区域农田土壤镉风险的机理式定量预测模型研究——以江苏省为例

大面积区域土壤风险的精准定量评价和预测一直是研究的热点和难点,以往经验式为主的模型在普适性上存在较大局限.基于土壤理化性质和热力学化学平衡的机理式多表面形态模型(Multi-surface Speciation Model,MSM)已在实验室和小区域尺度成功预测土壤Cd的溶出,但能否应用于更大区域的环境风险评价还未可知.基于此,本研究收集了3354个江苏省表层土壤Cd样品和155个含有理化性质的表层土壤剖面,利用图斑赋值方法得到3354个具有完整理化性质和全量Cd含量的土壤样品数据,在此基础上利用MSM预测各样品的有效态Cd含量,并根据江苏省典型区域MSM-Cd阈值开发了基于MSM的江苏省土壤Cd污染生态风险评价预警模型和敏感性模型,并绘制了江苏省土壤Cd污染风险现状图和土壤Cd敏感地图.结果表明,MSM-Cd比总Cd可更准确预测高污染地区和非污染区域,同时发现增加土壤pH是降低Cd生态风险的最有效途径,而pH是影响土壤Cd敏感度的最重要原因.研究表明,基于MSM的土壤Cd风险预测模型可实现区域土壤风险的精准定量化评估与预测,为土地质量管理和风险管理提供决策依据的实用技术支持.     

秸秆及配施生物炭对福州茉莉园土壤碳、氮、磷、铁含量及其生态化学计量学特征影响

为阐明施加秸秆及配施生物炭对茉莉花园土壤碳（TC）、氮（TN）、磷（TP）和铁（Fe）含量及其生态化学计量学特征的影响,并探讨土壤活性有机碳及碳库管理指数的响应,以福州茉莉园土壤为研究对象,设置对照、秸秆、秸秆配施生物炭3种处理样地,对施加处理下福州茉莉花园0~10 cm表层土壤碳、氮、磷、铁含量和生态化学计量学特征进行测定和分析.结果表明：不同施加处理下,茉莉园土壤TC、TN含量均值表现为秸秆配施生物炭处理>秸秆处理>对照处理（p<0.05）,TP含量均值表现为秸秆处理>秸秆配施生物炭处理>对照处理（p<0.05）,土壤Fe含量均值表现为秸秆处理大于对照和秸秆配施生物炭处理,显著增加了茉莉花园表层土壤铁含量（p<0.05）.其次,秸秆配施生物炭处理较对照和秸秆处理提高了土壤C/N、C/P、C/Fe、N/P、N/Fe、P/Fe （p<0.05）;茉莉花园0~10 cm土壤碳储量、氮储量、磷储量均值表现为秸秆配施生物炭处理显著高于对照处理（p<0.05）,提高比例分别为46.5%、20.2%、10.2%,土壤铁储量表现为秸秆处理>对照处理>秸秆配施生物炭处理.此外,秸秆施加处理提高了土壤活性有机碳（C_N）,增加了土壤碳库活度指数（CPAI）和土壤碳库管理指数（CPMI）;秸秆配施生物炭处理同样大幅度提升了土壤总有机碳含量,并显著提高了土壤碳库指数（CPI）,但这部分主要是活性较低的稳态碳（C_NA）,因此,秸秆配施生物炭降低了土壤碳库活度（CPA）、土壤碳库活度指数（CPAI）和土壤碳库管理指数（CPMI）.总体来看,从土壤固碳角度考虑,秸秆配施生物炭是更合理的利用措施.     

水深和扰动对北运河沉积物释放的模拟研究

结合汛期河道水位上涨现状,以河流沉积物为研究对象,通过实验室水槽模拟河道的方式,分别在静置和扰动两种工况下,探索汛期降雨导致河道水位上涨对河道沉积物中污染物释放的影响.研究结果表明,在静置条件下,水深正向影响沉积物中COD_Cr的释放通量（R²=0.945）,负向影响NH₃-N释放通量（R²=0.967）.在扰动条件下,水深负向影响沉积物中硝酸盐氮的释放通量（R²=0.892）,正向影响其他污染物的释放通量.与水位0.3 m相比,水位在0.9 m时,扰动条件下沉积物中COD_Cr、TN、TP以及活性磷的平均释放通量分别提高约150.09%、63.59%、400.84%和352.28%.水位上涨会明显提升沉积物中污染物释放通量,水深对扰动条件下污染物释放更敏感.     

小麦秸秆生物质炭施用对不同耕作措施土壤碳含量变化的影响

为探究生物质炭施用对不同耕作条件下土壤碳含量的影响,通过室内恒温培养试验,以免耕和翻耕土壤为研究对象,分别添加0、5和20 g·kg^-1的小麦生物质炭,分析生物质炭对免耕和翻耕土壤有机碳（SOC）、可溶性有机碳（DOC）、微生物生物量碳（MBC）、易氧化有机碳（ROC）、pH、无机碳（SIC）、水溶性Ca和Mg以及土壤CO₂排放的影响.结果表明：①与对照相比,不同用量的生物质炭添加下,免耕处理土壤SOC、ROC、DOC、水溶性Ca和Mg分别增加20.3%~105.6%、0.5%~36.0%、0.8%~30.5%、3.5%~42.3%和2.4%~75.2%;翻耕处理土壤SOC、ROC、DOC、水溶性Ca和Mg分别增加29.2%~145.1%、1.3%~63.9%、2.4%~55.6%、18.2%~89.8%和10.1%~150.5%;且随着生物质炭施用量增加而增大.5 g·kg^-1的小麦生物质炭施用量下,免耕土壤CO₂累积排放量最大,而翻耕土壤CO₂累积排放量随着生物质炭施用量增加而增大.培养结束时,与对照相比,翻耕土壤MBC增加35.5%~45.7%,且土壤MBC随着生物质炭施用量的增加而增大.生物质炭施用对翻耕和免耕土壤pH和SIC没有显著性影响.②相同用量的生物质炭施用条件下,与翻耕相比,免耕土壤CO₂累积排放量、SOC、ROC、DOC、MBC、水溶性Ca和Mg含量分别增加了34.2%~79.0%、8.9%~45.5%、28.2%~73.9%、40.4%~78.4%、0.2%~131.7%、8.7%~39.8%和0.3%~61.0%;土壤pH和SIC分别降低0.08~0.17个单位和2.4%~13.9%.综上所述,生物质炭添加增加了免耕和翻耕土壤总有机碳、活性有机碳、水溶性Ca和Mg的含量以及土壤CO₂累积排放量,但对土壤无机碳含量没有显著性的影响.     

升金湖水体优先污染物筛选与风险评价

为保护升金湖国家自然保护区湿地的生态环境,以7大类168种人类化学品为靶向分析目标物,研究其在升金湖水体中的赋存水平及空间分布特征（O）、综合化合物持久性（P）和生物积累性（B）等毒害性评价指标以及生态风险（E）和人体健康风险（H）等毒性参数,采用综合评分法筛选识别升金湖水体优先污染物,构建升金湖水体优控清单,评价升金湖优先污染物水环境生态及健康风险.结果表明,升金湖水体7大类化合物[挥发性有机物（VOCs）、多环芳烃（PAHs）、有机氯农药（OCPs）、多氯联苯（PCBs）、邻-苯二甲酸酯（PAEs）、抗生素（ANTs）以及金属元素（HMs）]污染普遍,其中上湖污染负荷高于中湖和下湖,呈现坝前蓄积现象.以污染物类别计,综合评分法优先污染物筛选结果显示升金湖水体检出化学品优先级顺序为：PAEs > OCPs > HMs > PCBs > PAHs > VOCs > ANTs.高优先级污染物清单中综合得分最高的10种化合物包括：邻-苯二甲酸二乙基己酯（DEMP）、邻-苯二甲酸二环己酯（DCHP）、PCB138、邻-苯二甲酸二正辛酯（DOP）、邻-苯二甲酸二壬酯（DNP）、七氯（HC）、p,p''-滴滴涕（DDT）、钡（Ba）、环氧七氯（HCE）和邻-苯二甲酸二己酯（DHP）.升金湖水体优先污染物生态风险商（RQ）为4.3~15.9,具有较高的生态风险,且上湖区风险高于中、下湖区.人体暴露健康风险评价表明,HMs的非致癌风险最大（风险指数HI>1）,其次为PAEs和OCPs,优先污染物通过饮水和皮肤接触途径暴露对人体健康产生的致癌风险（人体终生致癌风险ILCR<10^-6）可以忽略.本研究优化基于环境监测数据建立的优先污染物综合评分法,全面考虑了化学品毒害特性、生态及人体健康暴露风险（OPBEH）,为开展广泛的湖泊流域水环境优先污染物筛选提供统一的方法学指导,并为建立相应湖泊流域优控清单,制定优先污染物排放和管控标准提供科学依据.     

水源水中微囊藻毒素的遗传毒性与健康风险评价

应用美国EPA健康风险评价模型对浙江省101个饮用水源地微囊藻毒素(MC)的健康风险度进行评价,提示水源水中微囊藻毒素-LR(MC-LR)具有较高的非致癌风险.采集MC污染相对严重的A、B 2饮用水源,一部分利用树脂对其中的MC进行浓集,另一部分加入稀释的纯毒素MC-LR模拟水源水中MC释放的情况,同时制备相同浓度的纯毒素序列,利用Ames试验检测藻毒素浓集物、水样中藻毒素和纯毒素对细菌的致突变性,彗星试验检测人外周血淋巴细胞可能产生的DNA损伤,微核试验检测鲤鱼红细胞微核的诱发效应.结果表明,与阴性对照组相比,藻毒素浓集物、纯毒素和藻毒素稀释水样均可引起人外周血淋巴细胞DNA的不同程度损伤(P <0.01),损伤随着染毒剂量的增加而加重,高剂量浓集物、藻毒素稀释水样A和纯毒素可诱导鲤鱼红细胞微核率上升,在本实验条件下尚未观察到藻毒素浓集物、藻毒素稀释水样及纯毒素在Ames试验中具有显著的致突变作用.利用树脂浓集水源水中MC和向水源水中加入稀释的MC-LR模拟MC释放2种方法切实可行,饮用水源水中MC可诱导鲤鱼红细胞微核率上升和淋巴细胞DNA损伤,具有遗传毒性,可能对人体健康产生的远期危害.     

一株溶藻细菌对铜绿微囊藻生长的影响及其鉴定

从山东黄岛边某富营养化池塘中分离得到1株具有溶藻作用的菌株(J1),研究了其对铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)的抑制效果、作用方式以及细菌培养基、菌株与铜绿微囊藻不同生长阶段等因素对溶藻效果的影响,并对该菌株进行了生理生化鉴定.结果表明,将牛肉膏蛋白胨培养基加入藻液,培养基与藻液的投放体积比为6%时,9d内对藻的生长无影响.将初始浓度为6×107 cfu/mL的菌液加入藻液,共培养第9d,铜绿微囊藻的去除率达87%以上.对数期的J1细菌具有较好的溶藻效果,作用于稳定期铜绿微囊藻的实验组,藻的去除率较低.J1通过分泌溶藻物质的间接作用方式抑制铜绿微囊藻的生长,且溶藻活性物质具有一定的热稳定性.根据生理生化及16S rDNA序列分析鉴定,菌株J1属于芽胞杆菌属(Bacillus).     

大鼠胚胎期PFOS暴露致出生早期死亡及神经系统发育影响的基因组学分析

为了阐明PFOS导致新生儿死亡的可能原因和机制,探讨PFOS致死与神经系统发育的相互联系,利用基因芯片技术,观察了经PFOS饲料染毒后出生1和7d大鼠脑组织基因表达情况,通过基因组学(Gene Ontology)和生物路径(Pathway)对差异基因的功能和相互联系进行分析.结果显示,PFOS染毒后,出生1、7d的大鼠脑皮质组织分别有864、642条基因发生差异表达,差异基因涉及的与PFOS致死相关的生物过程包括中枢神经系统发育、血循环系统、刺激应答、骨骼发育、氧化应激、心脏功能以及pH值调节等.结果表明,PFOS导致的出生早期死亡与神经系统发育有关,PFOS可能通过改变脑组织血氧平衡,影响正常的中枢神经系统功能和发育过程而使新生儿的存活率下降.     

秸秆还田模式对农田土壤碳库特性及产量的影响

为探明南方稻麦两熟制农田秸秆还田模式对土壤总有机碳、活性有机碳、碳库管理指数和稻麦产量的影响,论文通过8 a的水稻-小麦轮作田间定位试验,设置了4个秸秆还田模式处理：秸秆不还田（CK）、秸秆稻麦季均还田（RW）、仅麦秸稻季还田（W）、仅稻秸麦季还田（R）。结果表明,与CK处理相比,秸秆还田显著提高了0~20 cm土壤的总有机碳、活性有机碳、稳定态有机碳（P<0.05）;不同秸秆还田模式处理之间的土壤总有机碳、稳定态有机碳差异均不显著（P>0.05）,RW处理的活性有机碳、碳库活度指数、碳库管理指数与R处理无显著差异性（P>0.05）,显著大于W处理（P<0.05）;RW与R处理的水稻产量均值无显著差异性（P>0.05）,显著大于W处理;活性有机碳、碳库管理指数与水稻产量均值呈极显著相关（P<0.01）,与小麦产量均值关系不密切（P>0.05）;上述结果表明,与稻麦两季还田模式相比,南方稻麦两熟制农田实施仅稻秆麦季还田模式,并不影响作物稳产性与土壤地力的提升。     

基于ADAMS的机械式内割刀切割失效影响研究

割刀常因振动而折断刀片,造成切割设备失效,影响施工安全。为降低ND-J114型号机械式内割刀的事故率提高割刀使用寿命,采用多体动力学的方法,利用ADAMS软件对其切削套管的过程进行动态模拟,在不同钻压和转速情况下,对割刀切削力和角加速度的变化规律进行分析,从割刀振动的角度出发,通过降低割刀的振动来降低刀片折断的风险。分析结果表明:割刀在切削套管的过程中最优钻压为4 800 N,割刀运转平稳;切削力的大小跟钻压近似于成正比关系;割刀最优转速为29 r/min,割刀运转平稳;切割转速在10~30 r/min时,切割效果较好,切割设备越不易折断;转速对切削力大小的影响较小。