗氧化系统、神经系统及组织学的影响.结果表明,两种有机酸的参与均会不同程度地降低炼锌废渣浸出液的pH,并导致废渣释放出更多重金属;暴露于有机酸参与的废渣浸出液14 d后,受试生物组织中的抗氧化酶受到显著影响,并因无法克服长时间的氧化应激最终引起丙二醇（MDA）在组织中累积;有机酸参与下废渣浸出液对斑马鱼具有明显的神经毒性,长时间暴露后受试生物出现游动迟缓、呼吸慢和鳃盖张合频率降低的现象;鳃组织存在上皮细胞水肿、增生或脱落、鳃丝充血和鳃小片扭曲或断裂的现象,而肌肉组织中出现更多肌纤维核增大、固缩和碎裂的现象.综上,选用适生性和耐受性较强、根系发达且有机酸分泌量较大的先锋植物来修复多金属废渣场地将可能促进废渣中重金属的释放并引起环境生物抗氧化系统和神经系...     

喀斯特地区端元样品中溶解有机质的多维特征与源辨析研究

由于喀斯特地区水生生态系统中碳循环的复杂性,给溶解有机质（Dissolved organic matter,DOM）的来源解析带来了巨大的挑战和困难.本研究应用C/N比值、δ¹³C组成、紫外-可见吸收光谱与三维荧光光谱等表征技术,综合对比了西南喀斯特地区典型土壤与水生植物样品DOM的多维特征,探讨了示踪喀斯特地区DOM来源的可靠方法与指标.结果表明：水生植物的C/N比值波动范围较大,石灰土的C/N比值偏低,水生植物与土壤样品的C/N比值及δ¹³C组成有所重叠,难以区分DOM的来源.多种紫外吸收系数（a₂₅₄、a₂₈₀、a₃₀₀与a₃₅₀）侧面反映了不同DOM样品中芳香族化合物的相对丰度,SUVA₂₅₄、E2/E3、E4/E6与腐殖化指数（HIX、HIX_ohno）指示了样品之间腐殖化程度的差异,特别是HIX、荧光指数（FI）、S_R较好区分了浮游藻类与土壤DOM.修正荧光指数（YFI）还揭示了不同DOM样品的化学组成,与三维荧光光谱的平行因子分析相吻合.此外,黄壤因较低的pH值会使土壤有机质酸解为含氮组分,导致HIX、FI和S_R的匹配性不好.除浮游藻类外,HIX表明水生植物DOM均为内源,S_R却显示其主要为外源,而FI指示兼有内源和外源.因此,在进行喀斯特地区DOM来源解析时,光谱技术相比C/N比值和δ¹³C分析更加简便、有效,同时应注意不同土壤类型的异质性与水生生态系统的复杂性.     

农业土地利用转变对土壤团聚体组成及碳、氮含量的影响

为探究农业土地利用转变对土壤团聚体组成、稳定性及有机碳（SOC）、全氮（TN）含量变化的影响,选取玉米地、玉米地转变为姜地、稻田和稻田转变为姜地4种农业土地利用类型为研究对象,对土壤水稳性团聚体的组成、稳定性及SOC、TN含量进行测定与分析.结果表明： ①玉米地转变为姜地后,>0.25 mm粒级的大团聚体减少21.48%（p<0.01）,>0.25 mm稳定性团聚体的含量（DR_0.25）显著降低53.39%;稻田转变为姜地后,大团聚体差异不显著,<0.053 mm粒级的粉黏团聚体增加8.93%（p<0.01）;冗余分析和相关分析表明,土壤含水量是团聚体组成和 稳定性的重要影响因素;②玉米地转变为姜地后,0.25~1 mm粒级团聚体中SOC、TN含量分别减少52.68%、50.98%,粉黏团聚体（<0.053 mm）中SOC和TN含量增加约2倍（p<0.01）;稻田转变为姜地后,>0.25 mm的大团聚体和0.053~0.25 mm的微团聚体中的SOC、TN含量均减少（p<0.05）,其中,大团聚体碳氮比与团聚体组成和稳定性存在相关关系（p<0.05）;③所有处理均为大团聚体SOC、TN贡献率最高,转变后的姜地较玉米地、稻田的土壤粉黏团聚体的SOC、TN贡献率显著增加,尤其是较玉米地的粉黏团聚体SOC、TN贡献率增加3倍（p<0.01）;④平均质量 直径（MWD）和几何平均直径（GMD）与大团聚体的SOC、TN含量呈显著正相关（p<0.05）,分形维数（D）与MWD及1~2 mm粒级大团聚体的SOC、TN含量呈显著负相关（p<0.01）,DR_0.25与大团聚体的SOC、TN含量呈显著正相关（p<0.01）.总体上,玉米地和稻田两种用地转变为姜地后,土壤团聚体的组成发生较大变化,团聚体稳定性变化虽不显著,但大团聚体中SOC、TN含量降低,粉黏团聚体中SOC、TN含量增加.本研究的开展对农田科学管理和可持续生产具有重要的指导意义.     

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.     

g-C3N4/TiO2纳米管阵列光阳极的制备及其光电催化降解邻氯硝基苯

采用阳极氧化-涂覆煅烧法成功制备了g-C₃N₄/TiO₂纳米管阵列（g-C₃N₄/TNAs）光阳极,并通过扫描电镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、紫外可见漫反射光谱仪、光致发光光谱仪和电化学工作站等表征分析了g-C₃N₄/TNAs光阳极的形貌、晶形结构、光学特性和光电化学性能.表征结果证实,g-C₃N₄的引入通过缩小禁带宽度扩宽了TNAs的可见光响应范围,提高了光电流密度和光生电子寿命,促进了光生电子和空穴的分离.g-C₃N₄/TNAs光阳极在光电催化体系内对邻氯硝基苯（o-CNB）的降解效率高于其在光催化和电催化体系中对o-CNB的降解效率,且具有良好的稳定性和可重复性.活性物质捕获实验、电子自旋共振测试和能带结构分析表明,g-C₃N₄/TNAs光阳极中TNAs和g-C₃N₄之间存在Z型异质结相互作用机制.在光电催化体系内降解o-CNB的主要活性物质是^?O₂^-、^?OH和光生空穴,而光生电子是次要的活性物质.     

兰州地区大气污染的化学组成及来源解析

为探究大气污染的特征,于2020年5月—2021年4月在中国西北部的兰州市区采集了总悬浮颗粒物样品227个,利用离子色谱仪、热/光碳分析仪对主要水溶性离子、元素碳（EC）和有机碳（OC）的质量浓度进行了测定.结果显示,兰州地区大气总悬浮颗粒物质量浓度均值为（376.7±974.8） μg·m^-3,高于国家环境空气质量二级标准（NAAQS）,呈昼低夜高的变化特征主要是由于兰州地区夜间大气多处于静稳状态导致的污染物累积效应.水溶性阴、阳离子按质量浓度排序为NO₃^-＞SO₄^2-＞Cl^-、Ca²⁺＞NH₄⁺＞Na⁺＞K⁺＞Mg²⁺,其中二次离子（NO₃^-、SO₄^2-、NH₄⁺）占总水溶性离子的62.68%,不同季节的气象条件导致了水溶性离子不同的季节特征差异;NO₃^-/SO₄^2-比值均大于1,说明兰州地区大气污染以移动源为主;另外OC/EC比值均大于2,说明整个采样期间均有SOC生成.最后利用正定矩阵因子分解模型（PMF）确定了兰州地区大气污染的6种主要来源：交通源、生物质燃烧源、道路扬尘源、土壤扬尘源、燃煤源和二次气溶胶源,其中,道路扬尘源及二次气溶胶源对兰州地区春季及冬季大气污染的贡献显著.     

剑麻纤维基多孔炭材料的制备及其吸附氯苯的研究

以剑麻纤维为原料,通过简易的一步炭化活化法制备了一系列多孔炭材料,分别探究了3种温和的金属盐活化剂、活化剂与剑麻纤维的质量比和活化温度对炭材料的氯苯吸附量的影响,并通过BET、SEM、XRD、Raman、FT-IR、元素分析等手段表征其物理化学性质.结果表明,当采用CuCl₂为活化剂、CuCl₂与剑麻纤维的质量比为10∶1及活化温度为800 ℃时,制备得到的剑麻纤维基多孔炭（PCC）吸附性能最佳,其在氯苯浓度为1560 mg·m^-3时,吸附量达到856 mg·g^-1,而未经CuCl₂活化的炭材料（PC）的氯苯吸附量仅为15 mg·g^-1.氯苯吸附性能的提升主要归因于比表面积、孔容、无序性和表面含氧官能团的增加.此外,采用巨正则系综蒙特卡洛（GCMC）方法模拟氯苯分子在制备的多孔炭材料中的吸附行为,结果表明,该材料中孔径为0.5 nm的孔对氯苯分子的吸附能力最强,且对氯苯吸附起主导作用的为苯环中心和Cl原子与炭材料上连接含氧官能团的H原子之间的静电作用力.     

典型氢氧化细菌固碳特性种间差异及胞外有机物对固碳过程影响

化能自养细菌对全球CO₂固定具有重要的意义.研究了4种典型氢氧化细菌（HOB,分别是Alcaligenes hydrogenophilus DSM 2625、Pelomonas saccharophila DSM 654、Variovorax paradoxus DSM 30034和Acidovorax facilis DSM 649）的固碳特性及其种间差异性,并探究了胞外游离有机碳（EFOC）对不同种类HOB固碳效率差异性的影响.结果表明：①不同HOB自养培养过程中表观固碳量随时间呈显著差异性,其中,DSM 2625生长速度较快,其平均固碳量分别是DSM 654、DSM 649和DSM 30034的6.30、8.76和7.02倍.②不同HOB之间cbbL基因转录量与 表观固碳量的相关系数为0.980 （p<0.05）,cbbL基因转录量是造成不同菌种之间表观固碳效率差异的关键因素.③HOB细胞蛋白质含量与cbbL基因丰度和转录量之间也存在显著正相关,相关系数分别为0.999（p<0.01）和0.976（p<0.05）,即化能自养细菌CO₂同化途径所固定的有机碳进一步参与细胞蛋白质的合成,进而影响其生长速度和表观固碳效率.④HOB在自养培养过程中产生的EFOC对cbbL基因转录效率产生反馈抑制作用,且不同HOB之间,EFOC/TOC比例越低,表观固碳效率越高.     

随机价格下杉木人工林的碳汇收益及最优轮伐期确定

发展林业碳汇是应对全球气候变化及实现中国2060年碳中和的重要举措。基于改进的Faustmann-Hartman模型,以中国南方浙江、福建和江西三个省份杉木人工林为研究对象,使用时间序列模型拟合并预测中国碳排放权交易市场的碳汇价格,通过蒙特卡洛模拟确定最优轮伐期及碳汇收益。研究结果表明：（1）依次纳入木材收益、地上生物量碳汇收益和死亡有机质碳汇收益时,杉木人工林的最优轮伐期分别为21.85年、22.98年和22.88年;（2）上述三种情景下,林地期望价值的净现值分别为20408.20元/hm²、24587.29元/hm²和28101.11元/hm²;（3）全面考虑包含死亡有机质碳库在内的林业碳汇效益,能够稳定提高林地所有者收益约7.02%~21.61%。此外,应进一步考虑多轮伐期下税收政策及自然风险等因素对碳汇营林的影响,这是确定最优轮伐期和碳汇收益后续研究值得重视的问题。