南方红壤区氮湿沉降特征及其对流域氮输出的影响

本研究通过对江西千烟洲香溪流域雨季氮湿沉降及径流过程进行监测,分析降雨及径流过程的各形态氮浓度变化,探讨南方红壤区氮湿沉降特征及其对流域氮输出的影响.结果表明:1 2014年雨季(3~6月)共27场降雨,产生的氮湿沉降负荷达43.64~630.59 kg,氮沉降通量为0.44~6.43 kg·hm-2,呈现出极大的季节变异性;2对其中3场降雨过程进行动态分析发现,当降雨量为8~14 mm时,流域氮沉降负荷达18.03~41.16 kg,而该地区氮湿沉降通量为0.18~0.42 kg·hm-2.其中3场次降雨事件导致流域水体的总径流量为4 189.38 m3,TN总流失负荷16.72 kg,输出通量为4.64 kg·hm-2;DTN总流失负荷为9.64 kg,输出通量为2.68 kg·hm-2;NH+4-N总流失负荷2.93 kg,输出通量为0.81 kg·hm-2;NO-3-N总流失负荷5.60 kg,输出通量为1.56 kg·hm-2.3流域氮湿沉降对流域氮输出的贡献率约为56%~94%,说明降雨对流域氮流失影响巨大,并以硝酸盐为主,流域水体中总氮浓度超过河流水体富营养化阈值(1.5 mg·L-1)存在发生富营养化的隐患.     

三峡水库消落带土壤与优势植物淹水后对土-水系统汞形态的影响

三峡库区消落带落干期植被生长茂盛,蓄水后消落带被淹没,土壤-植物系统在长时间淹水情况下,随着体系内物理化学性质的改变,汞形态也会发生变化,从而对库区水生生态系统中汞含量以及形态带来一定的影响.为此,本研究选取三峡库区4种优势植物室内栽培,再进行室内模拟淹水试验,研究淹水后土壤、水体中甲基汞(Me Hg)以及其他形态汞的变化.结果表明,淹水过程中植物的存在有利于土壤Me Hg的生成,同时对上覆水不同形态汞浓度影响显著.狗牙根作为消落带优势种,由于其体内总汞及甲基汞含量较高,淹水后对土壤以及上覆水系统中甲基汞以及其他汞形态的影响最为明显.淹水第90 d,狗牙根+土+江水(B1)处理土壤Me Hg的含量最高,为(1 135.86±113.84)ng·kg~(-1),是不加植物的对照处理土+江水(CK2)中土壤Me Hg含量的2倍左右;上覆水总甲基汞(TMe Hg)、溶解态甲基汞(DMe Hg)、总汞(THg)、溶解态汞(DHg)和活性汞(RHg)均呈峰值偏左的抛物线状变化,在第30 d时达到峰值,其中B1处理上覆水TMe Hg、THg和DHg最高,分别为(2.88±0.06)、(40.29±2.42)和(35.51±3.77)ng·L~(-1),三者中溶解态汞是其主要存在形式.因此可以推测三峡库区消落带植物淹水后将增加水库汞污染负荷.     

三门湾近海有机污染对浮游细菌群落的影响

近海污染问题日趋严重,因此亟需评价污染对海洋环境造成的潜在影响.微生物作为对环境变化的首要响应者,可能作为评价污染水平的指示生物.为此,本文采集三门湾和邻近鱼山保护区共21个站点的表层海水,利用Illumina技术测定细菌16S rRNA基因,对比研究有机污染对浮游细菌群落的影响.三门湾的有机污染(A)为4.57±2.41,显著(P0.001)高于鱼山保护区0.43±0.74.三门湾和鱼山保护区的浮游细菌多样性和群落结构差异显著,其中三门湾水域的放线菌门(Actinobacteria)、α-变形菌纲(α-Proteobacteria)、β-变形菌纲(β-Proteobacteria)、SAR406的相对丰度显著高于鱼山保护区,而拟杆菌门(Bacteroidetes)、蓝细菌门(Cyanobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)的相对丰度低于鱼山保护区.多元回归树分析(multivariate regression tree,MRT)发现浮游细菌多样性主要受pH、有机污染和叶绿素a(Chl-a)的影响,分别控制了27.7%、15.6%和6.7%的多样性变异.冗余分析(redundancy analysis)结果表明驱动细菌群落变异环境因子为有机污染、pH和盐度(salinity),共解释了14.8%的群落变异.同时,空间距离与细菌群落组成显著相关,解释了4.42%的变异,表明浮游细菌的空间分布不是随机的.此外,本研究筛选到与有机污染状况显著相关的23个细菌科,各科相对丰度的变化与其已知的生态功能特征相吻合,因此可以作为潜在的有机污染指示种群.本实验结果表明近海有机污染显著地改变了浮游细菌群落结构,特别是潜在病原菌丰度的增加;此外,筛选到敏感指示种群用于评估有机污染程度.     

应用铅锶同位素示踪研究泉州某林地垂直剖面土壤中重金属污染及来源解析

分别用原子吸收光谱仪(AAS)和电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)分析了泉州市某林地垂直剖面土壤中8种重金属元素(Sr、Ni、Fe、Cr、Cu、Mn、Pb、Zn)的含量及垂直剖面土壤的铅锶同位素组成,并采用BCR四步提取法对重金属形态进行了分析.重金属总量及形态分析结果表明,泉州市林地土壤重金属污染较轻,主要污染因子为Sr.Pb的非残渣态含量最高,活性最大.内梅罗综合污染指数的评价结果表明,Sr在0~60 cm深度处达到重度污染.次生相与原生相比值法评价结果表明,Pb活性最强,对土壤的潜在危害最大;富集因子计算结果表明,Pb、Sr、Mn、Zn受到外源的影响;因子分析结果表明,重金属主要受到交通源、自然源和农业生产的影响.根据垂直剖面土壤样品与泉州市潜在污染源在~(206)Pb/~(207)Pb-~(207)Pb/~(204)Pb图中的分布特征,Pb主要来源于汽车尾气尘和土壤母质层,利用铅同位素二元混合模型计算出土壤母质层对垂直剖面土壤中铅的贡献率为85.14%(62.53%~98.36%),汽车尾气尘的贡献率平均值为14.86%(1.640%~37.47%).锶同位素示踪结果表明,锶主要来源于汽车尾气尘和土壤母质.铅锶同位素联合示踪结果与前述研究一致.     

外源新碳对红壤团聚体及有机碳分布和稳定性的影响

以中国科学院长期定位试验站的红壤为研究对象,通过室内模拟实验,利用δ~(13)C示踪方法,将稳定同位素碳(δ13C)标记的水稻秸秆添加入红壤,研究水稻秸秆添加对红壤水稳性团聚体分布及稳定性的影响,探索水稻秸秆腐解过程中有机碳在不同粒级团聚体中的动态变化以及分布规律.研究结果表明:未添加水稻秸秆的红壤(对照组),微团聚体(250μm)占主体,2000μm粒级水稳性团聚体含量最少.与对照相比,添加水稻秸秆后(试验组)促进了2000μm粒级水稳性团聚体的团聚.不同培养时期,2000μm水稳性团聚体增加了108.3%~270.3%,促使大团聚体占主体,显著提高了红壤水稳性团聚体的平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、R0.25值,降低了分形维数(D)值,土壤结构明显得到改善.各粒级团聚体有机碳含量也显著得到提高,2000μm团聚体有机碳含量比对照组增加了14.7%~41.5%.土壤有机碳在53μm粒级团聚体中分布随着粒级的增大而增大,即2000μm2000~250μm250~53μm.不同粒级团聚体δ13C值动态变化显著,有机碳的周转速率增大.外源新碳前期主要分配在2000μm、250~53μm粒级团聚体中,并促进了原有机碳的分解,后期主要分配在微团聚体中.红壤大团聚体有机碳含量与团聚体稳定性呈极显著的相关关系(p0.01).     

厦门湾流域河流氮污染综合溯源与水体达标策略

全球变化背景下海岸带地区面临多种环境压力,快速城镇化和人类活动导致河流与海湾营养盐污染和富营养化问题加重,污染溯源是水体达标方案编制与实施的重要环节.兼顾科学性与操作性,本文基于综合溯源思路,以厦门湾河流为例,于水质较差的枯水期开展水系沿程梯度调查,进行氮的生物地球化学过程解析,结合硝酸盐氮氧双位素及土地利用统计分析,探明氮污染关键源区和氨氮超标成因.结果表明,研究区63%的站位水中氨氮占无机氮的50%以上,沿下游方向氨氮污染加重,且与城镇与农村宅基地、渔塘的面积占比均呈正相关.土壤氮、粪肥及污水和化肥贡献了硝酸盐89%~91%的来源.最后,提出了污染减排(控源)、生态修复(增容)、以海定陆(统筹)的水体达标策略,为我国水污染防治与管理提供方法示范.     

凹凸棒石的表面修饰及对水中Cr（Ⅵ）吸附动力学和热力学的研究

以壳聚糖为生物质碳源,采用一步水热碳化法对凹凸棒石表面进行有机修饰,并采用扫描电镜(SEM)、拉曼(Raman)光谱、元素分析(EA)、X光电子能谱(XPS)、Zeta电势分析、热重分析(TGA)等对改性凹凸棒石进行表征分析.同时,通过静态吸附实验,研究了改性凹凸棒石对Cr(Ⅵ)吸附去除的性能,考察了温度对吸附性能的影响,探讨了吸附动力学和热力学规律.结果表明,改性凹凸棒石表面富含含氧基团和氨基等活性基团;对总铬的吸附行为符合准二级动力学方程;表观吸附活化能为13.4 k J·mol~(-1),表明既有静电吸附,也有配位吸附,且以静电吸附为主;对总铬的吸附等温线符合Langmuir方程.在温度为298、308、318和328 K时,最大吸附量分别为203.3、232.6、267.4和322.6 mg·g~(-1),说明改性凹凸棒石是一种新型环保高性能的除铬材料.在研究的温度范围内,ΔH~0为19.8 k J·mol~(-1),ΔG~0为-19.5~-23.7 k J·mol~(-1),ΔS~0为72.1~131.8 J·mol~(-1)·K~(-1),表明该吸附是一吸热的、自发的、熵增过程.     

膜污染层微生物与聚丙烯微滤膜间的界面作用及其吸附特征

采用热力学方法及界面吸附理论,对2株膜污染层微生物(Aeromonas veronii M4、Aeromonas caviae N25)与聚丙烯(PP)微滤膜间的界面作用及吸附特征进行研究.结果表明,Aeromonas veronii M4与PP膜表面均表现出明显的疏水性特征,而Aeromonas caviae N25则呈现亲水性特征,并且A.veronii M4的运动性能也要高于A.caviae N25;另外,2株细菌及PP膜的表面均带有负电荷,表现出明显的电子供体特征,而Lewis酸碱分量U_(mlb)~(AB)则在2株细菌与PP膜的界面作用能中占据着主导地位;依据XDLVO理论,A.caviae N25及A.veronii M4与PP膜之间的总界面作用能均为负值,表明二者在膜上的吸附是一个主动吸附过程,而A.veronii M4-PP膜之间的界面作用能负值最大,说明A.veronii M4具有较高的吸附能力;静态吸附结果则表明,A.veronii M4在PP膜上的吸附量要明显高于A.caviae N25,而2株菌在膜上的吸附行为可由准二级动力学模型进行描述.     

波流式生态滤床氨氮去除效果及其微生物群落结构分析

利用波流式生态滤床处理受污染的河水,考察了其对氨氮的去除效果和沿程污染物转化情况,并采用扫描电镜、高通量测序手段解析了波流式生态滤床不同时间和位置基质上生物膜的细菌群落组成,分析了波流式生态滤床小试反应器中硝化细菌和反硝化细菌的分布特点,以探讨其去除氨氮的机理.结果表明,反应器稳定运行以后,对氨氮平均去除率为74.83%,基质表面可以观察到大量微生物,不同时期优势细菌有较大不同.反应器前部主要发挥硝化作用,中部发挥反硝化作用,硝化菌的分布呈现上多下少、前多后少的特点,使得氨氮在前端被快速去除;中部以黄杆菌属(Flavobacterium)为代表的反硝化菌丰度较高,促进了反硝化作用的发挥,降低了出水中总氮浓度;不同部位样品中细菌多样性差别不大,微生物种群多样性随着水流方向呈现先增加,到后段减少的趋势.     

BiOCl/ZnMgAl-HTLCs复合材料光催化去除水中的甲基橙

以Mg(NO3)2·6H2O、Al(NO3)3·9H2O、Zn(NO3)2·6H2O、Bi(NO3)3·5H2O为主要原料,采用水热合成法,制备了Bi OCl/Zn Mg Al-HTLCs光催化剂,对其进行XRD、EDS、SEM、FT-IR、UV-Vis、TGA表征,并通过降解甲基橙(MO)实验,探究催化剂水热合成的p H、溶剂、温度对其光催化性能的影响.结果表明:Zn Mg Al-HTLCs改善了Bi OCl的分散性,Bi OCl/Zn Mg Al-HTLCs能够有效地催化去除水中的甲基橙,在p H=7.5、溶剂为水、T=140℃条件下,可见光催化活性最佳,光照60 min后对10 mg·L-1的甲基橙溶液(MO)的降解率均达到85%以上.综合表明,Bi OCl/Zn Mg Al-HTLCs是一种具有潜在应用前景的光催化剂.