南四湖浮游硅藻季节性演替及其与环境因子的相关性

为研究南水北调东线工程调水对南四湖硅藻藻密度、种群结构变化的影响,于2010年5月—2013年4月在南四湖进行逐月采样,应用NMDS(non-metric multi-dimensional scaling,非度量性多元标度)分析硅藻种群组成的相似性,并通过冗余分析和Pearson相关性分析研究了硅藻种群结构和环境因子间的相关性. 结果表明:①共检出硅藻23属69种,硅藻藻密度在14.3×104~663.2×104 L-1之间,呈明显的季节性变化,表现为冬春季大于夏秋季;②硅藻种群演替呈明显的季节性变化,冬春季主要以冷水种尖针杆藻(冬春季所占比例分别为15.3%、24.0%)为主,夏秋季则以暖水种扭曲小环藻(夏秋季所占比例分别为17.8%、19.1%)为主;③氮磷营养盐水平、pH和表层水温是影响南四湖硅藻种群变化的主要环境因子. 南四湖硅藻种群对于环境因子变化的反应较为灵敏,可作为南四湖水质的潜在指示工具进行长期研究.      

多级强化地下水修复技术对NH_4~+-N的去除机制

为解决地下水污染修复技术中PT(抽出处理)和PRB(渗透性反应墙)存在的一些不足,搭建了MET(多级强化地下水修复技术)小试装置,以NH4+-N为目标污染物,研究MET对地下水中NH4+-N的去除效果及机制.结果表明,在进水水力负荷为14.68 m3/(m2·d)、ρ(NH4+-N)为25.0 mg/L的条件下,装置连续运行45 d,NH4+-N去除率呈先降后升、平稳后再下降的趋势,平均值达90%以上.出水ρ(NH4+-N)平均值为2.0 mg/L,其中,硝化作用和微生物同化作用使ρ(NH4+-N)平均下降13.9和5.2mg/L,分别占进水ρ(NH4+-N)的54%和20%;植物作用、基质永久吸附作用和挥发作用分别使ρ(NH4+-N)下降2.9、0.7和0.7mg/L,占进水ρ(NH4+-N)的12%、3%和3%.综上,MET对地下水中NH4+-N的去除率可达90%,实现了高效去除NH4+-N的目标.     

岩溶地下水补给的地表河流溶解无机碳昼夜变化与钙沉降

溶解无机碳昼夜动态变化对河流水体碳通量的估算有重要影响。本文选择由地下水补给且富含水生植物的典型河流,开展高分辨率水文地球化学监测和高频率水样取样工作,分析了水化学的昼夜动态变化特征,钙与无机碳昼夜循环产生的生物地球化学控制机理,估算了钙与无机碳昼夜通量。结果表明,白天pH、SIC上升,产生钙沉降和水体无机碳(主要为HCO-3)含量的下降,夜间得到地下水的补给,Ca2+和HCO-3浓度回升。监测期间,官村地下河出口地表河流钙与溶解有机碳的流失或沉降量分别为69.04kg/d和168.68kg/d,即51.14g/(m·d)和124.95g/(m·d),分别占输入量的6.2%和4.7%。受水生植物光合作用和钙化作用控制,沿流程发生无机碳向有机碳转化,是真正意义上的自然碳汇。     

河南省人类活动净磷输入的时空变化与影响参数

为探究河南省人类活动净磷输入状况,基于河南省18个省辖市(县辖市)行政单元统计数据,利用人类活动净磷输入量(NAPI)模型,核算河南省1990、1995、2000、2005、2010、2015和2019年人类活动净磷输入量.结果表明:在时间尺度上,1990～2015年河南省NAPI整体呈升高趋势,2015～2019年略...     

黄河岸边土壤中类二(口恶)英类多氯联苯污染现状及风险

研究了全黄河范围内40个国家重点控制断面岸边土壤样品中类二噁英类多氯联苯(dioxin-like polychlorinated biphenyls,DL-PCBs)的污染现状,并利用毒性当量法和健康风险评价模型定量描述黄河岸边土壤中DL-PCBs对沿岸居民的毒性风险、致癌风险和非致癌风险.结果表明,黄河岸边土壤中各采样断面岸边土壤中ΣDL-PCBs的含量(以dw计,下同)范围为:0.37~7.17 ng·g~(-1),均值为0.38 ng·g~(-1).毒性风险计算表明,黄河岸边土壤中DL-PCBs的毒性当量范围为:0.00~30.31 pg·g~(-1),均值是13.63 pg·g~(-1),基本不会对沿岸居民产生毒性风险;健康风险模型计算表明,黄河岸边土壤中DL-PCBs对儿童和成人的致癌风险、非致癌风险均未超过美国EPA规定的限值,基本不会产生明显的健康风险.相比而言,黄河中游沿岸居民更易受到DL-PCBs危害.     

烧失量法测定土壤有机质含量的实验条件探究

烧失量法是测定有机质含量的可靠手段,以其方便、快捷、经济等优点被广泛应用于土壤学、地质学、湖泊学等研究中。但由于对煅烧过程的研究较少,煅烧条件的选择不统一,使得不同实验条件下测定结果的可比性较差。本研究使用带烧失称重系统的马弗炉,对中国北方有机质含量不同的三种类型土壤进行了烧失量测定实验,通过观察土壤重量随温度和时间变化的连续失重过程,对煅烧温度、煅烧恒温时长、样品量及升温速率等实验条件进行了系统研究,确立了烧失量法适宜的实验条件组合。实验结果表明:升温速率宜选择3℃/min;样品量建议选用3~5 g,有机物含量低的样品可适量增加;不同类型土壤的适宜煅烧温度略有差别,黑土和栗钙土建议选用550℃,而黑垆土选用500℃或550℃;恒温2h可获得较为稳定的烧失量结果。     

一组中温厌氧消化菌群高温启动过程中的菌群多样性变化研究

该研究利用37℃培养的中温厌氧消化菌群为菌源,直接提温至50℃驯化培养,获得连续处理高浓度糖蜜废水的厌氧消化产甲烷菌群,并考察高温驯化过程中菌群结构及多样性的变化特征.结果表明,中温厌氧消化菌群直接转入高温培养后,在高浓度有机废水连续进料的条件下,厌氧消化过程能够快速启动生成甲烷,并在22 d后形成稳定的高温厌氧消化产甲烷菌群,平均甲烷生成效率为162.3 m L CH_4/g COD.乙酸和丙酸是厌氧发酵液内的2类主要有机酸,产气稳定期间的质量浓度分别为25.3和145.3 mg·L~(-1).转入高温培养后,菌群结构产生巨大变化,细菌变异程度强于古菌,并逐渐稳定成为以代谢糖、多种有机酸的细菌和产甲烷古菌为主要优势菌群的高温厌氧消化菌群.克隆结果显示细菌菌群以Thermacetogenium和Acetomicrobium faecal为主要优势菌群,分别占细菌克隆文库的33.44%和20.99%;古菌菌群以Methanosaeta和Methanoculleus为主要优势菌群,占古菌克隆文库的56.40%和39.75%.转入高温培养后,产甲烷古菌的总生物量下降,含量约为7.6×106拷贝/g活性污泥.研究结果对阐明温度选择压力对厌氧消化菌群结构与功能影响,改进高温厌氧消化菌群富集方法具有重要意义.     

时间序列沉积物捕获器（sediment trap）及其在青海湖的放置

沉积物捕获器在认识现代沉积过程方面具有独特的优势,已在海洋和国外一些大湖的研究中得到了成功的应用,但相关的工作在我国湖泊研究中尚未开展。Mark 8-13型时间序列沉积物捕获器是用来连续收集水体沉降颗粒物的仪器,可以获得沉积物输入通量和季节性变率。本文在介绍了该类型沉积物捕获器的设计、工作原理、投放和回收等基本知识的基础上,阐明了我们选择青海湖作为放置沉积物捕获器的理由和科学意义。在本专题的五篇论文中,我们展示了在青海湖放置的沉积物捕获器于2010年7月至2012年9月期间收集的沉积物和湖水样品的研究结果和同步的实时监测数据。通过在青海湖两年多的试验性地放置以及初步的结果,我们建议在我国典型内陆不同位置的湖泊等水体长期地放置这类沉积物捕获器,将为湖泊等水体系统的现代沉积和生物过程的深入理解提供全新的视角。     

不同构型富氮生物炭对Pb (II)和Cr (VI)的作用机制

为了明确不同构型富氮生物炭对重金属的作用机理,本研究以玉米秸秆为生物质,通过尿素改性结合高温热解制备了3种不同氮构型的富氮生物炭（以吡咯氮为主的Pr-NBC、吡啶氮为主的Pd-NBC和石墨氮为主的Gp-NBC）,考察其对典型重金属的作用行为.吸附动力学和吸附等温线等实验结果显示：富氮生物炭对Pb （II）和Cr （VI）的吸附均以化学吸附为主,且存在明显的差异;对Pb （II）的吸附容量与溶液离子强度成正比,吸附可能以形成内层络合物为主,对Cr （VI）的作用则包含吸附和还原两个过程;对两种重金属的吸附容量受pH影响较大,静电吸引作用可能是主要驱动力.吸附前后的材料表征显示：富氮生物炭主要通过静电吸引作用、阳离子交换、沉淀作用和阳离子-π键作用吸附Pb （II）,通过静电吸引作用吸附Cr （VI）,同时能将Cr （VI）还原为Cr （III）.不同构型氮与重金属作用机理存在差异,其中,石墨氮主要通过与Pb （II）形成阳离子-π键作用促进吸附,吡咯氮和吡啶氮具有还原性,可将Cr （VI）转化为Cr （III）,实现减毒.因此,在考察自然环境中富氮生物炭对重金属的作用机制时,应当充分考虑氮构型的影响.     

有机质对土壤气相抽提去除四氯化碳效率的影响

某重要岩溶地下水源地因附近农药厂排放含四氯化碳污水而受到严重污染,实验采用土柱通风试验模拟土壤气相抽提(SVE),研究环境温度为20℃,通风速率为40mL/min,土壤含水率10%,而土壤有机质含量分别为3.02%和0.13%条件下的两种供试土壤中四氯化碳污染物的去除过程.结果表明,土柱通风能有效去除土壤中的四氯化碳污...