入侵植物小蓬草的细菌群落组成和多样性研究

生物入侵现象严重危害生态系统的健康,其中外来植物入侵是生物入侵中的重要组成,会对农业、林业、畜牧业产生直接的经济危害。选取生长状况良好的菊科外来入侵植物小蓬草(Conyza canadensis L.,Asteraceae)植株,利用16S rRNA基因的高通量测序技术和后续分析,探索小蓬草生境中的土壤及其根和叶的细菌群落组成和多样性,并分析表面消毒、冷冻干燥保存和不同研磨方法等处理方式对研究结果的影响。结果表明:小蓬草根样本细菌群落中OTU的数目最多,其次是土壤,小蓬草叶样本的细菌群落中OTU的数目最低;小蓬草细菌群落Alpha多样性在土壤样本中最高,其次是小蓬草根,小蓬草叶的细菌群落Alpha多样性最低;在门的水平,在土壤和小蓬草叶、根的细菌群落均以变形菌门和放线菌门丰度最高,此外在小蓬草根和叶的细菌群落丰度较高的还有厚壁菌门,在土壤细菌群落丰度较高的则是拟杆菌门;小蓬草根和叶细菌群落的优势属包括假单胞菌属(Pseudomonas)、芽孢杆菌属(Bacillus)、甲基杆菌属(Methylobacterium)、鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)、根瘤菌属(Rhizobium)和无色杆菌属(Achromobacter)等,这些优势属可能包含植物益生菌,并对小蓬草适应不良环境提供一定的帮助;是否进行表面消毒处理的小蓬草叶和根样本的细菌群落组成和多样性有明显的差异,表明小蓬草的根表和根内以及叶表和叶内的细菌群落存在明显的差异;机器研磨、冷冻干燥保存处理的小蓬草样本与人工研磨并及时处理的小蓬草样本相比,其细菌群落组成并没有明显的差异,表明这些处理方式对植物微生物组的研究结果不会产生明显的影响。该研究结果可为微生物在植物入侵机制中所起的作用提供数据支持。     

封洞库低渗介质地下水渗流场数值模型的参数反演

在地下水数值模拟工作中,模型参数是影响数值模型计算准确度的关键因素。对于低渗裂隙介质场,传统的参数分区方法很难准确地刻画低渗裂隙介质场的非均质性,因此需要利用有效的方法优化数值模型参数,使其计算结果更加准确、可靠。建立了烟台某地下水封洞库的低渗介质地下水渗流场数值模型,并对模型中的关键参数——岩体渗透系数进行了参数反演,得到了模型中两个关键层位的岩体渗透系数场。结果表明:研究区岩体渗透系数表现出强烈的非均质性,丁烷洞库在-94～-100m深度上形成了强渗透带,造成丁烷洞库地下水涌水量偏大。参数优化后的数值模型的计算精度进一步提高,能够准确地刻画地下水封洞库的运行状态。     

1996~2016年湖北省氨排放时空差异及影响因素

搜集10类氨（NH₃）的人为源活动水平数据,采用排放因子法,计算了1996~2016年湖北省NH₃排放量,利用GIS进行1km×1km的空间分配.分析了不同地理单元（西部山区城市、中部平原城市、东部特大城市和东部中小城市）的NH₃排放源结构和单位排放量的差异.结果表明,湖北省NH₃排放量由1996年的375.0kt增长至2016年的475.4kt,年均增长率为1.2%.西部山区城市NH₃排放增加最快,年均增长率为3.5%,高于全省平均水平.农业源是最主要贡献源,畜禽养殖和氮肥施用排放的NH₃分别占总排放量的71.6%和15.8%.除畜禽养殖和氮肥施用外,废弃物处理和生物质燃烧分别是东部特大城市和中部平原城市NH₃的重要排放源,分别占全省该类源NH₃排放总量的76.1%和41.5%.值得注意的是,东部特大城市的工业生产、人体排泄、机动车尾气排放和化石燃料燃烧等排放的NH₃占比均高于其它3种地理单元,需引起关注.     

海陆交互带土壤及河流沉积物中镉含量及形态分布特征

镉污染对人类健康构成威胁,研究土壤中镉的空间分布可以用来评估对人类和环境构成的风险.通过分析海陆交互带不同埋深土壤中的重金属镉（Cd）含量及形态,揭示了土壤重金属镉的富集特征及变化规律.结果表明：1广州南沙区地表水中Cd质量浓度均低于0.0001 mg ·L^-1,河流沉积物的理化性质以上横沥水道为界呈现空间差异,重金属Cd主要沉积在上横沥以北,总Cd均值为2.71mg ·kg^-1,上横沥水道及以南河流沉积物总Cd为0.062~0.39mg ·kg^-1,对海洋环境危害小;②土壤剖面Cd含量随土壤埋深增加逐渐减小,埋深0~20、20~50、50~90、90~140和140~200cm等5层剖面Cd含量中值依次为0.51、0.50、0.45、0.42和0.33mg ·kg^-1,且离散程度随埋深增加逐渐减小,pH小于5的土壤中Cd在垂向上的迁移量及迁移深度显著增加;③土壤中残渣态Cd约占40%,随埋深变化趋势基本持平,弱酸提取态Cd占比中值与pH的变化一致,均随剖面埋深的增加而增大;可还原态Cd占比中值与铁、锰含量的变化一致,随剖面埋深的增加而减小.这些结果对城市周边农田土壤Cd污染的区域防治、污染土壤治理修复具有重要的指导意义.     

无机态氮素转化机制及水土体氮源识别方法

氮素在生物生命活动中起着至关重要的作用,是有机分子的基本组成元素,也是土壤的主要养分.对于氮污染的研究首先要明确各种氮形态转化机制,这是解决各种氮科学问题的基础,也是研究者容易忽略的重点.本文论述了氮素在生态系统中的转化过程及作用机制的基础,归纳总结了近年来国内外有关水土中氮源分析的研究方法及氮同位素分馏作用,重点综述了地表水及地下水体中氮源识别方法与应用,包括定性识别和模型识别方法.指出利用水化学方法与多种同位素方法相结合能够有效识别水土氮污染来源.针对传统亚硝化反应中氧原子来源识别中的问题,提出了反应过程的现代观点,解释了二次氧化反应过程中δ~(18)O-NO~-_3的富集原理.提出盆地含水层中原生铵态氮对地下水污染具有重要贡献,并给出了新的研究设想.     

生物质炭对磷镉富集土壤中两种元素生物有效性及作物镉积累的影响

以磷镉富集土壤(总Cd 0.94mg·kg~(-1)、全磷0.86g·kg~(-1))和低镉积累基因型红菜薹金秋红三号为供试材料,采用盆栽试验的方法,设置了绝对对照CK0(仅施NK无机肥)、相对对照CKp(施NPK无机肥)、生物质炭BC(BC+NK无机肥)和BC-CKp(BC+NPK)这4个处理,考察了土壤磷素和重金属Cd的生物有效性、植株可食部位生物量及其Cd累积特征和土壤基本性状等指标.结果表明,至作物收获时,添加生物质炭的BC和BC-CKp处理与未添加生物质炭的CK0和CKp处理相比,土壤有效Cd含量分别降低了8.23%和5.68%;同时土壤有效磷含量提高了11.60～16.26mg·kg~(-1).施加外源磷肥的CKp和BC-CKp处理土壤有效Cd含量与未施加磷肥的CK0和BC处理相比分别降低了31.43%和33.29%.除CK0处理外,其它3个处理(CKp、BC及BC-CKp)的红菜薹作物可食部位Cd含量均未超出我国食品安全国家标准(GB 2762-2017)中Cd的限定值0.1mg·kg~(-1).结果表明,将生物质炭输入到磷素富集的中、轻度Cd污染土壤中,能够同时实现土壤中重金属Cd钝化和磷素活化的双重功能;且在不额外使用磷素化肥的条件下,种植弱吸收低积累Cd的蔬菜作物基因型,既可以保证可食部位生物量增加,也可以使其可食部位重金属Cd含量满足食品安全国家标准.     

钝化与叶面阻控对不同基因型红菜苔镉累积的影响

为探索中轻度重金属镉(Cd)污染农田安全利用技术,实现农产品安全生产,以两种不同镉累积基因型红菜苔为供试作物,采用盆栽试验的方法,分别于两种作物上设置相同的6个处理:对照(CK)、添加3%(质量分数)生物质炭(BC)、添加0.17%钙镁磷肥(CMP)、叶面喷施3 mg·L~(-1) Na_2SeO_3的水溶液(Se)、 BC+Se和CMP+Se,研究不同处理土壤镉有效性变化及植株不同部位镉累积特征.结果表明:①相同处理下,低镉累积基因型金秋红三号红菜苔根部土壤有效态镉含量均显著低于高镉累积基因型十月红.BC和CMP两种钝化剂对金秋红三号根部土壤中的镉钝化效果显著,且BC效果更佳,钝化处理的效果显著优于叶面阻控.②金秋红三号红菜苔根系较十月红对镉有更强的富集能力,其富集的镉倾向于囤积在根部.叶面施硒与两种钝化剂对抑制镉向红菜苔可食部位转移富集无协同效果.③在BC和CMP钝化处理下,金秋红三号红菜苔可食部位镉含量低于GB 2762-2017中镉限量值(0.10mg·kg~(-1)).本研究表明,针对中轻度镉污染农田土壤,通过施加生物质炭、钙镁磷肥等绿色钝化剂,种植弱吸收低积累作物品种,可以实现受镉污染农田的安全利用和农产品的安全生产.     

基于小波分解和SVM的大气污染物浓度预测模型研究

针对大气污染物浓度的精准预测问题,运用小波分解将污染物浓度一维序列分解为高维信息,结合气象及污染物浓度数据,构建了基于小波分解的支持向量机预测模型.最后将模型应用于长沙市2018年PM_2.5和O_{3-8 h}的浓度预测.结果表明：①在其他参数不变的条件下,该模型在平均绝对误差（MAE）、平均绝对百分比误差（MAPE）、均方根误差（RMSE）、一致性水平（IA）和相关系数（R）指标上均优于未经小波分解的预测模型;②在考虑其他污染物对PM_2.5浓度的影响后,预测模型评价指标MAE、MAPE和RMSE分别减少了5.57%、9.91%和3.44%,有着更小的误差;③在考虑气象因素对O_{3-8 h}浓度的影响后,预测模型评价指标MAE、MAPE和RMSE分别减少了1.59%、3.54%和0.82%,同样也有更小的误差.由此可以看出,本文所提模型能够有效预测大气污染物浓度,为相关研究提供了方法参考.     

春季沙尘过程北京市不同粒径大气气溶胶污染特征及来源分析

为了解沙尘气溶胶在大气中的物理、化学特性演变,于2017年5月北京沙尘暴发期间,对北京大气中不同粒径颗粒物的质量浓度进行了连续观测,并用离子色谱仪和水溶性有机碳分析仪对其中的主要水溶性化学组分进行了检测.结果表明,沙尘期间TSP及其中的水溶性有机碳(WSOC)、元素碳(EC)、有机碳(OC)和水溶性无机离子的平均质量浓度分别为(2237.59±681.49)、(29.90±18.05)、(1.46±3.05)、(67.35±29.07)和(136.75±46.38)μg·m~(-3),除EC变化不大外,其他成分沙尘期浓度远高于非沙尘期,其中Na~+、NH_4~+、K~+、Mg~(2+)、Ca~(2+)、Cl~-、NO_3~-、SO_4~(2-)、WSOC的浓度分别为沙尘前的11.55、3.00、14.88、14.89、9.40、4.60、2.40、3.91、1.83倍,浓度增长最为明显的是地壳元素离子,变化最小的为NH_4~+和NO_3~-;粒径分析表明,地壳元素离子在整个采样期间均在粗粒径段(4.7~5.8μm)表现出最大浓度;沙尘期间SO_4~(2-)及NO_3~-均以粗模态为主,沙尘结束后SO_4~(2-)在0.43~0.65μm粒径段出现峰值,而NO_3~-依然是在4.7~5.8μm粒径段出现峰值,表明大部分NO_3~-主要以非均相反应存在于粗粒径段中.沙尘期SO_4~(2-)与地壳元素离子表现显著的正相关关系,与NH_4~+没有表现出相关性,表明沙尘期SO_4~(2-)主要来自于沙尘携带的一次来源,非沙尘期SO_4~(2-)与地壳元素没有明显的相关性,而与NH_4~+之间相关系数r=0.70,表明其为非均相二次转化形成.NO_3~-与地壳元素离子和NH_4~+的相关性分析表明其在沙尘期既有一次来源,也有二次转化,而在非沙尘期主要来源于二次转化过程.     

某场地三氯甲烷污染分布特征及垂向迁移分析

通过对土壤和地下水的布点采样和测试,研究了南方某三氯甲烷污染场地土壤和地下水中三氯甲烷的污染特征,并结合土壤-水分配系数、相对迁移率等因素对三氯甲烷在包气带中的垂向迁移进行了分析。结果表明:(1)调查场地地下水中三氯甲烷的浓度范围为0.5~31 300μg/L,土壤中三氯甲烷的污染主要分布在0~8m,最大浓度检出深度在0.5~2.5m;(2)土壤-水分配系数数值大小表现为粉质黏土粉土中砂,三氯甲烷对水的相对迁移率为2.34倍,三氯甲烷在包气带垂向迁移速率比水快,且三氯甲烷的垂向迁移能力表现为粉质黏土粉土中砂。