覆盖金属氧化物对湖泊沉积物溶解性有机质特征的影响

为揭示不同金属氧化物对湖泊沉积物DOM（溶解性有机质）影响机制,通过室内模拟试验,在沉积物表层分别覆盖Fe、Al、Mn氧化物及湖沙后培养1 a,并利用三维荧光和紫外光谱方法进行表征.结果表明:① 覆盖Al、Fe、Mn氧化物和湖沙主要降低了0~3 cm沉积物的w（DOC）,降幅分别为8.61%、6.27%、22.38%和0.44%. ② 沉积物中DOM的类络氨酸峰（peak B₁）和类色氨酸峰（peak T₂）均产生较大变化.其中三种氧化物均显著降低了上层沉积物中DOM的peak T₂,使底层DOM的peakT₂显著增加. Mn氧化物使DOM的peak B₁降低,Fe和Al氧化物使DOM的peak B₁增加,湖沙则使两类峰均降低. ③ 覆盖金属氧化物改变了沉积物DOM结构特征,其中覆盖Fe氧化物增强了其芳香性,而覆盖Mn氧化物和Al氧化却降低其芳香性,但三者均使DOM腐质化程度及官能团数量增加,并使FI（Fluorescence Index,荧光指数）增大,表明DOM向生物源转化.研究显示,沉积物表层覆盖金属氧化物影响了沉积物中DOM迁移和转化,并促进了其降解,导致其分子量和腐殖化程度增加.      

洱海沉积物有机质、铁、锰对磷的赋存特征和释放影响

利用SMT磷连续提取分级方法研究了洱海表层沉积物中磷的赋存特征,探讨有机质(OM),Fe和Mn对磷赋存形态及释放的影响,同时评估了洱海沉积物磷的释放风险. 结果表明:洱海表层沉积物w(TP)为710.3～1 961.2 mg/kg,其中w(Ca-P)最高(占36.9%～59.2%),w(OP)次之(占24.6%～36.9%),w(Fe/Al-P)最低(占9.8%～20.7%);w(OM)为25.0～119.6 mg/g,与w(TP)和w(Ca-P)呈显著负相关;w(总锰)为0.8～3.8 mg/g,w(总铁)为34.3～127.2 mg/g,均与w(TP)及其各形态磷含量呈显著正相关. 沉积物中w(Fe/Al-P)/w(Ca-P)比低于0.5,且w(总铁)/w(TP)远大于20,表明磷释放强度小,但w(TOC)/w(OP)<200,说明有机磷的潜在释放风险较大. w(TP)及其各形态磷含量均与无定形铁氧化物(Feo-Fep)含量呈显著正相关,而与结晶态铁氧化物(Fed-Feo)含量的相关性不显著,且全湖沉积物中的铁氧化物以Feo-Fep为主,表明洱海沉积物磷释放主要受Feo-Fep控制.      

洱海表层沉积物中总氮含量及氨氮的释放特征

通过现场调查和室内模拟试验,对洱海具有代表性的9个表层沉积物样品中w(TN)的分布特征以及沉积物中NH₄+-N释放动力学特征进行了研究. 结果表明,洱海表层沉积物中w(TN)在2.0844～6.5153g/kg之间,平均值为3.5378g/kg,北部西岸为高值区,南部(靠近大理市)为次高值区. 一级动力学模型可很好地拟合洱海表层沉积物NH₄+-N释放动力学特征,NH₄+-N最大释放量在0.1209～0.2810g/kg之间;释放主要集中在0~5min内,约占最大释放量的68%~83%;随后释放速率逐渐放缓,到120min后基本达到释放平衡.运用无限稀释法对沉积物NH₄+-N释放潜能进行测定表明,洱海沉积物NH₄+-N释放潜能在1.7001~3.5879 g/kg之间,在水土质量比约为2500时,NH₄+-N释放量达到最大,随后释放逐渐趋于平衡. 洱海沉积物NH₄+-N释放潜能及最大释放量均与其w(TN)呈显著正相关. 洱海沉积物中w(TN)与NH₄+-N释放潜能和最大释放量均高于长江中下游湖泊,具有较大的氮释放风险.      

施肥对不同肥力水平春玉米农田土壤有机碳及其组分的影响

选取辽河灌区不同肥力水平春玉米(Zea mays ssp. mays L.)农田土壤为研究对象,通过连续3年田间定位试验研究施肥对不同层次土壤有机碳组分(TOC、ASOC、LFOC、DOC和MBC)的影响,分析土壤有机碳组分的产量效应.结果表明,连续种植春玉米能够显著增加低产田土壤w(TOC),增加各产田土壤w(ASOC)和w(MBC),降低各产田土壤w(LFOC),土壤w(DOC)变化较小.施肥使土壤w(TOC)增加了-13.41%~7.54%,平均增加了0.16%;使高产田表层(0~10 cm)土壤w(TOC)显著增加,低产田犁底层(20~40 cm)土壤w(TOC)显著降低.施肥使土壤w(ASOC)增加了-13.98%~72.22%,平均增加了15.82%;使低产田犁底层和高产田耕层(10~20 cm)土壤w(ASOC)显著增加,中产田耕层土壤w(ASOC)显著降低.施肥使土壤w(LFOC)增加了-42.60%~168.57%,平均增加了48.83%;使中产田表层和犁底层、高产田表层和耕层土壤w(LFOC)显著增加,高产田犁底层土壤 w(LFOC)显著降低.施肥使土壤 w(DOC)增加了-42.74%~51.29%,平均增加了9.36%;使中产田耕层和犁底层、高产田表层和耕层土壤 w(DOC)显著增加,低产田耕层土壤 w(DOC)显著降低.施肥使土壤 w(MBC)增加了-1.16%~19.97%,平均增加了9.32%,除中产田耕层土壤之外其他土层土壤w(MBC)均有所增加.施肥主要提高土壤ASOC和LFOC含量,促进土壤DOC的变化.施肥显著增加低产田土壤有机碳组分含量,促进中产田土壤有机碳组分变化,增加高产田土壤有机碳耗损.施肥主要增加表层(0~10 cm)土壤有机碳组分含量,耗损犁底层(20~40 cm)土壤有机碳,调解耕层(10~20 cm)土壤活性有机碳组分.施肥对微生物可利用性及结构不同的活性有机碳组分影响不同;高、中、低产田因其土壤理化性状及有机碳本底值不同,对施肥的响应存在差异.施肥总体增加土壤活性有机碳各组分含量,同时通过改变微生物及玉米根系活力影响活性有机碳含量及组分.土壤中有机碳组分与产量的回归方程为(产量)=-4665.61-0.008×w(SOC)-0.421×w (ASOC)-0.777×w (LFOC)+5.370×w (DOC)+33.408×w (MBC).ASOC和MBC具有土壤肥力指示作用,施肥主要通过调控土壤ASOC提高玉米产量.     

春玉米种植密度对土壤有机碳组分的影响

通过西辽河灌区连续3 a的田间试验,研究春玉米不同种植密度（60 000、75 000和90 000株·hm-2）下土壤有机碳组分的质量分数及空间分布特征,阐明了春玉米种植密度对不同层次土壤有机碳组分的影响机制。结果表明：高、低密度均增加土壤0～40 cm土层有机碳质量分数,中密度下促进土壤微生物生物量碳增加。随着种植密度的加大土壤中活性有机碳增加,轻组有机碳减少。玉米生长主要促进10～20 cm土层有机碳的耗损,高密度下促进犁底层（20～40 cm）土壤有机碳质量分数及其活性,使其轻组有机碳减少,微生物生物量碳增加。低密度下主要增加表层（0～10 cm）土壤有机碳质量分数。种植密度通过影响根系群体生物量及其分布,调节土壤微生物活性、残落物碳输入影响土壤有机碳组分。适当的增加春玉米种植密度有利于春玉米农田高产固碳。     

湖泊沉积物对磷酸盐的负吸附研究

分别在高、低两种磷酸盐质量浓度下，研究了6个湖泊沉积物对磷酸盐的负吸附。结果表明，(1)污染严重的湖泊沉积物不仅在上覆水体水质好转时，可能向上覆水体释放磷，即使上覆水体水质没有好转，在一定条件也可能释放；而较为清洁的湖泊沉积物，在上覆水体水质下降时，可能从上覆水体中吸附磷。在水质好转情况下，也可能向上覆水体中释放磷。(2)湖泊沉积物吸附磷酸盐过程中存在负吸附，吸附研究中使用较高质量浓度磷溶液是负吸附现象被掩盖的原因；在吸附研究中不仅要重视负吸附，而且初始磷酸盐质量浓度不能太高。(3)沉积物对磷酸盐的吸附／解吸平衡质量浓度与其有机质、CEC、总氮、总磷以及各形态磷含量均有显著的正相关关系，相比而言。与总磷以及各形态磷含量的相关性最高。污染较为严重的沉积物对磷酸盐的吸附／解吸平衡质量浓度也较高。     

覆盖材料对洱海不同湖区沉积物溶解态有机磷和无机磷释放影响及差异

通过模拟实验探讨了4种覆盖材料对洱海不同湖区沉积物溶解态总磷（DTP）、溶解态有机磷（DOP）和溶解态无机磷（SRP）释放影响及差异.结果表明：①与无覆盖对照相比,覆盖材料通过改变洱海沉积物pH和Eh及溶解性有机质（DOM）特征,降低了沉积物DTP最大释放量,其中,覆盖氧化铁对洱海北部和南部沉积物DTP释放控制效果较好,与无覆盖对照相比,释放量分别减少了44.3%和35.71%;而覆盖氧化铝对中部湖区沉积物DTP释放控制效果较好,与无覆盖对照相比,释放量减少了29.6%.②覆盖铁铝氧化物对洱海不同湖区沉积物SRP和DOP释放量影响差异明显,北部湖区沉积物覆盖氧化铁后,SRP和DOP释放量分别降低了35.6%和36.2%,主要是因为其降低了沉积物pH和Eh,而增加了DOM活性所致;中部湖区沉积物覆盖氧化铝后,SRP和DOP释放量分别降低了28.9%和31.6%,与氧化铝促进了该湖区DOM活性密切相关;南部湖区沉积物覆盖氧化铁后,沉积物SRP和DOP释放量分别降低了47.4%和16.5%,则与覆盖氧化铁降低了该湖区沉积物pH和Eh有关.因此,如选择覆盖材料控制洱海不同湖区沉积物磷释放,北部和南部湖区应选择覆盖氧化铁,而中部湖区应选取氧化铝作为覆盖材料.     

不同年限露天煤矿排土场土壤剖面溶解性有机质荧光和吸光特征

露天煤矿开采对土壤剖面各土层溶解性有机质（DOM）组分含量影响巨大.该研究采用三维荧光光谱（3D-EEM）和紫外-可见光谱（UV-vis）对锡林浩特露天煤矿1~7年排土场土壤剖面（0~100 cm）DOM荧光和吸光特征深入分析,解析排土场生态演替过程中土壤剖面DOM组分及来源时空变化.结果表明:①露天煤矿排土场土壤剖面各土层w（DOC）在102.70~475.80 mg/kg之间,荧光组分中蛋白质类组分占比（29.97%~60.39%）最高,类腐殖酸组分占比（16.09%~44.27%）次之.土壤剖面DOM主要来源于微生物代谢产物,芳香性、腐殖化程度较低,且随排土场年限增加,各土层DOM紫外吸光组分芳香环中羰基、羧基、羟基、酯类含量增加,类腐殖酸组分占比先降后增,蛋白质类组分占比先增后降,类富里酸组分占比呈下降趋势.②随土壤深度增加,DOM含量呈上升趋势,DOM自生源特征及土壤微生物活性减弱,次表层（20~40 cm）出现明显波峰.随排土场年限增加,深层土壤DOM荧光组分中蛋白质类组分占比呈下降趋势,类富里酸组合占比垂向变化较小,类腐殖酸组分占比呈增加趋势.随着地表植被由无到有,DOM自生源特征降低,腐殖化程度增强.③排土场土壤剖面pH可作为评估DOM腐殖化程度的良好指标,总氮（TN）含量可作为指示DOM分子量重要指标.研究显示,不同年限露天煤矿排土场土壤剖面DOM荧光和吸光特征能够作为露天煤矿环境治理与生态恢复的评价指标.      

洱海表层沉积物碱性磷酸酶活性时空变化

研究了2010—2011年洱海表层沉积物中碱性磷酸酶活性的时空变化,并探讨了沉积物及水体理化因子对碱性磷酸酶活性的影响.结果表明:①洱海表层沉积物中碱性磷酸酶活性为45.63～144.67μmol/(g·h),空间分布总体呈北部＞南部＞中部,受外源污染物输入影响较大的区域,其沉积物中w(TN)、w(TP)较高,碱性磷酸酶活性也较高;②洱海表层沉积物中碱性磷酸酶活性呈明显的季节性变化特征,秋季(11月)<冬季(2月)<春季(5月)<夏季(8月),并且西部沿岸区域的季节性变化差异显著;③碱性磷酸酶活性与沉积物中w(OM)、w(TN)、w(OP)、w(TP)、m(C)/m(N)及水体ρ(OP)、ρ(TN)和ρ(COD_Mn)呈显著正相关. 沉积物及水体的理化因子是影响其碱性磷酸酶活性的重要内因,而外源污染物输入则是重要外因.      

洱海沉积物中不同形态磷的时空分布特征

为揭示洱海沉积物磷形态变化的影响因素及其内源磷负荷状况,研究了洱海沉积物中不同形态磷的空间分布和季节性变化特征. 结果表明,洱海表层沉积物中w(TP)为418.71～1108.34mg/kg,空间分布总体呈中部湖区＞南部湖区＞北部湖区;w(IP)为302.35～871.00mg/kg,分布趋势与w(TP)相同;w(Fe/Al-P)为36.22～406.40mg/kg,与w(IP)分布趋势相同;w(Ca-P)为172.34～420.38mg/kg,北部最高;Fe/Al-P和Ca-P是IP的主要形态. 夏季(7月)w(TP)、w(IP)和w(Fe/Al-P)升高,w(labile-P)(labile-P为弱吸附态磷)和w(Fe/Al-P)季节性差异显著. 沉积物柱状样w(TP)、w(OP)、w(labile-P)和w(RSP)(RSP为可还原态磷)随着沉积物深度的增加呈下降趋势,表层富集明显;w(IP)、w(Fe/Al-P)和w(Ca-P)随深度的增加呈上升趋势. 洱海沉积物磷时空分布主要受外源磷输入影响,随水深增加沉积物中w(TP)呈升高趋势,不同形态磷分布受水生生物活动影响较大. 与长江中下游湖泊相比,洱海沉积物中w(TP)高,其中w(IP)及其所占w(TP)的比例较小,磷内源可释放量较低,Fe/Al-P和RSP等生物可利用磷的质量分数及其占w(TP)的比例较大,释放风险较高.