1990—2020年承德市御道口地区产水与水源涵养功能时空演变

承德市御道口地区作为京津冀水源涵养功能区的组成部分,是区域可持续发展的重要生态支撑。基于生态系统服务和权衡的综合评估模型(InVEST模型)定量分析了1990—2020年御道口地区的产水与水源涵养功能的时空演变,并采用情景模拟法分析评估气候要素与土地利用类型变化对产水量与水源涵养量的影响。结果表明:(1)1990—2020年,御道口地区平均产水深度与水源涵养深度分别为103.26,81.66 mm,产水量与水源涵养量呈现先减小后增加的波动变化趋势;空间均呈现东北高西南低的分布特征,高值区主要集中于东北林、草地区域,低值区则主要集中于未利用地与西南部耕地区域;(2)各气候要素中,产水深度、水源涵养深度与降水量呈正相关关系,与潜在蒸、散发量呈负相关关系;各土地利用类型中,草地的平均产水量贡献率最大(51.23%),林地的平均水源涵养量贡献率最大(50.77%);(3)1990—2020年,气候与土地利用变化对产水量变化的年平均贡献率分别为94.99%和5.01%,对水源涵养量变化的年平均贡献率分别为92.21%和7.79%,气候变化是御道口地区产水、水源涵养功能时空演变的主导因素,而土地利用变化的影响正在逐渐增强。     

夏季黄海渤海上空大气颗粒物中水溶性离子浓度分布与化学特征

水溶性离子是PM_2.5和PM₁₀中的重要组分,其在大气中的直接和间接辐射能够对全球气候变化产生十分重要的影响.于2013年夏季采集黄海渤海上空大气PM_2.5和PM₁₀样品,采用离子色谱法分析其中主要水溶性离子(Cl-、NO₃-、SO₄2-、Na+、K+、NH₄+、Mg2+和Ca2+)及痕量有机酸离子〔CH₃SO₃-(MSA)、CH₃COO-和HCOO-〕浓度,研究其化学特性及主要来源.结果表明:PM_2.5和PM₁₀中主要水溶性离子总质量浓度分别为21.16～25.07和24.14～29.45 μg/m3,平均值分别为(23.16±3.16)和(26.83±4.22)μg/m3,PM_2.5和PM₁₀中二次离子〔nss-SO₄2-(非海盐硫酸盐)、NO₃-和NH₄+〕的质量浓度较高,对总离子质量浓度的贡献分别为90.65%和79.87%.PM_2.5和PM₁₀中酸性离子与碱性离子当量浓度基本中和,呈现中性.气溶胶中nss-SO₄2-/NO₃-(质量浓度比)有一定下降趋势,表明近年来我国燃煤SO₂排放得到了一定控制.此外,ρ(MSA)、ρ(CH₃COO-)和ρ(HCOO-)在PM_2.5中的平均值分别为(0.006 2±0.002 3)(0.005 2±0.002 4)(0.000 9±0.000 3)μg/m3,而在PM₁₀中分别为(0.008 3±0.002 5)(0.008 5±0.002 4)和(0.001 3±0.000 5)μg/m3,并且ρ(MSA)、ρ(CH₃COO-)、ρ(HCOO-)与ρ(NO₃-)的线性关系较好,表明有机酸离子的浓度变化受人类活动影响较为显著.      

阳澄湖表层沉积物中氮磷及重金属的空间分布特征及污染评价

为了解阳澄湖表层沉积物中氮磷及重金属的空间分布和污染特征,对全湖开展了大范围调查,基于综合污染指数、地积累指数法和潜在生态风险指数法对沉积物污染风险进行评价.结果表明:阳澄湖表层沉积物中w(TN)、w(TP)平均值分别为3 433、379 mg/kg,湖区氮磷污染严重且空间差异明显,w(TN)高值区位于阳澄东湖,w(TP)高值区位于阳澄西湖;综合污染指数评价结果显示,整个阳澄湖TN均为重度污染状态,TP除阳澄西湖外大部分区域处于轻度污染状态.阳澄湖表层沉积物中w(Cu)、w(Zn)、w(Pb)、w(Cr)、w(Cd)、w(As)、w(Hg)、w(Ni)的平均值分别为35.0、141、12.6、62.6、0.36、27.5、0.145、47.6 mg/kg,分别是江苏省土壤重金属环境背景值的1.50、2.17、0.57、0.83、4.22、2.93、5.78、1.45倍,阳澄西湖的重金属含量要高于阳澄中湖和阳澄东湖.地积累指数法和潜在生态风险指数法评价结果均表明,Hg和Cd是主要的生态风险贡献因子,二者生态风险指数平均值分别为231.23、126.63.相关分析结果表明,阳澄湖表层沉积物中Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、Hg和Ni的质量分数显著相关,说明其具有相似的来源,结合水系结构和周边企业分布,推测其主要来自于相城区和常熟市的工业企业.      

三江平原不同类型小叶章湿地土壤细菌群落功能多样性

为全面了解三江平原小叶章湿地土壤细菌功能多样性的变化规律,采用Biolog-ECO微平板法对三江平原内不同类型小叶章湿地(草甸化小叶章湿地、沼泽化草甸小叶章湿地和沼泽化小叶章湿地)的土壤细菌群落功能多样性变化规律和特点进行分析.结果表明:不同类型小叶章湿地土壤理化性质差异显著(P<0.05).土壤细菌群落平均颜色变化率(AWCD)随培养时间的延长而增加,不同类型湿地土壤细菌群落代谢活性表现为草甸化小叶章湿地>沼泽化草甸小叶章湿地>沼泽化小叶章湿地;土壤细菌群落多样性之间差异显著(P<0.05),草甸小叶章湿地土壤微生物的Shannon-Wiener多样性指数和McIntosh指数最高,分别为3.30和64.03;沼泽化草甸小叶章湿地次之,分别为3.23和60.63;沼泽化小叶章湿地最低,分别为3.19和54.21.Shannon-Wiener多样性指数和McIntosh指数与平均颜色变化率变化规律一致,说明土壤细菌群落结构受到土壤理化性质的影响,并且随着土壤含水量的升高,土壤细菌群落的平均颜色变化率和多样性均呈下降趋势.土壤细菌群落对不同碳源的利用强度上存在明显差异,其中对碳水化合物类、氨基酸类碳源的利用强度差异不大(P>0.05),但是对羧酸类、胺类、酚酸类、多聚物类碳源的利用强度差异显著(P<0.05).主成分分析(PCA)表明,两个主成分累计贡献率为80%,能够很好地解释不同湿地土壤细菌在碳源利用上有明显的空间分异这一现象.碳水化合物类碳源对土壤细菌群落多样性的影响最高,其次是氨基酸类和羧酸类碳源.研究显示,土壤理化性质及植被群落组成是影响小叶章湿地土壤细菌群落组成和功能活性的重要因素.      

灌溉方式对设施土壤温室气体排放的影响

为了寻求在高产、高效、节水的同时能够最大程度促进温室气体减排的灌溉方式,以长期定位灌溉设施蔬菜(以番茄为例)栽培土壤为研究对象,探讨覆膜滴灌、节点式渗灌、沟灌3种不同灌溉方式对土壤温室气体(N₂O、CO₂、CH₄)排放特征的影响,以及温室气体排放与土壤温度和湿度两大环境因子的相关性,并运用产气比概念对温室气体累积排放量进行比较.结果表明:①在番茄生长季,不同灌溉方式下N₂O排放总量表现为沟灌(25.33 kg/hm2)>覆膜滴灌(23.87 kg/hm2)>节点式渗灌(10.04 kg/hm2),土壤温度适宜条件下,N₂O排放通量与土壤湿度呈极显著相关(P<0.01).②CO₂排放通量随着气温升高及植株生长而逐渐增大,具有明显的季节性变化.不同灌溉方式下CO₂排放总量表现为节点式渗灌(11.84 t/hm2)>沟灌(10.45 t/hm2)>覆膜滴灌(9.53 t/hm2);覆膜滴灌和节点式渗灌处理下CO₂排放通量与土壤温度呈极显著相关(P<0.01),沟灌处理下二者呈显著相关(P<0.05).③在番茄整个生长季期间,土壤总体表现为大气CH₄的汇,不同灌溉方式下CH₄吸收总量表现为节点式渗灌(1.98 kg/hm2)>覆膜滴灌(0.93 kg/hm2)>沟灌(0.71 kg/hm2),CH₄排放通量与土壤湿度呈显著相关(P<0.05).研究显示,采用覆膜滴灌方式不仅可以达到高产、高效、节水的目标,而且综合排放的温室气体量最少,可达到土壤温室气体最大程度的减排效果,减缓全球气候变暖趋势,是一种最佳的灌溉方式.      

碳酸盐矿化菌固结Pb2+的生物矿化

为了研究碳酸盐矿化菌在修复重金属污染过程中的生物矿化作用及其在不同污染体系下对生物矿化的影响,以从南京栖霞山土壤中筛选出的一株耐受Pb的碳酸盐矿化菌株——Bacillus cereus Pb₂₁为研究对象,选用葡萄糖作为底物,采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等分析测试手段对其矿化产物进行表征.结果表明:碳酸盐矿化菌可以利用2%葡萄糖底物诱导下的酶化作用将游离态Pb2+转变为稳定态PbCO₃,从而达到修复环境中Pb2+污染的目的.不同污染体系下的生物矿化分析结果显示,随着pH的升高,矿化产物的平均粒径也在变大,由pH为3时的约24 μm增至pH为9时的99 μm.而且,当环境溶液为中性或碱性(pH为7、9)时,矿物生成的速度较快,结晶较好,Pb2+的固结率达到90%以上;而当pH较低(pH为3、5)时,晶体不易成核生长,Pb2+的固结率低于60%.ρ(Pb2+)对Pb2+固结率的影响差异较小,几乎都在90%以上,但是其对矿化产物结构形态的影响较大,随着ρ(Pb2+)的增加,矿化产物的形态越清晰,对微生物矿化固结重金属形成矿化产物也越有利.      

基于WRF模型与气溶胶光学厚度的PM2.5近地面浓度卫星反演

为了反演高分辨率的PM_2.5近地面浓度,利用WRF(中尺度气象模型)模拟的大气相对湿度、风速、边界层高度等气象因子对AOD(气溶胶光学厚度)分别进行订正,以逐步提高AOD与近地面ρ(PM_2.5)间的相关性;分析不同反演模型的统计学特征,优选反演模型,并利用最优模型反演中国中东部地区2014年年均ρ(PM_2.5)的空间分布特征.结果表明:AOD经相对湿度订正后,其与近地面ρ(PM_2.5)的相关性显著提高,相关系数达到0.77;同时引入相对湿度、风速2个气象因子,AOD与近地面ρ(PM_2.5)的相关系数升至0.79(n=145,P<0.01);同时引入相对湿度、风速和边界层高度3个气象因子,AOD与近地面ρ(PM_2.5)的相关系数进一步升至0.80(n=145,P<0.01).模型反演表明,研究区域内ρ(PM_2.5)年均值大于35 μg/m3的面积高达334.49×104 km2,占研究区域面积的83.2%,并且高污染地区与人口密度高度重合.分析表明,北京、天津、河北、山东及河南等典型重污染省、直辖市分别有96.30%、100%、78.16%、98.86%、100%面积的ρ(PM_2.5)超标,分别约有99.97%、100%、96.41%、98.88%、100%人口生活在空气质量超标地区.      

醋渣和糠醛渣对赤泥中金属稳定性的影响

赤泥中和是实现堆场植被复垦的必要途径,而醋渣和糠醛渣是赤泥降碱和改良效果较好的2种生物质材料.针对赤泥碱性降低过程中理化性质的改变,根据MEP(多级提取程序)毒性溶出以及BCR形态分级试验,对醋渣和糠醛渣对赤泥中金属行为的影响进行了研究.结果表明:添加20%的醋渣和糠醛渣后,赤泥pH从10.60分别降至9.61和8.96,w(TOC)从8.04 g/kg分别增至35.11和38.62 g/kg,赤泥比表面积从10.18 m2/g分别降至7.36和8.57 m2/g,CEC(阳离子交换量)从106.28 cmol/kg分别增至127.19和161.59 cmol/kg;赤泥中Mo的最低浸出浓度为0.37 mg/L,超过GB/T 14848—1993《地下水质量标准》中Mo的Ⅲ类标准限值(0.1 mg/L);醋渣和糠醛渣可有效抑制赤泥中Al、V、Pb的浸出,但却可促进Cu、Mn、Ni和Mo的浸出,四者的最高浸出浓度分别可达64.45、17.64、12.09 μg/L和29.37 mg/L;醋渣和糠醛渣的添加可导致Al、V和Pb向稳定性较高的残渣态转化,Ni则向稳定性较低的酸可提取态转化.研究显示,糠醛渣比醋渣有更强的中和能力,对赤泥中金属稳定性影响较小.赤泥中金属元素具有潜在的长期浸出性且环境风险较高.      

农药污染土壤中DDTs的电动力学迁移去除特性

为研究土壤中DDTs(滴滴涕)的电动迁移去除特性,以重庆市某废弃DDTs生产企业污染土壤为研究对象,采用GC-ECD分析了该土壤中DDTs的质量分数、电动迁移效果、电动去除率及试验过程中土壤理化性质改变等.结果表明:该污染场地土壤中w(p,p′-DDT)最高,w(o,p′-DDE)和w(p,p′-DDD)次之,三者分别占w(DDTs)的53.02%、23.46%和12.77%;DDTs迁移效果在192 h时基本稳定,并在3 V/cm电压梯度时迁移效果最佳,其中DDT和DDD向阳极迁移而DDE向阴极迁移,o,p′-DDE富集量最大,其c/c₀〔标准化浓度,c₀、c分别为电动试验前、后污染土壤中w(DDTs)〕为4.70;DDTs去除率在电动时间为192 h、电压梯度为3 V/cm时达到相对稳定,其中p,p′-DDT去除率较高,为49.7%;阴极土壤pH随电动试验时间的增加而增大,其最大值为11.63,阳极土壤表现相反,其最小值为-1.71;电流和土壤温度随电动试验时间的增加呈先增后减的趋势,其峰值均出现在第8小时.研究显示,不同DDTs异构体在电动力学作用下的迁移去除效果存在差异,并且电动过程会引起土壤理化性质改变.      

甲醛和甲醇染毒对小鼠造血组织的毒性作用

为了探究甲醛(Formaldehyde,FA)对造血组织的毒性,分析甲醛的毒性是否与中间代谢产物——甲醇(Methanol,MeOH)的毒性一致,以72只昆明小鼠为受试动物,随机分为6组〔①对照组,仅灌服生理盐水;②FA₄₀组,单独灌服甲醛(FA),w(FA)为40 mg/kg;③ MeOH₄₀组,单独灌服甲醇(MeOH),w(MeOH)为40 mg/kg;④FA₁₀+MeOH₃₀组,同时灌服甲醛和甲醇,w(FA)为10 mg/kg、w(MeOH)为30 mg/kg;⑤FA₂₀+MeOH₂₀组,同时灌服甲醛和甲醇,w(FA)为20 mg/kg、w(MeOH)为20 mg/kg;⑥FA₃₀+MeOH₁₀组〕,同时灌服甲醛和甲醇,w(FA)为30 mg/kg、w(MeOH)为10 mg/kg,连续灌胃7 d,检测小鼠的肝脏氧化损伤程度、血液和骨髓内甲醛含量以及甲醛脱氢酶的相对表达量,比较甲醇和甲醛毒性的差异性.结果表明:与对照组相比,各染毒组小鼠肝脏内ROS(reactive oxygen,活性氧)含量极显著增加(P<0.01),FA₃₀+MeOH₁₀组的ROS含量显著上升(P<0.05);肝脏内MDA(malondialdehyde,丙二醛)含量极显著下降(P<0.01),GSH(glutathione,谷胱甘肽)含量极显著升高(P<0.01);在甲醛和甲醇联合染毒组中,随着甲醛含量的增加和甲醇含量的减少,氧化损伤程度呈上升趋势.AHMT(4-amino-3-hydrazine-5-mercapto-1,2,4-triazole)法测定结果显示,各染毒组小鼠血液和骨髓中甲醛含量与对照组相比均无显著差异;RT-PCR法测定结果显示,各染毒组小鼠中甲醛脱氢酶的相对表达量较对照组显著增加;FA₄₀组与MeOH₄₀组甲醛脱氢酶的相对表达量差异显著(P<0.01);与FA₃₀+MeOH₁₀组相比,FA₁₀+MeOH₃₀组中甲醛脱氢酶的相对表达量极显著增加(P<0.01),甲醛和甲醇联合染毒组中甲醛脱氢酶的相对表达量随着甲醛含量的增加和甲醇含量的减少呈上升趋势.研究显示,甲醛和甲醇的毒性不一致,甲醛对造血组织的毒性可能存在其他方式.