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.     

重庆主城区降水中重金属的分布特征及其沉降量

于2011年12月~2012年11月,在重庆主城区设置了3个采样点,利用湿沉降自动采样器收集降水样品,用ICP-MS对样品中13种重金属进行分析,并通过引入富集因子,研究了重庆主城区降水中重金属含量分布特征、污染水平及沉降量.结果表明,重庆主城区降水中大部分重金属元素的含量水平和年沉降量高于国内其他城市和国外一些地区,其中,Cd、Pb、As含量和沉降量分别为0.55μg·L-1和0.44 mg·(m2·a)-1、37.94μg·L-1和30.25 mg·(m2·a)-1、5.65μg·L-1和4.50mg·(m2·a)-1,相对较高.另外,重庆主城区降水中重金属含量和沉降量空间差异不大,但都有明显的季节差异,含量在秋季和冬季出现较大值,而沉降量在春季和夏季出现较大值.富集因子计算结果显示,多种重金属元素的富集因子相对较高,其中Cd和Se的富集因子分别为1 740和4 133,污染较为严重.     

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.     

模拟氮沉降对太岳山油松林土壤呼吸的影响及其持续效应

以太岳山油松林为研究对象,对林地分别作3种凋落物处理:对照(C)、去凋(B)、去凋+切根(A),并设计了4个氮水平:对照(CK,0 kg·hm-2·a-1,以N计,下同)、低氮(LN,50 kg·hm-2·a-1)、中氮(MN,100 kg·hm-2·a-1)和高氮(HN,150 kg·hm-2·a-1),研究了土壤呼吸速率在施氮后的连续变化,以及与温度、湿度、微生物生物量C、N、土壤酶活性的关系.结果表明:去凋+切根、去凋、对照样方不同施氮水平下土壤呼吸速率基本都在施N后的第1 d处在最高峰,随即下降,切根+去凋、去凋处理样方的土壤呼吸速率在施氮后第3 d趋于稳定,而对照处理样方的土壤呼吸速率一直处于下降状态.施氮在一定程度上抑制了切根+去凋处理的土壤呼吸速率,而促进了去凋处理、对照处理的土壤呼吸速率,并且土壤微生物生物量C、N的变化与土壤呼吸速率变化一致,土壤呼吸速率与土壤酶活性、土壤湿度的拟合关系不显著(p0.05),而与土壤温度的拟合关系显著(p0.05).以土壤温度、土壤湿度构建的复合模型R s=aebTWc预测土壤呼吸的准确性高于单因子模型,施氮降低了每种凋落物处理指数关系模型(R s=aebT)的决定系数R2,并且施氮降低了切根+去凋、去凋处理的温度敏感性指数Q10,而对对照处理的Q10无明显影响.     

基于代谢产物调控的活性污泥沉淀性能控制原理研究

通过对不同沉降性能活性污泥的胞外聚合物(EPS)进行荧光特性分析,探讨了荧光强度峰值、荧光区域积分等参数与污泥沉降性能的关系.研究表明,典型波长下荧光强度峰值与污泥沉降性能之间有很好关联性,据此,建立了微生物典型代谢产物与沉淀性能的调控曲线即活性污泥的安全操作线与微生物代谢状态曲线,确立了活性污泥沉淀性能调控区域即高代谢产物区可获得良好的固液分离效果.研究成果从微生物代谢的角度揭示了絮体结构的调控方法,具有重要的理论意义.     

胞外碳酸酐酶对湖泊微藻稳定碳同位素组成的影响

本文以红枫湖、百花湖和阿哈水库中的微藻为研究对象,通过测定湖水中的DIC含量,微藻胞外碳酸酐酶活力和藻体的稳定碳同位素组成等信息,来研究湖泊微藻的碳同位素组成对全球气候变化的响应。结果发现:水体无机碳和微藻胞外碳酸酐酶活力是影响湖泊微藻稳定碳同位素组成变化的决定性因素。本研究所获得的认识将在全球气候变化方面具有重要意义。