生物炭输入对城郊农业区农田地表反照率及土壤呼吸的影响

为了探究生物炭输入对地表反照率及土壤呼吸的影响,通过田间小区试验的方法,在不同生物炭用量[0（CK）、0.5 kg·（m²·a）^-1（BC0.5）、4.5 kg·（m²·a）^-1（BC4.5）]不同地表条件下[种植作物（以+表示）、裸地（以-表示）],对农田地表反照率、土壤温湿度、土壤CO₂排放通量、土壤有机碳组分等指标进行了测定分析.结果表明,在作物生长前期（玉米的苗期至拔节期、小麦苗期至越冬期）,BC4.5+、BC0.5+的地表反照率相较CK+处理均有显著下降（P<0.05）,小麦季最大降幅分别为23.7%、17.9%,玉米季最大降幅分别为44.5%、44.9%.随叶面积指数增加,地表反照率在3个处理间的差异随之逐渐消失,作物覆盖可有效缓解生物炭输入导致的地表反照率的降低效应;裸地条件下,生物炭处理的地表反照率较对照处理在全部的观测中均有显著下降（P<0.05）;生物炭在输入初期可显著增加土壤CO₂释放量（P<0.05）,但其增幅随时间逐渐减小,其中BC4.5+较CK+的增幅从276.7%逐步降低至36.1%,BC4.5-较CK-的增幅从163.5%明显减弱至39.8%.生物炭处理较对照处理增加的CO₂释放量主要来自生物炭-土壤共存体系中的易分解碳组分,其土壤CO₂释放通量与土壤水溶性有机碳含量呈显著相关（P<0.05）;生物炭输入导致的地表反照率变化未对土壤呼吸产生直接的影响,而且生物炭输入可降低土壤呼吸温度敏感性Q10值,表明生物炭具有一定的化学和生物学稳定性.     

溶解有机质对微生物异化还原铁过程中砷含量及其形态赋存规律的影响

基于典型的希瓦氏金属还原菌(Shewanella decolorationis S12)和石英砂负载铁砷(As-IOCS)的相互作用,探讨了不同来源及组分溶解有机质和生物/非生物条件下对上述作用过程的影响.结果表明,不同类型及组分溶解有机质(DOM)均能使石英砂上负载的铁砷微生物还原解离/解吸程度得到一定程度的加强.而非生物反应体系中,只有含氧化还原敏感官能团结构的蒽醌类物质(0.1 mmol·L-1AQS)对铁砷的解离/解吸作用产生明显影响.在0.1 mmol·L-AQS和有机络合物(2 mmol·L-1 EDTA)的影响下,使得石英砂上负载铁的微生物异化还原程度加强,导致As(Ⅴ)从石英砂负载铁上的解吸程度也随之得到加强;在未加菌体系中,AQS和EDTA和不同组分的DOM类似,对As(Ⅴ)从IOCS上解吸程度影响微弱.对于As(Ⅲ)来说,只有在AQS的影响下,其含量得到显著增加,这可能是作为氧化还原中介体的AQS,在厌氧的生物/非生物条件下,能促进电子在As不同形态之间的转移,使得高价态As(Ⅴ)向还原态As(Ⅲ)的还原转变更易进行.当S12菌液接种含量增加时,在污泥不同组分DOM的影响下,As(Ⅴ)的解吸程度在反应300h前得到明显加强,而As(Ⅲ)的含量在整个反应期间,均快速上升,表明菌液含量高的体系,微生物铁异化还原过程得以持续进行,同时也促进了As(Ⅴ)向As(Ⅲ)的还原转变.     

长期地上凋落物处理和氮添加对油松-辽东栎混交林表层土壤碳氮组分的影响

气候变化引起的土壤碳源和氮源输入变化对森林生态系统碳、氮动态有潜在的重要影响.了解不同团聚体和化学成分的碳、氮组分对碳源和氮源输入的响应,对进一步揭示和预测未来气候变化下土壤碳、氮的响应特征具有重要意义.为了探究土壤不同碳、氮组分及其计量比对土壤碳源和氮源输入变化的响应特征,本研究基于在温带油松-辽东栎混交林样地建立的长期（8年）地上凋落物处理和氮添加实验,测定和分析了土壤不同团聚体碳、氮组分、可溶性碳、氮组分和微生物生物量碳、氮等指标.结果表明：长期叶凋落物加倍和混合凋落物加倍（含枝、叶和球果）均显著增加了土壤总有机碳、全氮、可溶性碳、活性碳及大团聚体（250~2000 μm）和微团聚体（53~250 μm）碳、氮组分的含量;氮添加显著增加了土壤总有机碳、全氮、可溶性氮及活性碳组分的相对和绝对含量;但土壤黏粉粒（2~53 μm和<2 μm）碳、氮组分、微生物生物量碳、氮及各碳、氮组分比值在不同处理之间均无显著性差异;地上叶凋落物加倍和混合凋落物加倍处理显著增强了土壤团聚体的稳定性并降低了土壤可溶性有机质的芳香性.这些结果表明,高质量和数量凋落物的输入及氮添加量的增加显著促进了土壤不同碳、氮组分的含量,但并没有显著改变各碳、氮组分的比值.     

松花湖沉积物溶解性有机质荧光光谱特性

溶解性有机质(DOM)对于湖泊的主要污染指标(如COD等)有着较大的影响,而沉积物亦是湖泊污染的主要来源,因此沉积物DOM荧光光谱特性的研究对进一步揭示湖泊污染本质有重要意义.采集了松花湖20个点位的沉积物,利用激发发射矩阵光谱-平行因子分析(EEM-PARAFAC)技术对沉积物中的DOM组分进行了解析,从光谱学角度明...     

含磷材料对矿区铅镉污染土壤重金属形态转化的影响

以湖南郴州东江湖风景区矿区遗留地重金属污染土壤为研究对象,研究了3种含P材料,及其与蒙脱石的组合材料,对矿区土壤铅镉污染的修复效果。实验设6组处理,分别为P1组、P2组、P3组、P1+M组、P2+M组、P3+M组,通过添加5%的稳定剂,稳定2d后,分析土壤中铅镉的形态变化。实验结果表明:添加含P材料,及组合材料后,土壤中铅镉的离子交换态、铁锰结合态、有机结合态大幅度降低,残渣态显著升高。对Pb离子转化效果均在90.00%以上, Cd离子的转化效率相对较差,最优P1处理效果为74.20%。离子交换态的减少,有效地降低了重金属的生物有效性,有效地降低了环境风险。同时,含P材料均增加了土壤有效磷的含量,对矿区土壤的肥力也有一定提升。     

介质加载混凝过程中磷和溶解性有机物的去除特征及混凝机理

为考察介质加载混凝过程中污染物去除特征与探讨混凝机理,考察了不同形态的磷和溶解性有机物(DOM)的变化,并结合混凝絮体粒径与形貌,分析了介质加载的混凝机理。结果表明：溶解性污染物主要去除机制为聚合氯化铝(PAC)水解产物的吸附和螯合作用,高芳香性、腐殖化和分子质量为4 000~50 000 Da的DOM去除率较高;石英砂可强化去除悬浮态磷及腐殖酸类DOM;磁种可强化有机磷、${\rm{PO}}_4^{3 - }$-P和DOM的去除效果;回收磁种的微絮体结构使其对磷与大分子DOM具有更好的去除效果。介质加载混凝过程的关键作用在于形成密实性絮体,从而增强了絮体的强度和沉降性能,实现了污泥减量。研究结果可为介质加载混凝在水处理中的推广应用提供参考。     

典型城市河流底泥溶解性有机质与重金属响应机制研究

应用三维荧光光谱(EEMs)结合平行因子(PARAFAC)分析、典范对应分析(CCA)和结构方程模型(SEM),以沈阳市建城区黄泥河、新开河、满堂河为研究对象,测定河流底泥营养盐和重金属浓度,检测溶解性有机质(DOM)三维荧光光谱,研究城市河流底泥DOM与重金属响应机制。总氮(TN)和总磷(TP)的平均浓度均为新开河>黄泥河>满堂河,TP平均浓度均大于650 mg/kg,根据US EPA底泥分类标准属于重度污染。基于相关性分析,黄泥河Cu、Ni、Cr具有同源性,新开河As、Cd和Hg具有同源性,满堂河As和Zn具有同源性。基于PARAFAC分析,DOM含有5个荧光组分,即陆源类腐殖质(C1)、类富里酸(C2和C3)、类胡敏酸(C4)和类色氨酸(C5)。C1的丰度占总丰度的30.31%,C2和C3占37.76%,显示陆源类腐殖质和类富里酸为DOM的主要组分。黄泥河与新开河DOM受外源影响较大,而满堂河受内源影响较大。CCA分析表明:C3、C5、Cr和Pb是影响黄泥河底泥的特征因子,Hg是影响新开河底泥的特征因子,TP、As和Zn是影响满堂河底泥的特征因子。基于SEM分析,TN、TP、C1、C2、C3和C5对重金属的权重分别为25.46%、22.16%、17.52%、15.42%、9.11%和10.33%,表明TN和TP是3条河底泥重金属的主要影响因子。营养盐对重金属的路径系数为-0.18,重金属对Hg、As、Zn、Cd路径系数分别为-2.83、-1.69、-1.91和-3.24,表明它们具有同源性;此外,DOM与重金属路径系数为0.11,重金属对Pb和Cr的路径系数为1.58和1.00,表明DOM与Pb和Cr具有同源性。     

乌伦古湖冰封期溶解性有机质分布特征及来源解析

乌伦古湖作为新疆第二大湖泊,对维护西北地区生态平衡具有重要意义。为探究乌伦古湖在冰封期有机指标超标原因,以冰封期水体溶解性有机质（DOM）为研究对象,运用紫外-可见光吸收光谱与三维荧光光谱结合平行因子模型（PARAFAC）、相关性分析等手段,对乌伦古湖DOM进行空间分布特征以及来源解析的探讨。结果显示：1）冰封期乌伦古湖水体DOM紫外-可见吸收光谱参数（E₃/E₄）大于3.5,表明水体腐殖质以富里酸为主,PARAFAC分析得出乌伦古湖水体DOM包含3种主要荧光组分,即陆源腐殖质（C1,39.03%）、类色氨酸物质（C2,38.20%）和富里酸物质（C3,22.77%）。2）乌伦古湖水体荧光指数（FI）平均值为1.64、腐殖化指数（HIX）为1.66、自生源指数（BIX）为1.03,荧光特征参数表明水体DOM由陆源及自生源共同组成,且具有腐殖化程度较低、新近自生源高的特征,表明乌伦古湖水体DOM以内源产生为主。3）乌伦古湖水体腐殖质（C1、C3）与类蛋白组分（C2）显著相关（P<0.01）,表明腐殖质与类蛋白组分的产生及来源具有一致性。

     

南淝河不同排口表层沉积物DOM光谱特征

在南淝河15个排口采集了表层沉积物样品,在测定了其中溶解性有机碳(SDOC)含量的同时,采用紫外-可见吸收光谱和三维荧光光谱分析方法,并结合PARAFAC模型对沉积物中溶解性有机质(DOM)的荧光组分和来源进行了解析.结果表明:南淝河不同排口表层沉积物SDOC的含量在0.28~0.95g/kg之间,平均为0.63g/kg;老城区采样点沉积物SDOC明显高于其他河段,特别是靠近污水厂尾水排放口沉积物SDOC明显高于其他采样点.南淝河沉积物紫外-可见光吸收系数aλ可以很好表征沉积物DOM含量相对大小,而光谱斜率S275-295和光谱斜率比SR反映出各采样点沉积物DOM中自生源组分的差异;利用PARAFAC模型解析出DOM四种荧光组分,其中较老的自生源腐殖质C2和新近类蛋白C4所占比例高.南淝河不同排口沉积物DOM自生源组分比例存在显著差异,其中老城区排口沉积物DOM以自生源组分为主,而上游排口沉积物DOM陆源组分所占比例较高,雨污排口和污水厂尾水排口虽以自生源为主,但陆源的贡献不可忽略.结果表明,光谱分析方法能够有效表征城市河道不同排口污染源强.     

水溶性有机物的电子穿梭功能研究

以源于污泥的DOM(dissolved organic matter)为供试材料,以中国希瓦氏菌(Shewanella cinica)D14T为电子转移驱动力,研究了DOM的氧化还原性能与电子穿梭功能.结果表明,污泥DOM可作为末端电子受体接受醌还原菌D14T呼吸链上的电子,从而转变为还原态DOM,而还原态DOM可将电子再次转移给Fe(Ⅲ).经D14T还原后,DOM电子供给量(e-/C)由初始2.2~14μmol.g-1增加到253~347μmol.g-1.循环伏安法与多次还原-氧化循环实验表明,DOM呈现2对明显的氧化还原峰,经3次还原-氧化循环后电子供给量可稳定维持在150~250μmol.g-1之间,说明DOM具有重复利用、反复转移电子的特性.在菌株D14T还原水铁矿的体系中,加入DOM可提高水铁矿的还原溶解速率,其原因是DOM在D14T与水铁矿之间充当了电子穿梭体的角色.这些结果反映了DOM在电子转移反应中的重要性,为DOM的环境属性提出了一个新见解.