Co-transport of dissolved organic matter and heavy metals in soils induced by excessive phosphorus applications

To evaluate the e ects of long-term applications of phosphorus fertilizers on mobility of dissolved organic matter (DOM) and heavy metals in agricultural soils, a sandy soil and a loamy soil were spiked with ammonium phosphate at application rates of 0, 25, 50, 100, 250, and 500 mg P per kilogram of soil. A series of 15-cm long soil columns were constructed by packing incubated soils of varying concentrations of P. The soil columns were consecutively leached by simulated rainfalls for six cycles. The contents of water extractable organic carbon in both sandy and loamy soils increased significantly with increasing rates of P applications. Relatively high rates of P applications could induce a marked increase in DOM concentrations in the leachates, the e ects were larger with the sandy soil rather than with the loamy soil. Applications of P changed the partitioning of trace metals in the soil solids and the soil solutions. The increased P application rates also seemed to elevate the leaching of Cu, Cd, and Zn from soils. The concentrations of Cu, Cd, and Zn in the leachates were positively correlated with DOM, probably due to the formation of metal-DOM complexes. In contrast, Pb concentrations in the leachates were negatively correlated with DOM, and decreased with increasing rates of P applications. The boosted leaching of DOM induced by high rates of P applications was probably due to the added phosphate ions competing for adsorption sites in the soil solids with the indigenous DOM.     

反硝化除磷污泥聚集体内原位除磷活性及有机物浓度的影响

以SBR系统反硝化除磷污泥为对象,利用氧化还原电位、溶解氧和磷酸盐微电极定量研究了污泥聚集体内除磷菌的原位除磷活性及有机物浓度的影响.结果发现,厌氧初期污泥聚集体内最大净体积释磷速率为3.29mg·（cm³·h）^-1,是缺氧初期最大净体积吸磷速率的3倍左右;厌氧末期释磷速率明显降低,最大净体积释磷速率仅为厌氧初期的一半.在缺氧末期,最大净体积吸磷速率降至0.14mg·（cm³·h）^-1,且在1800 μm以下深层区域发生了"二次释磷"现象.随着COD浓度由350 mg·L^-1降至250 mg·L^-1和150 mg·L^-1,反硝化除磷菌的最大净体积释磷速率由3.27 mg·（cm³·h）^-1降至2.44 mg·（cm³·h）^-1和2.01 mg·（cm³·h）^-1,且快速吸磷区域整体向污泥聚集体表层收窄.     

土地利用变化对喀斯特水体溶解无机碳、总氮和总磷输出的影响——以贵州普定沙湾模拟试验场为例

耦联水生光合作用的碳酸盐岩风化碳汇是全球碳循环研究的关键问题,生物碳泵效应不仅能够稳定碳酸盐风化碳汇,也有利于改善水环境,而过量输入氮、磷会导致水环境变差。土地利用变化作为全球变化重要内容之一,对流域碳氮磷的输出具有重要影响,但关于土地利用变化对喀斯特水体溶解无机碳、总氮和总磷输出影响的研究有待进一步加强。本研究以贵州普定沙湾喀斯特试验场为研究对象,以研究土地利用变化对水文、水化学、溶解无机碳汇通量、总氮通量和总磷通量的影响。结果表明,流量、径流深、土壤CO₂浓度、pCO₂、HCO^-₃浓度和电导率呈现出夏秋季节高、春冬季节低的变化特征,与pH变化相反。样地间,土壤CO₂浓度、pCO₂、HCO^-₃浓度和电导率表现为草地>灌丛地>农耕地>裸土地>裸岩地,与pH变化相反。参与岩溶作用的土壤CO₂是造成水化学变化的主要原因。溶解无机碳汇通量和总氮通量呈现出夏秋季节高、春冬季节...     

喀斯特地区端元样品中溶解有机质的多维特征与源辨析研究

由于喀斯特地区水生生态系统中碳循环的复杂性,给溶解有机质(Dissolved organic matter,DOM)的来源解析带来了巨大的挑战和困难.本研究应用C/N比值、δ¹³C组成、紫外-可见吸收光谱与三维荧光光谱等表征技术,综合对比了西南喀斯特地区典型土壤与水生植物样品DOM的多维特征,探讨了示踪喀斯特地区DOM来源的可靠方法与指标.结果表明：水生植物的C/N比值波动范围较大,石灰土的C/N比值偏低,水生植物与土壤样品的C/N比值及δ¹³C组成有所重叠,难以区分DOM的来源.多种紫外吸收系数(a254、a280、a300与a350)侧面反映了不同DOM样品中芳香族化合物的相对丰度,SUVA254、E2/E3、E4/E6与腐殖化指数(HIX、HIXohno)指示了样品之间腐殖化程度的差异,特别是HIX、荧光指数(FI)、SR较好区分了浮游藻类与土壤DOM.修正荧光指数(YFI)还揭示了不同DOM样品的化学组成,与三维荧光光谱的平行因子分析相吻合.此外,黄壤因较低的pH值会使土壤有机质酸解为含氮组分,导致HIX、FI和SR的匹配性不好.除浮...     

中国水环境非点源污染负荷的估算研究

中国已占水环境容量中,除了点源污染以外,非点源污染也占有相当比重,非点源污染负荷的定量化研究势在必行.国外对非点源污染的研究开始较早,成果也较成熟.从20世纪80年代以来,中国也逐渐认识到非点源污染的存在及其危害性,开始了非点源污染的控制研究.但是中国对非点源污染问题的研究现在尚处于初级阶段,多为借鉴国外模型.文章分析了国内外对非点源污染的研究方法和研究现状,介绍了适合中国国情的非点源污染负荷估算的方法,包括流域水文估算法、大尺度区域中非点源污染负荷估算的方法.     

~(14)C在陆地生态系统碳循环研究中的应用及进展

深刻理解陆地生态系统碳循环有助于提高未来气候预测的准确性。~(14)C是陆地生态系统碳循环研究中广泛应用的重要工具,本文对~(14)C在土壤有机碳周转时间和平均停留时间的评估、陆地生态系统释放CO_2的源解析、河流有机碳的源解析及陆地生态系统碳循环对气候变化和土地利用的响应等四个方面的应用及进展进行了细致的介绍,最后展望了~(14)C应用于陆地碳循环研究发展趋势,并对国内相关研究的开展提出了几点建议。     

渤海沉积物中重金属分布及环境背景值

讨论了渤海25柱岩芯样细颗粒（<0.063mm）中重金属含量分布,采用统计学方法确定了底质重金属的分布类型,通过渤海中部岩芯样分析结果,获得渤海沉积物中Cu、Pb、Zn、Cd的环境背景值。在研究中,借助Pb²¹⁰测年技术测定了百年前沉积层中重金属含量,结果与渤海底质Cu、Pb、Zn和Cd环境背景值是吻合的。     

辽河流域与英国中部河湖水体中溶解有机质的荧光特性

运用三维荧光光谱技术对辽河流域和英国中部水体中溶解有机质(DOM)的荧光光谱特性进行了分析.结果表明,辽河流域各研究水体中DOM包含4种荧光组分,即类色氨酸、类酪氨酸、可见光区和紫外光区类腐殖质,通过对荧光特性定量指标的分析可知,辽河流域各研究断面水体中类腐殖质物质内源作用大于陆源,DOM具有较强的新近自生源,各河流水体中DOM腐殖化程度顺序为:浑河中游海城河中游蒲河下游太子河下游.相比之下,英国河湖中,除了River Tame含有以上4种荧光组分外,其它水体中均没有发现类酪氨酸荧光物质,甚至在River Tern中仅含有类腐殖质荧光物质,河湖中DOM含有较少的新近自生源组分,以陆源影响为主.另外,辽河流域水体中类蛋白与类腐殖质荧光峰强度比值大于英国各河流水体的平均值.由此可以推断,辽河流域各研究断面大量污染物的输入,是造成其严重内源污染的主要原因,从而使水体中DOM含量增加,英国各河流断面其DOM主要来自于水体本身存在的大量微生物和浮游植物的代谢活动以及土壤有机质经雨水的冲刷流入水体的贡献.     

太湖北部湖区春、冬季节天然有机质的荧光特征及环境意义

天然有机质(OM)广泛存在于各类水体,含有丰富的碳、氮、磷等生源要素,其形成、转化、归宿及其相伴随的营养盐再生过程是水生态系统营养盐生物地球化学循环的重要环节,在湖泊蓝藻水华暴发过程中势必也扮演着非常重要的营养盐供给者的角色.本研究于2015年2月和5月分别在太湖北部湖区采集了17个样品,利用POM-DOM PARAFAC三维荧光模型解析春、冬季节颗粒态有机质(POM)和溶解态有机质(DOM)的荧光特征及来源,并探讨POM和DOM各荧光组分之间及其与叶绿素a(Chla)的关系.结果表明,春、冬季节太湖北部湖区POM和DOM的荧光峰、荧光中心位置和荧光强度均存在明显的差别;POM有着比DOM更复杂的组分构成.综合POM和DOM的荧光强度和荧光指数可知,春、冬季节太湖北部湖区POM和DOM均以自生源为主,河口区受陆源贡献较大.POM(C1p~C5p)和DOM(C1d~C5d)有5种荧光组分,分别是类色氨酸(C1和C2)、类腐殖质(C3和C4)及类酪氨酸(C5).POM和DOM的荧光组分特征存在明显的差别;春、冬季节POM均以类腐殖质荧光C3为主,荧光组分高值区分别集中在梅梁湾区域和湖心区;而DOM均以类蛋白组分C2、C1和C5为主,荧光组分高值区均分布在竺山湾区域.相关分析结果显示,春季C1d与C2d(P0.01)、C3d与C4d(P0.01)、C1p与C4p(P0.05)、C2p与C5p(P0.01)均具有较强的相关性.值得注意的是,C3d(P0.01)、C4d(P0.05)与C3p均具有较好的相关关系,表明POM与DOM在组分、来源上具有某种联系.与春季类似,冬季荧光组分C1d与C2d、C3d与C4d、C1p与C2p、C1d与C2p亦具有极好的相关性(P0.01).春季C5d与Chla之间存在正相关关系(P0.01),而C2d(P0.05)、C3p(P0.01)与Chla之间具有负相关关系;冬季C4d与Chla之间也存在负相关关系(P0.05).     

富铁酸性硫酸盐体系施氏矿物附着包裹硫杆菌的Fe2+氧化能力研究

探究富铁酸性硫酸盐体系次生铁矿物附着包裹硫杆菌的Fe~(2+)氧化活性,对揭示次生铁矿物调控酸性矿山废水形成过程具有指导意义.本研究首先采用摇瓶实验合成次生铁矿物—施氏矿物,然后将脱水后的0.1、0.2、0.3及0.4 g施氏矿物直接或溶解后加入到pH为2.50的富铁酸性硫酸盐体系(改进型9K液体培养基)中进行Fe~(2+)氧化,分析体系pH、Fe~(2+)氧化率、次生铁矿物产生量等相关指标.研究表明,氧化亚铁硫杆菌在脱水施氏矿物的附着包裹量为2×10~8cells·g~(-1).0.1、0.2、0.3及0.4 g施氏矿物直接加入体系经过108 h培养,pH分别下降至2.28、2.25、2.24及2.22;Fe~(2+)氧化速率随着施氏矿物加入量的增加而增加,且各体系Fe~(2+)氧化率在108 h均达到100%,此时次生铁矿物产生量分别是3.05、3.30、3.61与3.70 g·L~(-1).然而,0.1、0.2、0.3及0.4 g施氏矿物溶解后进入的相应体系经过108 h培养后,pH分别下降至2.19、2.18、2.10及2.02;Fe~(2+)氧化速率随着施氏矿物溶解量的增加而增加,各体系Fe~(2+)氧化率在96 h均达到100%,各体系次生铁矿物在108 h时的产生量分别是6.16、6.44、6.76与7.89 g·L~(-1).可见,施氏矿物对硫杆菌的吸附包裹作用致使体系Fe~(2+)氧化效率降低,次生铁矿物合成量减少,酸化程度减弱.