Insights into the formation of secondary organic carbon in the summertime in urban Shanghai

To investigate formation mechanisms of secondary organic carbon(SOC) in Eastern China,measurements were conducted in an urban site in Shanghai in the summer of 2015. A period of high O_3 concentrations(daily peak 120 ppb) was observed, during which daily maximum SOC concentrations exceeding 9.0 μg/(C·m~3). Diurnal variations of SOC concentration and SOC/organic carbon(OC) ratio exhibited both daytime and nighttime peaks. The SOC concentrations correlated well with O_x(= O_3+ NO_2) and relative humidity in the daytime and nighttime, respectively, suggesting that secondary organic aerosol formation in Shanghai is driven by both photochemical production and aqueous phase reactions. Single particle mass spectrometry was used to examine the formation pathways of SOC. Along with the daytime increase of SOC, the number fraction of elemental carbon(EC) particles coated with OC quickly increased from 38.1% to 61.9% in the size range of 250–2000 nm, which was likely due to gas-to-particle partitioning of photochemically generated semi-volatile organic compounds onto EC particles. In the nighttime, particles rich in OC components were highly hygroscopic, and number fraction of these particles correlated well with relative humidity and SOC/OC nocturnal peaks. Meanwhile, as an aqueous-phase SOC tracer, particles that contained oxalate-Fe(III) complex also peaked at night. These observations suggested that aqueous-phase processes had an important contribution to the SOC nighttime formation. The influence of aerosol acidity on SOC formation was studied by both bulk and single particle level measurements, suggesting that the aqueous-phase formation of SOC was enhanced by particle acidity.     

浸渍-煅烧法改性凹凸棒石对模拟废水中磷的吸附特性

为提升凹凸棒石对水溶液中磷的吸附性能,以凹凸棒石、氢氧化铝、熟石灰为原料,采用浸渍-煅烧法制备ATP-IA（改性凹凸棒石）.通过吸附磷试验,探讨ATP-IA吸附性能以及投加量对吸附效果的影响;利用SEM（扫描电镜）、XRD（X射线衍射光谱）、XRF（X射线荧光光谱）和FTIR（傅里叶转换红外光谱）对ATP-IA表征,并结合吸附动力学、热力学和等温吸附试验探讨ATP-IA吸附磷机制.结果表明,ATP-IA平衡吸附容量为26.34 mg/g（凹凸棒石的平衡吸附量为0.88 mg/g）,对磷的去除率可以达到99.36%;表征结果表明,改性可使部分凹凸棒石转变为钙沸石,改性能脱除凹凸棒石晶体内的结晶水,使凹凸棒石比表面积显著提升;动力学试验表明,ATP-IA吸附磷过程符合准二级动力学方程,说明ATP-IA吸附磷过程中反应控速步骤为化学反应;等温吸附试验结果符合Freundlich方程,表明吸附为多分子层不均匀吸附;热力学分析表明,ATP-IA吸附磷属于自发进行的吸热过程,且同时包含物理吸附和化学吸附.研究显示,浸渍-煅烧法改性会改变凹凸棒石部分理化性质,能显著提高凹凸棒石对磷的去除率及平衡吸附容量.      

东海浅陆架区溶解有机氮的时空分布特征及生物可利用性

通过2014年5~6月(春末夏初季)和9~10月(秋季)在东海浅陆架区的现场调查,分析该海域DON来源和时空分布特征,结合同步进行的船基受控生物降解培养实验,评价了该海域两个季节DON的生物可利用性。春末夏初季和秋季东海浅陆架区DON为总溶解态氮(TDN)的主要存在形式,在TDN中占比均值分别为57.88%±21.42%和66.09%±19.74%。受陆源输入和黑潮水涌升及浮游生物分泌和微生物降解作用共同影响,表层海水DON春末夏初季呈现近岸高、远岸低的变化特征,高值区与长江冲淡水影响范围基本一致;秋季高值区则位于该海域的东北部和东南部;而受长江冲淡水影响显著的调查海域北部DON浓度高于南部;从水体表层到底层DON浓度及其在TDN中的占比都呈现逐步降低的变化趋势。该海域DON的生物可利用性具有较大时空差异性,具有高生物可利用性的DON(L-DON)含量基本呈现近岸高、远岸低的分布特征,春末夏初季和秋季受陆源输入影响显著的海域中L-DON在DON中占比分别达到28.3%和23.6%,高于受陆源输入影响小的海域的1.3%和18.9%。     

2015年秋季长江口有机碳的分布特征及其影响因素

依据2015年11月对长江口及其邻近海域的综合调查,分析了秋季长江口颗粒有机碳（POC）和溶解有机碳（DOC）的分布特征及其与环境因子的关系。结果表明:2015年秋季长江口POC的质量浓度为0.65~8.25 mg/L,均值为1.34 mg/L,整体呈现近岸高、远岸低,表层低、底层高的分布趋势;DOC的质量浓度为0.77~2.69 mg/L,均值为1.49 mg/L,整体表现为近岸高、远岸低,表层高、底层低的变化特征。有机碳与总悬浮颗粒物（TSM）的线性回归关系表明,陆源输入对POC含量分布贡献很大;有机碳和盐度（S）的极显著相关性说明,S对有机碳的影响主要体现在海水对有机碳的稀释作用及促进POC向DOC转化两个方面;DOC与COD的显著相关性,揭示了DOC的来源与长江径流和河口沿岸工农业排污输入密切相关。     

溶解性有机质在岩溶水系统中的迁移转化及影响因素分析

溶解性有机质(DOM)的荧光物质是一种较好的示踪剂,用于鉴别DOM的来源及其在水文系统中的地球化学行为.该物质在岩溶水系统中的研究较少,并且要作为潜在示踪剂,系统中有很多因素影响其光谱信息.实验选取一典型岩溶流域,通过三维荧光光谱技术(EEMs)和平行因子分析(PARAFAC),结合水化学数据分析,揭示DOM荧光物质在不同岩溶含水空间的组成和转化关系,刻画流域尺度DOM的来源,探讨水化学因素对DOM荧光物质转移的影响机制.结果表明,流域外源地表水和岩溶地表水中的DOM以类蛋白色氨酸为主,浅层岩溶水和深层岩溶水以类蛋白色氨酸和酪氨酸为主.荧光指数(FI)、生物指数(BIX)和腐殖化指数(HIX)的综合分析认为,浅层岩溶水和深层岩溶水的DOM主要来自于内源微生物分解,岩溶地表水和外源地表水的DOM既有陆源输入又有内源微生物分解,且内源贡献占有较大比例.受岩溶水化学参数的影响,3种荧光物质具有明显的分异特征:类酪氨酸物质对Ca~(2+)和HCO_3~-具有较强的适应性,在岩溶水中存在的比例比较大.类色氨酸物质则相反,类富里酸物质则与TDS、浊度、Cl~-、SO_4~(2-)等呈现极显著正相关关系.流域上游浅层岩溶水中的DOM主要来自内源.出露地表以后,其有机质同时来自内源和外源输入.在流域下游渗入深层岩溶地下水以后,DOM逐渐向低芳香烃有机质化合物转化,大分子DOM逐渐减少,荧光强度减弱.主成分分析(PCA)提取出3个主成分,分别为反映岩溶水渗滤、转化、水流条件的水体矿化指标,反映土壤淋滤和自然渗滤关系的TOC、NO_3~-及类蛋白质指标,以及反映岩溶水系统水化学、生物化学过程的Ca~(2+)、HCO_3~-、荧光指数和类富里酸指标.此外研究还认为,总荧光强度,类富里酸物质和类蛋白物质可以分别作为岩溶水快速渗流、转化及岩溶含水层脆弱性的示踪剂.研究结果有助于认识岩溶地下水DOM的生物地球化学循环,进行岩溶系统有机污染控制,为岩溶水系统中物质的地球化学过程表征提供一种新的工具.     

厌氧条件下可溶性有机质对汞的还原与氧化作用

在沉积物、湿地和淹水的水稻土中天然可溶性有机质(DOM),如胡敏酸(HA)和富里酸(FA)处于还原状态,其介导Hg(Ⅱ)的还原,影响汞的转化及地球化学循环.本文通过模拟黑暗厌氧环境,研究还原态HA与FA对Hg(Ⅱ)的还原.结果表明,还原态HA与FA的还原容量高于对照氧化态HA与FA.还原态HA与FA对Hg(Ⅱ)的还原最佳浓度分别是0. 2mg·L~(-1)和1. 5 mg·L~(-1).而高于最佳浓度时,由于发生巯基竞争性络合作用,抑制Hg(Ⅱ)的还原;特别是还原态HA大于5mg·L~(-1)时,不能还原Hg(Ⅱ)为Hg(0).还原态HA与FA对Hg(Ⅱ)的还原反应动力学表明:有机碳(DOC)与Hg(Ⅱ)摩尔比DOC∶Hg(Ⅱ)=400∶1时,还原反应速率IHSS-HA FRC-HA FRC-FA;高摩尔比[DOC∶Hg(Ⅱ)=10 000∶1]时,还原态HA对Hg(Ⅱ)的还原反应停止,甚至向相反方向进行.还原态HA与FA对Hg(0)氧化结果表明,当还原态HA与FA浓度分别增加至5 mg·L~(-1)和10 mg·L~(-1)时,样品中检测不到Hg(0),还原态HA与FA对Hg(0)发生诱导性氧化络合作用.在汞的氧化还原与络合作用中,还原态DOM扮演双重角色,影响活性汞的可利用性,进而影响微生物汞的甲基化.     

于桥水库沉积物-水界面氮磷剖面特征及交换通量

于桥水库是天津市重要的饮用水源地,但近年来呈现富营养化加重趋势,而其内源负荷及污染分布特征尚不清楚.本研究利用Peeper(pore water equilibrium)技术获取沉积物-水界面氮磷剖面特征,分析于桥水库间隙水氮磷分布的空间差异;采集沉积物无扰动柱样分析沉积物中易释放态氮及磷的赋存特征,并利用原柱样静态培养法对其水土界面氮磷交换速率进行估算.结果表明:(1)沉积物中活性磷、氨氮、硝态氮和亚硝态氮的含量分别为0.5~6.5、0.5~10.9、2.2~16.2和0.05~0.6 mg·kg~(-1),在垂直方向随深度增加营养盐含量降低,而在空间分布上差异显著.(2)上覆水中PO_4~(3-)-P和NH_4~+-N质量浓度较低,间隙水中PO_4~(3-)-P和NH_4~+-N质量浓度远大于上覆水,表明于桥水库间隙水具有向上覆水体扩散营养盐的潜力.在垂直方向上间隙水中PO_4~(3-)-P和NH_4~+-N具有在0~5 cm快速增加,之后表现出逐渐降低的趋势.(3)静态释放结果表明,PO_4~(3-)-P和NH_4~+-N从沉积物间隙水扩散至上覆水中,其释放通量分别为1.1~13.3 mg·(m~2·d)~(-1)和20.6~250.5 mg·(m~2·d)~(-1);NO-3-N交换通量在-20.4~33.4 mg·(m~2·d)~(-1)之间,NO_2~--N交换通量在-7.4~0.4 mg·(m~2·d)~(-1)之间.PO_4~(3-)-P和NH_4~+-N为于桥水库主要的沉积物内源向上覆水释放营养盐,总体释放速率在空间上呈现南高北低、淋河口和水坝前较高的释放特征.与类似研究比较可知,于桥水库沉积物-水界面通量相对较高,表明沉积物是于桥水库上覆水营养盐的重要来源.     

铅锌尾矿砂污染下的岩溶土壤微生物群落碳源代谢特征

以广西阳朔思的村铅锌矿尾砂污染的水稻田、玉米地、柑橘园以及对照(旱地)土壤为研究对象,采用碳素利用法和18S rRNA变性梯度凝胶电泳技术探究岩溶区重金属污染下土壤微生物群落碳源代谢特征以及土壤真菌与土壤有机碳的交互关系.结果表明,广西阳朔思的村铅锌矿尾砂污染区土壤重金属总体含量(Pb、Zn、Cu、Cd)依次为:水稻田玉米地柑橘园对照;同时地累积综合指数显示该区重金属污染以Pb、Cd为主,其中Cd带来的环境风险最高.受Pb、Zn、Cu、Cd等重金属复合污染物影响,土壤微生物生物量碳、微生物熵和碳源代谢速率表现出随总体重金属质量分数增加而降低的变化规律,但土壤总有机碳质量分数却表现为:水稻田对照柑橘园或玉米地.DGGE结果进一步显示对照组土壤存在担子菌门多孔菌目Pycnoporus sp.ZW02.30,柑橘园和玉米地土壤存在镰刀菌属Fusarium solani和Fusarium oxysporum以及柑橘园土壤存在青霉属Penicillium decumbens.然而,上述参与淀粉、纤维素、半纤维素、木质素等糖类降解过程的真菌没有在水稻田土壤检出.加之,水稻田土壤微生物功能多样性指数和微生物熵最低而土壤有机碳质量分数最高,说明铅锌尾矿砂通过影响不同样地土壤微生物糖类代谢过程,进而调节土壤碳在微生物特别是真菌作用下的矿化速率.     

典型绿洲不同土壤类型有机碳含量及其稳定碳同位素分布特征

土壤有机碳及其稳定同位素组成反映了生态系统碳循环的关键信息,对研究全球变化下陆地生态系统碳动态及碳资源的可持续发展具有重要意义.本研究以阿拉尔绿洲4种土壤类型为研究对象,测定不同深度土壤有机碳(SOC)含量和δ~(13)C值,探讨不同土壤类型有机碳分布、δ~(13)C_(SOC)丰度差异及其与土壤环境因子的关系.结果表明:(1)土壤整体有机碳含量由高到低依次为灌漠土、棕漠土、盐土、风沙土,且在表层(0~20 cm层)具有较大值;δ~(13)C_(SOC)变化范围在-26‰~-23‰,表层(0~20 cm)由正趋负为盐土风沙土灌漠土棕漠土.(2)土壤有机碳含量受土壤类型、深度及其交互作用极显著影响,δ~(13)C_(SOC)受土壤类型、交互作用显著影响;进一步交互效应检验中土壤有机碳受因素水平影响极强,同位素相对较弱.(3)冗余分析发现土壤有机碳与土壤无机碳、全氮、土壤含水量、容重均存在显著或极显著正相关关系,与C/N具有显著负相关关系;δ13CSOC与电导率存在显著正相关关系,与土壤无机碳、土壤含水量均存在极显著负相关关系.土壤环境因子的重要性排序为土壤含水量土壤无机碳容重全氮C/N电导率pH.分析得出土壤有机碳及其同位素在不同土壤类型中呈现出不同变化规律,其土壤类型的效应强于土壤深度,受土壤含水量影响最甚.     

我国西南四省(区)大气煤基PAHs排放系统动力学分析

由于未来相当长时期内煤炭在我国的主体能源地位不会改变,全国许多地区均可能面临持续的大气煤基PAHs污染.为此,本文选取PAHs污染相对严重但缺乏足够关注的广西、四川、贵州与云南4个西南省份作为研究对象,基于煤基PAHs排放、能源消耗与经济发展之间的相互作用关系,利用系统动力学方法构建了一套综合评估模型,并将其应用于分析不同情景下西南四省(区)煤基PAHs排放的动态变化.结果表明,在维持情景下,未来10年煤基PAHs排放相对增长率的省份次序为:广西(44.54%)贵州(29.44%)云南(26.37%)四川(-2.19%).经过产业与能耗结构的调整,四川和云南在规划情景下的相对增长率分别比维持情景减少了27.17%和20.88%,这两个省的减排效果最大.同样的情况,贵州与广西仅分别减少了7.32%和5.52%,仍保持较快的增长趋势.要实现煤基PAHs的有效减排,各省份需实施有针对性的调控政策.云南应同时考虑工业源与生活源控制政策,四川应减少工业源排放量,广西和贵州应在进一步优化产业与能耗结构的基础上分别采取工业源和生活源控制政策.总体而言,系统动力学方法适用于分析非常规大气污染物的复杂动态变化,可为当地政府提供科学调控区域经济-能源结构-环境质量之间发展关系的政策参考.