Differences in nitrous oxide fluxes from red soil under different land uses in mid-subtropical China

Red soil may play an important role in nitrous oxide (N₂O) emissions due to its recent land use change pattern. To predict the land use change effect on N₂O emissions, we examined the relationship between soil N₂O flux and environmental determinants in four different types of land uses in subtropical red soil. During two years of study (January 2005-January 2007), biweekly N₂O fluxes were measured from 09:00 to 11:00 a.m. using static closed chamber method. Objectives were to estimate the seasonal and annual N₂O flux differences from land use change and, reveal the controlling factors of soil N₂O emission by studying the relationship of dissolved organic carbon (DOC), microbial biomass carbon (MBC), water filled pore space (WFPS) and soil temperature with soil N₂O flux. Nitrous oxide fluxes were significantly higher in hot-humid season than in the cool-dry season. Significant differences in soil N₂O fluxes were observed among four land uses; 2.9, 1.9 and 1.7 times increased N₂O emissions were observed after conventional land use conversion from woodland to paddy, orchard and upland, respectively. The mean annual budgets of N₂O emission were 0.71-2.21 kg N₂O-N ha⁻¹ year⁻¹ from four land use types. The differences were partly attributed to increased fertilizer use in agriculture land uses. In all land uses, N₂O fluxes were positively related to soil temperature and DOC accounting for 22-48% and 30-46% of the seasonal N₂O flux variability, respectively. Nitrous oxide fluxes did significantly correlate with WFPS in orchard and upland only. Nitrous oxide fluxes responded positively to MBC in all land use types except orchard which had the lowest WFPS. We conclude that (1) land use conversion from woodland to agriculture land uses leads to increased soil N₂O fluxes, partly due increased fertilizer use, and (2) irrespective of land use, soil N₂O fluxes are under environmental controls, the main variables being soil temperature and DOC, both of which control the supply of nitrification and denitrification substrates.     

北京城乡结合地空气中挥发性有机物健康风险评价

采用低温固体吸附采样,热脱附-气相色谱-质谱方法对北京城乡结合地空气中挥发性有机物（VOCs）进行了观测分析,并利用国际公认的健康风险评价四步法评价模型,对北京城乡结合地空气中挥发性有机物的健康风险进行了初步评价.结果表明,芳香族类的非致癌风险值在10-4～10-1数量级,卤代烃的非致癌风险值在10-4～10-5数量级,挥发性有机污染物的非致癌风险系数〈1,不会对暴露人群健康造成明显的非致癌危害.但苯的致癌指数较高（2.21×10-5）,超过了USEPA的建议值（1×10-6）,可能对人体健康造成潜在危害.在一年四季的健康风险中,冬季VOCs的健康风险最高,秋季次之,夏季最低.     

长白山温带森林挥发性有机物的排放通量

2010年夏季,在长白山温带森林开展了挥发性有机物(VOC)排放通量以及气象参数、PAR的综合测量.VOC排放通量采用松弛涡度积累(RelaxedEddyAccumulation)技术在森林冠层上进行测量.初步发现长白山阔叶林主要排放α-蒎烯、β-蒎烯、莰烯、香桧烯、月桂烯、蒈烯、柠檬烯、罗勒烯、松油烯、繖花烃、萜品油烯、三环烯等.研究表明,长白山阔叶混交林VOC排放有明显的日变化——早晚较低和中午前后较高.2010年夏季,单萜烯总排放通量的平均值为0.242mg·m·h-2-1,其变化范围为0.005～1.668mg·m·h-2-1;各成分排放通量的平均值(和最大值)分别为α-蒎烯0.072(0.234)、莰烯0.028(0.356)、月桂烯0.027(0.433)、蒈烯0.023(0.173)、柠檬烯0.037(0.197)、罗勒烯0.016(0.168)、萜品油烯0.053(0.320)、繖花烃0.067(0.755)mg·m·h-2-1.研究还发现VOC排放通量与气温之间存在一定的联系.     

天津市典型排污河水体中溶解性有机质的荧光分布特征分析

利用三维荧光光谱研究了天津市两条典型排污河(大沽排污河和北塘排污河)沿河水体中溶解性有机质(DOM)的荧光分布特征,并通过对荧光参数——紫外区类富里酸峰中心位置的荧光强度与可见区类富里酸峰中心位置的荧光强度比值(r(A,C))和激发光波长370nm时荧光发射光谱强度在450nm与500nm处的比值(f450/500)的分析,探讨了水体中DOM的来源.结果表明,大沽排污河除中游个别位置外,其它位置水体均能检出紫外区类富里酸、类蛋白、可见光区类腐殖质、紫外区类腐殖质,总体上呈中游少、上下游多的特点;而北塘排污河水体中DOM的荧光峰从上游到下游呈增多趋势,但检出数量比较少.两条排污河水体中DOM均以紫外区类腐殖质最强.两条排污河水体中DOM的荧光强度与其水质参数之间存在显著相关性,而大沽排污河的相关系数更大.结合荧光参数r(A,C)和f450/500的分析和现场对入河排污口的调研,发现两条排污河的溶解性有机质来源均以入河排污口排污汇入(陆源)为主,另外还有少量沉积物有机质释放(微生物作用).     

紫外光降解对生物过滤塔去除氯苯性能的影响机制研究

紫外-生物过滤联合工艺中的紫外单元促进了后续生物过滤单元的氯苯去除性能.为了进一步揭示紫外光降解对生物过滤塔运行性能的影响机制,本研究系统分析了紫外光降解对生物过滤塔填料层pH、生物膜特性和填料层结构特性等方面的影响.结果表明,氯苯紫外光降解产物导致了生物过滤单元填料层pH的下降(从pH 6～8降至pH 4～7);另外,紫外单元产生的臭氧降低了生物过滤单元生物膜厚度和生物膜的EPS含量,改善了生物膜的特性,提高了氯苯和营养物质在生物膜内的传质效率.同时,臭氧可以有效控制生物量过量积累,增加了填料层的比表面积(从784 m2.m-3增加至880 m2.m-3),优化了填料层的结构特性,提高了污染物的反应速率.上述各方面的综合作用最终促进了生物过滤单元的氯苯去除性能.     

区域空气质量模拟中查表法的应用研究

在自行开发完善的区域空气质量模式系统RegSRRMS中应用查表法,模拟中国典型城市群对流层大气主要污染物的浓度变化,评估该方法在大气复合污染事件预测和控制中的有效性.首先,利用具有国际先进水平的空气质量模式WRF-CHEM中的化学模块建立了包含完善气相化学、气溶胶过程的箱模式WRFBOX.其次,利用WRFBOX进行化学反应敏感性分析,基于影响污染物的重要因子分别建立了臭氧(O3)及其前体物、无机盐气溶胶和二次有机气溶胶(SOA)查算表数据库,并检验其有效性.最后,将此查算表数据库引入RegSRRMS,建立简化的查表算法.利用直接耦合机制法和查表法对2000年3月珠三角地区污染个例中主要大气污染物浓度进行模拟.通过比较2种方法的模拟结果,显示查表法计算效率提高了57%,能够反映大气光化学反应的非线性特征、气溶胶及其前体物的平衡关系,具有高分辨率、高时效性,能够方便快捷地给出源和受体之间的响应关系,结果可靠.在区域空气质量模式中应用查表法有利于大气污染事件的快速预测以及大气污染控制的快速决策.     

营养盐水平对念珠藻胞外有机物产生的影响

以我国湖泊典型固氮蓝藻发状念珠藻(Nostoc flagelliforme)为研究对象,考察了氮、磷营养盐对发状念珠藻生长特性及其胞外有机物产生的影响.采用藻细胞浓度计数法表征发状念珠藻生长特性;分别采用溶解性有机碳(DOC)、三维荧光光谱(EEM)和紫外-可见光谱法,从总量和主要物质方面分析了发状念珠藻胞外有机物的产生规律.结果表明,在不同氮、磷营养水平下,发状念珠藻的4个关键生长时期基本相同,氮是控制发状念珠藻生长的关键营养控制要素;氮营养元素浓度的增高,有利于发状念珠藻产生胞外有机物,其产生量逐渐增大,而磷营养元素浓度的增高对胞外有机物产生量贡献较小,氮营养盐是发状念珠藻产生胞外有机物的关键限制因子;通过EEM谱图分析,发状念珠藻胞外有机物主要以类氨基酸类物质和类富里酸物质为主.以磷为控制营养盐时,类富里酸是主要的胞外有机物之一,以氮为控制营养盐时,类富里酸产生量极低;作为主要的胞外有机物,蛋白质和碳水化合物的产生规律显著不同,其中蛋白质含量显著高于碳水化合物含量.     

水溶性有机物电子转移能力与荧光峰强度的关系研究

以不同来源的水溶性有机物（DOM）为供试材料,采用电化学方法和荧光光谱法研究了DOM电子转移能力及其与荧光峰强度的关系.采用库仑安培法测定DOM电子转移能力,其中测得的电子接受能力为635.6～1 049.3μmol.（g.C）-1,电子供给能力为27.3～42.3μmol.（g.C）-1.利用循环伏安法研究DOM电化学活性,发现其氧化还原电位在-731～-996 mV（vs.Ag/AgCl）之间.经过电位跃阶法三次氧化还原循环后电子转移能力仍可维持在232.1～897.2μmol.（g.C）-1之间,电子循环率为36.7%～78.2%,说明DOM具有重复利用、反复转移电子的特性.采用荧光激发发射光谱法（EEMS）测定DOM的类富里酸荧光峰强度并比较其与DOM电子转移能力的关系,发现DOM的类富里酸荧光峰强度与DOM的电子循环率具有显著相关（r2=0.92）.实验结果为理解DOM在元素循环、污染物降解以及生物地球化学循环中的作用提供科学依据.     

干热河谷林地燥红土固碳特征及"新固定"碳表观稳定性

全球气候变化背景下,森林土壤固碳能力及所固定碳的稳定性受到极大关注.基于土壤密度分组和酸水解技术,对比研究了1991年营造的大叶相思(Acacia auriculiformis)林不同阶段(1991、1997、2003和2010年)土壤及其物理和生化组分中有机碳密度.结果表明,造林19 a后林地表层(0～15 cm)和亚表层(15～30 cm)土壤有机碳密度分别为1.40 kg.m-2和0.99kg.m-2.研究期内(1991～2010年)表层和亚表层土壤平均固碳速率分别为37.89 g.(m2.a)-1和16.84 g.(m2.a)-1,且土壤呈现加速固碳特征.2003年林地表层重组有机碳分配比例为71.44%,显著高于2010年(67.99%).2003年林地表层或亚表层轻组顽固性碳指数显著高于重组,但均随林龄的增加而降低,尤其是轻组顽固性碳指数.2003～2010年间燥红土"新固定"碳中57%～70%受物理保护,33%～49%为生化稳定性碳.研究揭示出干热河谷人工林燥红土具备较大的固碳能力.受物理保护碳的生化稳定性低于非保护碳,其稳定性均随林龄的增加而降低.     

十六烷基三甲基季铵盐-乙硫醇铵盐复合改性膨润土吸附性能研究

用十六烷基三甲基季铵盐(HDTMA)和乙硫醇铵盐(AET)双阳离子同时复合改性内蒙钙基膨润土(NMB),制得新型吸附材料HDTMA-AET-NMB.利用X射线衍射(XRD)、热分析(TG-DTA)、红外光谱(FT-IR)及N2-BET等测定发现,复合改性膨润土的表面性质和层间结构已发生显著改变.对重金属离子Cd2+和对硝基苯酚(PNP)的吸附研究表明,HDTMA-AET-NMB能协同吸附混合水溶液中的目标污染物,对水中重金属离子的吸附机理是膨润土层间的AET与被吸附的Cd2+形成了稳定的配合物;对水中对硝基苯酚的吸附源于其在长碳链疏水介质中的分配.复合改性膨润土可望应用于重金属-有机物混合废水的处理.