低浓度铀污染地下水的生物还原矿化修复研究进展

随着核能资源的开发利用,低浓度铀污染地下水引起的环境问题日益突显,如何高效低耗地处理低浓度铀污染地下水成为当今的研究热点。生物还原和生物矿化是修复低浓度铀污染地下水的2种有效方法,而相关研究主要集中在单一机制上,生物还原耦合生物矿化修复低浓度铀污染地下水的研究还缺少系统报道。文章简述了生物还原和生物矿化的机制、参与微生物以及反应产物的稳定性,论述了生物还原耦合生物矿化修复低浓度铀污染地下水的优势、作用机制,同时从微生物和环境因子2个方面总结了耦合机制修复低浓度铀污染地下水的影响因素,提出生物还原耦合生物矿化修复低浓度铀污染地下水的强化方法,并对该技术的应用前景进行了展望。     

不同密度金鱼藻自然腐解时的水体氮素响应

研究沉水植物腐解过程中的氮素释放规律及其对上覆水的冲击影响,可以为沉水植物的科学管理提供技术支撑。为了研究季相交替时期不同密度金鱼藻(Ceratophyllum demersum L)腐解过程的氮素释放及其对上覆水中溶解氧、总氮、氨氮、硝酸盐氮和亚硝酸盐含量的影响,作者通过实验室模拟的方法,在烧杯中进行金鱼藻的浸泡试验,以不同密度梯度的金鱼藻浸泡作对比,不放金鱼藻的烧杯做空白对照,测定水体中的各氮素含量以及水体相关的物理指标。结果表明,随时间的增加,实验组的上覆水总氮含量急剧上升,且上覆水总氮含量随着浸泡密度的升高而增高;同时,上覆水溶解氧含量在36 h后均迅速降低至0.04 mg/L左右。实验组中硝酸盐氮和亚硝酸盐氮含量,均在8 h时达到峰值(分别为0.35、0.075 mg/L左右)后分别迅速下降至0.1、0.01 mg/L水平以下。各组上覆水氨氮和总氮含量则在4 h时就达到峰值(氨氮分别为3.83、8.78、13.40 mg/L,总氮分别为11.08、23.87、36.78 mg/L),氨氮随后持续降低至1.0 mg/L,总氮持续降低至1.5 mg/L,至实验结束时达到最小值。金鱼藻腐解的氮素释放量与其生物量密度呈现正相关关系,且金鱼藻腐解会使其上覆水的总氮和氨氮含量在4 h内达到最大,而硝酸盐氮和亚硝酸盐氮含量则在8 h达到最大值。因此,金鱼藻种植密度适宜控制在鲜重10 g/L以内,且季相交替时,应及时收割金鱼藻残体。     

基于矿化垃圾的生态护岸强化脱氮基质的可行性研究

生态护岸是目前河、湖治理与修复过程中削减面源氮营养盐的重要措施之一。而筛选高效、低耗的生态护岸基质材料是其关键环节。通过优化复配矿化垃圾、沸石和砾石,研制一种基于矿化垃圾的新型强化脱氮生态护岸基质材料,并从其透水和持水性、抗剪、抗压和抗冲刷性、生态安全性、植被相容性和氮削减特性等方面对该材料进行了性能评定。结果表明:该新型基质材料的透水(渗透系数为1.31~2.55 cm/min)、持水(持水度为5.87%~8.02%)、抗剪(抗剪强度大于60 kPa)、抗压(抗压强度大于380 kPa)以及抗冲刷的性能均满足生态护岸基质材料的要求;发光细菌毒理实验证实其生态安全性;该材料适于护岸植被芦苇、鸢尾和麦冬的生长;具有优良的氮削减性能(氨氮和总氮的削减率分别为95%和70%)。静态经济评价表明,该材料具有明显的成本优势。该新型材料的研制对于生态护岸脱氮功能拓展以及解决河湖治理中面临的"氮超标"问题具有现实意义。     

周村水库主库区热分层初期氮素降低的驱动因子分析

为了探究周村水库热分层前期氮素的变化趋势及其驱动因子,于2016年2~4月定期对周村水库主库区进行水质指标监测,并在采样点采集新鲜水样和表层沉积物,实验室模拟水库氮素变化过程中,水体和沉积物的反硝化作用量.结果表明周村水库在热分层初期,库区总氮浓度由(2.28±0.09)mg·L~(-1)降至(1.08±0.09)mg·L~(-1),硝氮浓度由(1.66±0.09)mg·L~(-1)降至(0.25±0.06)mg·L~(-1),氨氮浓度总体变化不大,亚硝氮的浓度几乎不变.与此同时,叶绿素没有明显增加,藻类的影响不大;氮素降低主要由于好氧反硝化菌的反硝化作用造成.热分层初期水库的温度逐渐增加、DO、pH的变化以及以小分子量为主的有机物组成均利用好氧反硝化菌的生长繁殖,菌数从1.06×105cfu·L~(-1)增加到8.33×106cfu·L~(-1),使得水库的反硝化作用增强,水库氮素下降;与此同时的模拟实验中,仅有水体好氧反硝化菌作用时,培养瓶的总氮去除量为0.7 mg,水体和表层沉积物共同作用时,总氮去除量为3.3 mg,水体与表层沉积物的反硝化去除氮量之比大体为1∶4,表层沉积物的反硝化作用是水库氮素去除的重要因素.     

生物炭对滨海湿地盐碱土壤碳氮循环的影响

滨海湿地盐碱土壤在全球碳氮循环及调节气候变化中起着重要作用。环境友好型土壤改良剂生物炭（Biochar,BC）在缓解气候变化和促进农业可持续发展方面前景巨大。然而,现有研究多关注BC对滨海湿地盐碱土壤中温室气体排放及土壤氮素流失的影响,缺乏其对滨海湿地盐碱土壤碳氮循环的深入研究和系统总结。本文综合分析了施用BC对滨海湿地盐碱土壤植被碳库、有机碳库、有机碳矿化及生物固氮、硝化、反硝化、矿化、氨损失等碳氮循环过程的影响和可能机制。指出未来应关注长期野外研究,利用宏基因组等现代分子生物技术,阐明BC对土壤碳氮循环影响的分子生物学机制,以期为滨海湿地生态系统的修复与功能保育提供理论依据。     

矿化垃圾粒径分布与Cu2+吸附行为的相关性研究

为准确评价矿化垃圾粒径分布的非均匀和非恒定性对其资源化利用产生的影响,为矿化垃圾的有效资源化利用提供理论依据,采用批量平衡法比较了不同粒径矿化垃圾对Cu2+的吸附行为.结果表明,由于矿化垃圾粒径的不同,吸附初期各粒径矿化垃圾对Cu2+的吸附速率明显不同,其拟合较优模型的相关系数总体上随粒径的减小而减小.其中,0～900 μm(混合粒径)、300～900 μm、150～300 μm、90～105 μm矿化垃圾对Cu2+的等温吸附行为符合Freundlich模型,而105～150 μm和0～90 μm矿化垃圾的等温吸附行为则更适用于Langmuir模型.不同温度(15 ℃、24 ℃、30 ℃)下,各粒径矿化垃圾(除150～300 μm)吸附的热力学参数均为吸附自由能变化量ΔG＜0、吸附反应的焓变ΔH＞0、熵变ΔS＞0,这表明温度升高有利于吸附的进行,而具体的参数值表明大粒径的自发性大于小粒径,所需的热能和熵增值小于小粒径.     

秸秆还田配施氮肥对喀斯特农田微生物群落及有机碳矿化的影响

秸秆还田配施氮肥是调控农田土壤有机碳转化的重要措施,为认知秸秆配施氮肥对秸秆和长期施肥土壤有机碳矿化的作用机制,选取喀斯特长期施肥定位试验3种土壤(不施肥、无机肥、秸秆与无机肥配施),采用室内培养结合~(13)C示踪技术,设置不添加秸秆(对照组)及添加秸秆配施3种氮素水平处理(0、214. 0和571. 0 mg·kg~(-1),以干基土计),研究~(13)C标记的秸秆和土壤有机碳的矿化及其机制.结果表明,长期施肥土壤的秸秆CO_2排放量均显著高于不施肥土壤,且氮素水平显著影响不施肥土壤的秸秆有机碳矿化;长期施肥土壤激发效应均显著低于不施肥土壤,且低水平氮素配施降低秸秆添加引起的正激发效应,高水平氮素反而增大. PCA分析表明长期施肥、秸秆还田配施氮肥均显著改变土壤微生物群落,其中秸秆与氮素配施显著增加土壤总PLFAs、细菌和真菌PLFA摩尔质量浓度(与对照相比,增幅分别为40. 3%～53. 0%、41. 1%～62. 6%和60. 5%～148. 6%),但氮素水平影响不显著,土壤G~+/G~-降低并稳定在0. 8左右.结构方程模型结果表明,秸秆还田配施氮肥增加土壤DOC含量、影响土壤革兰氏菌群落结构,从而影响秸秆和土壤有机碳矿化.上述结果表明秸秆还田配施低水平氮肥有利于提升喀斯特农田土壤固碳能力.     

水溶液中壬基酚聚氧乙烯醚的UV/H2O2矿化试验

采用UV/H2O2催化氧化工艺进行水中壬基酚聚氧乙烯醚(NP-10)的降解和矿化试验,考察了H2O2投加量、溶液初始pH值、UV功率和反应温度对NP-10矿化效率的影响,并采用GC-MS对降解过程中间产物进行初步分析。结果表明:UV/H2O2体系能有效降解水溶液中的NP-10,在NP-10初始质量浓度为100.0mg/L、UV功率为45W、H2O2投加量为10.0mmol/L、溶液初始pH值为3.0、反应温度为25℃的条件下,20min时NP-10的去除率可达98.0%以上,240min时TOC去除率可达98.3%;NP-10的矿化过程符合拟一级动力学,矿化速率常数随光强和H2O2投加量的增加而增加,较低的pH值和较高的反应温度有助于NP-10的矿化;降解中间产物主要是酚类化合物;随着反应时间的增加,NP-10及其降解中间产物可以被完全矿化成CO2和H2O。     

土—水系统中脱氮化作用与硝化作用的耦合关系

对氮肥的两种主要化学形态（即硝态氮和铵态氮）在土－水系统中的形态转化过程及控制因素进行了探讨。结果表明：供试系统中硝化作用与脱氮化作用都较强烈，硝化作用先于脱氮化作用，其速度明显比脱氮化作用快。硝化作用与脱氮化作用的耦合是氮化合物转化的核心机制。决定亚硝酸盐积累的主要因素是温度。     

上海青紫泥土壤氮素淋溶及其对水环境影响研究

农田氮素淋失受多方面因素的影响，其淋失研究有多种方法，利用渗漏池，在上海青浦农田水利试验站进行青紫泥土壤氮素的淋溶模拟试验，以探讨不同水肥管理方式下的淹水稻田中，氮素的迁移，转化机制及其对水环境的影响，研究结果表明：淹水稻田中氮素淋失的基本形态为硝态氮（NO3^-,N)，在下渗水流的驱动下，NH4＋－N也能渗漏到一定的深度，对地下水环境形成威胁，但不如NO3－N显著；不同处理的剖面中NO3－－N和NH4＋－N浓度均表现出随深度增加逐渐降低的趋势，每次施肥后，不同处理剖面中的NO3＿N浓度均表现为短期内迅速上升，后期逐渐下降的趋势，其中NH4＋－N浓度与NO3－－N的消长规律相似，但表现出峰值超前且变幅远大于NO3－－N浓度的特征；氮素的淋失主要发生在当年的6－8月份之间，此期与降雨高频期的重叠加剧了对水环境的污染，采用节水节肥的管理模式，不仅能保护产量，还能减少灌溉量，大大降低施用氮肥对地下水污染的威胁。