外加碳源影响水体异养反硝化脱氮的研究进展

近年来,水体硝酸盐污染受到世界范围内的广泛关注,从去除硝酸盐污染和降低脱氮成本两个方面考虑,生物反硝化法是比较经济、实用的方法。目前,反硝化过程主要是通过异养反硝化作用实现,碳源作为反硝化过程的电子供体,是影响反硝化过程的主要因素,当污水中碳氮比偏低时,需要考虑添加额外碳源提高异养反硝化作用速率,保证反硝化过程的正常进行。针对现有问题综述常用的几种主要外加碳源以及它们对反硝化作用的影响,为今后寻找到更加经济、有效的外加碳源提供参考。     

三聚磷酸二氢铝对氨气、有机胺气体的静态吸附

研究三聚磷酸二氢铝对氨、甲胺、二甲胺、三甲胺、正丁胺等气体的静态吸附过程动力学特性。比较了三聚磷酸二氢铝、活性炭对碱性气体的吸附性能与规律,通过滴定实验和红外测定推测其吸附机理。结果表明:活性炭对碱性气体的吸附存在脱附,尽管吸附速率较快但吸附量较小,对氨气、甲胺、二甲胺、三甲胺和正丁胺的吸附量分别是73.12、76.37、79.24、83.11、70.91 mg/g。三聚磷酸二氢铝对碱性气体的吸附是一个化学吸附过程,吸附速率快且吸附量大,吸附量分别是431.7、790.1、889.2、912.4、635.3 mg/g,其吸附过程符合Elovich方程,是一个由吸附速率和扩散因子综合控制的过程。     

维生素B_(12)催化降解三氯乙烯的碳氯同位素分馏机理

挥发性氯代烃(volatile chlorinated hydrocarbons,VCHs)是地下水中一类重要的有机污染物,维生素B12是催化VCHs还原脱氯的高效催化剂。该文选取VCHs中典型的污染物三氯乙烯(TCE)作为研究对象,以Ti(Ⅲ)为电子供体,探索不同pH条件下,维生素B12催化TCE还原脱氯过程中碳、氯同位素分馏机理。反应溶液初始pH为7.5~9.0时,其表观一级动力学反应速率系数k值为0.06~0.15 h-1;碳同位素富集系数εC为-1.8‰~-2.4‰,氯同位素富集系数εCl均值为-1.5‰。这说明,pH增大,Ti(Ⅲ)还原势能增大,反应的速率提高;还原脱氯不同反应途径所占份额改变,碳、氯同位素分馏程度变化。碳、氯的单体同位素分析(CSIA)技术可以用来评价地下水氯代烃污染降解程度和效率,结合分析2种元素能够提高污染物修复评价的准确性,同位素富集系数的稳定性研究可为其不同环境条件下的精确评价提供理论依据。     

秸秆生物炭还田对围垦盐碱土壤的低碳化改良

利用芦苇秸秆和其生物炭还田改良围垦盐碱土壤。通过盆栽实验,从改良后土壤的脱盐率、植物的生长情况和生物量以及土壤呼吸和有土壤机碳含量等方面研究和比较了芦苇及其生物炭还田对围垦盐碱土壤的改良效应以及对土壤碳收支的影响。研究结果表明:秸秆和秸秆生物炭改良后土壤的含盐量显著低于空白对照,两者改良后的植物总收获量(干重)基本相同,均显著高于未改良的空白对照,但生物炭还田改良后的土壤呼吸强度显著低于秸秆直接还田,改良后其土壤有机碳含量也高于后者以及空白对照。高度稳定的生物炭还田能有效抵抗微生物的分解作用,因此其土壤微生物总量低于秸秆直接还田,从而导致土壤异养微生物活性较弱,使得生物炭中的碳得以在土壤中长期保存,增加了土壤有机碳含量,降低了土壤呼吸,是一种较低碳的秸秆还田措施。     

德州市大气细粒子中碳组分的污染特征研究

2012年2-9月间在德州市城区及郊区布置6个采样点位,分别采集了采暖季(2012年2月28日-3月4日)、风沙季(2012年5月3日-8日)、非采暖季(2012年9月20日-9月25日)共216个PM2.5样品膜,采用美国Sunset Laboratory Inc热光反射法碳谱分析仪测定了PM2.5样品中OC、EC的浓度值,应用OC/EC比值法对SOC进行了估算。结果表明,德州市PM2.5污染较严重,年平均浓度为159.68μg/m3,各点位浓度的空间分布无明显差异,季节变化趋势为:采暖季>风沙季>非采暖季。PM2.5中OC和EC的平均浓度分别为16.80μg/m3、3.65μg/m3;OC和EC的日均浓度分别占PM2.5的9.61%和2.10%,OC是PM2.5的重要组成部分;OC、EC浓度的季节变化趋势与PM2.5浓度特征相同。年平均浓度为3.91μg/m3;SOC在OC和PM2.5中所占的比例分别为22.30%和2.54%,SOC对OC具有较大的贡献;SOC在OC中所占的比值季节变化趋势为风沙季>非采暖季>采暖季。     

应对气候变化的重要措施:碳汇造林

通过植树造林增加"碳汇"是针对气候变化问题的一项重要应对措施,与节能减排相比,具有成本低、易操作、可持续等优点。近年来,世界各国就林业碳汇问题不断达成共识,国际与国内碳汇市场发展迅速。开展碳汇造林不仅有助于我国实现既定的碳减排目标,同时顺应森林生态效益市场化趋势,有望让造林者通过清洁发展机制实现经济收益。为了让读者更全面深入地了解"碳汇造林",本刊特邀请有关专家对森林碳汇的产生背景、作用机制以及在我国开展碳汇造林工作的意义和前景进行分析解读。     

水稻光合同化碳在土壤中的矿化和转化动态

作物光合碳是"大气-植物-土壤"碳循环的重要组成部分,是农田土壤有机碳的重要来源,然而其在土壤碳库中的矿化和转化动态尚不清楚.应用室内模拟培养实验,研究水稻收获后输入土壤的光合同化碳在土壤碳库中的矿化及其转化特征.结果表明,100 d的培养期内,原有有机碳的平均矿化速率在4.44~17.8μg·(g·d)-1之间,而光合碳(新碳)的矿化速率则在0.15~1.51μg·(g·d)-1之间.光合同化碳的输入对土壤活性碳库(DOC、MBC)的转化产生显著影响,在培养期内,14C-DOC的转化量为1.89~5.32 mg·kg-1,转化速率的变化幅度为0.18~0.34 mg·(kg·d)-1,原有DOC则在61.13~90.65 mg·kg-1,减少幅度为4.10~5.48 mg·(kg·d)-1;14C-MBC和原有MBC的转化量分别为10.92~44.11 mg·kg-1和463.31~1 153.46mg·kg-1,转化速率变化幅度分别为0.80~2.87 mg·(kg·d)-1和41.60~74.46 mg·(kg·d)-1,说明水稻光合碳的输入对MBC的周转要大于DOC的周转.而且,与原有有机碳相比,输入的"新碳"易被微生物矿化分解,100 d的培养期内,有13.5%~20.2%的新碳被矿化分解,而仅2.2%~3.7%的原有有机碳被矿化分解,光合同化碳的输入对维持稻田土壤的碳汇功能具有重要作用.     

秸秆烟尘和灰烬中元素碳的稳定同位素组成

选取稻草、麦草和玉米秸秆各6个品种,进行室内模拟焚烧试验,用同位素质谱计测定了灰烬和烟尘中元素碳(EC)的同位素比值.结果表明,稻草明火和闷烧烟尘中EC的δ13C平均值分别是-28.3‰、-28.7‰,比稻草总碳分别轻2.7‰、3.0‰.麦草明火和闷烧烟尘中EC的δ13C平均值分别为-28.5‰、-28.0‰,比麦草总碳分别轻0.1‰、重0.4‰.玉米秸秆明火和闷烧烟尘中EC的δ13C平均值分别为-17.2‰、-13.6‰,比秸秆总碳分别轻3.4‰、重0.2‰.在稻草明火和闷烧灰烬中,EC的δ13C平均值分别是-27.5‰、-27.3‰,比稻草总碳分别轻1.8‰、1.6‰.在麦草的明火和闷烧灰烬中,EC的δ13C平均值分别为-27.4‰和-26.0‰,比麦草总碳分别重0.9‰和2.4‰.在玉米秸秆的明火和闷烧灰烬中,EC的δ13C平均值分别为-15.0‰和-14.8‰,比玉米秆总碳分别轻1.2‰和1.0‰.3类秸秆,尤其是稻草和玉米秸秆,其烟尘和灰烬中的EC均发生了明显的同位素分馏.其同位素组成对于识别和估算大气气溶胶中此类秸秆燃烧来源的EC有参考意义.     

温带典型草原土壤总有机碳及溶解性有机碳对模拟氮沉降的响应

2008年5月～2011年10月,以内蒙古温带典型草原为研究对象,利用小区模拟控制试验,设置对照[0 g·(m2·a)-1]、低氮[5 g·(m2·a)-1]、中氮[10 g·(m2·a)-1]、高氮[20 g·(m2·a)-1]这4个净氮输入量处理,模拟研究了大气氮沉降水平变化对土壤总有机碳(TOC)以及溶解性有机碳(DOC)含量、年际变化及其垂直分布格局的影响,并分析了两者之间的关系.结果表明,除个别年份外,土壤TOC与DOC含量均随土壤深度增加而递减,4 a的连续施氮并未改变土壤TOC与DOC的垂直分布规律,但施氮降低了土壤TOC的垂直变异,增加了土壤DOC的垂直变异;施氮4 a对于草地表层0～20 cm土壤TOC与DOC含量的变化并未表现出显著影响(P>0.05).不同氮输入水平处理0～20 cm土层有机碳密度在3.9～5.6 kg·m-2之间变动,试验前两年不同氮处理0～20 cm土壤有机碳密度均低于对照或与对照接近,试验后两年,施氮对土壤总有机碳密度逐渐呈现出一定的促进作用,但与对照的差异仍不显著(P>0.05);不同处理0～20 cm土层DOC/TOC约为0.32%～1.09%,氮输入增加普遍降低了DOC在整个TOC中所占的比例;草地土壤TOC与DOC的变化呈显著正相关(P<0.01).不同处理草地土壤DOC随时间的变异均远大于TOC,与TOC相比,草地土壤DOC的变化更为迅速,是研究草地土壤碳库对氮沉降变化响应的重要敏感性指标.     

变温环境对典型石灰土有机碳矿化的影响

采用野外采样和室内培养试验,研究了不同土地利用类型(林地和旱地)下的石灰土表层土壤有机碳(SOC)矿化对变温环境的响应.两种供试土样分别采自贵州省普定县天龙山区域的典型林地和旱地的0~10 cm表层.在培养试验中,依据积温相同的原则,设置变温(范围:15~25℃,变温间隔12 h)和恒温(20℃)两个温度处理,培养时间为56 d.在整个培养期内,旱地石灰土变温处理的SOC累积矿化量(63.32 mg·kg-1)虽略低于恒温处理(63.96 mg·kg-1),但两者之间差异不显著,而森林石灰土变温处理的SOC累积矿化量(169.46 mg·kg-1)则显著低于恒温处理(209.52 mg·kg-1)(P<0.05),这表明不同土地利用类型的石灰土SOC矿化对变温环境的响应不同.受植被和土地利用类型的影响,森林石灰土和旱地石灰土表层的SOC含量和组成差异显著,这可能是导致其SOC矿化对变温环境响应差异的重要原因.另外,各温度处理中,土壤可溶性有机碳(DOC)含量与SOC日均矿化量之间均呈极显著正相关(P<0.01),表明制约土壤DOC生成是温度影响土壤有机碳矿化的一个重要途径.在培养过程中,土壤微生物量碳含量不能有效反映恒温和变温下的SOC矿化差异,结合矿化动力学分析可知,同恒温相比,变温虽然不能通过改变微生物数量来影响SOC矿化,但能通过改变微生物群落的总体活性来影响SOC矿化过程.