环境因子对土壤微生物呼吸及其温度敏感性变化特征的影响

在田间条件下研究土壤微生物呼吸及其温度敏感性(Q10)的变化特征及其影响因素对准确理解地区的气候变暖潜力具有重要意义.本研究依托长武农田生态试验站的裸地处理,利用土壤碳通量系统(Li～8100)连续6 a (2008～2013年)监测裸地处理下的呼吸速率、土壤温度和水分,探究土壤微生物呼吸及其温度敏感性的变化特征及其影响因素.在日变化尺度上,土壤微生物呼吸速率的变化特征呈单峰曲线,且这种变化趋势主要与土壤温度有关(P 0. 05),然而日平均土壤微生物呼吸速率和Q10在不同土壤水分含量条件下不同.均呈现出:适度的土壤水分条件较高的土壤水分条件较低土壤水分条件的趋势[土壤微生物呼吸速率:1. 20μmol·(m~2·s)~(-1)、0. 95μmol·(m~2·s)~(-1)、0. 79μmol·(m~2·s)~(-1); Q10:2. 12、1. 93、1. 59].在季节尺度上,土壤微生物呼吸速率和Q10均呈现出雨季大于非雨季的趋势[土壤微生物呼吸速率:1. 11μmol·(m~2·s)~(-1)、0. 90μmol·(m~2·s)~(-1); Q10:1. 96、1. 59],且这种变化趋势与土壤温度和水分的变化有关(P 0. 05),然而土壤温度和土壤水分的双变量模型比土壤温度或者土壤水分的单变量模型能解释更多的土壤微生物呼吸季节变异性(R~2:0. 45～0. 82、0. 32～0. 67、0. 35～0. 86;模拟值和实测值的拟合系数:0. 76、0. 64、0. 58).在年际尺度上,年累积土壤微生物呼吸变化于226 g·(m~2·a)~(-1)和298 g·(m~2·a)~(-1)之间,Q10变化于1. 48～1. 94之间,而年累积土壤微生物呼吸和Q10的年际变异性主要与年平均土壤水分含量有关(P 0. 05),且年平均土壤水分别可以解释39%和54%的年累积土壤微生物呼吸和Q10年际变异性.在裸地处理上,土壤有机碳由试验初的6. 5 g·kg~(-1)下降到目前的5. 5 g·kg~(-1),但是年累积土壤微生物呼吸却高达255 g·(m~2·a)~(-1),即裸地处理的呼吸流失量比土壤有机碳的流失量高20倍以上.     

室温低氨氮基质单级自养脱氮颗粒污泥启动效能与污泥特性

室温低氨氮基质条件下单级自养脱氮工艺的启动和稳定运行是该工艺应用于市政污水处理的前提和基础.本研究在气升式反应器中接种久置的PN/A(partial nitritation and ANAMMOX)颗粒污泥,控制温度在(23±2)℃,pH在7. 7～8. 0,以氨氮浓度为70 mg·L~(-1)的人工无机配水为基质,考察单级部分亚硝化-厌氧氨氧化实现室温启动效能.通过逐级缩短HRT(1. 1 h→0. 9 h→0. 7 h→0. 5 h)提升氮负荷[1. 53 kg·(m~3·d)~(-1)→1. 87 kg·(m~3·d)~(-1)→2. 40 kg·(m~3·d)~(-1)→3. 36kg·(m~3·d)~(-1)],逐步恢复AOB、AMX菌活性以及微生物协同效能.经过95 d运行调控,反应器成功启动,NH_4~+-N和TN去除率达85%和69%.根据各阶段污泥性能,严格控制溶解氧,有效抑制NOB.污泥适应环境后,颗粒粒径随负荷提升逐渐增大,最终平均粒径达1. 30 mm.成熟的自养颗粒污泥轮廓光滑清晰,扫描电镜显示,颗粒污泥内部形成空腔,表面有孔隙,污泥形态以球菌为主,并有少量杆菌及短杆菌. EPS主要成分为蛋白质(81. 48%),泥水分离效果较好.     

CAST工艺高温短程硝化的实现及其除磷性能

以模拟废水为研究对象,考察了22、25、28℃这3个温度下CAST反应器内短程硝化的实现及其除磷性能.结果表明,不同温度下系统的TN去除均稳定在80%以上,且NH_4~+-N去除良好.当温度为22℃和25℃时系统内未观察到亚硝积累,除磷率为94. 3%和86. 9%,升高温度至28℃,反应器内亚硝积累率为87. 2%,实现稳定的短程硝化.此外,高温短程硝化阶段(28℃),系统释、吸磷能力较22℃和25℃均有所下降,且厌氧段释磷量/COD消耗量(P/C)比明显低于前两个阶段.然而,该温度条件下反应器除磷性能并未恶化,除磷率为68. 9%,说明进水碳源充足不仅能保证CAST工艺对TN的去除,同时可用于解毒NO_2~-以减弱其对聚磷菌的抑制.不同温度条件下的污泥吸磷小试发现,O_2、NO_3~-、NO_2~-均可作为电子受体进行吸磷,其中好氧吸磷速率高于以NO_3~-和NO_2~-为电子受体的反硝化吸磷速率,且以O_2和NO_3~-为电子受体的吸磷速率与温度呈负相关.     

基于“三生”适宜性的县域土地利用冲突识别与分析

精准识别潜在土地利用冲突有利于预警权衡和协调冲突用地,有利于科学进行国土空间规划。以“三调”修正数据为基础,基于生产、生活、生态视角,构建高植被覆盖率县域生产、生活、生态即“三生”适宜性评价模型与土地利用冲突识别矩阵,并选取横峰县进行实证分析。结果表明:（1）横峰县“三生”适宜性用地的空间分布与面积构成差异显著,且存在明显的空间叠加特征,暗示着研究区土地利用存在冲突;（2）从潜在冲突识别的结果来看,土地利用适宜区、冲突激烈区、冲突中度区、冲突一般区及冲突微弱区面积占比分别为64.02%、9.66%、17.19%、1.66%、7.48%;（3）各个冲突类型区空间分布、表现形式的差异性决定了冲突和解的对策也需因地制宜。研究结果可为相关及类似县域的国土空间规划提供理论参考。     

腐殖酸与钙离子共存下ZVI界面沉积过程

为精准分析环境介质在零价铁（ZVI）界面沉积过程和沉积层特性,采用喷涂方法制备ZVI负载芯片,应用耗散式石英晶体微天平（QCMD）研究了腐殖酸（HA）与钙离子（Ca（Ⅱ））在ZVI界面沉积吸附过程的差异,并探讨了Ca（Ⅱ）浓度与HA/Ca（Ⅱ）投加顺序对沉积过程的影响机理.结果表明,在反应体系中先通入HA相较先通入Ca（Ⅱ）,ZVI表面形成的沉积层质量更高、沉积层结构更稳定;HA沉积后可促进Ca（Ⅱ）沉积,然而Ca（Ⅱ）先沉积后HA沉积量较少,很大程度上与吸附层外层结构组成差异相关.此外,发现随着Ca（Ⅱ）浓度从10mg/L升高至200mg/L,Ca（Ⅱ）沉积速率加快,界面沉积量增多.QCMD耗散变化研究发现,当Ca（Ⅱ）浓度从10mg/L提高至100mg/L,沉积层耗散变化值（ΔD）逐渐下降,沉积层转变为刚性结构;Ca（Ⅱ）浓度继续加大到200mg/L,ΔD升高趋势,沉积层构象呈现疏松态.应用QCMD可实时监测ZVI钝化层形成的动态变化过程,提供了ZVI界面吸附层变化特征等关键信息.     

木耳菌糠生物炭对阳离子染料的吸附性能研究

为了有效处理印染废水,以废弃木耳菌糠（AG）为原料,采用限氧热解法在350、550、750℃的温度下制备木耳菌糠生物炭（AGBC）,处理含有孔雀石绿（MG）、番红花红T （ST）的有色废水.考察了不同初始pH值、吸附时间、初始浓度对AGBC吸附MG、ST的影响,讨论了吸附动力学及等温吸附特性.并利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等技术对吸附前后的菌糠生物炭进行表征,探究吸附机理.结果表明：随着热解温度的升高,吸附剂表面的含氧官能团数量逐渐减少,而比表面积和芳香化程度逐渐增加.MG的平衡吸附量随溶液pH值的升高而增大,而ST的平衡吸附量呈现相反趋势.AGBC对MG、ST的吸附分别在8h和4h基本达到平衡.AGBC对MG的吸附过程符合准一级动力学模型与Freundlich模型,说明吸附过程以物理吸附为主;对ST的吸附过程符合准二级动力学模型与Freundlich模型,说明吸附过程以化学吸附为主.与AG350和AG550相比,AG750对MG和ST的吸附量更高,经Langmuir模型拟合,其对MG和ST的最大吸附量分别为10249.79mg/g、3353.49mg/g.吸附机理表明,AGBC对MG的吸附主要为静电引力和π-π共轭作用,对ST的吸附主要为氢键作用、π-π共轭作用以及静电引力.说明AGBC对阳离子染料具有一定的吸附潜力,是一种经济高效的吸附材料.     

基于提高乙醇产率的常压室温等离子体微藻诱变育种

以普通小球藻FACHB-25为研究对象,利用常压室温等离子体在不同功率条件下对其诱变处理,在功率100W、120W条件下筛选出3株优势藻株,依次编号为S100-7、S120-4、S120-9.其中S120-9藻株培养末期生物量增加明显且多糖产量是原始藻株产量的1.34倍,达到237.98mg/L;S120-4碳水化合物含量占比为37.55%,较原始藻株提高了43.48%.对比了各藻株在光合性能、细胞组分以及细胞形态等方面差异.通过同步糖化发酵（SSF）,碳水化合物含量最高的S120-4藻株乙醇产量达到1.58g/10g藻,但其生物量积累受到限制.考虑生物量积累情况,推算出S120-9藻株单位体积藻液乙醇产量最高达到0.1033g/L.     

过硫酸钠缓释胶囊反应带修复苯胺污染地下水

针对有机污染地下水原位化学氧化修复中普遍存在的氧化剂过量使用、污染物反弹和二次污染问题,以苯胺（AN）为特征污染物,以活化过硫酸盐为氧化剂,采用硬脂酸为胶结剂,制备过硫酸钠（PS）和硫酸亚铁（FeSO₄）缓释胶囊,构建基于PS和FeSO₄缓释胶囊的可渗透反应屏障（PS-FeSO₄-PRB）,考查了缓释胶囊组分、地下水流速对PRB中活性物质释放和AN去除的影响.结果表明,当缓释胶囊中活性物质/硬脂酸为1/2,地下水流速为0.1mL/min时,48h后PRB中PS和Fe²⁺累计释放率分别为43.18%和14.98%.当PRB中FeSO₄/PS为1/9时,AN累计去除率达到95.37%,TOC累计去除率为57.07%.采用砂柱模拟AN污染地下水,比较了直接注射PS和FeSO₄与PS-FeSO₄-PRB两种处理方式的修复性能,4d内两者的AN累计去除率分别为35.22%和69.74%,TOC累计去除率分别为15.83%与14.88%.PS-FeSO₄-PRB修复效果明显高于直接注射处理.GC/MS分析表明,处理后产生了对苯醌、偶氮苯以及长链烷烃等产物,导致AN矿化率不高.pH值和Eh连续记录结果表明,PS-FeSO₄-PRB处理能够保持反应体系氧化还原电位和酸碱性的相对稳定.相比直接注射氧化剂,基于PS和FeSO₄-缓释胶囊的PRB处理中地下水的急性毒性更低,二次污染风险更小.     

An unusual high ozone event over the North and Northeast China during the record-breaking summer in 2018

Under the background of global warming, the summer temperature of the North and Northeast China (NNEC) has significantly increased since 2017, which was accompanied by the aggravated ozone (O₃) pollution. In 2018, the NNEC experienced a record-breaking summer of the past 40 years. Influenced by the abnormal high temperatures, a regional ozone event occurred on 2-3 August, over 63% of 79 selected cities in the NNEC were exposed to O₃ pollution, and the maximum value of MDA8 O₃ reached 268 μg/m³. Observations indicated that ozone concentrations agree well with the maximum temperature at 2 meters (MT2M) over NNEC with a correlation coefficient of 0.69. During the pollution episode, strong downdraft in the local high (35°N-42.5°N, 112.5°E-132.5°E; LH) over the NNEC created the favourable meteorological conditions for O₃ formation. By analyzing the horizontal wind and wave activity fluxes (WAFs) at 200 hPa, we found that the LH formation was resulted from the Rossby wave propagation from upstream along the mid-latitude Asian jet. The split polar vortex intrusion further strengthened the amplitude of the Rossby wave and reinforced the LH. Moreover, a secondary circulation between Typhoon Jongdari and the LH contributed to the enhanced LH with strong subsidence. On the other hand, the stratospheric intrusions under the deep subsidence also contributed to the enhanced surface O₃. In this study, the deep-seated meteorological dynamical mechanisms contributing to the abnormal high temperatures were investigated, which can lead to a better understanding of the regional O₃ pollution over NNEC under the global-warming background.     

Preparation and characterization of boron-doped corn straw biochar: Fe (Ⅱ) removal equilibrium and kinetics

Nowadays, iron ions as a ubiquitous heavy metal pollutant are gradually concerned and the convenient and quick removal of excessive iron ions in groundwater has become a major challenge for the safety of drinking water. In this study, boron-doped biochar (B-BC) was successfully prepared at various preparation conditions with the addition of boric acid. The as-prepared material has a more developed pore structure and a larger specific surface area (up to 897.97 m²/g). A series of characterization results shows that boric acid effectively activates biochar, and boron atoms are successfully doped on biochar. Compared with the ratio of raw materials, the pyrolysis temperature has a greater influence on the amount of boron doping. Based on Langmuir model, the maximum adsorption capacity of 800B-BC_1:2 at 25 °C, 40 °C, 55 °C are 50.02 mg/g, 95.09 mg/g, 132.78 mg/g, respectively. Pseudo-second-order kinetic model can better describe the adsorption process, the adsorption process is mainly chemical adsorption. Chemical complexation, ions exchange, and co-precipitation may be the main mechanisms for Fe²⁺ removal.