北方湖库沉积物重金属区域特征及生态风险评价

以白洋淀、衡水湖、于桥水库、松花湖、大伙房水库和小兴凯湖沉积作为研究对象,通过对北方六湖库沉积物中Cu、Zn、Pb、Cr、Ni等重金属元素进行分析,并与国内外其他水域重金属污染情况进行多因素比较,探讨了六湖库主要重金属污染源的差异性,区域分布特征以及与国内外其他水域污染的相似性和区别.结果表明,六湖库沉积物重金属污染处于中等偏下水平.六湖库之间主要重金属污染源存在差别.沉积物重金属含量未出现明显上升的趋势.其中Zn、Pb存在富集现象,但Pb含量与历史数据相比出现下降,Zn的含量与其他地区相比整体偏高.大伙房水库沉积物重金属污染较重,Cu、Zn、Pb、Cr、Ni含量平均值分别为56.28,142.3,17.44,97.9,44.44mg/kg.小兴凯湖沉积物重金属含量最低,Cu、Zn、Pb、Cr、Ni含量平均值分别为2.41,63.90,13.37,56.36,26.09mg/kg.六湖库综合风险评价结果为大伙房水库>于桥水库>白洋淀>衡水湖>松花湖>小兴凯湖,重金属整体潜在生态风险指数为低.     

臭氧污染对不同品种小麦养分吸收与分配的影响

近地层臭氧(O3)污染会危害植物生长,势必间接影响氮素吸收利用.本研究利用开放式臭氧污染(Free-air O3 concentration enrichment,O3FACE)研究平台,研究了大气O3浓度增加(比周围大气高50％)对长江三角洲地区5个冬小麦(Tritcium aestivum L.)主栽品种(扬麦15、扬麦16、烟农19、扬幅麦2号和嘉兴002)的物质积累、氮素吸收与分配的影响.结果显示,O3浓度升高对秸秆和籽粒的影响远大于根系.烟农19、嘉兴002和扬麦16的产量因O3浓度升高而减少,而扬麦15和扬幅麦2号产量则变化不大.扬幅麦2号与嘉兴002的秸秆干物重因O3浓度升高而显著增加,扬麦15与烟农19分别呈增大与降低趋势,而扬麦16则无变化表明O3污染对小麦干物质积累与分配的影响存在品种差异.O3浓度升高影响氮素在小麦根、秸秆和籽粒中的含量与分配趋势,但影响程度因品种而异.O3浓度升高导致扬幅麦2号的总吸氮量显著增加30.6％及烟农19的总吸氮量呈增加趋势,并使嘉兴002的总吸氮量显著降低34.8％及扬麦16总吸氮量呈降低趋势,但扬麦15的总吸氮量则不受影响.除扬麦15外,O3浓度升高具有减少籽粒氮占总氮比例的趋势,表明小麦响应O3污染对氮素吸收与分配调整机制存在品种差异.扬麦16、烟农19和嘉兴002的氮肥偏生产力因O3浓度升高而显著降低,而扬麦15和扬幅麦2号则无明显变化.扬麦16和嘉兴002的氮肥利用率因O3浓度升高显著降低,而扬幅麦2号呈增加趋势,扬麦15、烟农19呈降低趋势.综合来看,小麦扬麦15抗O3污染能力强于其它品种,而嘉兴002则最易遭受臭氧污染危害.评价O3污染对小麦干物质与产量的形成与分配、氮素在植物-土壤系统周转的影响应综合考虑品种差异.     

不同磷水平下丛枝菌根真菌对纳米氧化锌生物效应的影响

纳米ZnO颗粒是应用最为广泛金属型纳米颗粒(nanoparticles,NPs)之一,对作物和土壤微生物的影响值得关注.丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal,AM)是自然界中普遍存在的植物-真菌共生体,对各种环境胁迫具有一定的抵御能力,但菌根效应受土壤和植物磷含量的影响.分别设置0、20、50、100 mg·kg~(-1)这4个磷水平,在接种或不接种AM真菌Funneliformis mosseae、添加或不添加纳米ZnO(500 mg·kg~(-1))条件下在温室中利用玉米进行土壤盆栽试验.结果表明,纳米ZnO没有显著影响玉米生长,但不利于菌根侵染和磷素吸收,并引起锌在植物体内的积累.纳米ZnO和高磷降低玉米菌根侵染,但AM真菌在所有磷水平下均显著促进植物生长.施磷和接菌均可使土壤p H升高、降低纳米ZnO源锌的生物有效性,从而降低锌向玉米地上部分的转运和积累,体现出一定保护作用.接菌在多数情况下显示出积极的菌根效应,尤其在低磷、添加纳米ZnO条件下更为显著.结果首次表明,AM真菌、磷肥均有助于减轻纳米ZnO引起的土壤污染及其所产生的生态和健康风险.     

太湖沉积物反硝化功能基因丰度及其与N_2O通量的关系

温室气体N_2O的生成和排放与反硝化功能微生物关系密切,探讨沉积物反硝化微生物功能基因丰度及其与N_2O通量的关系有助于更好地理解沉积物N_2O生成与排放的微生物学机制。以太湖为研究对象,采用定量qPCR(Quantitative PCR)技术测定了太湖沉积物反硝化功能基因(nirK、nirS、norB和nosZ)丰度,阐明了太湖沉积物反消化功能基因丰度的季节变化规律,并分析了反硝化功能基因丰度与沉积物N_2O通量及其他环境因子的关系。结果表明:太湖沉积物反硝化功能基因丰度呈现夏秋季高冬春季低,具有明显的季节变化特征,norB基因丰度最高,均值为9.03×10~9 copies·g~(-1),其次为nir S基因(1.14×10~9copies·g~(-1)),nirK和nosZ基因丰度均值分别为3.04×10~8copies·g~(-1)和1.09×10~8copies·g~(-1)。沉积物TN和NO_2~-是影响反硝化功能基因丰度的重要环境因子。夏秋季沉积物N2O通量为-0.12-0.04nmol·g~(-1)·h~(-1),均值为-0.05nmol·g~(-1)·h~(-1),与反硝化功能基因(nir K、nir S和nir B)丰度呈显著正相关(P0.05),表明反硝化过程消耗了N_2O。冬春季沉积物N_2O通量为-0.05-0.48 nmol·g~(-1)·h~(-1),均值为0.27 nmol·g~(-1)·h~(-1),与反硝化功能基因丰度不具显著相关性,表明反硝化作用可能不是N_2O产生的主要过程。     

太湖流域典型河网水体氮磷负荷及迁移特征

对西太湖流域典型河道水体及沉积物氮磷含量进行分析,利用原柱样培养实验测定了沉积物-水界面氮磷交换通量及需氧量(SOD),并探讨他们之间的关系,结果表明:研究区域河道水体和沉积物氮磷总体含量水平较高,水体TN和TP平均含量分别为4.12mg/L和0.16mg/L,沉积物TN和TP平均含量分别为1658.76mg/kg和712.25mg/kg, NO₃^--N为水体无机氮的主要存在形态,NH₄⁺-N为沉积物无机氮的主要存在形态.沉积物需氧量(SOD)区域间差异较大,大体呈现西、南部区域较高,北部区域较低的特征;沉积物-水界面各无机氮磷交换通量分别为:NH₄⁺-N为-188.08~329.45mg/(m²·h),均值为13.05mg/(m²·h);NO₃^--N为-118.68~42.86mg/(m²·h),均值-28.09mg/(m²·h);NO₂^--N为-18.37~-4.81mg/(m²·h);均值-8.22mg/(m²·h);溶解性活性磷(SRP)为-10.94~10.58mg/(m²·h),均值1.34mg/(m²·h). NH₄⁺-N整体表现为由沉积物向上覆水释放,且与沉积物有机质(LOI)呈极显著正相关,SRP交换通量与沉积物中TP和TDP均显著正相关,表明NH₄⁺-N的释放与沉积物有机质的分解有关,SRP释放主要受沉积物TP和TDP影响.总体看,西部区域点位沉积物及水体氮磷污染最为严重,氮磷交换通量也较大,在区域内又表现为下游入湖口 > 上游的特征,表明人类活动对太湖流域典型河网氮磷水平及迁移转化特征影响较大.     

洛阳市不同功能区地表灰尘重金属的粒径分布特征

以洛阳市为例,分析了工业区、商业区、居民区、城乡结合处、城市绿地和城市主干道等不同功能区地表灰尘颗粒组成及重金属（Cu、Zn、Pb、Cd）粒级效应。结果表明：洛阳市不同功能区地表灰尘粒径分布具多峰性,分别在850~250、150~96及〈75μm出现分布峰值。不同功能区地表灰尘粒径差异显著,居民区和城市绿地细颗粒比重较大,工业区和城市主干道粗颗粒相对较多。各金属元素的质量分数粒级效应不一,Pb在工业区各粒级中质量分数最高,具粒级效应,其它功能区粒级效应不明显,Cd、Cu粒级效应明显,Cd富集更趋向于细粒（96~75和〈75μm）,Cu在180~150μm粒径质量分数迅速升高,并随着粒径减小,基本呈上升趋势,除工业区和城乡结合部外,其它功能区均在〈75μm粒径达到峰值。除居民区和城乡结合部各粒径Zn分布较平均外,Zn主要富集于180~150μm粒径颗粒,且质量分数明显高于其它各粒级,粒级效应基本呈现正态分布。     

球形陶粒滤池对城市尾水净化效果研究

为明确以陶粒为填料生物滤池对尾水中主要营养物处理效果,选择球形陶粒滤池对城市尾水进行净化效果研究。试验在室温条件下采用水力停留时间约2 h,曝气量为0.4 L.min-1的陶粒曝气生物滤池装置对洛阳市某污水处理厂的尾水进行深度处理。研究结果表明：球形陶粒生物滤池对尾水中NH3-N去除效果良好,去除率达76%以上;同时该装置对TN,TP和COD具有同时去除作用。进一步研究陶粒对NH3-N吸附去除特征表明,其等温线吸附符合Freundlich Model,表明陶粒对NH3-N的吸附为多层吸附,且对NH3-N的吸附在5 h基本达到饱和吸附。     

沙田柚根围AM真菌的生境适宜性和季节变化性

以山地长寿沙田柚成年果树为对象,研究不同生境和季节对丛枝菌根(Arbuscular mycorrhiza,AM)真菌侵染以及根围土壤中AM真菌孢子密度的影响.试验结果表明,不同生境下,菌根侵染率和AM真菌孢子密度都是以梯田最高,坡地次之,洼地最低;在坡地和洼地生境下,生草区均高于清耕区.两块试验地AM真菌的菌丝侵染率均为夏季最高(16.8%±1.9%和16.0%±1.8%),秋季次之,冬季最低;丛枝和泡囊的形成也是夏/秋季较高,春/冬季较低;而根围土壤中AM真菌孢子密度则是秋季最高[(159±19)个/100 g和(167±17)个/100 g],夏季次之,冬季最低.总之,对于长寿沙田柚成年果树,AM真菌的菌根侵染率在夏季梯田最高,根围土壤中的AM真菌孢子密度在秋季梯田最高;在坡地和洼地生境中,生草处理均可显著提高菌根侵染率和AM真菌孢子密度.图4参27     

近地层O3污染对陆地生态系统的影响

随着全球气候变化对生态环境的影响日益增加,近地层臭氧(O3)污染的环境生态效应备受人们关注.现有研究表明,陆地生态系统的温室气体NOx和CH4释放、矿质能源消耗和机动车辆尾气排放量的增加将加剧近地层O3污染.O3污染通过降低植物叶片气孔导度、光合速率和净同化作用,改变同化物的分配,进而抑制植物生长和加速植物老化,导致作物和林木减产.O3污染导致植物-土壤系统碳积累和周定降低势必影响未来全球碳动力学和碳预算,而植物和根系生长受到抑制则不利于土壤养分、水分的吸收进而影响植物-土壤系统养分循环,但目前报导极少,尚无法准确判断对全球碳和养分循环的影响,亟待深入研究.由于环境因素间具有互作效应,目前模拟研究过多集中O3与CO2增加对陆地生态系统的复合效应方面,而与其它环境因子(如O3与NO、SO2、水分、温度等)的复合效应研究偏少,不利于在全球气候变化背景下深入了解与预测O3污染对陆地生态系统的影响程度与趋势.基于研究现状,未来应加强:(1)地表O3监测网络建设和监测,结合田间试验和建模加强草地、森林和农田生态系统对O3污染的响应研究;(2)长期定位研究,侧重陆地生态系统对O3污染连合其它温室气体、温度增加等模拟未来气候情景下的环境响应研究;(3)O3污染下土壤.植物系统碳循环和固定研究;(4)O3污染条件下优势植物和农作物在不同时空条件下的土壤.植物系统养分利用研究;以期为判断和预测全球气候变化背景下陆地生态系统对近地层O3污染加剧的响应程度与趋势提供数据资料和科学依据.     

镉对小麦根尖细胞的遗传损伤效应

为了研究重金属镉对小麦是否产生细胞毒性和遗传毒性效应,采用不同浓度镉对小麦根尖处理24、48、72 h,统计有丝分裂指数、微核率及染色体畸变率.结果表明,1 μmol·L-1镉可提高小麦根尖细胞有丝分裂指数,但随镉处理浓度的提高和处理时间的延长,有丝分裂指数逐步下降;4个时期相比,镉对有丝分裂前期和中期的影响较小.微核率随着镉处理浓度的提高而增加,但浓度过高时,微核率随着镉处理时间的延长反而有所降低.此外,染色体畸变率也逐步上升,且随镉浓度的增加和处理时间的延长,其作用效果急剧加大,呈现明显的剂量-效应、时间-效应关系.说明镉可引起小麦根尖细胞有丝分裂抑制和染色体损伤,具有明显的遗传毒性.