羊粪生物炭对水体氨氮吸附特性研究

以山羊粪便为原料,在300℃和700℃缺氧热解条件下制备生物炭,分别记为D300和D700。使用扫描电镜表征生物炭结构特征,运用比表面积仪测定其比表面积和孔径大小,以此探究不同热解温度条件下羊粪生物炭的内部结构及比表面积特征。以水体氨氮(20 mol/L)为目标污染物,以D300和D700为吸附剂,研究不同氨氮浓度、温度、pH以及吸附剂投加量等因素对水体氨氮吸附的影响以及吸附特性。结果表明:热解温度从300℃上升到700℃,生物炭的比表面积、总孔容随之增大,平均孔径反之减小,吸附效率从15.72%提升到24.73%。羊粪生物炭吸附水体氨氮的最佳pH在6～8;通过对动力学数据进行分析,发现准二级动力学方程(R~2=0.999 1)比准一级动力学方程(R~2=0.663 3)能更好地拟合动力学数据。吸附等温曲线拟合发现Langmuir方程(R~2=0.842 74)能更好地描述氨氮在羊粪生物炭上的吸附行为。吉布斯自由能变化、焓变和熵变的计算结果表明:羊粪生物炭对氨氮的吸附过程是自发的吸热过程。700℃条件下制备的羊粪生物炭比D300拥有更好的吸附性能。     

香溪河消落区及上缘土壤磷素的时空分布特征

采用修正的Hedley分级方法,对香溪河消落区及其上缘不同土层的土壤磷形态进行了动态监测,并分析其时空动态变化特征。结果表明,上缘(175 m上)土壤全年总磷(TP)含量在0.290~0.889 g/kg之间,总磷均值的总体趋势是春季(0.676 g/kg)夏季(0.595g/kg)秋季(0.530 g/kg)冬季(0.436 g/kg),春季与夏季间差异显著(P0.05);除残余磷(Res-P)外,其余形态磷在夏季有释放的现象。消落区及上缘的表层土壤中总磷含量(均值0.543 g/kg)及可利用磷形态(49.4%)显著高于下层土壤(TP均值0.492 g/kg;磷形态42.3%)。消落区上缘土壤总磷含量(0.636 g/kg)略高于消落区土壤总磷含量(0.567 g/kg)。消落区土壤全年(0.354~0.807 g/kg)及其上缘土壤全年(0.290~0.889 g/kg)的总磷含量除在WGS(样带3)点最低外,其余样点在香溪河沿程的分布规律均不明显;各形态磷在沿程上与总磷一样,空间异质性很大。该研究分析了香溪河磷素的时空变化特征,为三峡库区香溪河水体富营养化治理提供参考。     

三峡库区香溪河消落带及库岸土壤重金属迁移特征及来源分析

在测定香溪河消落带(海拔145~175 m)和库岸(海拔175~185 m)土壤重金属含量的基础上,分析重金属的迁移特征,运用地累积指数进行污染评价,同时采用因子分析-多元线性回归(FA-MLR)分析重金属的来源和各来源的贡献比率.结果表明,2012年落干时段内(6~9月),香溪河库岸上层和下层土壤重金属含量都在减少,消落带重金属含量上层土壤减少,下层土壤增多;库岸重金属向消落带迁移,消落带重金属向下层积累.重金属污染级别是Cd>Pb>Cu>Cr,主要风险元素为Cd,各重金属污染程度评价等级都在中等以下.FA-MLR分析表明,消落带75.60%的Pb来源于交通运输,62.03%的Cd来源于农业,64.71%的Cu和75.36%的Cr来源于天然矿石.在库岸,82.26%的Pb来源于交通运输,68.63%的Cd来源于农业,65.72%的Cu和69.33%的Cr来源于天然矿石.FA-MLR成功地模拟了香溪河消落带和库岸土壤重金属的来源,并给出各来源的贡献率;同时揭示了重金属的迁移特征,能为香溪河流域重金属污染防治提供有益参考.     

喜旱莲子草对Pb、Cd胁迫响应的研究

采用营养液培养法,以喜旱莲子草为对象,选择重金属Pb在浓度梯度0,0.1,10,50,100和200 mg/L条件下,Cd在浓度梯度0,0.01,1,10,20和40 mg/L条件下,研究了不同浓度Pb、Cd单一及复合胁迫对喜旱莲子草生长的影响。结果表明,在试验条件下,对单一Pb及Cd对喜旱莲子草生长及生理影响而言,与对照相比,当Pb处理浓度为0.1 mg/L时,植物最高株高和最长根长分别增加了3.8%和15%。随着Pb处理浓度增加到200 mg/L时,植物生长受到明显抑制,茎叶株高呈显著下降。当Cd处理浓度为1 mg/L时,与对照相比,植物最高株高和最长根长分别增加了9.0%和10.0%,随着Cd处理浓度增加(20~40 mg/L),植物生长受到明显抑制,茎叶株高呈显著下降。随Pb和Cd处理浓度增加,喜旱莲子草叶绿素含量呈下降趋势,POD活性先升后降,MDA含量呈上升趋势,植株体内Pb、Cd积累量呈上升趋势。在研究Pb、Cd对喜旱莲子草生长及生理胁迫的基础上,选择Pb、Cd不同配比浓度,探讨其对喜旱莲子草的复合胁迫作用,研究植物对重金属Pb、Cd富集特性,结果表明,低浓度Pb、Cd处理表现出相互促进吸收富集,高浓度处理表现出相互抑制吸收富集的特性。     

香溪河沉积物、间隙水的磷分布特征及释放通量估算

采集香溪河沿程5个样点不同季节、不同深度的沉积物,用Hedley分级方法分析磷形态及垂向变化特征,同时研究上覆水和间隙水理化性质对沉积物中磷释放的影响.香溪河上覆水及间隙水pH值范围为4.72~8.55,夏季呈弱酸性,秋季、冬季及次年春季pH值呈弱碱性;沉积物处于较强还原性环境;上覆水及间隙水总磷质量浓度(TP)年变化范围为0.02~0.48mg·L~(-1),沉积物TP含量为0.48~1.45 g·kg~(-1);沉积物中磷形态的含量为HCl-P(HCl提取态)Res-P(残余磷)NaOH-P(NaOH提取态磷)NaHCO_3-P(NaHCO_3提取态磷)H_2O-P(水提取态磷).沉积物-上覆水体交界面还原性环境有利于沉积物中磷向上覆水中释放;春季水体的弱碱性、夏季的弱酸性有利于沉积物向上覆水释磷,从而增加了上覆水体富营养化的风险;间隙水TP与沉积物TP含量密切相关;5个样点中有4个样点的PO_4~(3-)-P由间隙水向上覆水扩散,释放通量为0.01~0.04mg·(m~2·d)~(-1).沉积物是底层水体营养盐的重要来源.