包气带土层的反硝化强度测定方法研究

包气带土层的反硝化作用影响因素复杂,目前尚无较好的反硝化强度测定方法.本文经比较,选择以"地中渗透土层加底物消失平衡法"为参照,改进为向构建的田间渗透箱(柱)原状土层施入一定的硝态氮液态肥料,并配合同步测试土壤的有机氮矿化量、微生物固持无机氮量以及氮挥发量、作物吸收氮值等,再与土层的硝态氮净输入量、本底量、末期量及铵氮...     

白洋淀冬季沉积物好氧反硝化菌垂向分布特征及群落构建

为了探究白洋淀冬季沉积物好氧反硝化菌群落垂向分布特征、关键物种和群落构建过程,结合好氧反硝化功能基因（napA）高通量测序技术,进行了微生物多样性分析、物种差异分析、关键物种识别和群落构建过程研究.结果表明,该时期白洋淀沉积物高通量测序得到13 845个OTUs,共分为10个门类,其中第一大门类为变形菌门,达到29.03%～94.46%,从表层到底层呈下降趋势;占比前二的纲为β-Proteobacteria和γ-Proteobacteria;占比前三的属为Cupriavidus、Aeromonas和Thauera.微生物α多样性显示垂向分组间表层沉积物Chao1指数最大为3 327.67±621.28,明显高于底层（2 193.96±455.57）;中层沉积物Simpson指数最大为0.97±0.013,明显高于表层（0.94±0.029）.主成分分析和Venn图显示表层和底层间差异性最显著,Adonis分析表明垂向间存在极其显著差异（P<0.001）;随机森林分析和网络分析的关键物种有交叉相同的物种（Bordetella）,但差异贡献程度最高的物种不同,分别为Ferrimona...     

若尔盖花湖沉积物氨氧化与反硝化功能基因丰度垂向分布特征及其环境响应

若尔盖湿地作为中国最大的泥炭沼泽区,是生物地球化学循环的重要场所.本文以若尔盖湿地的花湖为研究对象,采集0～47 cm的沉积物样品,通过实时荧光定量PCR(qPCR)技术,探究沉积物中氨氧化(amoA)和反硝化(nirS、nirK、nosZ clade I)功能基因丰度的垂向分布特征,及其对环境因子的响应.结果表明:花湖沉积物中古菌amoA基因丰度在垂向分布上呈下降趋势,而nirS基因丰度呈上升趋势;古菌和细菌的amoA基因丰度相近,nirS基因丰度则远高于nirK基因,且氨氧化功能基因丰度整体上比反硝化功能基因低1～2个数量级.总氮(TN)、总磷(TP)、氨态氮(NH~+_4-N)、硝态氮(NO~-_3-N)和亚硝态氮(NO~-_2-N)与古菌amoA基因丰度均呈显著正相关关系(p0.05),而与nirS基因丰度呈显著负相关关系(p0.05).这两种功能基因明显受到花湖沉积物中不同形式氮素浓度的影响与限制.通过研究花湖沉积物氨氧化与反硝化功能基因的垂向分布特征及其对环境的响应,可为深入了解高原湖泊沉积物中的氮循环机理提供参考.     

北京典型土壤剖面中饱和烃的组成及垂向分布特征

分析了北京地区不同环境功能区具有代表性的10个土壤剖面样品中饱和烃污染物的含量和组成特征.结果表明,不同剖面饱和烃的浓度差别明显,其变化范围为1.5～54.1 μg·g-1,其中城区(B7)、污灌农田(B9)和工业区(B10)浓度较高.所有的剖面均检出了正构烷烃、类异戊间二烯烷烃、烷基环己烷和甾、萜类等饱和烃污染物,大部分剖面中各类化合物的相对含量为正构烷烃＞类异戊间二烯烷烃＞甾萜类＞烷基环己烷,而且在表层土中正构烷烃的含量明显占优势.不同剖面中饱和烃浓度随深度增加而降低,在表层30 cm内饱和烃含量随深度增加而明显降低,40 cm以下含量基本保持恒定,且与有机碳含量的变化趋势基本一致,地球化学参数(如CPI1、CPI2、甾萜类生物标志物参数等)分析表明,城区表土(B7)主要受化石燃料污染,而其它剖面表土正构烷烃主要来源于高等植物,但也受不同程度的化石燃料及其燃烧产物的污染;剖面深部土样中正构烷烃来源与表层土不同,其来源与土壤本身或成土母岩中所含的有机质的地球化学演化有关,而甾萜类化合物和烷基环己烷与表层土中的来源可能基本相同.     

某焦化场地非均质包气带中多环芳烃(PAHs)来源及垂向分布特征

利用某废弃焦化场地内6眼深层采样孔,样品最大采集深度9. 5～42 m不等,分析包气带剖面上16种PAHs分布特征、污染来源以及影响迁移的因素.结果表明,各钻孔ΣPAHs最大含量介于134. 79～11 266. 81 mg·kg^-1之间,主要分布层位为地表以下1～5 m,含量以低环(2+3环)为主,单体以萘含量最高.场地污染主要来自于煤的燃烧源.焦油、沥青及其深加工产物的污染对场地ΣPAHs含量起控制作用.包气带砂卵砾石层作为污染物良好的下渗通道,砂层透镜体通过吸附及截留作用成为PAHs的主要富集层.化产区排放或泄漏的各类油液通过混溶、竞争性吸附等作用增强了PAHs垂向迁移能力,并致使深部包气带受到污染.地表0～1 m土壤受人为扰动、降雨淋滤、降解作用,30 m以下岩层受到地下水溶滤作用,导致低环/高环比例随深度增加呈现先升高后降低的趋势.污染来源、包气带理化指标及水文地质条件等共同作用控制PAHs垂向分布及迁移.     

扎龙湿地沉积物垂向剖面中多环芳烃分布特征

对扎龙湿地核心区沉积物分层取样,以正己烷/二氯甲烷为提取剂,用超声波方法提取沉积物中16种优控PAHs,采用GC/MS法定量分析w(PAHs). 结果表明,扎龙湿地剖面沉积物中2环和3环PAHs占PAHs总量的86%以上,4环以上的PAHs所占比例较小. 在各层沉积物中含量较高的萘、菲、芴及PAHs总量随深度的增加而减小,沉积物表层0～10 cm内的w(PAHs)最高,达396.61 ng/g. 表层沉积物中含量较高的PAHs为萘>菲>芴>荧蒽>芘>二氢苊>苊烯>. w(PAHs)与沉积物中w(TOC)呈正相关关系,相关系数为0.9347. 从扎龙湿地的低环PAHs污染特征以及同周边地区大气颗粒物中的PAHs对照分析表明,扎龙湿地沉积物中的PAHs主要来源于石油类污染.      

稻田土壤氧化亚氮产生潜势、反硝化功能基因丰度和群落结构的垂向分布

土壤中氧化亚氮（N₂O）的释放量占全球N₂O释放总量的60%.其中，稻田土壤是N₂O最主要的释放源.反硝化过程是稻田土壤N₂O生成的主要微生物过程之一.本研究选取广东韶关稻田垂向土壤（0~100 cm）为研究对象，通过乙炔抑制剂法测定了N₂O产生潜势和反硝化潜势，并利用针对特异性功能基因的实时荧光定量和高通量测序技术分别分析反硝化功能基因丰度和反硝化微生物群落结构.结果显示：0~10 cm深度的土壤样品N₂O产生潜势最高，可达（0.020±0.0035）μg·g^-1·h^-1.反硝化功能基因中，nirK基因的丰度峰值（（1.51±0.0015）×10⁸ copies·g^-1）出现在0~10 cm深度，而nosZ和nirS基因的丰度峰值（（4.29±0.0015）×10⁷ copies·g^-1和（8.86±0.0010）×10⁷ copies·g^-1）均出现在10~20 cm深度.稻田垂向土壤中N₂O产生潜势和相关的反硝化功能基因（nosZ、nirK和nirS）丰度均随土壤深度的增加而逐渐降低.其中在所有深度的土壤样品中nirK基因的丰度均高于nirS.基于nirK基因的高通量测序结果发现慢生根瘤菌（Bradyrhizobium）的相对丰度最高（44.06%±6.14%，n=6）.相关性分析表明，稻田土壤中N₂O产生潜势与环境因子（TN、TC和含水率）、反硝化功能基因丰度以及慢生根瘤菌（Bradyrhizobium），罗河杆菌属（Rhodanobacter）和亚硝化螺菌属（Nitrosospira）的相对丰度呈正相关.上述结果表明稻田土壤中环境因子和反硝化功能基因丰度影响了N₂O产生潜势的垂向分布.     

不同空间位点沉积物理化性质与微生物多样性垂向分布规律

运用化学分析方法和PCR-DGGE技术从沉积物化学及基因角度对太湖不同空间位点沉积柱理化性质(pH、Eh)、营养盐(TN、TP、OM)及微生物多样性的垂向分布及相关性进行研究.结果表明,沉积物Eh在水-土界面处于轻度还原状态,表层下,随沉积深度的增加迅速下降,还原性逐渐增强.沉积物pH在整个剖面上变化幅度不大,在7.2～7.8变动.沉积物中含有丰富的营养盐,总氮和总磷最高含量分别为 2.436 mg/g和 0.731 mg/g,其剖面分布特征表明,沉积物表层总氮和总磷含量远高于底层,其含量随深度增加而降低.沉积物有机质含量在15 cm以上变化幅度较大,随着沉积深度的增加,有机质含量明显减少.沉积物中微生物群落结构显示了明显的空间分布多样性差异.三位点TN与OM之间均存在显著的相关性,但理化指标与营养盐以及微生物群落多样性指标之间不存在显著的相关性.     

厌氧氨氧化细菌和反硝化厌氧甲烷氧化细菌在岸边带土壤中的分布规律

厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation,anammox)和反硝化厌氧甲烷氧化(nitrite-dependent anaerobic methane oxidation,n-damo)的发现打破了人们长久以来对生物氮、碳循环的传统认识.厌氧氨氧化细菌(anammox bacteria)和反硝化厌氧甲烷氧化细菌(n-damo bacteria)在水生态系统均有分布,并且在全球氮、碳循环中发挥重要作用.但它们在岸边带土壤中的存在和分布还不甚清楚.因此,本文对湖泊岸边带土壤中厌氧氨氧化细菌和反硝化厌氧甲烷氧化细菌的存在和分布进行了研究.基于厌氧氨氧化细菌hzs B基因(联氨合成酶关键基因)和M.oxyfera-like细菌16S rRNA基因的序列分析,分别证明了厌氧氨氧化细菌和M.oxyfera-like细菌在白洋淀湖泊岸边带深层土壤中的共同存在.厌氧氨氧化细菌hzs B基因定量PCR结果显示,其主要分布在地下水位附近及以下部分(40~100 cm),而在表层(0~40 cm)土壤中未被检测到.M.oxyfera-like细菌16S rRNA基因定量PCR结果显示,不同深度的土壤均有M.oxyfera-like细菌分布,并且其丰度随着土壤深度的增加而递增.这些结果说明厌氧氨氧化细菌和M.oxyfera-like细菌在湖泊岸边带深层土壤中共同存在,并且有不同的分布规律.     

旱地土壤反硝化厌氧甲烷氧化菌的垂向分布特性与活性分析

在厌氧条件下,以亚硝酸盐作为电子受体将甲烷氧化的反硝化厌氧甲烷氧化反应(nitrite-dependent anaerobic methane-oxidizing,n-damo)的发现,彻底颠覆了人们对甲烷循环的传统理解.通过分子生物学方法及13C和15N稳定同位素示踪技术,对河北省北澧河附近的旱地农田土壤(0~1 m)中n-damo菌的群落结构、丰度和活性进行了研究,深入探究了n-damo菌的亚硝酸盐底物来源.结果显示,n-damo菌更多存在于旱地浅层土壤中,并且随季节变化分布在不同深度的土壤中.针对其pmo A基因的系统发育分析显示,旱地土壤中n-damo菌的群落结构具有明显的空间异质性,来自土壤0~20 cm和40~60 cm土层的序列完全分开,处于系统发育树不同分枝.针对其16S rRNA基因的实时荧光定量PCR结果显示,n-damo菌丰度随土壤深度的增加而降低,夏季丰度(1.44×10~4~1.02×10~5copies·g~(-1))低于冬季(3.66×104~2.67×105copies·g-1).在浅层土壤(0~20 cm)中,硝化反应和反硝化反应共同为n-damo菌提供亚硝酸盐底物来源;而在深层土壤(60~80 cm)中,亚硝酸盐底物主要来源于硝化反应.n-damo菌的活性(0.18 nmol·g~(-1)·d~(-1),以CO_2计)只能在夏季表层土壤(0~20 cm)中检测到,其余深度均未检测到其活性.在旱地农田土壤中,反硝化厌氧甲烷氧化菌对农田碳循环的影响可能不大.     

城市内河沉积物中反硝化作用的研究进展

沉积物是水环境的重要组成部分,它作为污染物的"汇"与"源",在外源污染有效控制后,城市内河沉积物将成为引发水体富营养化和黑臭现象的重要原因。反硝化作用是氮生物地球化学循环中的核心环节,是去除氮污染的重要途径。文章综述了城市内河沉积物中氮的生物地球化学循环及反硝化作用,着重介绍了测定反硝化速率的不同方法以及其优缺点,同时总结了影响反硝化作用的主要因素如DO浓度、有机质、温度、pH、NO3-等,并提出了该方向今后进一步研究的重点和发展趋势。     

潮白河流域1980—2013年平均水平衡特征研究

论文采用潮河、白河流域1980—2013年间气象、水文资料,基于水热耦合模型方法,分析了潮河、白河流域水循环要素相应于不同土地覆被类型结构变化和水平衡的特征。通过对未来10 a流域下垫面状况的预估,预测了未来变化环境条件下流域径流量的变化情况。研究对预测潮白河流域水资源变化特征、确保密云水库水资源安全具有重要意义。研究结果显示:该模型在潮、白河流域适用;在现有下垫面资料的基础上,利用林地面积和草地流域下垫面参数相结合的方法,对潮河流域和白河流域未来下垫面的变化分别做出了11种预测情景,并在11种情景的基础上预测两流域的未来10 a径流变化,结果显示潮河流域的径流深在26.47~53.55mm范围内波动,而白河流域的径流深在17.57~41.53 mm范围内变动。研究的创新点为,在对未来下垫面状况预测的基础上,利用水热耦合模型预测流域未来的可能径流状况。     

Characteristics of change in water quality along reclaimed water intake area of the Chaobai River in Beijing, China

To reveal the basic characteristics and controlling factors of water quality change in the project Wenyu to Chaobai reclaimed water diversion, the water quality in the study area was monitored for one year at seven monitoring sites. Inverse geochemical models of the statistical groups were developed using PHREEQC to elucidate the hydrochemistry characteristics of reclaimed water and the factors. The monitoring results indicated that nitrogen and phosphorus contents were significantly reduced along the river mainly caused by seasonal and location variation. The pH ranged from 7.44 to 9.81. Photosynthesis of algae and denitrification in anaerobic microenvironment ultimately led to a sudden p H increase after the Jian River and the Chaobai River confluence. Mg~(2+)and SO_4~(2-) levels dropped obviously in the summer and increased in winter seasons after intersection. Na+and Cl-are relatively stable, and marked drop in the concentration only after the two rivers meet. And there is a decrease of Ca~(2+) and HCO~(3-) and increase in CO_3~(2-) during monitoring period. As a whole, the primary ions and nutrient components, including nitrogen and phosphorus, had high levels in winter. Algae's photosynthesis and respiration were observed to have an impact on the river water quality; there was precipitation–dissolution of minerals and denitrification from upstream to downstream. Inverse geochemical PHREEQC modeling confirmed that there was precipitation of aragonite or calcite, and gypsum or anhydrite in summer, and dissolution in winter; as well as precipitation of dolomite in winter, and cationic exchange and denitrification along the river.     

潮白河北京段着生藻类群落结构及其优势种生态位特征

为明确北京市潮白河流域浮游植物群落变化特征,于2021年5月和9月对潮白河17个样点的着生藻类进行调查。应用着生藻类种类数和细胞密度对群落结构进行分析,计算优势种的优势度指数（Y） 、优势种更替率（R）,运用生态位宽度（B_i）、生态位重叠指数（O_ik）、总体相关性分析优势种的生态位特征。结果表明：2次调查共鉴定着生藻类109种,隶属4门41属,着生藻类优势种（Y>0.2）共8种,优势种的生态位宽度为0.140 6~0.420 9,优势种的生态位重叠指数为0.055 1~0.897 1,总体关联性测度结果均为显著正关联,优势种受季节更替的影响较大,优势种间对资源的利用共性较小,着生藻类群落结构趋于稳定,整体朝正向演替发展。研究表明,着生藻类作为一项生物指标对环境条件的变动能够进行较为敏感的响应,基于着生藻类优势种生态位特征,能够对着生藻类群落结构及其演替特征进行描述。

     

沱江和涪江水系干支流氮磷营养盐的空间分布特征

沱江和涪江是长江上游的重要支流,且都存在严重的水体污染问题,其中氮(N)和磷(P)为最主要污染物.通过对沱江和涪江干支流进行取样并进行水体N和P空间分布特征的分析,寻找不同空间水质差异的原因,为长江上游及其支流流域地表水污染防控提供科学依据.结果表明,沱江水系和涪江水系均存在严重的总氮(TN)污染,劣Ⅴ类水质断面占比分别高达94%和50%,总磷(TP)污染适中,主要集中在Ⅱ类～Ⅳ类水质,但沱江水系TN和TP浓度整体上要高于涪江水系,污染程度要比涪江水系更严重;对沱江而言,干流硝态氮(NN)浓度从上游到下游呈现先增加后降低的趋势,氨氮(AN)浓度最大值出现在干流上游位点,中下游浓度较低,每流经一座城市后,TP浓度均明显增高,涪江干流的TN和NN浓度呈现上中下游逐渐增加的趋势;沱江和涪江水系均表现出支流TN和TP浓度大于干流的现象,且河流中的TN、 TP和NN还受水体pH和水温(T)影响,可见河流N和P污染控制应重视水环境因素的影响.     

沈阳浑河冲洪积扇土壤的重金属空间分布特征及来源

以沈阳市浑河冲洪积扇下游的彰驿站镇为研究区,实测分析了98个土壤表层(0~20 cm)样品中的w(Cr)、w(Cu)、w(Mn)、w(Ni)、w(Pb)、w(Zn)、w(Fe)、w(Hg)、w(As)和w(Cd),运用地统计学空间分析与多元统计源分析相结合的方法,对土壤中各重金属的质量分数、分布特征及其来源进行研究. 结果表明:除w(As)外,其余重金属的质量分数均超过辽宁省土壤中相应重金属的背景值,其中Hg和Cd积累最为显著,w(Hg)和w(Cd)分别是其相应背景值的2.33和5.44倍,对应的采样点中高于背景值的比例均接近100%,呈明显累积趋势. 地统计学空间分析表明,w(Ni)、w(Cr)和w(Fe)受土壤母质、地形等结构性变异主导,其他重金属质量分数主要受人为活动等随机因子的影响,w(Cu)、w(Pb)、w(Zn)、w(Hg)和w(Cd)分布规律比较相似,元素来源较为集中;10种重金属元素的来源可分为3类,其中Cr、Ni、Fe和Mn主要受自然因素的影响,Pb、Zn、Hg和Cd主要受人为因素的影响,而Cu和As受2种因素的协同影响.      

弥河沉积物的反硝化和厌氧氨氧化过程

本研究选取弥河4个站点为研究对象,在不同季节分别采集沉积物样品,测定理化指标,并采用同位素配对技术和分子生物学方法,研究了沉积物中的反硝化和厌氧氨氧化作用及其影响因素.结果表明,弥河沉积物中的反硝化速率变化范围为151.75～2847.86μmol/(m2·h),厌氧氨氧化速率的变化范围为149.57～2109.17μ...     

黄河口新生湿地土壤Fe和Mn元素的空间分布特征

2009年5月,在今黄河入海口北部的新生湿地区域,依据植被类型设置9个采样区,研究了不同植物群落下湿地土壤Fe和Mn含量的空间分布特征.结果表明,不同类型湿地土壤的Fe、Mn含量在水平分布上由三棱蔗草-朝天委陵菜湿地到光滩呈波动上升趋势,在垂直分布上则表现为不同的波动变化特征.成土母质决定湿地土壤Fe、Mn含量的空间分布,而海水、植被和土壤细颗粒对其也有重要影响.相关分析表明,Fe、Mn之间以及二者与粉粒、TN、NO-3-N和有机质呈极显著正相关(P<0.01),与黏粒呈显著正相关(P<0.05),说明Fe、Mn与N具有较好的共存性,土壤细颗粒和有机质是影响土壤Fe、Mn分布的主导因素.黄河口新生湿地的Fe含量范围为16.49~33.11 g·kg-1,均值为22.54 g·kg-1,与苏北潮滩湿地,中国黄土高原黄土和中国土壤的背景值相近,但略低于长江口湿地,红树林湿地和内陆湖泊湿地.Mn含量范围为305.87~711.39mg·kg-1,均值为451.09 mg·kg-1,低于中国黄土高原黄土和中国土壤的Mn含量背景值.