垂直潜流人工湿地堵塞微观概念模型的提出

根据垂直潜流人工湿地发生堵塞的成因主要是基质层中不可滤物质积累的结论,在分析垂直潜流人工湿地堵塞物形态及成分粒径的基础上,首次提出了基质间不可滤物质积累微观概念模型的假设;并根据微观概念模型,在考虑生物膜、无机物积累等动态变化因素条件下提出基质间完全堵塞所需时间、基质表面发生雍水所需时间及基质渗透系数随时间变化的关系.     

Particle fluxes above forests: observations, methodological considerations and method comparisons

This paper reports a study designed to test, evaluate and compare micro-meteorological methods for determining the particle number flux above forest canopies. Half-hour average particle number fluxes above a representative broad-leaved forest in Denmark derived using eddy covariance range from -7x10(7) m(-2) s(-1) (1st percentile) to 5x10(7) m(-2) s(-1) (99th percentile), and have a median value of -1.6x10(6) m(-2) s(-1). The statistical uncertainties associated with the particle number flux estimates are larger than those for momentum fluxes and imply that in this data set approximately half of the particle number fluxes are not statistically different to zero. Particle number fluxes from relaxed eddy accumulation (REA) and eddy covariance are highly correlated and of almost identical magnitude. Flux estimates from the co-spectral and dissipation methods are also correlated with those from eddy covariance but exhibit higher absolute magnitude of fluxes.     

亚热带丘陵小流域土壤有效磷空间变异与淋失风险研究

肥料过施导致的土壤磷素累积和淋失是农业面源污染的重要方面.以湖南省长沙县金井镇脱甲河小流域(52 km2)为研究区,采用高密度布点采样、Arc GIS软件和属性相似反距离加权插值法研究了亚热带丘陵小流域表层(0~20 cm)土壤有效磷(Olsen-P)含量(以P计,下同)的空间分布特征与磷素的淋失风险.结果表明,菜地、果园、稻田和茶园土壤Olsen-P平均含量为62.0、16.1、14.4和13.7 mg·kg-1,是林地(平均含量为2.36 mg·kg-1)的5.8~26.3倍.5个土地利用类型土壤Olsen-P含量均具有高等变异水平和中等程度的空间自相关性(块基比C0/(C0+C)=50%),这与区内地形地貌、土壤母质、人工施肥等具有密切关系.根据土壤0.01 mol·L-1Ca Cl2浸提态P和Olsen-P的非线性关系可确定区内红壤和水稻土P的淋失风险临界值分别为69.97和98.40 mg·kg-1,并据此对脱甲河小流域土壤磷素淋失的风险进行了定量评价,结果表明旱地土壤具有明显较高的淋失风险,其中中等以上的比例占36.4%,而稻田土壤仅有0.2%,为中等以上淋失风险.因此,控制旱地(尤其是菜地)磷肥的投入是降低亚热带丘陵小流域土壤P淋失风险和减轻农业面源污染的关键.     

苏州地区水稻土重金属污染源解析及端元影响量化研究

利用国家土壤质量标准和当地背景值评价了苏州地区表层水稻土重金属(Pb、Cd、As、Hg、Cu、Zn、Ni、Cr)的污染(富集)状况.结果发现,苏州地区土壤Cd、Hg、As、Pb、Zn、Cu、Cr和Ni平均含量分别是0.23、0.23、9.14、35.36、103.36、35.75、77.12和33.18μg·g-1;除As外,其余7种重金属平均含量皆明显高于当地土壤背景值.通过与中国土壤环境质量标准(GB15618—1995)相比,发现苏州地区土壤中Cd和Hg是8种重金属中风险最高的.地质累积指数分析表明,苏州水稻土重金属Cd、Hg、Pb、Cu和Zn出现了污染,其中以Cd和Hg的污染程度最突出,约80%的土壤样品出现了Pb轻度污染.因子得分-多元回归法(PCS-MLR)估算表明,70%的土壤Cd来自与有色金属或磷有关的人为活动;土壤中约50%的Pb和72%的Hg源于大气沉降的贡献;土壤的Zn和Cu污染主要来自与有色金属或磷有关的人为活动,该端元对土壤Zn和Cu的影响率分别为53%和45%.     

不同晶型纳米TiO_2在斑马鱼体内的富集与清除

为探讨纳米材料的慢性生物效应以及材料结构对生物富集的影响,开展了A-TiO2(锐钛型纳米TiO2)和R-TiO2(金红石型纳米TiO2)在斑马鱼(Danio rerio)体内的长期富集和清除试验.采用半静态暴露试验,试验周期为46 d(暴露阶段28 d,清除阶段18 d),每种晶型设置2个处理组(ρ分别为4.0和10.0 mg/L),测定各时间点斑马鱼体内不同晶型纳米TiO2含量(以w计);以暴露阶段的BAF(生物富集系数)以及清除阶段的排出速率常数、总量清除率为终点,比较斑马鱼对2种晶型纳米TiO2的富集、清除的异同.结果表明:在暴露阶段,A-TiO2在斑马鱼体内的富集量显著高于R-TiO2,10.0 mg/L处理组斑马鱼体内富集量均显著高于4.0 mg/L处理组;4.0和10.0 mg/L的A-TiO2处理组的BAF分别为76.7和105.4 L/kg,略高于R-TiO2(41.6和36.1 L/kg),二者在斑马鱼体内均不具有生物蓄积性.在清除阶段,斑马鱼体内的2种晶型的纳米TiO2均可被排出,清除阶段的清除率为88.0%~100%;斑马鱼体内2种晶型纳米TiO2富集量的下降均符合一阶指数衰减方程,排出速率常数在0.26~1.01 d-1之间.     

设施菜地土壤重金属累积及影响因素研究

为了解设施菜地土壤重金属累积规律及影响因,通过在全国8个省具有代表性的设施蔬菜产区采集土壤和肥料样品,系统研究了设施栽培年限、肥料施用、土壤性质对设施菜地土壤重金属Cu、Zn、Cd累积量及活度的影响.结果表明:与露天栽培相比,设施条件下随着栽培年限的延长,土壤Cu、Zn和Cd的全量和有效态浓度均呈明显的累积趋势,栽培年限>15a时的设施土壤Cu、Zn和Cd的全量和有效态浓度分别是露天栽培土壤的1.57、2.16、1.67、3.28、1.96、2.00倍.Pearson分析表明设施菜地土壤Cu、Zn、Cd均与土壤SOM呈极显著相关,说明其在来源上较强的相似性,进一步对设施栽培土壤主要投入品中Cu、Zn、Cd含量分析表明,猪粪、商品有机肥及土壤调理剂中Cu、Zn均超过了100mg/kg,Cd超过了1.0mg/kg,且投入量较大,是设施栽培土壤中Cu、Zn、Cd的主要贡献者,而秸秆和部分化肥(如尿素、硫酸钾)中的Cu、Zn、Cd含量均极低,对设施栽培土壤累积贡献微乎其微.pH值和CEC是影响Cu、Zn、Cd在土壤中累积活度的关键因素,其中随着pH值的升高土壤Cu活度表现了先升高后下降的趋势,而土壤Cd活度则表现了持续下降的趋势,仅在pH<6.26时达到了显著相关水平;土壤CEC的升高对土壤Cu活度表现了先下降后升高再下降的趋势,土壤Cd活度表现了先升高后缓慢下降再升高的趋势,而土壤Zn活度仅在CEC<5.83时随着CEC升高表现下降显著线性相关趋势.因此,防止设施栽培土壤Cu、Zn、Cd的累积与污染,选择重金属含量低的肥料和调控土壤理化特性(尤其是pH值、CEC)则是缓解设施栽培土壤重金属累积速率进而确保蔬菜质量安全的有效途径.     

Cultivar-dependent rhizobacteria community and cadmium accumulation in rice: Effects on cadmium availability in soils and iron-plaque formation

The association between the rhizospheric microbial community and Cd accumulation in rice is poorly understood. A field trial was conducted to investigate the different rhizobacterial communities of two rice cultivars with high Cd accumulation (HA) and low Cd accumulation (LA) at four growth stages. Results showed that the Cd content in the roots of the HA cultivar was 1.23 - 27.53 higher than that of the LA cultivar (0.08 - 10.5 µg/plant) at four stages. The LA cultivar had a significantly lower Cd availability in rhizosphere and a higher quantity of iron plaque (IP) on the root surface than the HA cultivar at four stages. This resulted in the reduction of Cd concentration in IPs and Cd translocation from IP-to-root. Microbial analysis indicated that the LA cultivar formed a distinct rhizobacterial community from the HA cultivar and had less α-diversity. The rhizosphere of the LA cultivar was enriched in specific bacterial taxa (e.g., Massilia and Bacillus) involved in Cd immobilization by phosphate precipitation and IP formation by iron oxidization. However, the rhizosphere in the HA cultivar assembled abundant sulfur-oxidizing bacteria (e.g., Sulfuricurvum) and iron reduction bacteria (Geobacter). They promoted Cd mobilization and reduced IP formation via the metal redox process. This study reveals a potential approach in which specific rhizobacteria decrease or increase Cd accumulation in rice on contaminated soil and provides a new perspective for secure rice production.     

黔北下志留统龙马溪组黑色泥岩沉积环境及页岩气成藏条件

下志留统龙马溪组发育黑色泥岩,分布在贵州北部。为阐明其沉积环境和页岩气成藏条件,研究分析了沉积特征和地球化学特征。泥岩具粉砂泥质结构或泥质结构,岩层多为薄层,普遍具水平层理,含浸染状黄铁矿颗粒,表明沉积水动力弱、沉积速率较低。泥岩的Mo、V、U的富集系数都大于1,Ce异常的平均值为-0.033,特定元素比值(V/Cr、Ni/Co、V/(V+Ni)和Ce/La)都显示泥岩形成于缺氧环境。总体上,龙马溪组黑色泥岩的沉积环境为水体较深、沉积速率较低、呈缺氧还原状态。龙马溪组黑色泥岩的TOC含量在2.78%～4.36%之间,平均值为3.79%;镜质体反射率(R_o)在1.88%～2.16%之间,平均值为1.99%,反映有机质已达成熟-过成熟的干气阶段;有效厚度在10～100m之间,脆性矿物含量一般在20%～30%之间,埋深大概在0～3500m。地层厚度从南至北逐渐增大,其余参数各剖面相似。因此,具有页岩气资源潜力的区域大致在桐梓-绥阳以北地区。这些特征综合表明龙马溪组黑色泥岩具备形成页岩气藏的良好条件,存在较高的页岩气资源潜力。     

老工业城市土壤-作物系统重金属的迁移累积及风险协同评价

为查明老工业城市土壤-作物系统的重金属环境地球化学特征,测试和分析石嘴山市水稻、小麦和玉米籽实及其根系土重金属含量和形态,利用统计学方法、风险评价编码法(RAC)、生物富集系数法(BCF)、土壤和农产品综合质量影响指数法(IICQ)及ArcGIS空间插值法开展土壤-作物系统重金属的迁移累积特征剖析及风险协同评价.结果表明,根系土中重金属ω(As)、ω(Cd)、ω(Cr)、ω(Cu)、ω(Hg)、ω(Ni)、ω(Pb)和ω(Zn)均值分别为12.56、 0.19、 63.48、 23.52、 0.038、 28.86、 21.68和69.47mg·kg^-1,与宁夏土壤背景值相比呈一定程度的累积,其中以Cd和Hg累积效应最为显著,但均低于农用地土壤污染风险筛选值;配套作物中上述8种重金属含量均值分别为0.014 9、 0.011 2、 0.075、 6.7、 0.001 5、 0.67、 0.042 7和20.48mg·kg^-1,与食品中污染物限量相比,作物中As、 Pb和Cr点位超标率分别为4%、 3%和1%,其余元素均未超标;相比水稻和小麦,...     

设施农业土壤磷素累积迁移转化及影响因素

为了科学合理施用磷肥,减小对设施农业环境带来的污染风险,以北京市大兴区设施农业集中区为研究对象,通过对不同种植年限设施农业剖面土壤(0～100 cm)磷素含量的测定分析,探究磷素累积与迁移转化特征.结果表明,设施农业表层土壤全磷和有效磷含量变化范围大,显著高于周边粮田土壤,主要跟不同种植年限农户的施磷量相关,随着土层深度的增加,全磷和有效磷含量逐渐减小,呈现表聚特征,其中土壤ω(全磷)范围在0.38～2.58 g·kg^-1,ω(有效磷)范围在1.60～256.00 mg·kg^-1.随着种植年限的增加,土壤全磷和有效磷含量呈现先增加后减小的趋势,在15 a左右达到峰值,随后逐渐减少,趋于稳定,总体处于较高水平.无机磷主要集中在设施农业表层土壤,其中Ca-P占无机磷的比例最大,达到了98.38%,Ca₁₀-P是最主要的Ca-P形态,含量占Ca-P的78.70%,Ca₂-P占比最小,仅占9.50%.不同形态无机磷含量呈现表层土壤富集,向下减少的垂直分布特征;不同土层深度,不同形态无机磷占全磷比例变化存在差...