沿淮麦区大气无机态氮质量浓度的观测研究

2010年6月6日至6月16日,运用采样器TH-110B和TH-150C收集了地处沿淮麦区3个观测点的气体（NH3和NO2）和气溶胶样品,初步探讨了小麦收获期大气气态氮和颗粒态氮质量浓度的特征。结果表明：气态氮质量浓度以NO2最高,其时均质量浓度和日均质量浓度分别为0.57～0.64 mg.m-3和0.29～0.63 mg·m-3,且均超标（0.24和0.12 mg·m-3）;颗粒态氮质量浓度以NH4＋-N最高（4.12～78.28μg·m-3）,占总氮的47.00%～71.19%。此外,农业活动如收割,可增加大气气溶胶及无机态氮的质量浓度。     

大气氮沉降向典型红壤区农田生态系统定量输入研究

在2005年,通过对中国科学院红壤生态实验站(江西鹰潭)内农田小气候要素和湍流的观测及大气和雨水中氮化物的分析,借助大叶阻力相似模型,研究了大气氮素(N)通过干、湿沉降输入研究地农田生态系统的N通量.结果表明,全年通过大气沉降向该农田生态系统输入N 132.6 kg.hm-2,其中干沉降输入N 82.63 kg.hm-2,占大气总输入N的67.94%.干沉降过程中,气体中以NH3-N沉降为主,占气态N沉降的43.02%~89.89%(均值为71.05%);颗粒中以NO3--N为主,占颗粒态N的33.67%~94.54%(均值为61.01%).每月通过湿沉降(雨水)输入N 0.50~8.45 kg.hm-2,以7月和11月较高.     

农田生态系统大气氮、硫湿沉降通量的观测研究

2007年10月至2008年9月,借助自动降雨收集器(APS-2A)及自动气象观测站(VSALA-M52),在中国科学院红壤生态实验站(江西鹰潭)农田区内定位采集雨水样本,探讨了大气氮、硫湿沉降特征,估算了大气氮、硫的湿沉降向农田生态系统的输入通量.结果表明,雨水中氮、硫素的月质量浓度变异较大,全氮(T-N)、铵态氮(NH_4~+-N)、硝态氮(NO_3~--N)和硫(SO_4~(2-)-S)的月质量浓度,即ρ(T-N)、ρ(NH_4~+-N)、ρ(NO_3~-N)和ρ(SO_4~(2-)S)分别为1.09～7.84、0.64~6.25、0.34～1.83和0.95～7.64mg·L~(-1),均与降水呈负相关,其中ρ(T-N)、ρ(NH_4~+-N)、ρ(SO_4~(2-)-S)与降水的相关性达到比较显著水平(n=11,p<0.10).湿沉降月通量F(T-N)、F(NI_4~+N)、F(NO_3~--N)和F(SO_4~(2-)-S)分别为1.0～7.84、0.64～6.25、0.17～1.54和1.22～9.15 kg·hm~(-2),均与降水呈正相关,其中F(T-N)、F(NH_4~+-N)和F(SO_4~(2-)-S)与降水的相关性均达到显著水平(n=11,p<0.05).季节上,雨水氮、硫浓度及湿沉降氮、硫通量均呈冬春>夏秋的特性.湿沉降向农田生态系统输入N 35.94 kg·hm~(-2)·a~(-1)和S45.93 kg·hm~(-2)·a~(-1),其中NH4~+-N的年沉降通量为22.92 kg·hm~(-2),占湿沉降氮总量的63.75%.     

改性丝瓜络填料对富营养化水体的高效脱氮特性

生物膜技术是污水处理的研究热点之一,但存在挂膜时间长、反硝化碳源供给不足等问题.为解决这一问题,以不同浓度NaOH溶液（对照组、2%、5%和10%）对丝瓜络进行改性处理,再将其作为挂膜填料构建BDBR（biofilm denitrification batch reactor,生物膜原位脱氮系统）,研究BDBR的脱氮效能.结果表明:①当系统运行至第4天时,对照组、2%组、5%组和10%组反应器的COD_Cr去除率趋于稳定,分别为78.9%、76.8%、80.8%和73.9%;当系统运行14 d时,对照组、2%组、5%组和10%组反应器的TN去除率趋于稳定,分别为67.2%、90.8%、91.9%和83.2%;而当系统运行至第10天时,2%组、5%组和10%组反应器对NH₃-N的去除率趋于稳定,依次为82.8%、88.4%和78.8%,显著高于对照组（68.1%）.②改性丝瓜络反应器的膜生物量（2%组、5%组和10%组）均显著高于未进行改性处理的对照组,且随NaOH溶液浓度从2%增至10%,对应反应器膜生物量从12.12×106 nmol（以每g干质量磷脂计）增至24.02×106 nmol.③改性丝瓜络填料上的生物膜的硝化、反硝化菌数量均显著高于未改性处理的丝瓜络填料的硝化、反硝化菌数量.研究显示,丝瓜络填料所构建的BDBR对富营养化河道水中的COD_Cr均有较高的去除能力,这与丝瓜络是否进行改性无关.但用浓度为2% NaOH溶液对丝瓜络进行改性处理后构建的BDBR体现出了最高的生物膜硝化、反硝化菌数量和最好的脱氮效果,可应用于富营养化水体的BDBR中,以实现生物膜的快速构建和系统的稳定运行.      

红壤旱地湿沉降氮特征及其对马唐-冬萝卜连作系统氮素平衡的贡献

大气湿沉降作为农田生态系统养分的重要来源却一直没有得到足够的重视。文章通过常规农作条件,采用自动降雨收集器结合田间实验方法,重点研究了红壤旱地牧草马唐(Digitaria ischaemum)和蔬菜冬萝卜(Raphanus sativus)连作期间大气湿沉降氮素特征,估算了湿沉降向该生态系统输入的氮量,讨论了其对该生态系统氮素平衡的贡献。结果发现,该研究区域不同月份大气湿沉降T-N平均质量浓度为3.91mg·L-1,其中NH4 -N、NO3--N的分别为1.21、0.61mg·L-1;试验期间,湿沉降输入马唐-冬萝卜连作系统的T-N为34.34kg·hm-2,其中冬萝卜生长期最多,占67.88%,湿沉降T-N对该系统氮素输入、输出、盈余的贡献分别为12.97%、17.65%、48.90%。湿沉降T-N对马唐生态系统氮素输入、输出、盈余的贡献分别为6.45%、16.54%、10.57%;对冬萝卜生态系统氮素输入、输出的贡献分别为24.86%和18.23%。红壤旱地普遍具有"酸瘦黏板"的特点,氮素作为一种重要的生命物质和作物营养的必需元素,对作物产量和人民生活质量的提高具有重要的意义。研究结果表明,湿沉降对农田生态系统的影响不容忽视。     

典型红壤农田区气溶胶浓度特征及其与降雨的关系

于2005-2006年,借助TH-150A采集器和微气象观测场对典型红壤区(鹰潭站)大气气溶胶总悬浮颗粒物(TSP)与降雨进行定点观测与采样分析,结果表明,2005-2006年研究区气溶胶TSP质量浓度为17.07～266.11μg·m-3,月均值分别为104.57和101.73 μg·m-3,峰值分别出现在2005年的2月(201·71 μg·m-3)和2006年的10月(266.11 μg·m-3),最小值均出现在各年的5月,分别为29.76和17.07 μg·m-3.2个年份间气溶胶浓度变化差别较大,这与气溶胶自身特性、气象因素及周边环境相关.邓肯差异分析表明,研究区大气气溶胶浓度与降雨量、降雨频率分别呈显著线性负相关(n=24,P=0.007;n=22,P=0.000 2).     

浮床水芹不同生长阶段水体活性物质代谢组学分析

为解析浮床水芹在不同生长阶段种植水中活性代谢物特征与差异,揭示水芹化感作用与环境微生物互作机制,对水芹种植水中代谢物进行定性定量研究十分必要.该研究利用非靶向代谢组学技术,采用LC-ESI-MS分析方法对水芹繁殖期、幼苗期、成熟期3阶段种植水中代谢物进行检测,结合多元统计和单变量统计方法筛选出主要代谢物和显著差异代谢物,并对环境修复相关代谢物进行了相关性分析.结果表明:①在不同生长阶段水芹种植水中共检测到306种代谢物,13种代谢物在各时期种植水中的相对含量均超过1%,其中包括甜菜碱、硬脂酸和芥酸酰胺等参与植物抗冻、化感作用和反硝化细菌富集过程的重要代谢物.②共112种代谢物在不同时期种植水中存在显著差异,化感作用代谢物硬脂酸和植物-根际微生物互作代谢物D-（-）-奎宁酸在各时期间均为显著差异代谢物.③相关性分析发现,硬脂酸、壬二酸、肉豆蔻酸、儿茶酚、3,5-二羟基苯甲酸、阿魏酸、水杨酸、咖啡酸和苯甲酸9种化感物质含量之间具有高度相关性（r>0.6,P < 0.01）,且在水芹幼苗期相对含量最高.研究显示,水芹种植水中存在至少23种环境修复相关代谢物,其中9种化感物质可能存在协同作用,幼苗期水芹更适于水芹提取物抑藻剂开发.