河套灌区土壤水和地下水动态变化及水平衡研究

为探究田间土壤水及地下水在不同作物种植区、不同灌期等情况下的动态变化规律与水平衡特征,以春小麦、玉米、向日葵为典型作物,在河套灌区选取4块2亩的试验田,于2009年4-11月采集田间土壤及地下水样品进行研究.结果表明,不同作物地块间土壤含水率的变化差别主要集中在5-9月的作物生长期.夏灌灌水量不足,土壤含水率呈下降趋势,田间土壤水分变化属于“蒸腾蒸发消耗型”;秋浇期内水量充足,各地块各土层含水率均明显增加,田间土壤水分呈“入渗补给型”.各地块地下水埋深月均变化趋势基本一致,由于优先流的存在,地下水对灌溉降水响应快.本文定量研究了区域土壤水和地下水的变化规律,揭示了灌区水平衡要素间的相互转换关系,可为灌区科学合理的水资源管理提供理论依据.     

环境因子对水蚯蚓呼吸速率的影响研究

水蚯蚓能通过摄食剩余污泥而使污泥减量.因此,本文以颤蚓科蠕虫 (Tubificidae)为研究对象,考察环境因子(水质、水蚯蚓投加量、温度、pH、溶解氧)对水蚯蚓呼吸速率的影响,以探明水蚯蚓生长和新陈代谢的最佳条件,揭示环境因子影响水蚯蚓污泥减量的机理.结果表明,水蚯蚓在"水蚯蚓-微生物"共生系统污泥减量装置出水中的呼吸速率最大,为81.72 mg·g^-1·h^-1·L^-1(以单位体积内每g干重水蚯蚓每小时消耗的O₂质量计(mg)),在蒸馏水中的呼吸速率最小,仅为18.31 mg·g^-1·h^-1·L^-1;在容积为1 L的系统中,水蚯蚓呼吸速率随着投加量增加而逐渐减小,当水蚯蚓投加量为0.25 g (以湿重计)时,呼吸速率最大,为81.72 mg·g^-1·h^-1·L^-1;在8~22℃范围内,水蚯蚓呼吸速率随温度升高而增大,在22~30℃范围内趋势则相反;当pH=8.00±0.05时呼吸速率最大,比其他pH值条件下测得的呼吸速率高1倍多;溶解氧在3.5~4.5 mg·L^-1范围内,水蚯蚓的呼吸速率较高,在此溶解氧范围之外时,水蚯蚓呼吸速率均较低. 该研究结果可为污泥减量中水蚯蚓的培养和应用提供可靠的理论依据,从内在层次上揭示了环境因子影响水蚯蚓生长及代谢,进而影响污泥减量的本质原因.     

北京夏季灰霾天臭氧近地层垂直分布与边界层结构分析

后奥运时期首都北京的空气质量被更加关注,尤其是对于灰霾天与光化学复合污染的状况,而近地层数百米高度内的大气污染物与大气物理参数垂直分布观测对于空气质量变化过程评估至关重要.因此,本研究于2009年8月1-16日,在北京市325 m气象塔进行了相应的立体观测,观测平台垂直分布在距离地面高度8、47、120和280 m四层中.同时,在近地面320 m高度以内,分15层分别观测了大气温度、湿度、风速、风向.另外,使用气溶胶后向散射云高仪观测了边界层2.5 km内气溶胶后向散射系数.利用垂直分层的O3数据与边界层物理观测数据并结合天气形势、后向轨迹模式等方法,综合分析了本次观测数据之间的相互关系和内在联系.结果表明:夏季西北部低压槽控制的北京区域不利于低空大气扩散,容易形成光化学污染叠加灰霾污染,污染形成时白天地面小时最大φ(O3)可达120×10-9,280 m高度处可达155×10-9;来自西北偏西的气流一般较为干净,有利于北京污染物的清除,而来自西南和偏南的气流使北京的O3污染加重,导致区域性高浓度O3污染;在稳定天气条件下,夜间残留层与地面的φ(O3)差别越大,次日光化学生成的φ(O3)起点越高,表明残留层O3在次日混合层抬升过程中卷夹到地面,影响地面空气质量;300 m以内的近地层,在50 m高度左右存在φ(O3)变化程度剧烈层,这是城市冠层界面与大气化学反应共同作用的结果.     

二氧化钛复合型催化剂制备及其微波辅助催化氧化甲苯性能

实验采用溶胶凝胶法和传统浸渍法制备了TiO2-分子筛复合载体及复合载体负载过渡金属与稀土元素催化剂,通过微波辅助催化氧化甲苯的性能实验考察其催化活性.结果表明,复合TiO2明显提高了载体结构的稳定性与耐温性,并使过渡金属铜(Cu)、锰(Mn)和稀土元素铈(Ce)等活性组分在催化剂表面的分散更均匀;在复合载体吸附、吸波性能与多相活性组分催化的共同作用下,Cu-Mn-Ce/TiO2-分子筛催化剂微波辅助催化氧化甲苯的完全燃烧温度仅为175℃,此时甲苯去除率可达99％;15 h的连续性实验表明,TiO2复合型催化剂具有良好的催化活性与稳定性.由催化剂表征分析结果可知,活性组分颗粒的均匀分布与铜、锰氧化物及铜锰尖晶石固溶物等活性相的存在促进了甲苯的催化氧化,锐钛矿型TiO2较高的电子迁移速率与催化剂孔径的增大均有助于甲苯的氧化降解.     

海河流域水生态功能一级二级分区

水生态功能分区是实现流域水环境"分区、分级、分期和分类"管理的基础.通过分析海河流域的陆地和水生态系统特点,确定了一级二级分区的指标体系,一级分区指标包括地貌类型、径流深、年降水量、年蒸发量,反映水资源供给功能的空间格局特征,共划分了6个一级水生态功能区;二级分区利用植被类型和土壤类型的空间异质性,反映流域生态水文过程及水质净化功能的空间格局特征,共划分了16个二级水生态功能区.最后,通过野外调查各个分区的水生态系统结构和生境差异性(水量、水质、河流生境、水生动植物等),对一级和二级分区结果进行了评价.分区结果能够为海河流域的水质目标管理和区域生态环境建设提供支持,分区方法和指标体系也可以为国内其它类似流域的水生态功能分区提供参考.     

淮河流域农业非点源污染空间特征解析及分类控制

农业非点源污染是导致流域水质恶化的重要原因,识别流域内关键源区并加以重点控制是流域非点源污染治理的最有效手段.以淮河流域为研究对象,采用清单分析法核算了流域173个县(市、区)的畜禽养殖、农村生活、农田种植、水产养殖4种污染源化学需氧量(COD)、总氮(TN)、总磷(TP)排放量和排放强度.利用SPSS和GIS软件对污染排放强度进行聚类分析、敏感性评价及空间解析,解析出流域非点源污染的敏感地区、重点污染源及其空间分布特征,并依据污染源贡献大小对流域进行分类控制.结果表明,2009年淮河流域农业非点源COD、TN、TP排放量分别为206.74×104t、66.49×104t、8.74×104t;排放强度分别为7.69、2.47、0.32 t·hm-2;COD、TN、TP排放比重分别为73%、24%、3%.识别出COD、TN、TP的主要贡献污染源为畜禽养殖和农村生活;解析出淮河上游沙河、颍河、北汝河、贾鲁河以及清潩河等子流域为整个流域非点源污染的敏感区和优先控制区,畜禽养殖为流域优先控制区中的重点污染源.畜禽污染型和综合污染型分别是流域污染贡献率最高和控制难度大的污染类型.     

2株降解菲的植物内生细菌筛选及其降解特性

为了获得具有菲降解特性的植物内生细菌,通过选择性富集培养,本研究从多环芳烃污染区植物体内分离得到2株能够降解液体培养基中高浓度菲(200 mg·L-1)的植物内生细菌(菌株P1和P3).经形态观察、生理生化特征鉴定和16S rDNA序列同源性分析,分别将菌株P1和P3鉴定为寡养单胞菌属(Stenotrophomonas sp.)和假单胞菌属(Pseudomonas sp.)的细菌.菌株P1和P3均为好氧生长,28℃、150 r·min-1摇床培养7 d,2株菌对无机盐培养基中菲(100 mg·L-1)的降解率均高于90%.条件实验表明,温度20～30℃,pH 6.0～8.0,盐含量0%～4%,装液量10～30 mL(100 mL三角瓶)2菌株生长良好且对菲降解率高于70%.其最适生长和降解温度为30℃,pH为7.0,盐含量≤4%,装液量≤30 mL.综合比较2株菌对菲的降解特性,P1菌株高温耐受性稍强,而P3菌株对环境pH改变和缺氧的耐受性稍强.     

红霉素对产甲烷菌的抑制及其驯化

红霉素是一类具有一定生物毒性的抗生素类药品,为探明红霉素对产甲烷菌的抑制作用及其可驯化能力,依次在厌氧瓶中进行厌氧毒性试验、在升流式厌氧污泥床反应器(UASB)中进行连续实验,测定累计甲烷产量、相对产甲烷速率、COD去除率、甲烷含量.结果表明,红霉素为150 mg.L-1时产甲烷速率降为56.1%;250 mg.L-1时反应速率降低99%以上,活性受到完全抑制.保持红霉素投加量为20 mg.L-1连续运行60 d,COD去除率、甲烷含量可达到81.4%、64.2%.红霉素对甲烷菌有抑制作用,半抑制浓度为150 mg.L-1.甲烷菌对红霉素有一定的驯化能力,驯化60 d后COD去除率、甲烷含量较未驯化时可提高15.13%、22.05%.     

零价铁对脱色希瓦氏菌S12偶氮还原的促进作用

以脱色希瓦氏菌(Shewanella decolorationis)S12为实验菌株,研究了零价铁(ZVI)存在条件下微生物的厌氧偶氮还原特性及其最佳反应条件.结果表明,ZVI可显著促进菌株S12的厌氧偶氮还原速率.培养30 h后含有20 mmol.L-1微米级ZVI和S12菌的培养体系中,菌株S12对1 mmol.L-1苋菜红的脱色率达100%,比不含ZVI的S12菌培养体系和只含ZVI的体系的偶氮还原率分别提高了23.16%和94.66%;在额外含20 mmol.L-1甲酸钠的培养体系中,ZVI的存在也使S12菌对苋菜红的脱色率提高了20.54%.此外,ZVI的存在可显著提高培养体系对偶氮染料的耐受能力.在投加ZVI和菌株S12培养体系中,连续批量投加浓度为1 mmol.L-1的苋菜红可在276 h内实现11次有效脱色,而不含ZVI的S12菌培养体系中只能实现3次有效脱色.进一步的研究发现,ZVI与菌株S12协同培养体系的最适反应pH为9.0,最适ZVI投加量为60 mmol.L-1.与毫米级和纳米级ZVI颗粒相比,微米级ZVI颗粒具有更强的促进作用.本研究结果将为利用ZVI协同促进偶氮染料的生物治理效果提供科学参数.     

连环湖牙门气泡沉积物重金属演化和污染研究

2010年8月在牙门气泡的湖心位置采集了柱状沉积岩心.采用HNO3-HClO4-HF联合消解并运用ICP-MS测试了柱状沉积岩心中金属元素Cr、Cu、Mn、Ni、Fe、Pb、Zn、Cd、Al、Ba、Ca、K、Li、Mg、Na和Sr的含量,结合沉积岩心年代测定,研究了该湖区沉积物重金属元素演化特征及污染历史.应用富集系数法探讨了湖泊重金属的污染特征.结果表明,1950年以前各元素含量变化趋势平稳,1950～1990年间波动较大,1990年以后金属元素Mn、Zn、Cd、Pb、Fe、Ni、Cr、Cu、Ca、Li和Sr浓度明显增加.牙门气泡重金属元素Mn、Zn、Cd、Pb存在轻微污染,而Ni、Cr和Cu无污染.