Use of Fe/Al drinking water treatment residuals as amendments for enhancing the retention capacity of glyphosate in agricultural soils

Fe/Al drinking water treatment residuals (WTRs), ubiquitous and non-hazardous by-products of drinking water purification, are cost-effective adsorbents for glyphosate. Given that repeated glyphosate applications could significantly decrease glyphosate retention by soils and that the adsorbed glyphosate is potentially mobile, high sorption capacity and stability of glyphosate in agricultural soils are needed to prevent pollution of water by glyphosate. Therefore, we investigated the feasibility of reusing Fe/Al WTR as a soil amendment to enhance the retention capacity of glyphosate in two agricultural soils. The results of batch experiments showed that the Fe/Al WTR amendment significantly enhanced the glyphosate sorption capacity of both soils (p < 0.001). Up to 30% of the previously adsorbed glyphosate desorbed from the non-amended soils, and the Fe/Al WTR amendment effectively decreased the proportion of glyphosate desorbed. Fractionation analyses further demonstrated that glyphosate adsorbed to non-amended soils was primarily retained in the readily labile fraction (NaHCO₃-glyphosate). The WTR amendment significantly increased the relative proportion of the moderately labile fraction (HCl-glyphosate) and concomitantly reduced that of the NaHCO₃-glyphosate, hence reducing the potential for the release of soil-adsorbed glyphosate into the aqueous phase. Furthermore, Fe/Al WTR amendment minimized the inhibitory effect of increasing solution pH on glyphosate sorption by soils and mitigated the effects of increasing solution ionic strength. The present results indicate that Fe/Al WTR is suitable for use as a soil amendment to prevent glyphosate pollution of aquatic ecosystems by enhancing the glyphosate retention capacity in soils.     

蓝藻越冬期湖湾沉积物磷吸附特征和释放风险

越冬过程是蓝藻暴发的前置阶段,该时期沉积物内源磷是蓝藻水华发生的主要磷源之一.在调查藻型湖湾蓝藻越冬两个时期(休眠期和复苏期)水质和沉积物污染物指标的基础上,进一步分析了水平和垂直方向上沉积物磷吸附特征,阐明沉积物磷释放风险及微生物群落结构变化.结果表明,研究区域两个时期湖湾基本为中度富营养水平,并且水质和沉积物氮磷污...     

三峡库区支流的河-湖两态及其对沉积物不同形态磷含量的影响

三峡大坝独特的调度运行方式决定了三峡库区支流在水动力方面显著区别于自然河流.为探究库区特殊调水机制下支流沉积物内源磷的动态变化,于2016年在库区北岸最大支流澎溪河中游的高阳平湖段进行了 8次(1、3～8和10月,每月一次)水体和沉积物样品采集,分析其不同形态磷含量,并对流速、水深和沉积物碱性磷酸酶活性等进行了一系列分...     

施用给水厂残泥对南北方不同类型农田土壤质量的影响

为评估WTR(给水厂残泥)在农业区污染控制领域的土地应用风险,从土壤理化性质、土壤养分含量、有机质活性、微生物生长和土壤酶活性等五方面,考察了不同WTR添加量(w为0%、2%、5%、10%)对3个南北方农田(土壤)(常州水稻田、寿光和天津蔬菜种植区土壤,依次记做常州土壤、寿光土壤和天津土壤)质量的影响.结果表明:①WTR添加后,各土壤中CEC(阳离子交换容量)提高了23.7%～63.9%;添加WTR有利于调节酸性和碱性土壤pH,使之更适合作物生长,随着WTR添加量由0%增至10%,常州土壤pH由5.45升至6.69,寿光和天津土壤pH则分别由7.57、7.88降至7.26、7.64.②添加适量WTR不会造成土壤中P、K、Fe、Al、Ca、Mg、Cu、Mn和Zn等多种有效态元素含量的缺失,特别是在富P(>50 mg/g)土壤中施加2%～10%的WTR,既能满足植物生长对有效P的需求,又能降低P的淋溶风险.③在施肥和不施肥条件下,WTR添加量≤5%时均能增加土壤w(活性有机质),促进土壤微生物生长,提高土壤脱氢酶和总磷酸酶活性.由于WTR对有机P底物的强吸附作用,不施肥条件下,WTR添加量达到10%时,土壤总磷酸酶活性降低了55%;而施加有机肥会削弱或抵消这种不利影响,土壤总磷酸酶活性可提高至未添加WTR时的1.7倍.因此,添加适量WTR能有效改善我国南北方不同类型农田土壤质量.      

Liver histological changes and lipid peroxidation in the amphibian Ambystoma mexicanum induced by sediment elutriates from the Lake Xochimilco

Lacustrine sediments accumulate pollutants that input from the lake watershed and can be released to the water column by sediment resuspension; thus, pollutants can change their bioavailability and exert adverse effects to aquatic biota. Shallow-urban lakes are particularly susceptible to receive pollutants from urban discharges and sediment resuspension. Lake Xochimilco, in Mexico City, an urban-shallow lake, faces multiple problems: urban sprawl, overexploitation of aquifers, drying of springs, discharge of wastewater from treatment plants, and sediment resuspension. The aquatic biota living in this ecosystem is continuously exposed to the release of pollutants from the sediments. We assessed the risk that pollutants released from sediments from Lake Xochimilco, Touristic (TZ) and Agriculture zone (AZ), can exert on a native amphibian species of the lake (Ambystoma mexicanum) through exposure bioassays to sediment elutriates. We evaluate alterations in the amphibian by three approaches: biochemical (level of lipid peroxidation, LPO), cellular (ultrastructure) and the liver histology of A. mexicanum and we compare them with a batch control. Additionally, we assessed heavy metals (Pb, Cd and Hg) in elutriates. Elutriates from TZ showed the highest concentrations of the metals assessed. Organisms exposed to sediment elutriates from either study sites showed higher LPO values than control organisms (p < 0.05). Organisms exposed to elutriates from the TZ showed the most conspicuous damages: hepatic vasodilation of sinusoids, capillaries with erythrocytes, leukocyte infiltration and cytoplasmic vacuolation in hepatocytes. The biological responses assessed reflected the risk that faces A. mexicanum when is exposed for prolonged periods to sediment resuspension in Lake Xochimilco.     

水华生消过程对巢湖沉积物微生物群落结构的影响

水华对湖泊水体和沉积物理化和生物学性质的影响已进行了较多研究,但鲜见水华生消过程对湖泊沉积物微生物群落结构的影响.本研究以巢湖为对象,通过PCR-DGGE方法分析了水华形成、持续和消亡阶段对沉积物微生物群落结构的影响.结果表明,巢湖水华形成期为5月15日~6月20日,持续期为6月20日~9月5日,之后进入水华消亡期.PCR-DGGE分析表明,非水华区沉积物微生物的种类、Shannon-Wiener指数、Simpson指数随时间变化较小,微生物相似度较高,温度可能是影响非水华区微生物群落结构波动的主要因子;在水华区,沉积物微生物的种类、Shannon-Wiener指数在水华形成期和消亡期较低,在水华持续期较高,而Simpson指数则呈相反趋势,微生物相似度相对较低,表明水华形成、持续和消亡过程对微生物群落结构、优势种有不同影响,温度和水华导致的水体性质变化可能是沉积物微生物变化的主要因子.本研究表明,水华生消过程对湖泊沉积物微生物有不同的影响,这对深入评价水华对湖泊水生生态系统的影响和利用微生物防治湖泊水华有重要意义.     

Evaluation of nutrient limitation in aquatic ecosystems with nitrogen fixing bacteria

There has always been a great need for simple and accurate bioassays for evaluating nutrient limitation in aquatic ecosystems. Whereas organic carbon is usually considered to be the limiting nutrient for microbial growth in many aquatic ecosystems, there are, however, many water sources that are limited by phosphorus or nitrogen. A method named ＂nitrogen fixing bacterial growth potential＂ （NFBGP） test, which is based on pre-culturing of autochthonous （target） microorganisms was described. The method was applied to evaluate phosphorus or nitrogen nutrient limitation in lake and sewage water samples using an isolate of the nitrogen fixing bacterium, Azorhizobium sp. WS6. The results corresponded well to those from the traditional algal growth potential （AGP） test and the bacterial regrowth potential （BRP） test, suggesting that the NFBGP test is a useful supplementary method for evaluating the limiting nutrient, especially phosphorus, in an aquatic environment.     

绿潮硬毛藻分解对天鹅湖水体氮磷水平的影响

为了解绿潮硬毛藻衰亡分解对上覆水体营养水平的影响,以荣成天鹅湖不同湖区的沉积物和暴发的硬毛藻为试材,通过室内模拟研究了藻类分解过程中水体氮磷水平及理化性质的变化,并评价了不同湖区沉积物中氮磷的释放潜力.结果表明:硬毛藻衰亡分解使上覆水体中ρ(TN)和ρ(NH₄+-N)均明显上升,并且前期(0~16 d)上升较快,ρ(TN)和ρ(NH₄+-N)最高分别可达12.40和7.98 mg/L;水体中ρ(TP)和ρ(SRP)表现为前期变化不大,19 d后大幅增加,含量变幅分别为0.02~1.14和0.01~0.40 mg/L.在试验中后期(约16 d后),不同湖区沉积物处理的水体中ρ(TN)、ρ(NH₄+-N)、ρ(TP)、ρ(SRP)均表现为有沉积物含藻处理>无沉积物含藻处理>有沉积物无藻处理.在藻分解的条件下,不同湖区沉积物的氮磷释放能力存在很大差异,氮释放量的顺序为湖中心>西北部>南部,而磷表现为西北部>湖中心>南部.在硬毛藻绿潮的衰亡阶段,由于初期藻体营养盐的直接释放和后期促进沉积物内源释放的间接影响,水体中ρ(TN)和ρ(TP)均明显增加,进而加重了天鹅湖水体的富营养化水平.      

Influence of the inherent properties of drinking water treatment residuals on their phosphorus adsorption capacities

Batch experiments were conducted to investigate the phosphorus（P） adsorption and desorption on five drinking water treatment residuals（WTRs） collected from different regions in China. The physical and chemical characteristics of the five WTRs were determined. Combined with rotated principal component analysis, multiple regression analysis was used to analyze the relationship between the inherent properties of the WTRs and their P adsorption capacities. The results showed that the maximum P adsorption capacities of the five WTRs calculated using the Langmuir isotherm ranged from 4.17 to8.20 mg/g at a p H of 7 and further increased with a decrease in p H. The statistical analysis revealed that a factor related to Al and 200 mmol/L oxalate-extractable Al（Alox） accounted for 36.5% of the variations in the P adsorption. A similar portion（28.5%） was attributed to an integrated factor related to the p H, Fe, 200 mmol/L oxalate-extractable Fe（Feox）, surface area and organic matter（OM） of the WTRs. However, factors related to other properties（Ca,P and 5 mmol/L oxalate-extractable Fe and Al） were rejected. In addition, the quantity of P desorption was limited and had a significant negative correlation with the（Feox＋ Alox） of the WTRs（p 〈 0.05）. Overall, WTRs with high contents of Alox, Feoxand OM as well as large surface areas were proposed to be the best choice for P adsorption in practical applications.     

湖泊沉积物溶解性有机氮组分的藻类可利用性

选择乌梁素海和洱海沉积物样品,利用XAD-8树脂分离和三维荧光光谱技术,在室内培养条件下,研究了其溶解性有机氮(DON)不同组分的藻类可利用性.结果表明:①DON分组后,所研究湖泊沉积物DON及DOC平均损失低于5%,即XAD-8树脂分离技术可以用于湖泊沉积物DON的分组研究.②通过三维荧光光谱分析,湖泊沉积物DON亲水组分以类蛋白质为主,疏水组分以类腐殖质为主.③亲水组分培养条件下,来自乌梁素海和洱海沉积物的DON处理,其藻类生长分别呈"S"型曲线和直线上升趋势,最大藻密度分别达到535.5×104个·mL-1和709.5×104个·mL-1;其ρ(DON)均呈显著降低趋势,培养后ρ(DON)分别降低了2.46 mg·L-1和2.98 mg·L-1,表明湖泊沉积物亲水DON组分是藻类可利用的有机氮形态.④疏水组分培养条件下,来自乌梁素海和洱海沉积物的DON处理,其藻类生长均呈"单峰"曲线变化,最大藻密度分别达到113.5×104个·mL-1和275.5×104个·mL-1;ρ(DON)均在培养初期迅速下降,培养后期几乎不变,表明湖泊沉积物疏水DON组分在短时间内藻类可利用性较低,对藻类生长几乎无贡献作用.     

微生物和藻类分解对荣成天鹅湖沉积物氮磷释放的影响

以荣成天鹅湖的沉积物和硬毛藻为试材,模拟研究了不同微生物活性和藻类条件下上覆水体氮磷的含量变化,探讨了藻类分解和微生物活性对沉积物营养盐释放的影响。在无藻条件下,不同处理水体的总氮和总磷含量随时间的波动较大,分别变化在0.42~11.71 mg/L和0.02~0.32 mg/L之间;中后期各微生物处理氮磷含量的顺序为氯化汞>葡萄糖、对照>甲醛。藻类分解条件下,水体的总氮和总磷含量远高于无藻条件,含量变幅分别为5.43~34.76 mg/L和0.28~1.80 mg/L;初期水体氮磷含量较高,之后随时间呈下降趋势。试验前期,有藻各处理总氮表现为氯化汞>葡萄糖>对照>甲醛,总磷为氯化汞>葡萄糖、甲醛>对照;后期各处理间差异减小。相同微生物活性下,有藻处理水体的氮磷含量均明显高于无藻条件。试验结束时,无藻组各处理沉积物的微生物活性均较低;而有藻条件下相对较高,各处理顺序为对照>葡萄糖、氯化汞>>甲醛。绿潮藻类分解条件下,微生物对天鹅湖沉积物的氮磷释放有着明显影响;微生物活性越强,沉积物氮磷的释放量越大。     

武汉东湖湖水的藻类生长潜力(AGP)测试

在东湖湖水样品中添加排入东湖的主要污水或营养物（氮和磷）进行藻类测试,观察它们对斜生橱藻（Scenedesmus obliquus）的生长促进作用.生长反应与添加的污水浓度成正比,其SC₂₀（促进20％增长的浓度）为0.5—4％.单独添加氮或磷,在高浓度情况下也很少促进藻类生长,但共同添加时大多有促进作用.东湖为一严重富营养型湖泊,为了控制其富营养化进程,污水截流应是首先要采取的一项措施.     

巢湖沉积物磷铁硫形态记录及其环境变化指示

分析了巢湖表层和柱状沉积物中磷（P）、铁（Fe）和硫（S）元素的形态组成、分布、相互关系及其指示的湖泊环境变化.西半湖S3采样点位柱状沉积物总磷（TP）记录表明,巢湖西半湖区自20世纪60年代开始受人类活动影响逐步明显,其中钙磷（Ca-P）指示的流域径流输入增加早于铁铝磷（Fe/Al-P）指示的居民生活污水输入;西半湖区沉积物15~0cm有机质埋藏持续增加伴随着pH值的逐步升高,指示了水体富营养化导致藻类生产力（光合作用）提高并显著影响pH值;而东半湖S7采样点位柱状沉积物磷形态则记录了东半湖区不同的环境变化特征.巢湖沉积物活性铁组分以Fe （Ⅱ）为主,S3和S7沉积剖面Fe （Ⅲ）/Fe （Ⅱ）值整体均呈上升趋势且与Fe （Ⅲ）同步变化,表明其比值由Fe （Ⅲ）变化驱动;Fe （Ⅲ）/Fe （Ⅱ）指示沉积物上层为弱氧化性,其余层位为还原性环境.沉积物还原性无机硫（RIS）以酸可挥发性硫（AVS）为主,沉积物高有机质含量、低元素硫和还原条件降低了AVS向黄铁矿硫（CRS）的转化.巢湖沉积物中与P,S结合的Fe占比很小,高Fe/P和Fe/S比值会抑制沉积物磷的释放,导致柱状剖面P,Fe和S之间的相互作用关系整体上并不显著.     

武汉东湖湖水的藻类生长潜力(AGP)测试

在东湖湖水样品中添加排入东湖的主要污水或营养物(氮和磷)进行藻类测试,观察它们对斜生橱藻(Scenedesmus obliquus)的生长促进作用.生长反应与添加的污水浓度成正比,其SC_(20)(促进20％增长的浓度)为0.5—4％.单独添加氮或磷,在高浓度情况下也很少促进藻类生长,但共同添加时大多有促进作用.东湖为一严重富营养型湖泊,为了控制其富营养化进程,污水截流应是首先要采取的一项措施.     

藻类水体Cd2+毒性快速监测新方法研究

采用藻类生长抑制试验和光合活性抑制试验两种方法对蛋白核小球藻受不同浓度Cd2+胁迫作用下叶绿素浓度及藻活性荧光参数进行测量,依据Sigmoidal曲线拟合及单因素方差分析(one-way ANOVA)的方法对Cd2+不同胁迫时间下藻活性抑制率和96 h比生长率抑制率的相关性进行研究.结果表明,48、53、72、77和96 h的藻活性抑制率和96 h比生长率抑制率间具有较好的S函数关系(R2>0.95),因此可采用藻活性抑制率48 h-EC10和53 h-EC10来代替96 h的藻类半数比生长率抑制率EC50进行Cd2+藻类毒性实验评价.进一步分析了蛋白核小球藻受Cd2+胁迫48 h和53 h藻活性抑制率和Cd2+毒性当量的剂量-效应关系.该方法为实验室内单一Cd2+毒性的监测提供了一种快速有效的新方法,为水环境综合毒性预警提供了一种切实可行的方法依据.     

水华条件下鄱阳湖区植物叶片碳氮同位素特性

为探讨水华发生区水生植物微观碳氮代谢特性,于2014年同期监测了鄱阳湖6个具重要生态功能的湖区水质,同时采集各湖区两种生活型优势水生植物——马来眼子菜(Potamogeton malaianus)和荇菜(Nymphoides peltatum),并对其叶片中δ13C和δ15N同位素进行分析. 结果表明,相对于非水华区,水华区水体中ρ(Chla)、ρ(TN)、ρ(TP)、ρ(NH₄+-N)明显偏高,处于富营养态. 马来眼子菜叶片δ13C偏低0.22‰~3.91‰,δ15N偏低0.66‰~10.15‰;荇菜叶片δ13C偏高1.15‰~2.37‰,δ15N偏低3.02‰~4.81‰. 水华区马来眼子菜叶与荇菜叶中δ13C、δ15N趋同,差异变小,分别为3.53‰和0.37‰(非水华区δ13C差异为5.93‰~8.59‰,δ15N差异为0.63‰~7.50‰);各采样点马来眼子菜叶δ15N相对于荇菜叶δ15N偏高0.37‰~7.50‰,其δ13C变幅(3.91‰)更大(荇菜叶片为2.37‰). 研究显示,马来眼子菜受环境的影响更大,能更敏感地指示环境灾变.      

两种化感物质联合抑藻的模型建立及数学最优化

在化感物质焦性没食子酸和亚麻酸单独抑藻的基础上,将两种化感物质按不同初始浓度组合进行联合抑藻的实验.根据实验过程中藻密度的变化趋势及特征,采用微元分析法,通过相应的偏微分方程,建立了化感物质复合抑藻时的数学模型.结果表明,该模型能够有效地分析和预测焦性没食子酸与亚麻酸在一定浓度范围内联合抑藻时藻密度随时间的变化规律.根据该模型还可以预测不同时间节点上,化感物质复合抑藻的半抑制浓度(EC50)、最小有效浓度(MIC),以及联合抑藻的最佳浓度组合和在成本控制下的联合抑藻最佳浓度组合等.该研究对指导制备高效、经济的复合生物抑藻剂及其应用均具有一定的理论意义和实用价值.     

蓝藻暴发对巢湖表层沉积物氮磷及形态分布的影响

以巢湖表层沉积物及上覆水体为对象,于蓝藻暴发前(4月)和蓝藻暴发期(7月)采集水样及沉积物样品,分析了氮磷及其形态赋存特征,并探讨了沉积物氮磷及其形态与蓝藻暴发的关系.结果发现,蓝藻暴发时,巢湖表层沉积物总磷减少,总氮增加,同时削弱了磷在空间上分布的异质性.从氮磷形态来看,蓝藻暴发未造成巢湖表层沉积物氮形态(NH4+-N、NO3--N和Org-N)含量和比例的明显波动,但却造成了活性磷(弱吸附态磷和铁铝结合态磷之和)含量及比例的下降,钙结合态磷(Ca-P)以及有机磷(OP)含量及比例增加,生物有效性磷(AAP)的含量的减小.相关性分析表明,上覆水中叶绿素a(Chl-a)的浓度与铁铝结合态磷(Fe/Al-P)以及有机磷(OP)的含量显著相关(P<0.05),却与氮形态(铵态氮,硝态氮和有机氮)相关性不显著.巢湖沉积物磷(Fe/Al-P及AAP)对巢湖水体蓝藻暴发具有促进作用,而氮及其形态对蓝藻暴发作用较弱.     

富营养化湖泊藻华腐解产生的溶解性有机质动态变化及其环境效应

富营养化和有害藻华是湖泊面临的主要环境问题,富营养化湖泊藻华在后期会发生衰亡和腐解并产生大量藻源溶解性有机质（DOM）,影响水体DOM的质量和活性,并对关键元素的生物地球化学循环产生重要调控作用.为探究不同富营养化程度湖泊水体藻华腐解过程,对藻华腐解过程中水体DOM总量、生物有效性、相对分子质量和组分的动态变化进行分析,并探讨了藻华腐解引发的环境效应.结果表明,藻华腐解显著提高DOM浓度、生物有效性和各荧光组分强度.随着腐解的进行,DOM浓度逐渐降低,而相对分子质量逐渐增大.在分子水平上,超高分辨率质谱结果显示腐解过程中不饱和烃和脂肪族化合物优先被微生物利用,并生成木质素、缩合烃和高O/C值的单宁酸等惰性分子.藻华腐解过程中细菌群落主要优势种从变形菌门（46%）逐渐变为拟杆菌门（42%）.此外,藻华腐解还导致水体CO₂和CH₄排放显著升高1.2~5倍,且排放量可以由DOM光学指标a₂₅₄预测.该结果为全面揭示藻华腐解过程中DOM特征的动态变化,以及湖泊富营养化治理和环境效应预测提供理论依据和科学支撑.     

巢湖东区底泥污染物分布特征及评价

测定了巢湖东区底泥样品中有机质、总氮、总磷、铅、铜、铬和锌的含量,其中,表层w(有机质),w(总氮)和w(总磷)的平均值分别为2 016%,0 108%和0 053%;w(Pb),w(Cu),w(Cr)和w(Zn)的平均值分别为40 2,40 1,79 2和123 8mg kg。研究了底泥污染物的垂直分布特征,其一般规律是严重污染层高于污染过渡层,污染过渡层高于正常湖泥层。用潜在生态危害系数法对底泥重金属污染作了评价,结果表明,巢湖东区底泥重金属含量高于安徽土壤背景值,但仍属于低生态危害。对有机质与其他污染物之间的关系作了相关分析,其中w(总氮)(y,%)与w(有机质)(x,%)之间的线性方程为:y=0 1194+0 0475x,相关系数0 975,线性高度显著,说明总氮与有机质具有同源性。底泥中的w(C) w(N)为18.62,w(N) w(P)为2 12,与其他富营养化湖泊比较,没有显著差异。有机指数均高于底泥肥污染标准。