退耕还林工程与农业生态经济社会系统协同性研究——以安塞县为例

针对黄土丘陵区退耕还林工程与农业生态经济社会协同性研究滞后的现实,在构建退耕还林工程与农业生态经济社会协同性表征体系的基础上,通过建立耦合度模型分析了二者的协同性及相关问题,将退耕还林工程与农业生态经济社会系统协同关系划分为4个阶段：（Ⅰ）协作推进与发展阶段,（Ⅱ）相悖阶段,（Ⅲ）无序失衡阶段,（Ⅳ）抑制发展阶段。其中阶段Ⅲ只是理论结果,在实际政策约束和农户行为的影响下一般不会出现;而阶段Ⅱ和阶段Ⅳ可能会短期出现。以安塞县为例,系统分析了不同阶段协同性演变过程：1995—2014年,安塞县先后经历了相悖阶段和协作推进与发展阶段,目前处于协作推进与发展阶段的下降时期。基于此,需要进一步优化产业结构提高区域内资源的有效利用率,通过林种结构的合理布局,提高退耕林分质量,推进退耕还林工程与农业生态经济社会系统的协同发展。     

不同活化条件下粉煤灰中锂的酸碱溶出特性

粉煤灰提取氧化铝作为其资源高值利用的重要途径之一引起广泛关注.由于粉煤灰中还含有一定丰度Li（锂）元素,在提取氧化铝的同时实现Li的协同提取对于进一步提高粉煤灰的资源利用效益意义重大.为认识粉煤灰中Li的溶出特性,分别考察了原粉煤灰、CaO煅烧活化粉煤灰和Na₂CO₃煅烧活化粉煤灰中Li在酸性溶液和碱性溶液中的溶出特性,并采用XRD（X-射线衍射）分析了粉煤灰浸取前后的物相变化,结合Li溶出率的变化,阐释了Li在不同浸出条件下溶出率差异的原因.结果表明:在相同浸出温度（100℃）下粉煤灰直接在酸性溶液和碱性溶液中的溶出率相对较低,分别仅为28%和36%;而经CaO和Na₂CO₃活化后粉煤灰中Li的溶出率显著提高,活化后粉煤灰中Li在酸性溶液中的溶出率可达到98%和86%,均高于碱性溶液中Li的溶出率（86%和67%）.XRD的分析结果进一步表明,部分Li可能赋存于非晶相或晶相表面,这部分Li易于被酸或碱直接浸出;部分Li可能镶嵌在莫来石、石英等晶相内部,不易被溶出,经CaO和Na₂CO₃助剂活化后,部分Li又重新嵌入到钙黄长石、霞石等新生成物相的晶格中,而这些物相更易于与酸反应,因而酸性溶液中Li的溶出率普遍高于碱性溶液中的结果.      

2016年冬末长江口及邻近海域海气CO2交换特征分析

基于2016年3月对长江口及邻近海域的调查,剖析该海域CO₂分压及相关参数的区域分布特征,估算其海-气界面CO₂的交换通量,并探讨了源/汇分布特征背后的物理机制。研究表明,调查区域海表pCO₂变化范围为321~575 μatm,整体呈现出近岸高、离岸低的分布趋势。至冬季末期,海表pCO₂分布主要受控于低温低盐高pCO₂的河口水与高温高盐低pCO₂的东海陆架水的水团混合影响,水体垂直混合作用对海表pCO₂影响不大。长江口及邻近海域冬季整体表现为大气CO₂的弱汇,通量值为-4.43±7.41 mmol/m2/d。从区域碳汇强度看来,近岸长江冲淡水区近乎与大气保持平衡,黄东海混合水区和台湾暖流区表现为大气CO₂的中/强汇,是冬季末期海洋吸收大气CO₂的主要贡献区域。     

厌氧条件下可溶性有机质对汞的还原与氧化作用

在沉积物、湿地和淹水的水稻土中天然可溶性有机质(DOM),如胡敏酸(HA)和富里酸(FA)处于还原状态,其介导Hg(Ⅱ)的还原,影响汞的转化及地球化学循环.本文通过模拟黑暗厌氧环境,研究还原态HA与FA对Hg(Ⅱ)的还原.结果表明,还原态HA与FA的还原容量高于对照氧化态HA与FA.还原态HA与FA对Hg(Ⅱ)的还原最佳浓度分别是0. 2mg·L~(-1)和1. 5 mg·L~(-1).而高于最佳浓度时,由于发生巯基竞争性络合作用,抑制Hg(Ⅱ)的还原;特别是还原态HA大于5mg·L~(-1)时,不能还原Hg(Ⅱ)为Hg(0).还原态HA与FA对Hg(Ⅱ)的还原反应动力学表明:有机碳(DOC)与Hg(Ⅱ)摩尔比DOC∶Hg(Ⅱ)=400∶1时,还原反应速率IHSS-HA FRC-HA FRC-FA;高摩尔比[DOC∶Hg(Ⅱ)=10 000∶1]时,还原态HA对Hg(Ⅱ)的还原反应停止,甚至向相反方向进行.还原态HA与FA对Hg(0)氧化结果表明,当还原态HA与FA浓度分别增加至5 mg·L~(-1)和10 mg·L~(-1)时,样品中检测不到Hg(0),还原态HA与FA对Hg(0)发生诱导性氧化络合作用.在汞的氧化还原与络合作用中,还原态DOM扮演双重角色,影响活性汞的可利用性,进而影响微生物汞的甲基化.     

攀枝花矿区糙野青茅根际耐铬放线菌筛选及促生能力评价

从攀枝花矿区糙野青茅根际土中分离放线菌,筛选获得对重金属铬具有强耐受性、抗菌促生和产胞外酶能力的放线菌,为微生物-植物联合修复重金属污染提供菌种资源.采用稀释涂布法进行放线菌的分离,通过放线菌在不同铬浓度高氏一号培养基上的生长状况判断其对重金属铬的耐受性,进一步采用原子吸收分光光度法分析菌株对铬耐受性强的菌株耐铬及去铬能力;通过对菌株产铁载体、溶磷、产吲哚乙酸(IAA)、产纤维素酶、产淀粉酶、产木糖酶、产酪蛋白酶能力及抗菌活性的筛选,综合评价菌株抗菌促生能力.结果显示,分离获得的27株根际菌株,光学显微形态及扫描电镜结果均显示为放线菌,其中有14株能在含铬的培养基上生长,具有耐铬能力.16S rRNA基因测序结果显示,14株放线菌分属于链霉菌属(streptomyces)、小单孢菌属(Micromonospora)和冢村氏菌属(Tsukamurella).菌株SCAU9002和SCAU9008在铬浓度为300mg·L~(-1)的处理下培养6 d,去铬率分别达到81.17%和78.41%;菌株SCAU9002、SCAU9006、SCAU9008、SCAU9009、SCAU9013同时具有3种促生功能,盆栽实验结果进一步表明,在重金属胁迫下,经菌株处理后的玉米植株更高,生物量更大,根系更发达,促生效果较好.此外,菌株SCAU9006对6种病原菌具有拮抗作用,5株菌同时具有3种及以上产胞外水解酶的能力,4株菌能在7%的NaCl浓度下生长,13株菌在pH5.0~8.0的范围内均可生长.结果表明,根际放线菌在促进矿区植物生长和铬尾矿污染土壤的生物修复研究中具有很大潜力.     

羟基自由基氧化降解水中土臭素的效率与机制

土臭素(Geosmin,GSM)是一种由蓝绿藻及放线菌产生,具有令人讨厌土霉味的化合物.地表水中存在土臭素,尽管量少,但因传统水处理工艺难以去除,大大降低了饮用水的感官质量.本文采用大气压强电场电离放电结合水力射流空化方式制备的羟基自由基(Hydroxyl radicals,·OH)对水中GSM进行氧化降解,研究了氧化剂投加剂量、接触时间因素的影响,并根据气相色谱-质谱(GC-MS)全扫描获取的中间产物探讨了·OH氧化降解GSM的机制.实验结果表明:当氧化剂投加剂量为0.8 mg·L~(-1),管路中接触反应6 s,可把初始浓度100 ng·L~(-1)的GSM降解到10 ng·L~(-1)以下;提高氧化剂投加量至2.6 mg·L~(-1),接触反应180 s,可氧化降解500 ng·L~(-1)的GSM至10 ng·L~(-1)以下,达到我国《生活饮用水卫生标准》(GB5749—2006).在GSM水样中加入叔丁醇(Tertiary butyl alcohol,TBA)·OH淬灭剂,GSM氧化降解效果明显降低,间接证明了降解GSM的主要物质为·OH.对氧化降解GSM的中间产物分析表明·OH可以破坏GSM双环结构并最终将其矿化成CO_2和H_2O.     

不同类型植被河岸缓冲带对模拟径流及总磷的消减研究

在九龙江上游北溪流域,选择杂交狼尾草(Pennisetum americanum×P.purpureum)、红花檵木(Loropetalum chinense var.rubrum)、红叶石楠(Photinia fraseri)3种植物及原生撂荒杂草地,构建对照(A)、草本(B)、灌草(C)和灌木(D)4种不同处理的植被缓冲带,通过模拟不同浓度面源污染下的农田径流,探讨不同植被组合对径流量及总磷的消减效果.结果表明:各缓冲带不同植被对径流量及总磷的消减效果均表现为草本灌草灌木,其中,草本缓冲带对径流量的消减率最高,达到86.93%,在高、低浓度进水时对总磷浓度的消减分别为95.20%、80.69%;4种不同植被缓冲带对总磷浓度的消减效果随缓冲带宽度的增加均出现上升的趋势,其中,前半段消减效果最佳,后半段消减趋势减缓;高浓度污染进水条件下缓冲带对总磷的消减效率高于低浓度进水;4种缓冲带对磷总量的消减量分别为27.70、28.02、28.06和26.94 g.研究成果可为九龙江上游河岸缓冲带建设及流域氮磷污染率治理和生态评价提供科学示范及理论依据.     

基于ICE-SSD联用的地下水中苯并[a]芘生态风险评价——以下辽河平原地下水为例

借鉴地表水生态风险评价框架,尝试构建地下水生态风险评价方法,以下辽河平原地下水为例,开展地下水中苯并[a]芘(BaP)的生态风险评价工作.通过开展示范区地下水生态系统特征分析,筛选出用于地下水生态风险评价的代表性物种,共计5门9科.基于种间关系模型(ICE),推导地下水代表性物种的毒性数据.选取日本三角涡虫作为地下水典型物种,模拟地下水条件开展急性毒性试验,测试结果与模型推导数据间具有较好的一致性,初步验证了模型推导数据的可靠性;同时将测试结果应用于模型数据的校正,以降低方法的不确定性.基于此,构建地下水生态系统物种敏感度曲线(SSD);参考EPA方法构建地表水生态系统SSD曲线;地下水生态系统和地表水生态系统对于BaP 5%物种有害浓度(HC5)值分别为0.11μg·L~(-1)和0.58μg·L~(-1),初步表明地下水物种对BaP胁迫更为敏感.结合下辽河平原区地下水中BaP的暴露浓度水平,开展地下水生态系统风险评价,结果表明:处于高风险水平(RQ1)的概率为0.61%,表明胁迫因子BaP对下辽河平原地下水生态系统影响有限.     

缓释碳源生态基质对低碳氮比河水脱氮效果研究

通过缓释碳源生态基质颗粒脱氮效果实验,比较了缓释碳源生态基质颗粒填料柱与普通砾石填料柱对各种形态氮的去除效果.结果发现,装填生态基质颗粒的实验组出水NO_2~--N、NO_3~--N和TN去除率分别为90.60%、90.32%和63.66%,明显高于对照组-16.39%、-1.51%和25.06%的去除率,说明缓释碳源生态基质可显著增强反硝化作用强度,提高TN去除率.高通量分析结果表明,生态基质组相对丰度超过1%的菌属数量高于对照组,其中,反硝化菌属相对丰度达到30%以上,生态基质释放的纤维素碳源有利于异养反硝化微生物的生长繁殖,使反应器内的微生物群落结构发生显著改变,提高了脱氮效率.     

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.