北极新奥尔松地区土壤及沉积物中可培养细菌多样性及分布特征分析

以2010年中国北极黄河站科学考察从新奥尔松地区采集的2个土壤和8个不同类型的沉积物样品为研究对象,采用分离培养方法及16S rRNA基因序列测定分析可培养细菌的多样性。对从10个站位分离出的343株细菌进行菌落特征分析,选取47株代表性细菌进行16S rRNA基因的分子鉴定并构建系统发育树,结果表明47株细菌归属于4个门,6个纲,18个属和29个种。在属水平上,芽孢杆菌纲细菌的多样性最为丰富,共6个属;在菌株数量上,γ-变形菌纲属于优势类群,共27株,分属于13个种。北极新奥尔松地区可培养细菌在海洋沉积物、湖泊沉积物、河流沉积物及土壤中的种属构成存在差异,其中海洋沉积物中细菌多样性最为丰富,而湖泊沉积物中细菌多样性次之。     

黄土丘陵区撂荒恢复过程中植物群落组成与土壤养分及酶活性变化的关系

为揭示黄土丘陵区植被恢复过程中土壤性质变化趋势,以黄土丘陵区10~45a的撂荒地为研究对象,分析撂荒后植被恢复过程中植物群落演变规律、土壤养分含量、4种酶活性变化及其相关关系.结果表明,随着撂荒年限的增加,恢复过程中主要群落的演变为猪毛蒿(Artemisia scoparia)→达乌里胡枝子(Lespedeza dahurica)+铁杆蒿(Artemisia sacrorum)→茭蒿(Artemisia giraldii)+铁杆蒿→白羊草(Bothriochloa flaccidum)+茭蒿,群落多样性指数整体表现为先增后减的趋势,菊科(Compositae)、禾本科(Poaceae)及豆科(Leguminosae)这3科占比从66. 67%降至50%,后上升到75%.土壤有机碳(SOC),全氮(TN)、全磷(TP)、速效氮(AN)、速效磷(AP)与碱性磷酸酶(ALP)、过氧化氢酶(CAT)、脲酶(UE)与蔗糖酶(SC)这4种酶活性呈增加趋势,但增加程度不同,化学计量比总体呈波动上升趋势.菊科、禾本科与豆科相比总科数、总属数、总种数及植物多样性,对养分和酶活性有更显著的影响,贡献率分别为72. 8%、69. 1%、66. 0%,且三大科对土壤酶的影响大于土壤养分,其中禾本科与豆科对养分及酶活性表现为正影响,而菊科表现为负影响.撂荒恢复过程中草地群落优势科占比的升高显著影响土壤酶的升高,并导致土壤养分变化.     

13C脉冲标记法定量冬小麦光合碳分配及其向地下的输入

研究冬小麦生长向地下部分的输入对于土壤固碳和作物生产具有重要意义.分别在分蘖期、拔节期、花期和灌浆期,用~(13)CO2对冬小麦进行脉冲标记7 h,标记结束后28 d(示踪期)破坏性取样,测定冬小麦地上部、根、土壤和土壤呼吸中的~(13)C含量等指标.研究结果表明,在各标记时期,冬小麦光合固定的~(13)C大部分保留在地上部(51.6%~90.8%),且随小麦生长的进行而逐渐向地上部分配,向地下部分(根系、土壤和根际呼吸)的转移随生长进程的延续而降低.转移到地下部的~(13)C中,有22.9%~65.3%被根际呼吸消耗,24.3%~59.3%在根部保存,10.4%~17.8%通过根际沉积转化为土壤有机碳.示踪期28d内最后2 d呼吸产生的~(13)C只占整个示踪期根际呼吸~(13)C量的0.7%~2.7%,说明28 d的示踪期可以确保光合碳在各系统分配完全.在整个生育期内,冬小麦净吸收的光合碳分配到地上部、根部、土壤有机碳和根际呼吸的比例分别为78.5%、6.0%、3.1%和12.4%.结合当地生产方式估算,冬小麦在整个生育期内输入到地下的总碳量为1.72 t·hm~(-2),其中有0.99t·hm~(-2)被根际呼吸消耗,根部固持碳量为0.48 t·hm~(-2),0.25 t·hm~(-2)以有机碳沉积的形式进入土壤.     

天津地区污染天气分析中垂直扩散指标构建及运用

基于255 m气象塔风、温和PM_(2.5)质量浓度数据获取天津地区大气稳定度特征,利用中尺度大气化学模式构建垂直扩散指数β和φ,开展天津地区污染天气预报中垂直扩散分析方法的研究,以期提高天津地区重污染天气预报预警准确率.结果表明,综合运用大气稳定度、基于边界层平均PM_(2.5)质量浓度与近地面PM_(2.5)质量浓度比值构建的垂直扩散指数β,基于数值模式chemdiag功能(以CO为示踪物)构建的垂直扩散指数φ,可以在污染天气预报中较好的进行大气污染物垂直扩散能力分析.当07:00~08:00和18:00~20:00大气稳定度为D及以上时,相比大气稳定为C及以下时,出现重污染天气的概率成10倍的增加;使用垂直扩散指数β和风速双重指标判断重污染天气,比单一的风速指标判断准确率提升67%;垂直扩散指数φ与近地面PM_(2.5)质量浓度相关系数达到0.8,当垂直扩散指数φ小于0.52时,重污染天气概率75%,可识别59%的重污染天气.     

粉煤灰提铝中间产物合成4A分子筛对氨氮的吸附行为研究

采用粉煤灰提铝中间产物合成4A分子筛,利用XRD、SEM、热重分析、化学成分分析、阳离子交换容量对4A分子筛进行表征.考察吸附时间、pH、分子筛投加量、氨氮初始浓度、共存阳离子对其吸附性能的影响,研究其对模拟废水中氨氮的吸附效果,并结合准二级动力学方程、吸附等温线研究吸附性能和机理.结果表明,初始浓度为50 mg·L~(-1)、4A分子筛投加量为5 g·L~(-1)、pH值为6~9、吸附时间为80 min时氨氮去除率可达71.34%;随着氨氮初始浓度升高,其去除率降低,吸附容量增加;共存阳离子Na~+、K~+、Ca~(2+)对NH_4~+有强烈的竞争吸附,Mg~(2+)无明显竞争作用.吸附过程符合准二级动力学方程和Freundlich模型.Langmuir吸附等温线显示最大吸附容量为20 mg·g~(-1).     

UV-B辐射增强对芦苇生长及生理特性的影响

在UV-B辐射增强条件下,以芦苇为材料,研究了不同辐射梯度对芦苇生长及生理特性的影响.结果表明:与自然光照相比,UV-B辐射增强可显著降低芦苇植株高度、比叶面积、生物量,且高强度辐射处理的影响大于低强度辐射,随辐射时间延长,生物量分配有向地下部分转移的趋势;与自然光照相比,UV-B辐射增强可显著增加芦苇叶片丙二醛(MDA)含量、抗氧化酶活性(SOD、CAT、GR、APX)、抗氧化物质含量(GSH、As A),且随辐射强度增大,MDA含量、酶活性、抗氧化物质含量增强程度加剧,但随辐射时间延长,高辐射处理下,GR酶活显著低于对照,GSH也表现出相应的趋势;UV-B辐射增强条件下,类胡萝卜素含量显著降低,而类黄酮含量较对照组却显著升高,且高强度辐射处理对芦苇叶片紫外吸收物质的影响大于低强度辐射.     

施用生物炭对土壤Cd形态转化及烤烟吸收Cd的影响

采用盆栽试验模拟Cd污染土壤,研究施用烟秆炭(0、10、20 g·kg~(-1))对土壤pH、有机质含量、土壤Cd形态分布及烤烟Cd含量和Cd累积量的影响.结果表明:随着生育期的延长,土壤pH和有机质含量均呈现升高的趋势.在同一Cd污染水平下,土壤pH和有机质含量均随生物炭施用量的增加而升高.随生物炭施用量的增加,土壤有效态Cd和可交换态Cd含量显著降低,土壤碳酸盐结合态Cd、铁锰氧化物结合态Cd、有机结合态Cd和残渣态Cd含量升高.移栽后30 d,处理G2T2和G2T1的土壤有效态Cd含量的降幅分别达到45.59%和24.56%.外源添加Cd的土壤中,土壤pH和有机质含量均与土壤有效态Cd和可交换态Cd含量呈显著负相关关系(p0.01),与土壤碳酸盐结合态Cd、铁锰氧化物结合态Cd和有机结合态Cd含量呈显著正相关关系(p0.01).在Cd污染土壤上,施用生物炭能明显降低烟株各部位Cd含量,烟株各部位干物质积累量随生物炭施用量的增加显著升高,烟株各部位Cd累积量和总Cd累积量随生物炭施用量的增加呈降低的趋势.由此说明,在Cd污染的土壤上施用生物炭能够使土壤中可被植物吸收利用的有效态Cd转化为潜在的无效态Cd,从而达到修复土壤并减轻作物受Cd毒害的目的.     

WRF模式对污染天气下边界层高度的模拟研究

大气边界层高度是影响大气污染物浓度的重要因素之一,但数值模式中选择不同边界层参数化方案模拟的边界层高度有很大差异.利用WRF模式中5种边界层参数化方案及2006~2007年春、秋、冬3季河北香河地区激光雷达观测资料,对比分析了污染天气下,不同边界层方案对边界层高度的模拟效果,并分析了误差产生的可能原因.结果表明：5种参数化方案均能模拟出3季污染天气下边界层高度的变化特征,但各方案模拟的边界层高度与观测之间均存在较大误差.模拟的最大边界层高度月变化特征显示,秋冬季的模拟结果与观测值匹配较好,春季偏差较大;模拟的边界层高度日变化显示,均方根误差：春季 > 秋季 > 冬季,且误差在午后（14：00~18：00）更加明显;对该地区而言,非局地YSU方案能较好地模拟污染天气下的边界层高度;各参数化方案中边界层高度计算方法的不同及对大气廓线、湍流动能的模拟差异,可能是造成模拟边界层高度产生误差的主要原因.     

石家庄大气污染物输送通道及污染源区研究

为探索石家庄的区域输送规律,确定主要污染源区,利用HYSPLIT(Hybrid Single Particle Lagrangian Integrater Trajectory)后向轨迹模式和NCEP的GDAS全球气象要素数据,对2013—2016年从不同高度上抵达石家庄地区的逐日72 h气流后向轨迹进行聚类分析,并结合石家庄逐小时颗粒物污染物浓度数据,分析石家庄PM2.5的潜在源贡献因子(WPSCF)和浓度权重轨迹(WCWT).结果表明,(1)石家庄PM2.5浓度具有明显单峰谷日变化,秋冬季与春夏季峰谷值出现时间不同;(2)近地层大气污染输送路径以近距离,移速慢的轨迹为主,轨迹较短的路径所占比例在40%以上.除夏季外,近距离输送路径均存在螺旋转向,在后向48~36 h内轨迹端点到达河北省内,转为东向和南向输送.(3)大气污染输送通道的垂直分布特征表明,输送轨迹中低于500 m高度的轨迹点占28.7%,高于1000 m低于3000 m高度的轨迹点占36.1%,高于3000 m高度的轨迹点占25.3%.低层多以近距离输送为主,高度越高,近距离输送轨迹的频率越低.500 m高度输送通道仍以近距离输送为主,并存在螺旋转向,1500 m高度以上多远距离输送.(4)石家庄PM2.5的主要污染源区范围较小.途径河北中南部、河南北部、山东西部和山西中北部地区的轨迹对石家庄PM2.5的污染贡献最大.     

基于PMF模型及地统计的土壤重金属健康风险定量评价

为定量评估不同土壤重金属来源带来的人体健康风险差异,选取山东省章丘市为研究区,系统采集425处土壤样品,测定As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn共8种土壤重金属含量,采用描述性统计特征评估土壤重金属富集状态,进一步利用受体模型正定矩阵分解法（positive matrix factorization,PMF）和地统计技术确定土壤重金属的来源及分配,最后基于重金属来源构建健康风险定量评估模型.结果表明：①表层土壤中As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn含量均超出背景值,但未超出农用地土壤污染风险筛选值,表明土壤重金属出现一定的富集.②土壤重金属来源可分为3类,Cr和Ni的空间分布大致相当,且与风化母岩空间分布趋势相近,为自然来源,Cd、Cu和Zn受道路运输控制为交通来源,空间分布上受道路布局影响明显,Hg、Pb和As元素含量高值区与工业区城区分布相对应,工业排放和燃煤加剧Hg在土壤中的富集,属于工业来源,其来源占比最大约为41.85%,交通来源和自然来源分别为33.79%和24.36%.③不同种元素在手口、呼吸和皮肤接触暴露途径下产生的非致癌与致癌风险处于可接受范围内,儿童最大致癌（36.53%）与非致癌风险（36.01%）的重金属来源均为工业源,而交通源是成人的最大致癌（34.98%）与非致癌风险（37.06%）来源,重金属来源和暴露途径的差异化规避是降低重金属健康风险的关键.