藻华聚集的环境效应:对漂浮植物水葫芦光合作用的影响

利用适应性强、生物量大的水生植物来净化污染水体,已成为目前水体生态修复的一种快捷有效的方法.然而,在夏季蓝藻水华严重聚集的水体,藻华聚集后对水生植物的生理生态影响及其环境效应,尚缺乏系统研究.本研究以水葫芦为代表,模拟在高温阶段(水温WT25℃)、水华严重聚集时,对水葫芦的光合作用的影响进行研究,以揭示蓝藻水华聚集后造成的浅水生态系统中水生植物消亡的深层机制,并为减轻藻华聚集对水生植物的不良影响、充分发挥水生植物的水体净化功能提供理论依据.结果表明,藻华聚集会很快消耗掉水生植物根区内的溶氧,呈现缺氧状态(DO0.2 mg·L-1);植物根区内ORP出现明显下降现象,实验进行1 d后低于-100 m V,实验结束时达-200 m V,水体呈现强还原环境.与对照相比,根区内p H值低0.7个单位.藻华细胞在死亡、分解后释放大量的无机营养盐于水体中,植物根区内的NH+4-N含量比对照实验中高102倍;较高的NH+4-N含量(平均为45.6 mg·L-1)加之缺氧的协迫作用,导致植物机体受到破坏,植物的光合作用能力严重下降.叶片的平均净光合速率仅为对照的0.6倍,实验结束时其光合速率Pn为3.96μmol·(m2·s)-1,而同期对照实验的叶片净光合速率Pn为22.0μmol·(m2·s)-1;叶片蒸腾速率仅为对照的0.55倍,至实验结束时其蒸腾速率为1.38 mmol·(m2·s)-1,同期对照实验的叶片蒸腾速率为7.61 mmol·(m2·s)-1,表明藻华长期的聚集对植物产生了不可逆的伤害作用.在实际生产中,要避免蓝藻的严重堆积和快速消亡,以减轻藻华暴发对植物的伤害,充分发挥植物的水体净化功能.     

小清河表层沉积物重污染区重金属赋存形态及风险评价

测定了小清河表层沉积物重污染区间隙水中重金属(Cu、As、Pb、Zn、Cr、Cd和Ni)的质量浓度,采用改进的BCR顺序提取法分析了沉积物中重金属的赋存形态,并分别基于美国水质基准(CCC、CMC)和风险评价编码法(RAC)、潜在生态风险指数法对间隙水和表层沉积物中重金属的毒性及生态风险进行评价.结果表明,小清河沉积物间隙水中的重金属基本不会对水生态系统产生毒性.除As外,表层沉积物中6种重金属的含量显著高于土壤背景值,呈现明显的累积效应.沉积物中Cu、As和Ni主要赋存于残渣态,Pb、Cr主要赋存于可氧化态和残渣态,Zn、Cd以酸可溶解态和可还原态为主.Cd、Zn、Cr和Pb的有效态含量高于残渣态,有较高的二次释放潜力.RAC的评价结果表明,沉积物中Cu、Pb、Cr和As处于无风险到低风险级,Ni处于低风险到中等风险级,Cd处于中等到高风险级,Zn处于中等到极高风险级,不同重金属RAC的平均值依次为CdZnNiAsCuCrPb.潜在生态风险指数法的评价结果表明,沉积物中除Cd有强~很强生态风险外,其他6种重金属均表现为低生态风险,RI值介于136.83~264.83,研究区采样点处于中等~强生态风险.     

附着硅藻指数在河流水质监测中的适用性技术研究

对广西龙江和柳江中段共18个样点进行了附着硅藻的采样调查,并采用相关分析法、主成分分析法、最优分割分类法、箱须图法、逐步判别分析法和双向指示种分类法等数学方法研究分析了16个硅藻指数在龙江与柳江中段水质监测中的适用性.结果表明,3次4组不同水质类别中,IPS(Specific Pollution Sensitivity Index)和TDI(Trophic Diatom Index)指数与样点的箱须图都表现出合理的趋势,而且IPS和TDI间、及与环境因子及其他硅藻指数间的相关性显著.表明IPS和TDI适合进行龙江与柳江中段的水质生物监测评价,而本文提出的硅藻指数适用性技术也具有一定的推广价值.     

生活垃圾循环流化床焚烧锅炉飞灰中二噁英热解析特性研究

实际垃圾焚烧系统中飞灰会在尾部烟道堆积并在受热后发生二噁英的再生成、热降解及向烟气解析等协同作用.本文研究了半干法脱硫塔前生活垃圾焚烧飞灰在受热过程中二噁英的质量变化及其气固相分布情况,重点研究了反应温度、含氧量及硫胺基复合阻滞剂的添加等对飞灰中二噁英热解析特性的影响.试验结果表明,250℃时飞灰析出的气相二噁英很少,而450℃时气相二噁英的比例高达99.7%;氧含量对飞灰中二噁英的热解析特性影响较大,当氧含量为6%时,气相二噁英的析出量最大,达到2.87 ng·g-1;350℃时添加硫胺基复合阻滞剂后二噁英总量明显下降,表明阻滞剂能够抑制二噁英再合成,但气相中二噁英的比例从47.69%上升到87.50%.     

反应气氛对绿色合成纳米铁的组分及其活性的影响

成本低廉和无二次污染的"绿色"合成纳米材料是发展原位纳米环境修复技术的前沿研究课题之一.本文以绿茶提取液为还原剂和稳定剂进行"绿色"合成纳米铁,探讨在不同的气氛下"绿色"合成的纳米铁颗粒的主要成分,以期为调控合成纳米铁系材料提供基础研究.首先,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、X射线光电子能谱分析(XPS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等表征手段对不同反应气氛下合成的纳米铁颗粒的表面微观形貌、尺寸和价态结构进行分析.结果发现,在通入N2情况下,合成的纳米铁颗粒粒径为(84.7±11.5)nm,其主要成分以纳米零价铁为主;在通入空气情况下,合成的纳米铁粒径为(117.8±26.2)nm,其主要成分是纳米零价铁、氧化铁和四氧化三铁的混合物;通入O2时,合成的纳米铁粒径为(141.2±26.3)nm,其主要成分以四氧化三铁为主.其次,评价在不同气氛条件下合成纳米铁颗粒对去除亚甲基蓝(MB)的反应活性.结果表明,在反应温度313 K下降解初始浓度为50 mg·L-1的MB溶液,反应5 min时已达到平衡,通入N2合成的纳米铁降解MB,去除率高达98.7%,而通入O2合成的纳米铁反应效率低,对MB的去除率仅为65.3%.最后,从以上发现提出不同气氛下可以调控"绿色"合成的铁系纳米材料成分,从而导致不同的纳米修复环境中污染物的能力.     

小麦-玉米轮作体系农田氮素淋失特征及氮素表观平衡

连续6年采用渗漏计法研究了不同施氮处理下陕西关中小麦-玉米轮作区农田土壤90 cm深度处氮素(N)淋失特征和土壤-作物体系氮素表观平衡状况.结果表明:该地区农田氮素淋溶主要发生在降雨量较多的玉米季,且集中在8月和9月.监测期内,TN和NO-3-N年平均流失量分别为2.72~23.07 kg·hm-2和1.53~18.72 kg·hm-2,年流失率分别为0.65%~3.44%和0.82%~3.32%,且年总氮、硝态氮流失量均随年施氮量增加呈指数增加.氮素淋失形态中,NO-3-N比例较高,可占总氮淋失量的56.00%~81.00%,且随着氮肥用量的降低,其占总氮淋失量的比例也随之减小.可见,施氮量的大小在一定程度上会影响淋失液中各形态氮的比例.氮素表观平衡结果显示,随着施氮量提高,氮素在土壤中的残留和表观氮盈余均呈现指数增加趋势.长期施氮条件下,土壤-作物体系氮素表观损失率的幅度为32.60%~55.20%,土壤表观残留率为-0.17%~8.20%.多年监测结果表明,优化施氮模式下,作物不仅可以获得较高的产量和氮肥利用率,农田氮素淋失量也大幅降低,在节约肥料资源的同时减轻了潜在的环境风险.     

两种铁基材料对污染农田土壤砷、铅、镉的钝化修复

制备得到了铁钙（FeCa）和铁锰（FMBO）两种铁基材料,用于钝化修复As、Pb和Cd污染土壤.研究采集了来自绍兴上虞（SY）、广东佛山（FS）、广东韶关（SG）、湖南浏阳（LY）、江西赣州（GZ）、贵州独山（DS）和安徽马鞍山（MAS）的7种重金属污染水稻土（潮泥土）,通过土壤培养试验,研究铁钙材料（FeCa）和铁锰材料（FMBO）对各类土壤溶液中As、Pb和Cd浓度动态变化的影响,对土壤中有效态As、Pb和Cd钝化效果的影响,以及在不同种类土壤中有效态As、Pb和Cd钝化效果差异及影响因素.结果表明,培养过程中,铁基材料处理下土壤溶液中As、Pb和Cd浓度均低于对照处理.研究发现,两铁基材料均能对土壤中As、Pb和Cd起到较好的钝化作用,相同添加量下,铁钙材料对土壤As的钝化效率优于铁锰材料,而材料之间对土壤Pb和Cd钝化效率无显著差异.铁钙材料处理下各种土壤As钝化效果表现为GZ > SG > DS和MAS,土壤铅钝化效果表现为FS>SY、LY和SG>MAS,土壤镉钝化效果表现为SY、GZ和DS>MAS;铁锰材料处理下各种土壤As钝化效果表现为SY、LY和GZ > DS > FS,土壤Pb钝化效果表现为FS > GZ > SY,土壤Cd钝化效果表现为DS > LY > MAS.各种土壤As钝化效率在两铁基材料处理下均与土壤黏土含量呈显著负相关,各种土壤Pb钝化效率在两铁基材料处理下均与土壤pH呈显著正相关,各种土壤Cd钝化效率在铁钙材料处理下与土壤黏土含量显著负相关.总体来看,两铁基材料均适用于各不同种类As、Pb和Cd污染土壤的治理.     

河流枯水流量特征研究

本文以泾、洛、渭三河流干流在陕西境内的主要控制断面为例,分析了１４个时段枯水流量的概率分布特征,选定了理论分布线型,揭示了各枯水序列的时段平均流量均值、变差系数和偏态系数的变化规律,建立了推求不同频率不同时段的枯水流量的经验公式。绘制了相应的关系曲线,应用十分方便。     

Enhanced bio-decolorization of 1-amino-4-bromoanthraquinone-2-sulfonic acid by Sphingomonas xenophaga with nutrient amendment

Bacterial decolorization of anthraquinone dye intermediates is a slow process under aerobic conditions. To speed up the process, in the present study, effects of various nutrients on 1-amino-4-bromoanthraquinone-2-sulfonic acid (ABAS) decolorization by Sphingomonas xenophaga QYY were investigated. The results showed that peptone, yeast extract and casamino acid amendments promoted ABAS bio-decolorization. In particular, the addition of peptone and casamino acids could improve the decolorization activity of strain QYY. Further experiments showed that L-proline had a more significant accelerating effect on ABAS decolorization compared with other amino acids. L-Proline not only supported cell growth, but also significantly increased the decolorization activity of strain QYY. Membrane proteins of strain QYY exhibited ABAS decolorization activities in the presence of L-proline or reduced nicotinamide adenine dinucleotide, while this behavior was not observed in the presence of other amino acids. Moreover, the positive correlation between L-proline concentration and the decolorization activity of membrane proteins was observed, indicating that L-proline plays an important role in ABAS decolorization. The above findings provide us not only a novel insight into bacterial ABAS decolorization, but also an L-proline-supplemented bioaugmentation strategy for enhancing ABAS bio-decolorization.     

Acid-assisted hydrothermal synthesis of nanocrystalline TiO2 from titanate nanotubes: Influence of acids on the photodegradation of gaseous toluene

In order to efficiently remove volatile organic compounds (VOCs) from indoor air, onedimensional titanate nanotubes (TiNTs) were hydrothermally treated to prepare TiO₂ nanocrystals with different crystalline phases, shapes and sizes. The influences of various acids such as CH₃COOH, HNO₃, HCl, HF and H₂SO₄ used in the treatment were separately compared to optimize the performance of the TiO₂ nanocrystals. Comparedwith the strong and corrosive inorganic acids, CH₃COOH was not only safer andmore environmentally friendly, but also more efficient in promoting the photocatalytic activity of the obtained TiO₂. Itwasobserved that the anatase TiO₂ synthesized in 15 mol/L CH₃COOH solution exhibited the highest photodegradation rate of gaseous toluene (94%), exceeding that of P25 (44%) by a factor ofmore than two. The improved photocatalytic activity was attributed to the small crystallite size and surface modification by CH₃COOH. The influence of relative humidity (20%-80%) on the performance of TiO₂ nanocrystals was also studied. The anatase TiO₂ synthesized in 15 mol/L CH₃COOH solution was more tolerant tomoisture than the other TiO₂ nanocrystals and P25.