济南市夏、冬季PM2.5中化学组分的季节变化特征及来源解析

为探究济南市大气气溶胶中化学组分的季节变化特征,于2015年夏季、冬季分别连续进行1个月的PM_(2.5)样品采集,并分析无机离子、碳质组分与水溶性二次有机碳(WSOC)的组成、浓度水平及来源.结果表明,济南市冬季PM_(2.5)的质量浓度[(158.3±95.3)μg·m~(-3)]约为夏季[(75.3±25.9)μg·m~(-3)]的2倍,在我国其浓度处于中上等水平.无机离子的总浓度呈夏低冬高的季节变化特征,其中SO_4~(2-)、NO_3~-、NH_4~+是浓度最高的3种离子,且这3种离子的相关性均较好,NH_4~+在夏季和冬季均以(NH_4)_2SO_4和NH_4NO_3的形式存在.大气中存在较高程度的SO_2和NO_2的二次氧化,其中硫氧化率(SOR)呈夏高冬低的变化特征,而氮氧化率(NOR)呈相反的季节变化特征.通过分析PM_(2.5)中阴、阳离子电荷平衡可知,PM_(2.5)呈弱碱性.基于热力学模型ISORROPIA-Ⅱ,结果表明冬季PM_(2.5)的酸性比夏季强.OC与EC浓度均呈夏低冬高的变化特征,由OC/EC的比值、WSOC/OC的比值和估算的二次有机碳(SOC)的浓度可知,夏季二次污染的程度比冬季更为严重.主成分分析(PCA)结果表明,济南市夏季无机离子主要来自二次氧化及生物质燃烧,而冬季无机离子主要来自煤炭燃烧及其产生的前体物经光化学氧化形成的二次污染物.     

化肥减量配施秸秆对双季稻田固氮微生物群落的影响

基于3 a田间定位试验,研究了双季稻田化肥减量配施秸秆后第3 a对水稻产量、土壤肥力属性和固氮微生物群落结构特征的影响.设置了3种施肥模式：常规施化肥（CF）、化肥减量配施3 t ·hm^-2干重秸秆（CFLS）和化肥减量配施6 t ·hm^-2干重秸秆（CFHS）.结果表明,在化肥减量配施秸秆后第3 a,CFLS和CFHS在没有显著减少水稻籽粒产量（P>0.05）的情况下显著中和土壤酸化并提高土壤微生物量碳和氮、可溶性有机碳和有机碳含量（P<0.05）,同时显著减少了土壤氧化还原电位、铵态氮和硝态氮含量（P<0.05）,更有利于提高土壤氮素利用率.与CF处理相比,CFLS和CFHS的天然固氮功能群由于土壤碳储量增加和酸化程度降低等条件的改善而增加了Shannon、PD和Evenness指数（P<0.05）.化肥减量配施秸秆使Ferrigenium、硫氧化菌属（Sulfurivermis）、甲基单胞菌属（Methylomonas）、Methylovulum、外硫红螺菌属（Ectothiorhodospira）和念珠藻属（Nostoc）等固氮、固碳和植物促生功能微生物类群相对丰度显著提高（P<0.05）.综上所述,化肥减量配施3 t ·hm^-2和6 t ·hm^-2秸秆是改善土壤固氮微生物群落结构和提高土壤固氮潜力的有效措施.     

基于卫星遥感和地面观测的人为源VOCs区域清单多维校验

本文针对京津冀区域,基于传统的排放因子法建立了区域人为源VOCs物种排放清单;并基于区域卫星遥感甲醛信息和典型城市地面VOCs观测信息,开展了VOCs物种清单多维校验研究.清单计算结果表明,该区域2013、2015和2017年VOCs排放量分别为202.67、207.34和193.42万t,以烷烃（29.83%~30.72%）、不饱和烃（16.54%~17.68%）、芳香烃（27.14%~27.51%）、醛（8.75%~9.52%）、酮（8.13%~9.04%）和醇醚酯（5.13%~6.60%）为主.2013~2017年VOCs清单排量,张家口、秦皇岛和衡水小幅上升（每年1.10%~1.66%）,邢台和邯郸小幅下降（每年-1.46%~-1.12%）,承德、唐山、保定和沧州呈稳定趋势,且与卫星遥感HCHO柱浓度年际变化呈现较好的一致性趋势;而北京、天津、廊坊和石家庄的VOCs排放年变幅（每年-6.51%、-3.30%、2.16%和0.11%）与HCHO柱浓度变幅（每年-1.17%、7.19%、-0.24%和6.68%）差异较大.在VOCs清单区域空间分布上,城市地区VOCs网格排放量与HCHO柱浓度取得了较好的线性相关性（R>0.5）;而在郊区地区,两者相关度仅为0.33,主要源于郊区天然源VOCs二次转化对HCHO的重要影响和贡献.最后,本文在北京市和邯郸市城区开展了VOCs地面浓度观测,回归了主要VOCs化合物与CO的排放比值（ER）,对比发现：大部分烃类化合物的清单ER值与回归ER值具有较好的吻合度,但乙烷的清单ER值显著偏低（-156%~-73%）,C8以上芳香烃有所偏高（54%~74%）.总体而言,本文建立的区域人为源VOCs物种清单具有较好的准确性和可靠性.     

苯取代化合物对底泥氨氧化活性的抑制作用研究

为研究污染物对氮循环中硝化过程的影响,利用摇瓶实验测定了24种苯取代化合物对底泥氨氧化活性的抑制作用. 结果表明,单取代苯化合物对底泥氨氧化活性抑制作用强弱顺序为:-OH>-NO₂>-NH₂>-Cl>-CH₃>-H;取代基的位置对抑制作用有一定的影响,二甲苯对底泥氨氧化活性抑制作用强弱顺序为:间>邻>对,苯二胺也表现为同样的趋势,但不明显;多取代甲基和氨基,随着取代基个数增加对底泥氨氧化抑制作用有增强趋势. 苯取代化合物对底泥氨氧化活性的抑制作用(IC50,μmol·L^-1)与取代基团电负性之和(∑E)有较好的相关关系:lgIC₅₀=14.72-0.91∑E,苯环上取代基团的∑E越大,该化合物对底泥氨氧化作用的抑制越明显.     

生物电耦合对活性炭-超滤工艺处理地表微污染水的影响机理研究

利用生物电化学系统处理地表水时，弱电压不但会刺激电活性菌的呼吸作用，而且会引起氧化胁迫导致胞外聚合物（Extracellular Polymeric Substance，EPS）过量分泌.为确认在地表水处理中弱电压对膜污染和净水效率的影响，本研究设置了外加1.0 V直流电压（记为"BES系统"）和无外加电压（记为"CK系统"）的两组平行对照生物活性炭-超滤系统.经过50 d的运行，BES系统（36.1 kPa）相比CK系统（19.1 kPa）跨膜压差（Trans Membrane Pressure，TMP）增加更为显著，膜污染更严重.电路电流、电极电势和循环伏安（Cyclic Voltammetry，CV）曲线显示，随着装置运行，两系统生物膜逐渐稳定，并且产生具有氧化还原活性的EPS导致阳极电容增加.相比之下，BES系统产生了更多EPS，具有更高的阳极电容.水质指标显示，BES系统中比紫外吸光度（Specific Ultraviolet Absorbance，SUVA）、NH₄⁺-N和PO₄^3--P的去除增强但总有机碳（Total Organic Carbon，TOC）去除减弱；三维荧光光谱（Excitation-Emission-Matrix，EEM）和尺寸排阻色谱（Size Exclusion Chromatography，SEC）分析结果表明，BES系统膜池中产生了更多的生物聚合物，但腐殖质类有机物明显减少.活性炭表面EPS含量和腺嘌呤核苷三磷酸（Adenosine Triphosphate，ATP）含量的测试结果证实，弱电压刺激了生物膜的生长，同时增加了氧化还原活性EPS的含量.对膜表面累积多糖、蛋白质含量的测试分析进一步揭示了多糖类大分子生物聚合物在膜表面的累积是导致严重膜污染的直接原因.研究可为生物电化学系统在微污染水处理的研究和应用提供新的见解.     

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.      

改性生物炭负载纳米零价铁活化过硫酸盐降解活性蓝19的机理及老化研究

采用磷酸改性的黍糠基生物炭作为纳米零价铁(Nanoscale zero-valent iron,nZVI)载体,成功制备出一种高效非均相活化材料一磷酸改性生物炭负载纳米零价铁(nZVI@PBC),用来活化过硫酸盐(Persulfate,PS)降解印染废水中的典型染料—活性蓝(Reactive Blue 19,RB19)...     

黄土高原人工刺槐林土壤团聚体中不同活性有机碳从南到北的变化特征

不同粒径团聚体中的不同活性有机碳对人工林土壤质量改善及碳库动态平衡有重要的作用.本研究在黄土高原地区,从南向北沿着降雨和温度降低梯度选择淳化、安塞、绥德和神木共4个地区,比较研究了人工刺槐林土壤团聚体不同的活性有机碳含量变化及其影响因素.通过湿筛法将土壤团聚体分级为粉黏粒（<0.053 mm）、微团聚体（0.25~0.053 mm）和大团聚体（>0.25 mm）,用Leffory法测定3种粒径土壤团聚体低、中、高活性有机碳含量.结果表明：①4个样区大团聚体（>0.25 mm）含量由南至北呈先降低后增加趋势,微团聚体（0.25~0.053 mm）含量逐渐增加,粉黏粒（<0.053 mm）含量则先增后减.②4个样区中土壤团聚体3种活性有机碳含量大小顺序为低活性 > 中活性 > 高活性,其中,粉黏粒（<0.053 mm）低活性有机碳含量为1.02~1.52 g·kg^-1,中活性有机碳含量为0.53~0.91 g·kg^-1,高活性有机碳含量为0.28~0.43 g·kg^-1;而微团聚体（0.25~0.053 mm）低活性有机碳含量为1.02~2.02 g·kg^-1,中活性有机碳含量为0.46~1.20 g·kg^-1,高活性有机碳含量为0.31~0.85 g·kg^-1;大团聚体（>0.25 mm）低活性有机碳含量为1.08~3.07 g·kg^-1,中活性有机碳含量为0.70~1.96 g·kg^-1,高活性有机碳含量为0.48~1.24 g·kg^-1.③黄土高原人工刺槐林3种粒径团聚体的低、中、高活性有机碳含量主要与年均气温（MAT）、年均降雨量（MAP）、土壤SOC、TN和含水率显著相关（p<0.05）,且在同一活性下,活性有机碳含量与MAT、MAP、土壤TN、SOC、含水率的相关性随着土壤团聚体粒径的增大而越显著.研究结果对理解黄土高原土壤团聚体活性有机碳含量在空间尺度上的变化特征和影响因素具有重要意义.     

温榆河浮游动物多样性及水质改善效果评价

为评价自2010年5月罗马东湖示范工程运行后温榆河水质变化情况,于2010年5月-2011年2月间,定期采集该流域大型浮游动物,并从浮游动物种类、敏感种数量以及Shannon-Weaver生物多样性指数(H')等3个方面对温榆河流域大型浮游动物多样性进行分析。2010年5月-10月,罗马东湖大型浮游动物种类增加,敏感种数量上升,Shannon-Weaver生物多样性指数(H')由0.650 1升至2.134 2,水质由重污型改善为β-中污型;2010年11月-2011年2月,H'降低,说明季节变化对生物多样性影响较大。下游苇沟桥由于接受示范工程水域敏感种,H'与罗马东湖具有相同变化趋势,但受到清河水体影响,实际水质较差。苇沟桥下游北关闸敏感种再次消失,H'降低。其他位点H'明显较低,并受季节变化影响。结果表明:温榆河水质改善示范工程对局部水域的水质改善效果明显。要实现河流健康目标,必须控制污染源,由点到面,逐步由局部生态修复过渡到流域生态系统的恢复。     

三峡库区回水区营养盐和叶绿素a的时空变化及其相互关系

为探讨三峡水库调度运行背景下,库区回水区营养盐和叶绿素a时空变化及其相互关系,于2013年5月~2014年5月在三峡库区北岸最大、也是库区水华频发的支流——澎溪河的回水区高阳平湖进行了定点和高频监测.结果表明水体热分层是高阳平湖水华发生的诱导因素.高阳平湖水体热分层发生于春季(3月初),消亡于夏末(9月中旬),冬季没有分层.2014年春季,随着水体分层的发生和发展,表层叶绿素a在69 d内从14.92μg·L-1骤增至183.73μg·L-1,并暴发水华,之后叶绿素a随着混合层深度增加而下降.水体没有分层时,表、中和底层营养盐浓度相近;水体分层之后,各层磷浓度有了明显差异,表层和底层总磷浓度相差(0.18±0.04)mg·L-1.高水位期(9月至次年4月),高阳平湖硝氮和溶解性磷高于低水位期(5~8月)的含量,分别占总氮、总磷浓度的71.4%~95.4%和42.7%~94.4%,是总氮和总磷的主要组成部分,干流倒灌输入的硝氮和溶解性磷是其主要来源.