不同pH条件下CdCl2对紫花苜蓿种子萌发的胁迫效应

采用培养皿滤纸萌发试验,研究在3种pH(4.0、6.0和8.0)条件下,不同质量浓度(0、5、10、20、40和80mg/L)的CdCl₂溶液对紫花苜蓿种子萌发的胁迫效应. 结果表明,低质量浓度的CdCl₂(≤20mg/L)显著提高了紫花苜蓿种子的发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数,ρ(CdCl₂)为20mg/L、pH为6.0时活力指数与对照组相比明显增加,达到177.52±16.61;随着ρ(CdCl₂)的提高,CdCl₂对苜蓿幼苗生长的促进效应不断增强,ρ(CdCl₂)为20mg/L时,3种pH条件下的芽鲜质量分别为(6.60±0.11)、(6.68±0.20)和(9.51±0.16)mg,根鲜质量分别为(6.71±0.10)、(7.09±0.08)和(9.10±0.08)mg,达到最大; 当ρ(CdCl₂)达到40和80mg/L时,紫花苜蓿种子萌发和幼苗生长则受到显著抑制,ρ(CdCl₂)为80mg/L时发芽率和活力指数分别仅为对照组的14.8%和46.5%;ρ(CdCl₂)为80mg/L时芽鲜质量最低,3种pH条件下分别为(3.48±0.15)、(4.03±0.19)和(7.00±0.22)mg. 研究还发现,紫花苜蓿种子发芽率和活力指数随pH降低而降低,弱碱(pH=8.0)条件下紫花苜蓿在ρ(CdCl₂)为80mg/L时的发芽率为66.40%±3.19%,大于酸性条件(pH=4.0、6.0)下的发芽率(11.20%±3.61%、9.20%±4.22%),而活力指数(93.90±10.71)也高于酸性条件(pH=4.0、6.0)下的活力指数(49.77±3.25、56.67±3.48),表明pH由酸性到碱性的变化过程能够缓解CdCl₂对紫花苜蓿种子萌发和幼苗生长的毒性.      

铜镉渣中Cd的生物浸出技术

以课题组分离纯化后的Bacillus spp.菌属为原始菌种,经扩大培养后用于浸出铜镉渣中的有价金属Cd,通过摇瓶实验考察浸出时间、矿浆浓度、培养基pH值及浸出温度对Cd浸出率的影响,并初步探索Bacillusspp.菌属浸出铜镉渣中有价金属的浸出机制.研究结果表明,该Bacillus spp.菌属能够有效浸出铜镉渣中的Cd,浸出效果受浸出时间、矿浆浓度、培养基pH及浸出温度的影响.最佳浸出条件为,浸出时间为5 d、矿浆浓度为4%、培养基pH为3、浸出温度为30℃;在最优条件下Cd浸出率高达99%;在最优浸出条件下对铜镉渣Zn也具有良好的浸出效果,浸出率可达95%以上,但对Pb、Cu、As等金属的浸出效果不佳.     

底泥加入铁盐对水体磷的吸收和固定

对加入FeCl3的底泥在扰动条件下对外源磷的吸收效果进行研究,并通过内源磷数量分布分析了固定效果.磷吸附等温线结果表明,对FeCl3质量百分比占2%的底泥而言,磷吸附最大值、磷平衡浓度、磷饱和度分别为未加入FeCl3的原底泥的273%、85.7%、60.7%.磷吸附实验结果表明,加入FeCl3的底泥对上覆水中磷的吸收能力增加.FeCl3质量百分比占1%和2%的底泥对外源磷的吸收量分别为未加入FeCl3的原底泥的150%和210%,而达到饱和时间也分别从17 d延长至26 d和35 d.内源磷的主要分布为Fe/Al-P(57.1%—63.4%)、HCl-P(19.9%—28.4%)、NH4Cl-P(12.9%—15.2%).由于FeCl3的加入抑制了Fe/Al-P向HCl-P的转化,加入的外源磷主要形成了藻类可利用磷(AAP).     

镉污染对红壤和潮土微生物的生态毒理效应

以土壤微生物生物量碳(Cmic)、土壤酶活性及微生物多样性为微生物学指标,以0.01mol·L-1CaCl2作为Cd有效态提取剂,以江西红壤和天津潮土为供试土壤,在室内25℃连续培养28d的条件下探讨了外源Cd对土壤微生物的生态毒理效应。结果表明:1)不同培养时间潮土CaCl2提取态Cd含量均显著低于红壤,潮土微生物受到Cd的抑制作用也明显小于红壤。2)各微生物指标的敏感性不同,并受土壤类型和培养时间的影响,其中,脱氢酶的敏感性强于脲酶,微生物功能多样性指标中BiologEco板上每孔的平均吸光值(AWCD)的敏感性强于Shannon指数;Cmic、脲酶、脱氢酶、AWCD和Shannon指数均在红壤中更为敏感。选取的5个微生物指标对Cd污染都有良好的响应,均可作为Cd污染土壤微生物生态毒理实验中的测试指标。在土壤酶指标中,可优先选取脱氢酶作为测试指标。3)Cd对Cmic、土壤酶、微生物功能多样性的抑制作用存在时间效应。14dCd对Cmic的抑制作用大于28d,而对脲酶和脱氢酶的抑制作用小于28d。建议Cd污染土壤微生物生态毒理实验中将培养时间设置为28d或适当延长。4)28d时,红壤中Cd对Cmic、脱氢酶、脲酶、AWCD、Shannon指数的EC10分别为1.31、0.26、0.93、0.08、22.71mg·kg-1,而在潮土中分别为1.97、0.69、13.12、0.09、>200mg·kg-1。     

不同氮水平下夏玉米农田土壤呼吸动态变化及碳平衡研究

为探讨氮肥对华北平原高产农田土壤呼吸动态变化及其碳平衡的影响,试验设计了习惯施氮量(N228,228 kg·hm-2)、2/3习惯施氮量(N152,152 kg·hm-2)和不施氮(N0)3个处理,采用密闭静态箱法研究了不同施氮水平下夏玉米生长季农田的土壤呼吸速率季节变化、土壤呼吸与地温等环境因素的关系以及农田系统的碳平衡。结果表明,夏玉米农田土壤呼吸速率均值和土壤呼吸释放的总碳量分别为C 98.8-115.9 mg·m-2.h-1和C 2 232.3-2 524.2 kg·hm-2。与处理N0相比,处理N152(N 152kg·hm-2)和N225(N 225 kg·hm-2)的土壤呼吸速率均值分别增加了10.2%和17.4%,土壤呼吸释放的总碳量分别增加了6.74%和13.1%。地温(5 cm)和土壤含水量(0-10 cm)分别与土壤呼吸速率呈指数和二次曲线关系,R2均达显著水平。其中地温(5 cm)解释了土壤呼吸季节变化的55.9%-67.0%,而土壤含水量(0-10 cm)可解释土壤呼吸季节变化的25.3%-59.3%。土壤呼吸的温度敏感系数Q10在2.05-2.23之间,且随着施氮水平的提高而增加。处理N0、N152(N 152 kg·hm-2)和N228(N 228kg·hm-2)的土壤含水量分别是22.5%、22.7%和23.3%时,土壤呼吸速率达最高值,超过此阈值,土壤呼吸速率均呈下降的趋势。夏玉米农田系统是大气二氧化碳(CO2)重要的汇,净初级生产力(NPP)固碳量和农田系统的净碳输入(NEP)分别为C 6 829.1-8 950.2 kg·hm-2和C 4 898.2-6 766.8 kg·hm-2。处理N152(N 152 kg·hm-2)和N228(N 228 kg·hm-2)与处理N0相比,NPP固碳量分别增加了24.8%和131.1%,NEP分别增加了31.9%和38.1%。     

城市化对北京夏季极端高温影响的数值研究

利用一个耦合了城市冠层模式（UCM）的区域数值模拟系统（WRF／NCAR）,引入由LandsatTM提取的京津冀区域30m分辨率下垫面GIS数据集代替美国USGS地表分类数据,对2009年6月24—25日出现在北京地区的一次超过40℃极端高温天气过程进行了高分辨率数值模拟,用以考察WRF／UCM系统对北京“城市热岛”及城市高温天气的模拟效果,并分析了城市化对北京地区城市高温和地表能量平衡的影响及其日变化特征。结果表明：采用精细化下垫面分类数据集后能更好地模拟出主要高温区的分布特征,并能较好再现夜间的“城市热岛”效应。城市化发展对近地层气温的影响主要表现在会促使城区及其下风向近郊区气温的升高,增幅可达0．5～2℃,这与城市热岛及其下游效应有关。城市下垫面的高粗糙度对近地层风速表现出明显的阻挡效应,表现在模拟的10m风场减弱明显。考虑了城市下垫面属性的敏感性试验更好地再现了城区温度的日变化,其模拟的日间最高温度与实际观测值更为接近,也较好地模拟出了城区具有较高最低温度的特征。通过城区与郊区能量平衡过程差异的分析表明,城市化可以显著改变能量平衡中各项所占的比重。地表对近地层大气热量输送过程的变化表明随着城市下垫面的日愈扩大,会显著增强白天地表对大气的向上感热输送,增大城区日间出现高温的可能。夜间,模式反映出地表能量收入来自土壤热通量的向上输送,同样由于城区的潜热通量小,收入的能量仍主要以感热形式加热大气,夜间城区具有较高的最低温度并表现出较强的热岛特征,主要与夜间感热加热的持续相关。     

不同作物原料热裂解生物质炭对溶液中Cd2+和Pb2+的吸附特性

选择由小麦秸秆、玉米秸秆和花生壳经350~500℃热裂解制成的生物质炭,研究生物黑炭对水溶液中Cd2+和Pb2+的吸附特性,分析了pH值、吸附时间、溶液初始质量浓度、生物质炭粒径和投加量对吸附效果的影响。结果表明:生物质炭对Cd2+和Pb2+的吸附约10 min即达平衡;3种生物质炭对Cd2+和Pb2+的等温吸附均可用Langmuir方程和Freundlich方程拟合,玉米秸秆炭对Cd2+和Pb2+的最大吸附量远大于小麦秸秆炭和花生壳炭;在生物黑炭投加量为150 mg(6 g.L-1)时,3种生物黑炭对溶液Cd2+的去除率均在90%以上,玉米秸秆炭对溶液Pb2+的去除率达90.30%,而小麦秸秆炭和花生壳炭的去除率仅为52%和47%,玉米秸秆炭有望成为处理重金属污染废水的新型吸附材料。     

前置反硝化-硝化生物滤池工艺物料平衡分析

针对前置反硝化(DN)-硝化(CN)生物滤池工艺进行碳(COD)、氮、磷平衡分析,建立了该工艺的物料衡算方法。分析结果表明:DN池中反硝化的碳源主要是甲醇,占DN池反硝化碳源量的70.8%。入流总氮中有13.7%通过CN池的同步硝化反硝化过程去除;入流COD中有46.4%通过CN池中异养菌的好氧氧化去除;入流磷总量约有75.9%被微生物利用。CN池中硝化过程耗氧量为29.0%,占供氧量的比例最大。     

二次双波长分光光度法同时测定水样中Cd、Ni的研究

研究采用二次双波长分光光度法(即双峰双波长法和系数补偿法)同时测定水样中的Cd和Ni。实验结果表明,以5-Br—PADAP为显色剂,Cd和Ni的最大吸收峰分别为544．8nm和559．2nm,最小吸收峰均为430nm;Cd、Ni的线性范围为0．04—0．64mg/L。本方法的灵敏度同单波长法相比有明显的提高,应用于合成水样和电镀废水样中Cd、Ni的测定,均取得满意的结果。     

长白山自然保护区生态系统碳平衡研究

运用已建立的EPPML生物地球化学循环模型,对1995年长白山自然保护区生态系统的碳平衡状况进行了模拟.模拟结果表明,该保护区植被的年净初级生产力[NPP(碳量)]为1.332×10⁶t·a^-1,以阔叶红松林和云冷杉林最高,分别为0.540×10⁶t·a^-1和0.428×10⁶t·a^-1.这2种林型是长白山面积最大、生产力最高的林型,其生产力的模拟结果对整个保护区的碳循环和碳平衡影响最大,前者的准确性决定了后者的可靠性.总的来说,模拟值不仅在整个保护区不同植被带和气候带的相对比较中是符合常规的,而且在与相当分散的实测数据的绝对比较中也是比较准确的.该保护区的植被具有明显的碳汇功能,主要表现为植被碳量的增长,每年增长约1.058×10⁶t·a^-1.阔叶红松林的年碳量增长最大(0.452 × 10⁶t·a^-1),云冷杉林其次(0.339×10⁶t·a^-1)这2种林型对整个保护区的碳汇功能起着至关重要的决定性作用.其它依次为:长白落叶松林、阔叶林、草甸、灌丛、高山苔原、岳桦林和高山流砾滩草类.1995年该保护区土壤有机质的分解碳量比凋落物碳量高0.169×10⁶t·a^-1,除草灌土壤出现有机质的积累,高山苔原和高山流砾滩土壤有机质的分解与积累处于近似平衡状态外,乔木林下土壤有机质的分解量均为凋落物量的1.5～2.0倍.