氮添加对油蒿群落植物叶片生态化学计量特征的影响

为了深入认识荒漠植物对氮沉降的适应和反馈能力,研究了宁夏盐池毛乌素沙地油蒿(Artemisia ordosica)群落内5种优势植物〔油蒿、披针叶黄华(Thermopsis lanceolata)、糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)、赖草(Leymus secalinus)、刺藜(Chenopodium aristatum)〕在N₀、N₁、N₂、N₃、N₄、N₅〔氮添加水平依次为0、0.5、1.0、2.0、3.0、6.0 g/(m2·a),以N计〕6个氮添加处理下叶片w(TC)、w(TN)、w(TP)及其化学计量比——C/N〔w(TC)/w(TN)〕、N/P〔w(TN)/w(TP)〕、C/P〔w(TC)/w(TP)〕的变化. 结果表明:①氮添加对油蒿、披针叶黄华叶片w(TC)、w(TN)、w(TP)及其化学计量比无显著影响. ②高氮添加(N₅处理)显著增加了糙隐子草、赖草和刺藜叶片w(TN),相对于N₀处理时增幅分别约为26%、81%和60%. ③高氮添加显著增加了赖草、刺藜叶片N/P,但显著降低了其叶片C/N,其中,赖草和刺藜叶片N/P相对于N₀处理时的增幅分别约为86%和61%,C/N的降幅则分别约为45%和37%. 研究显示,油蒿群落中不同植物种对氮添加的响应存在差异,持续增加的氮沉降很可能会引起油蒿群落物种组成的变化,从而影响油蒿群落的演替.      

附着物对菹草光合作用速率的抑制效应

年5月对白洋淀不同营养水平的8个区域进行现场调查,研究了菹草(Potamogeton crispus)附着物的生物量(以w计)与营养盐水平的关系及其对菹草光合作用速率的影响. 结果表明,随着ρ(TN)、ρ(TP)的增加,菹草上附着物的生物量、w(Chla)和净初级生产力逐渐升高,在营养盐水平较高的王家寨〔ρ(TN)为6.074mg/L,ρ(TP)为0.161mg/L〕达到高峰,附着物的生物量为0.073~0.384mg/g,w(Chla)为0.019~0.112 mg/g,净初级生产力为0.007~0.154mg/(g·h). 附着物对菹草的光合作用速率产生明显的抑制作用,并且随着附着物生物量的增加,抑制作用明显增强,在营养水平较高的王家寨,抑制率可达72%;南刘庄和端村次之,抑制率分别为64%和55%;而在营养水平较低的光淀,抑制率仅为11%. 初步推测附着物对菹草的光合作用的影响可能源于附着物的遮荫作用.      

附着物对菹草光合作用速率的抑制效应

2012年5月对白洋淀不同营养水平的8个区域进行现场调查,研究了菹草(Potamogeton crispus)附着物的生物量(以w计)与营养盐水平的关系及其对菹草光合作用速率的影响.结果表明,随着ρ(TN)、ρ(TP)的增加,菹草上附着物的生物量、w(Chla)和净初级生产力逐渐升高,在营养盐水平较高的王家寨〔ρ(TN)为6.074 mg/L,ρ(TP)为0.161 mg/L〕达到高峰,附着物的生物量为0.073～0.384 mg/g,w(Chla)为0.019～0.112 mg/g,净初级生产力为0.007～0.154 mg/(g·h).附着物对菹草的光合作用速率产生明显的抑制作用,并且随着附着物生物量的增加,抑制作用明显增强,在营养水平较高的王家寨,抑制率可达72%;南刘庄和端村次之,抑制率分别为64%和55%;而在营养水平较低的光淀,抑制率仅为11%.初步推测附着物对菹草的光合作用的影响可能源于附着物的遮荫作用.     

有机氯农药在海河干流水体和菹草中的浓度分布

于2008年3月29日—5月25日对海河干流水体和菹草中的有机氯农药(OCPs)——六六六(HCHs)和滴滴涕(DDTs)的分布进行了采样调查. 结果表明,水体中ρ(HCHs)和ρ(DDTs)分别为3.95～20.15和6.88～35.23 ng/L,平均值为11.11和15.34 ng/L;菹草中w(HCHs)和w(DDTs)分别为2.17～7.82和1.40～22.80 ng/g,平均值分别为4.49和7.79 ng/g,菹草生长旺盛期的w(HCHs)和w(DDTs)最高,其变化主要受水体中ρ(HCHs)和ρ(DDTs)的影响;菹草生长旺盛期HCHs和DDTs的PCF值最高;菹草中HCHs的主要成分为γ-HCH,而水体中为β-HCH;DDT是水体和菹草中DDTs的主要成分,但菹草中DDT的相对含量明显低于水体,与水体相比,DDT在菹草中能进一步被降解,且以好氧降解为主.      

硒对水稻吸收积累和转运锰、铁、磷和硒的影响

采用土壤盆栽法研究硒对水稻吸收积累和转运锰、铁、磷和硒的影响.结果表明,土壤添加Se可导致水稻铁膜、根系、茎叶、谷壳和糙米中Se含量显著提高,水稻茎叶、谷壳和糙米中Mn含量显著降低.当土壤添加0.5 mg·kg-1Se和1.0mg·kg-1Se时,水稻茎叶Mn含量分别比对照处理降低32.2%和35.0%,谷壳Mn含量分别降低22.0%和42.6%,糙米Mn含量分别降低27.5%和28.5%.Se对水稻各部位的P和Fe(除谷壳外)含量影响不大.土壤添加Se对水稻铁膜、根系、茎叶和谷壳向糙米转运P和Fe的影响均不显著,但Se添加可以显著地降低水稻铁膜和根系向糙米中转运Mn的能力.与对照相比,土壤添加1.0 mg·kg-1Se导致Mn由铁膜和根系向糙米中的转运系数分别降低38.9%和37.9%.添加Se对水稻铁膜、根系、茎叶、谷壳和糙米中Mn、Fe、P和Se的分配比率也产生不同程度的影响.研究结果暗示可通过土壤添加Se来减少水稻对Mn的吸收积累和转运,从而降低Mn通过食物链途径对人体健康造成危害.     

表层沉积物主要矿化组分对Mn(Ⅱ)的吸附特性与贡献

考察表层沉积物中主要矿化组分对Mn(Ⅱ)的吸附特性,能够更清楚地解释Mn(Ⅱ)在沉积物-水界面上的迁移转化机理. 以山东省即墨市王圈水库表层沉积物为例,采用化学选择性萃取方法将表层沉积物的主要矿化组分(Fe氧化物、Mn氧化物、有机质和黏土矿物)进行分离,研究这些矿化组分对Mn(Ⅱ)的吸附特性和贡献. 结果表明,表层沉积物中w(有机质)、w(TE-Fe)和w(TE-Mn)(TE-Fe、TE-Mn分别为总可萃取态Fe、Mn氧化物)分别为16.23、10.12和1.771 mg/g. Langmuir和Freundlich吸附等温方程均能较好地描述表层沉积物及其主要矿化组分吸附Mn(Ⅱ)的过程,Langmuir吸附等温方程拟合效果更好,相关系数达0.95以上. E-Mn、E-Fe(E-Mn、E-Fe分别为可萃取态、锰、铁氧化物)、有机质和黏土矿物对Mn(Ⅱ)的吸附能力分别为77 852.5、38 764.0、17 704.5和44.0 mg/g. 由于各主要矿化组分在表层沉积物中含量的差异,因此有机质的吸附贡献最大,为2.24 mg/g;其次是E-Fe和黏土矿物,分别为1.91和1.22 mg/g;E-Mn为0.62 mg/g.      

氮添加对亚热带森林土壤有机碳氮组分的影响

为了研究氮添加对森林土壤有机碳氮组分稳定性的影响,选取我国亚热带典型常绿阔叶林(浙江桂天然林和罗浮栲天然林)和针叶林(杉木人工林),开展为期5年的野外模拟氮沉降试验,分别设置对照〔0 kg/(hm2·a),以NH₄NO₃中的N计,下同〕、低氮〔75 kg/(hm2·a)〕和高氮〔150 kg/(hm2·a)〕3个氮添加水平,用H₂SO₄分2步酸水解获得LPⅠ(活性有机库Ⅰ)、LPⅡ(活性有机库Ⅱ)和RP(惰性有机库),定量研究土壤活性和惰性有机碳氮组分以及微生物生物量碳氮对氮添加的响应. 结果表明:氮添加仅对w(LPⅡ-C)(LPⅡ-C为活性有机碳Ⅱ)有显著影响,而对其他活性和惰性有机碳氮组分的影响不显著,并且对不同林分的影响存在差异. 与对照处理相比,低氮处理下浙江桂天然林、罗浮栲天然林和杉木人工林土壤w(LPⅡ-C)的增幅分别为15.3%、29.8%、68.8%;高氮处理下杉木人工林土壤w(LPⅠ-C)(LPⅠ-C为活性有机碳Ⅰ)、w(LPⅠ-N)(LPⅠ-N为活性有机氮Ⅰ)和w(RP-C)(RP-C为惰性有机碳)的增幅分别为32.4%、78.6%、28.7%;氮添加使得土壤w(SMB-C)(土壤微生物生物量碳)的增幅为18.1%~202.5%、w(SMB-N)(土壤微生物生物量氮)的增幅为0%~103.6%;在氮添加处理下,除杉木人工林土壤SMB-N/LPⅠ-N〔w(SMB-N)/w(LPⅠ-N)〕是随着氮添加水平的增加而降低外,微生物对其他林分土壤活性有机氮的利用均表现为随着氮添加水平的增加而增加. 研究显示,氮添加对阔叶林和针叶林土壤活性和惰性有机碳氮组分的影响存在差异,但差异不显著,这与它们归还土壤的凋落物性质差异有关,并且凋落物的分解差异也可能是影响土壤不同碳氮组分变化的原因.      

石灰岩和砂岩地区豆科类植物紫花光叶苕(Vicia villosa)中铁和锰的不同分配模式

豆科类植物生物量的减少主要与氮和磷之间的平衡受到影响而有紧密的相关性。然而,其他营养元素之间的不平衡也能响应生物量的减少,比如铁和锰营养元素。选择了贵州茂兰相邻的石灰岩和砂岩地区土壤进行了野外种植实验。实验结果表明:生长着的豆科类植物铁(Fe)和锰(Mn)出现互为相反的分配模式:在砂岩地区生长的豆科类植物根部对铁的吸收相对高于石灰岩地区;而对锰的吸收,石灰岩地区高于砂岩地区。因此,植物根部的Fe∶Mn,砂岩地区高于石灰岩地区。这个结果说明豆科类植物根部对Fe和Mn的吸收存在不同模式。然而,在叶片中的Fe∶Mn砂岩地区和石灰岩地区之间基本没有区别,这说明铁和锰从根部到叶片的迁移具有不同模式。当叶片的Fe∶Mn(质量之比)低于2.9时,有可能响应豆科类植物生物量的减少。我们在研究植物与土壤的营养元素含量之间相关性时,越过环境因素,必须考虑植物内部随生长过程而发生变化的营养元素的化学计量,比如,生长着的植物中Fe∶Mn比值的变化等。     

土壤中耐受Mn(Ⅱ)真菌菌株的分离及氧化Mn(Ⅱ)特性研究

采用分离纯化的方法从锰矿企业含锰土壤中筛选分离能够耐受并氧化二价锰离子(Mn(Ⅱ))的真菌,并研究分离菌株的生长特性及对Mn(Ⅱ)的氧化能力。共分离得到4株具有耐受Mn(Ⅱ)的真菌菌株,分别为XS2-1,XS2-2,XS3-2-4,XS3-2-5。其中XS2-2,XS3-2-4,XS3-2-5能够将Mn(Ⅱ)氧化生成锰氧化物(Mn(Ⅲ,Ⅳ))。根据ITS(Internal Transcribed Spacer)rRNA基因测序结果,这4株真菌菌株分别属于Cladosporium、Plectosphaerella、Epicuccum和Phaeosphaeriopsis属。考察了pH值以及Mn(Ⅱ)浓度对菌株生长和氧化Mn(Ⅱ)能力的影响。发现这4株真菌菌株的生长受pH值影响较小,但受Mn(Ⅱ)浓度影响较大;菌株的Mn(Ⅱ)氧化能力受pH值和Mn(Ⅱ)浓度的影响均较为显著。菌株XS3-2-5的Mn(Ⅱ)氧化能力最为突出,随着Mn(Ⅱ)浓度的增加(最高至15 000μmol/L),其Mn(Ⅱ)氧化能力不断升高,并未出现不耐受的情况。能够氧化Mn(Ⅱ)的真菌菌种的发现对于治理受锰污染的水及土壤具有潜在的实际意义。     

水体底质中磷对菹草生长的影响

通过5个含磷质量分数不同的底质内菹草的生长试验,研究了水体底质中含磷质量分数的单因子差异对菹草生长的影响.结果表明,含磷质量分数≤2.0 g/kg的底质中菹草在试验期间均正常生长,含磷质量分数的增加对菹草生物量的累积和平均株高的增长起促进作用;当底质中含磷质量分数达到2.5 g/kg,从试验中期(21 d)开始,菹草正...     

白洋淀铁锰的分布水平及迁移特征

为确定白洋淀的铁锰分布水平,在白洋淀国控点采集上覆水和沉积物进行监测分析,并通过潜在迁移指数评价了铁锰的潜在风险。结果表明:白洋淀上覆水中铁锰含量平均值分别为0.10mg/L、0.41mg/L,其中铁能够达到地表水水质标准,锰超标。沉积物中铁含量平均值为2.49mg/kg;锰含量在府河入淀口南刘庄浓度达到2260mg/kg,明显高于其他采样点,其余几个采样点的平均值为95mg/kg。铁的存在形态浓度从大到小依次为:残渣态酸溶态可还原态可氧化态;锰的存在形态浓度顺序为:酸溶态残渣态可还原态可氧化态。沉积物中铁、锰的潜在迁移指数平均值分别为46.95%、62.23%。说明锰的潜在迁移可能性大于铁,更易形成二次污染。     

菹草在太湖梅梁湾生存对策分析

对太湖梅梁湾及贡湖两个1000m^2湖滨带观测场为期1年的调查研究表明：梅梁湾观测场沉水植物仅有菹草1种;贡湖观测场沉水植物虽多达3种,但其中并没有菹草生长。分析可知：①梅梁湾观测场3面环山,为相对静水的环境,适合菹草生长。②菹草的生长季节避开了水体藻类水华暴发带来的生存压力。③菹草更能适应营养盐水平较高的底质。④贡湖观测场水面开阔,有利于波浪的发育,破坏了静水环境,不利于喜静水缓流的菹草的生长。     

烟草对重金属锰的吸收积累及其相互影响

采用盆栽试验方法,研究了烟草对土壤中重金属锰的吸收、耐性和积累效应。试验结果表明,锰对作物的生长发育有较明显的刺激作用或毒害效应,烟草对土壤中的Mn具有很强的耐性和累积能力。当土壤中Mn处理浓度为1500mg/kg时,虽然烟草生物量与对照相比有所降低,但植株仍能生长。随着生长介质中Mn浓度的升高,烟草叶、茎和根的Mn含量逐渐增加。当Mn处理浓度为2500mg/kg时,烟草仍能完成整个生命周期,烟草地上部分锰积累量达到最大值13501.36mg/kg。当Mn浓度>1500mg/kg时,烟草吸收的锰有76.6%～88.1%被转移到地上部分。说明烟草适合较高程度Mn污染土壤的修复。     

钱塘江杭州段沉积物中铁锰的分布特征

针对钱塘江杭州段水污染现状,对钱塘江杭州段12个采样断面的沉积物进行了系统研究。结果表明,沉积物Fe、Mn的平均含量分别为2.05%,449 mg/kg,变异系数分别为16%、27%。主成分分析结果表明,Fe、Mn、K具有一定的同源性,代表沉积物的自然来源,Fe、Al的分布情况反映两者之间可能存在一定的同源性。相关性分析结果表明,Fe、Al、K均与粘粒显著或极显著相关,反映了地球化学作用和水文条件相互作用的结果;Mn与有机污染(OM)呈显著负相关,说明Mn的污染源与OM不存在同源性,相反,有机质污染导致沉积物锰含量有所降低,两者可能存在密切关系。     

不同滤料滤池启动期内对铁锰离子的去除机制

采用两座小试生物滤池,考察了锰矿砂和石英砂滤料在启动期内对铁锰离子的去除特性,并结合材料表征手段解析了过滤去除机制.启动运行结果表明,在进水铁锰质量浓度为2～3 mg·L~(-1)和0. 3～0. 6 mg·L~(-1)时,石英砂滤池分别需要15 d和30 d完成铁锰的去除,而锰矿砂滤池在10 d内完成除铁过程,而出水锰质量浓度始终低于0. 1 mg·L~(-1),满足国标要求.锰矿砂表面天然铁锰氧化物的吸附催化作用是其去除效果优于石英砂的关键.一方面,当铁氧化物在石英砂滤池内形成后,其同样能继续吸附催化铁离子,两滤池对铁离子的最终转化产物为复合氧化物,2价与3价铁的比值在1∶1. 44～1∶1. 54之间.其次,在启动期内,锰矿砂滤池对锰离子的去除以吸附催化氧化完成,其产物为3价态锰,而后续在生物作用下趋于转化为4价;石英砂滤池对锰离子的去除以吸附主导,但吸附容量饱和后以生物作用为主.最终,锰离子转化产物为2价、3价和4价态的复合态氧化物.此外,锰氧化产物呈层状结构,铁氧化产物为颗粒形态,二者均能披覆在滤料表面,但后者更容易被反洗出滤层,而前者则倾向于披覆在锰矿砂表面或积累在石英砂滤层孔隙间.     

金盆水库沉积物铁锰释放规律

针对分层型水库周期性厌氧问题,金盆水库利用人工强制混合充氧技术补充底部水体溶解氧,抑制沉积物中还原性污染物的释放.但受水库地形地貌的影响,人工强制混合充氧效率存在一定差异性,在曝气系统运行结束后部分较深区域上覆水体溶解氧迅速耗竭,导致污染物的再次释放.为探究铁锰在该条件下的释放规律及扩散强度,选取主库区代表性采样点,对沉积物间隙水及上覆水溶解态铁锰浓度分布进行测定,并计算沉积物-水界面处溶解态铁锰的扩散通量.结果表明,人工强制混合充氧结束后地势较低区域底部水体迅速进入厌氧状态,导致大量溶解态锰释放进入上覆水体,浓度最高达0.42mg·L~(-1);而地势较高区域底部水体短暂进入缺氧状态,之后溶解氧浓度迅速回升,因此底部溶解态锰浓度升高幅度较小,浓度最高为0.17mg·L~(-1).沉积物间隙水-上覆水铁锰浓度分布结果表明,由于铁锰氧化还原电位的差异,溶解态锰相较于铁在厌氧条件下更容易释放进入上覆水体,且不断在表层沉积物及上覆水体中积聚,而溶解态铁的释放不仅受溶解氧的抑制,还受锰氧化物等其他氧化剂的抑制.由扩散通量计算可知,人工强制混合充氧结束后溶解态锰的扩散通量有降低趋势.由质量平衡计算可知,溶解态锰在厌氧层中的积聚不仅与扩散通量有关,还与沉降通量、厌氧层厚度有关,因此厌氧层中铁锰的生物地球化学循环作用有待进一步的研究.     

根生沉水植物菹草(Potamogeton crispus)对滇池水体的净化作用

研究了根生沉水植物菹草对富营养和重金属等污染的滇池水体和底泥的净化作用。结果表明,菹草对水体和底泥中的P、N、Pb、Zn、Cu、As有较大的吸收、富集量,单位生物量的菹草对N、Cu的富集量>水葫芦>茭草>芦苇,P、Zn则>茭草>芦苇;对底泥中N、P、Cu、Pb的吸收系数>水葫芦,尤以N、P为最显;研究还表明,植物对水体和底泥中污染物的富集量和净化效率与生物量大小有关,当菹草保持其群体覆盖率为50%时,生物量最大,净化效率也最大。     

台州长潭水库铁锰质量浓度变化特征及其成因分析

2013年1月以及4~12月对浙江省台州市长潭水库库区及其入库河流进行调查,同时结合历年监测数据,考察了水源水库中铁、锰质量浓度的变化特征,并依据水库水体温度、溶解氧(DO)随水体深度的变化,探讨了铁、锰超标的成因.结果表明,长潭水库水体中铁锰质量浓度季节性变化特征明显,铁、锰质量浓度在6~8月较高,水库出水口处历年最高值分别为2.38 mg·L-1和1.24 mg·L-1.铁、锰质量浓度超出《地表水环境质量标准》(GB 383822002)中0.3 mg·L-1和0.1 mg·L-1限值的情况主要发生在5~10月,2013年水库出水口处铁锰峰值分别超标5.6倍和12.4倍.入库河流铁锰质量浓度最高值分别为0.89 mg·L-1和0.56 mg·L-1,均小于同期水库出水口处铁锰质量浓度,综合分析表明外源污染并非库区水体铁锰的主要来源.7月铁锰在水库底层的质量浓度达到最大,分别为2.42 mg·L-1和1.20 mg·L-1.水体温度、溶解氧以及铁锰质量浓度在夏季的垂向分布特征表明水体热分层引起的季节性缺氧导致了沉积物中铁锰的释放,热分层效应引发的内源污染是库区水体铁锰超标的直接原因.水源水库铁锰污染的控制应该采用高效直接的原位水质改善和修复技术.     

铁锰在贵州阿哈湖沉积物中的分离

贵州阿哈湖 1982年扩容后 ,长期受到煤矿废水的污染 ,大量铁、锰元素随废水带入湖中 .研究发现 :主要来自酸性矿山废水的还原态溶解铁、锰离子在入湖向下游迁移过程中发生了显著地分离 .受岩溶地区湖泊较强的酸中和能力及近年人为石灰投放的影响 ,湖泊未被酸化 ,Fe²⁺,Mn²⁺在入湖运移过程中由于氧化速率的差异 ,在不同的湖区发生沉积 ,形成了铁、锰在水平迁移上的明显分离 ;锰在深湖区上层沉积物中富集现象明显 ,并在沉积深度上与铁形成垂向上的显著分离 .经过陆源校正 ,证实铁、锰在阿哈湖的显著分离的开始是对该湖扩容事件的响应 .扩容后下游沉积物中铁含量逐渐减少 ,孔隙水中溶解铁分布特征也指示铁还原作用主要发生在沉积物下层 ,表明铁在沉积后再迁移能力较弱 .锰还原过程则发生在上层沉积物中 ,再迁移能力很强 .本研究还提出了来自煤矿废水的Fe²⁺、Mn²⁺在入湖水平运移过程中 ,铁、锰逐步分离、富集以及在沉积深度上的分离模式 .