莠去津对野生植物群落下土壤微生物功能多样性的影响

为探明亚致死剂量农药对土壤微生物多样性影响,基于大田控制试验,采用Biolog-ECO微平板技术分析喷施亚致死剂量的莠去津对野生植物群落下土壤微生物群落功能多样性的影响.结果表明:① 莠去津的喷施浓度对土壤微生物群落利用全部碳源的能力无显著影响（P>0.05）,但与喷施处理后第30天相比,处理后第60天的土壤微生物群落利用全部碳源的能力有所降低,其中处理Ⅰ〔喷施浓度（以质量浓度计）为1 200 g/hm2〕、处理Ⅲ（喷施浓度为300 g/hm2）显著下降（P < 0.05）,而CK（对照组）、处理Ⅱ（喷施浓度为600 g/hm2）降低程度不显著（P>0.05）,并且其各处理间土壤微生物群落对全部碳源的利用能力大小为CK >处理Ⅲ >处理Ⅱ >处理Ⅰ.② 喷施处理后第30天土壤微生物群落对碳水化合物类碳源的利用能力最强,对羧酸类碳源的利用能力相对较弱;喷施处理后第60天土壤微生物群落对碳水化合物类碳源的利用能力降幅最大,处理Ⅰ、处理Ⅱ、处理Ⅲ分别下降了0.63、0.78、0.85、0.76.③ 喷施除草剂后第30天处理Ⅱ的Shannon-Wiener指数和Simpson指数显著低于其他处理（P < 0.05）,而第60天各处理间多样性指数无显著差异;与喷施处理后第30天相比,第60天各处理多样性指数都有所下降,但没有显著差异（P>0.05）.④ 对土壤微生物群落碳源利用能力进行主成分分析结果显示,提取的与土壤微生物碳源利用相关的主成分累积贡献率为86.6%,主成分1能够区分喷施处理后两个时期的土壤微生物群落特征.⑤ 冗余分析（RDA）表明,pH是土壤微生物利用碳源能力差异的重要影响因素之一.研究显示,除草剂莠去津的施用可在一定程度上降低野生植物群落下土壤微生物群落功能多样性.      

碳酸盐矿化菌固结Pb2+的生物矿化

为了研究碳酸盐矿化菌在修复重金属污染过程中的生物矿化作用及其在不同污染体系下对生物矿化的影响,以从南京栖霞山土壤中筛选出的一株耐受Pb的碳酸盐矿化菌株——Bacillus cereus Pb₂₁为研究对象,选用葡萄糖作为底物,采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等分析测试手段对其矿化产物进行表征.结果表明:碳酸盐矿化菌可以利用2%葡萄糖底物诱导下的酶化作用将游离态Pb2+转变为稳定态PbCO₃,从而达到修复环境中Pb2+污染的目的.不同污染体系下的生物矿化分析结果显示,随着pH的升高,矿化产物的平均粒径也在变大,由pH为3时的约24 μm增至pH为9时的99 μm.而且,当环境溶液为中性或碱性(pH为7、9)时,矿物生成的速度较快,结晶较好,Pb2+的固结率达到90%以上;而当pH较低(pH为3、5)时,晶体不易成核生长,Pb2+的固结率低于60%.ρ(Pb2+)对Pb2+固结率的影响差异较小,几乎都在90%以上,但是其对矿化产物结构形态的影响较大,随着ρ(Pb2+)的增加,矿化产物的形态越清晰,对微生物矿化固结重金属形成矿化产物也越有利.      

基于WRF模型与气溶胶光学厚度的PM2.5近地面浓度卫星反演

为了反演高分辨率的PM_2.5近地面浓度,利用WRF(中尺度气象模型)模拟的大气相对湿度、风速、边界层高度等气象因子对AOD(气溶胶光学厚度)分别进行订正,以逐步提高AOD与近地面ρ(PM_2.5)间的相关性;分析不同反演模型的统计学特征,优选反演模型,并利用最优模型反演中国中东部地区2014年年均ρ(PM_2.5)的空间分布特征.结果表明:AOD经相对湿度订正后,其与近地面ρ(PM_2.5)的相关性显著提高,相关系数达到0.77;同时引入相对湿度、风速2个气象因子,AOD与近地面ρ(PM_2.5)的相关系数升至0.79(n=145,P<0.01);同时引入相对湿度、风速和边界层高度3个气象因子,AOD与近地面ρ(PM_2.5)的相关系数进一步升至0.80(n=145,P<0.01).模型反演表明,研究区域内ρ(PM_2.5)年均值大于35 μg/m3的面积高达334.49×104 km2,占研究区域面积的83.2%,并且高污染地区与人口密度高度重合.分析表明,北京、天津、河北、山东及河南等典型重污染省、直辖市分别有96.30%、100%、78.16%、98.86%、100%面积的ρ(PM_2.5)超标,分别约有99.97%、100%、96.41%、98.88%、100%人口生活在空气质量超标地区.      

灌溉方式对设施土壤温室气体排放的影响

为了寻求在高产、高效、节水的同时能够最大程度促进温室气体减排的灌溉方式,以长期定位灌溉设施蔬菜(以番茄为例)栽培土壤为研究对象,探讨覆膜滴灌、节点式渗灌、沟灌3种不同灌溉方式对土壤温室气体(N₂O、CO₂、CH₄)排放特征的影响,以及温室气体排放与土壤温度和湿度两大环境因子的相关性,并运用产气比概念对温室气体累积排放量进行比较.结果表明:①在番茄生长季,不同灌溉方式下N₂O排放总量表现为沟灌(25.33 kg/hm2)>覆膜滴灌(23.87 kg/hm2)>节点式渗灌(10.04 kg/hm2),土壤温度适宜条件下,N₂O排放通量与土壤湿度呈极显著相关(P<0.01).②CO₂排放通量随着气温升高及植株生长而逐渐增大,具有明显的季节性变化.不同灌溉方式下CO₂排放总量表现为节点式渗灌(11.84 t/hm2)>沟灌(10.45 t/hm2)>覆膜滴灌(9.53 t/hm2);覆膜滴灌和节点式渗灌处理下CO₂排放通量与土壤温度呈极显著相关(P<0.01),沟灌处理下二者呈显著相关(P<0.05).③在番茄整个生长季期间,土壤总体表现为大气CH₄的汇,不同灌溉方式下CH₄吸收总量表现为节点式渗灌(1.98 kg/hm2)>覆膜滴灌(0.93 kg/hm2)>沟灌(0.71 kg/hm2),CH₄排放通量与土壤湿度呈显著相关(P<0.05).研究显示,采用覆膜滴灌方式不仅可以达到高产、高效、节水的目标,而且综合排放的温室气体量最少,可达到土壤温室气体最大程度的减排效果,减缓全球气候变暖趋势,是一种最佳的灌溉方式.      

阳澄湖表层沉积物中氮磷及重金属的空间分布特征及污染评价

为了解阳澄湖表层沉积物中氮磷及重金属的空间分布和污染特征,对全湖开展了大范围调查,基于综合污染指数、地积累指数法和潜在生态风险指数法对沉积物污染风险进行评价.结果表明:阳澄湖表层沉积物中w(TN)、w(TP)平均值分别为3 433、379 mg/kg,湖区氮磷污染严重且空间差异明显,w(TN)高值区位于阳澄东湖,w(TP)高值区位于阳澄西湖;综合污染指数评价结果显示,整个阳澄湖TN均为重度污染状态,TP除阳澄西湖外大部分区域处于轻度污染状态.阳澄湖表层沉积物中w(Cu)、w(Zn)、w(Pb)、w(Cr)、w(Cd)、w(As)、w(Hg)、w(Ni)的平均值分别为35.0、141、12.6、62.6、0.36、27.5、0.145、47.6 mg/kg,分别是江苏省土壤重金属环境背景值的1.50、2.17、0.57、0.83、4.22、2.93、5.78、1.45倍,阳澄西湖的重金属含量要高于阳澄中湖和阳澄东湖.地积累指数法和潜在生态风险指数法评价结果均表明,Hg和Cd是主要的生态风险贡献因子,二者生态风险指数平均值分别为231.23、126.63.相关分析结果表明,阳澄湖表层沉积物中Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、Hg和Ni的质量分数显著相关,说明其具有相似的来源,结合水系结构和周边企业分布,推测其主要来自于相城区和常熟市的工业企业.      

洪泽湖流域洪涝灾害演变趋势及其与El Nio事件关系

为分析洪泽湖流域洪涝灾害在千年尺度序列上的演变趋势,采用统计历史洪涝记录的方法,分析了气候变化背景下洪涝灾害的响应过程,探讨了洪泽湖流域洪涝灾害同El Nio事件的关系。结果表明：近1 000 a来洪泽湖流域洪涝灾害的频度总体是趋于上升的,这种变化趋势同气候变化的趋势是一致的。研究结果显示：公元1000~1400年洪涝记录偏少,同我国东部地区尤其是中世纪暖期出现的一次200 a以上的干旱化过程有较好的对应性。1400~1800年是洪泽湖流域洪涝的多发期,这一事实同我国东部1550~1850年小冰期期间总体偏湿的环境特征相一致。分析洪涝灾害变化同El Nio事件对应性关系表明：在El Nio事件年及其次年是洪泽湖流域洪涝的多发年份。这可能是由于El Nio事件通过改变西太平洋副高的强度与位置,以及大气环流形势而引起的降水异常所致。了解洪泽湖流域洪涝的演变趋势及其同El Nio的关系对于长期防灾减灾策略具有重要的参考意义。     

上覆水环境因子对滨海水库沉积物氮磷释放的影响

为了解我国滨海水库富营养化过程,以北大港水库沉积物为研究对象,通过室内模拟试验,考察上覆水环境因子〔扰动、ρ(Cl-)、pH、温度、ρ(DO)〕对滨海水库沉积物氮、磷释放的影响.结果表明:①扰动促进氮、磷的释放,ρ(NH₃-N)、ρ(NO₃--N)、ρ(TN)和ρ(TP)增加了54.4%～230.8%,扰动对滨海水库沉积物TN、TP释放通量的促进作用比淡水沉积物强;②ρ(Cl-)升高促进氮、磷释放,ρ(Cl-)越高,促进效果越强,ρ(Cl-)为1 000和5 000 mg/L时,ρ(NH₃-N)、ρ(NO₃--N)、ρ(TN)和ρ(TP)分别增加了4.2%、3.2%、35.0%、11.9%和8.4%、4.8%、44.7%、23.8%;③与pH为7.0时相比,pH为8.5和10.0时,ρ(TP)增加了21.3%～42.6%,ρ(NH₃-N)降低了14.9%～18.6%,ρ(NO₃--N)和ρ(TN)基本没有变化,但NO₃--N释放通量增加了5.2%～10.3%,TN的释放通量降低了7.1%～21.5%;④温度升高促进了NH₃-N、TN和TP释放,抑制了NO₃--N释放,滨海水库沉积物中较高的盐度减弱了温度对TP释放的促进作用,25 ℃时,ρ(NH₃-N)、ρ(TN)和ρ(TP)比5 ℃时增加了37.3%～71.0%,ρ(NO₃--N)降低了34.0%;⑤好氧条件抑制了NH₃-N、TN和TP释放,促进了NO₃--N释放,好氧条件下ρ(NH₃-N)、ρ(TN)和ρ(TP)降低了54.2%～85.6%,ρ(NO₃--N)增加了20.5%.研究显示,上覆水环境因子会影响滨海水库沉积物氮、磷释放,其中以扰动、温度和ρ(DO)影响较大.      

混合基质添加对土壤种子库萌发特征的影响

为了探究基质添加在土壤种子库用于植被恢复方面的可行性,参考日本种子库应用的实践经验,以草炭与珍珠岩、稻壳炭与蛭石为混合基质,探究混合基质间体积比、混合基质与表土配比等因素对土壤种子库萌发特征的影响,并利用冗余分析法(RDA)分析基质添加后土壤环境因子与植物种类、基质配方的关系.结果表明:①混合基质的添加对土壤种子库密度以及Shannon-Wiener多样性指数有显著促进作用,并且草炭与珍珠岩混合基质在较大程度上促进了多年生草本植物的生长,更有利于植被恢复的进行,尤其是当草炭与珍珠岩体积比为1∶1并与表土配比为30%时,土壤种子库密度达到最大值(36.3×105粒/m2),其多年生草本植物的数量比对照组增加了73.15%;②土壤环境因子与植物种类的冗余分析中,土壤含水率和w(TC)(TC为全碳)对植物种类的影响有显著性解释作用(占全部变量解释方差的72.34%),并且植物物种对土壤环境因子有明显偏好;③土壤环境因子与基质配方的冗余分析中,稻壳炭与蛭石混合基质能更好地改善土壤含水率、w(TC)、w(AP)(AP为速效磷)、w(AK)(AK为速效钾)等土壤环境因子.研究显示,混合基质的添加可有效改善土壤理化性质,促进目标物种的萌发.      

贵州某典型汞矿区流域水稻中总汞和甲基汞含量及暴露风险

鉴于流域尺度内水稻植株不同组织中总汞和甲基汞含量及人群进食稻米的汞暴露风险研究较少,系统采集了贵州省铜仁市受万山废弃汞矿影响的瓦屋河流域内水稻植株及对应根际土壤样品,分析水稻植株不同组织中的w(总汞)、w(甲基汞)及其影响因素,以及流域内人群食用稻米的汞暴露风险.结果表明:瓦屋河流域水稻精米中w(总汞)平均值为(14.2±7.0)μg/kg(范围为4.1～34.0 μg/kg,n=24),精米中w(甲基汞)平均值为(7.229±3.957)μg/kg(范围为1.974～17.364 μg/kg,n=24).精米中w(总汞)与水稻茎、叶中w(总汞)均呈较显著正相关(R=0.531,P＜0.01;R=0.499,P＜0.05),精米中w(甲基汞)与水稻根、茎中w(甲基汞)也均呈显著正相关(R=0.525,P＜0.01;R=0.612,P＜0.01);w(总汞)、w(甲基汞)均与土壤理化参数存在一定正相关关系,并均与距污染源距离呈负相关.根据精米中w(甲基汞)平均值,并按照US EPA(美国国家环境保护局)推荐的甲基汞日暴露量(ID)和危害指数(HI)的评估方法计算的瓦屋河流域居民甲基汞日暴露量为(0.075±0.041)μg/(kg·d),低于较为严厉的US EPA推荐的甲基汞日安全摄入量(RfD),危害指数为0.75.从平均状况来看,人体摄入该地区生产的精米相对较为安全.      

基于COD通量的钱塘江流域水污染生态补偿量化研究

水污染生态补偿是解决流域跨界水污染纠纷的重要措施。以行政单元为补偿主体，通过交界断面水质目标确立上下游政府间的水污染生态补偿责任，建立基于污染物通量的生态补偿量化计算方法，并提出了生态补偿运作模式。以钱塘江流域为例，根据2004年钱塘江流域水质状况，在75%保证率的水文条件下，基于COD通量估算了流域内各县（市）间水污染生态补偿量。结果表明，生态补偿量反映区域污染特点，上游地区基本上都是接受补偿者，而呈结构性污染的地区是生态补偿支付者，部分区域补偿强度超过当地经济发展水平，表明其发展不具有可持续性。钱塘江流域水污染生态补偿模式可以是政府层面上的财政支助，也可以通过项目支持、技术支持等形式实现区域间的补偿。通过生态补偿机制的实施，将对流域水环境保护起到积极的激励作用。