Electrochemical and spectroscopic characteristics of dissolved organic matter in a forest soil profile

Dissolved organic matter （DOM） represents one of the most mobile and reactive organic compounds in ecosystem and plays an important role in the fate and transport of soil organic pollutants, nutrient cycling and more importantly global climate change. Electrochemical methods were first employed to evaluate DOM redox properties, and spectroscopic approaches were utilized to obtain information concerning its composition and structure. DOM was extracted from a forest soil profile with five horizons. Differential pulse voltammetry indicated that there were more redox-active moieties in the DOM from upper horizons than in that from lower horizons. Cyclic voltammetry further showed that these moieties were reversible in electron transfer. Chronoamperometry was employed to quantify the electron transfer capacity of DOM, including electron acceptor capacity and electron donor capacity, both of which decreased sharply with increasing depth. FT-IR, UV-Vis and fluorescence spectra results suggested that DOM from the upper horizons was enriched with aromatic and humic structures while that from the lower horizons was rich in aliphatic carbon, which supported the findings obtained by electrochemical approaches. Electrochemical approaches combined with spectroscopic methods were applied to evaluate the characteristics of DOM extracted along a forest soil profile. The electrochemical properties of DOM, which can be rapidly and simply obtained, provide insight into the migration and transformation of DOM along a soil profile and will aid in better understanding of the biogeochemical role of DOM in natural environments.     

模拟氮沉降和CO2浓度增加对三江平原小叶章群落土壤总有机碳和氮素含量的影响

利用开顶气室(Open-Top Chamber,OTC),设置当前大气CO2浓度(370μmol.mol-1)、中等CO2浓度(550μmol.mol-1)和高CO2浓度(700μmol.mol-1)3个CO2浓度水平和不施氮(N1,0g N.m-2.a-1)、常氮(N2,5g N.m-2.a-1)、高氮(N3,10g N.m-2.a-1)3个氮素水平。研究了不同N沉降水平下,大气CO2浓度升高对以三江平原小叶章群落土壤有机碳和氮素含量的影响。结果表明:CO2浓度升高结合氮沉降连续运行两个生长季后,湿地土壤总有机碳含量没有显著变化,说明较短时间内大气CO2浓度升高和氮沉降不会使三江平原土壤有机碳含量产生变化。氮沉降引起各个土层的土壤全氮、铵态氮和硝态氮的含量增加,施氮水平越高土壤氮增加越多,但是全氮增加量不明显,铵态氮随施氮量的增加呈现极显著差异水平(P<0.01)。0～10cm,10～20cm土层土壤全氮、铵态氮的含量随着CO2浓度升高呈现出先增大后减小的趋势。土壤硝态氮含量在10～20cm土层含量变化与土壤全氮、铵态氮的变化趋势相同。说明大气CO2浓度一定程度的增加可以增加土壤的氮素含量,但是过量的大气CO2浓度反而会使得土壤氮素含量减少。     

垦殖对湿地土壤有机碳垂直分布及可溶性有机碳截留的影响

通过测定和计算兴凯湖地区沼泽湿地及由其垦殖而来的旱田和水田土壤剖面有机碳含量和密度及土壤剖面不同深度土壤溶液中可溶性有机碳含量,分析了垦殖对兴凯湖周边沼泽湿地土壤有机碳垂直分布及土壤剖面截留可溶性有机碳的影响.结果表明,垦殖显著影响湿地0～40 cm土壤有机碳含量,大豆田和水稻田0～10、10～20、20～30、30～40 cm土壤有机碳含量与湿地相比分别降低了79.07%和82.01%、79.01%和82.28%、79.86%和92.90%、37.49%和78.05%;40 cm以下土层土壤有机碳含量垦殖前后差异不显著.大豆田和水稻田有机碳密度相比沼泽湿地分别降低了25.50%和47.35%,但三者1 m深土壤中大部分的有机碳均是储存在0～50 cm土层中.垦殖前后土壤有机碳含量与深度之间的关系均可用指数函数来描述,垦殖改变了土壤有机碳含量但并未改变其随土壤深度的变化规律.垦殖为大豆田土壤剖面对可溶性有机碳的截留效果较湿地和水稻田更明显,沼泽湿地和水稻田对可溶性有机碳的截留效果大致相当.     

黑土有机碳、氮及其活性对长期施肥的响应

以长期定位试验为基础,研究不同长期施肥模式对中国东北黑土表层(0～20 cm)及亚表层(20～40 cm)土壤碳、氮的影响.结果表明,有机肥的施入显著提高了表层土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)含量,其中以有机无机配施处理最为显著.与不施肥相比,常量和高量有机无机配施分别增加了表层SOC含量24.6%和25.1%,分别增加了表层土壤TN含量29.5%和32.8%,亚表层土壤SOC和TN含量对施肥无响应.尽管常量及高量有机无机配施分别增加了黑土0～40 cm土壤碳储量11.6%和7.6%、氮储量17.3%和12.7%,但各处理之间无显著差异,仅增加了黑土碳、氮储量的变异性.与不施肥相比,有机肥的施用不仅显著增加了表层和亚表层土壤微生物生物量碳、氮(SMBC、SMBN)及可溶性碳、氮(DOC、DN)的含量,且显著提高了这些组分在总有机碳、全氮中所占的比例.有机无机配施处理能使表层土壤SMBC/SOC、SMBN/TN值分别提高0.36～0.59和1.21～1.95个百分点,而DOC/SOC、DN/TN也分别达到0.53%～0.72%和1.41%～1.78%.土壤微生物生物量碳氮、可溶性碳氮及其在总有机碳、氮中所占的比例对于施肥的响应在土壤剖面上表现更为敏感,更能反映土壤肥力对于长期施肥的响应.有机肥的施入尤其是有机无机配施能显著提高黑土表层和亚表层土壤有机碳、氮活性,有利于提升土壤肥力和养分供应能力,但同时也导致了农田系统碳、氮的大量损失,容易引起潜在的环境污染.     

Removal and transformation of organic matters in domestic wastewater during lab-scale chemically enhanced primary treatment and a trickling filter treatment

To find a simple and economical way for treating the domestic wastewater in small counties and towns, a process combining chemically enhanced primary treatment and a trickling filter (CEPT-TF, representing the physical and biological effects) was constructed and operated in laboratory conditions. The characteristic behaviors of dissolved organic matter in raw wastewater and effluents were examined during steady-state operation. Experimental results showed that the process of CEPT and TF in series was beneficial for the removal of hydrophobic and hydrophilic organics. Specially, the hydrophobic and aromatic materials could be preferentially removed in the CEPT unit, and the hydrophilic fraction in the TF. Structural changes of the organic fractions during the operation of the different units were also characterized via spectrum analysis.     

珠江三角洲印刷行业VOCs组分排放清单及关键活性组分

根据珠江三角洲地区印刷行业活动数据和不锈钢罐采样-气质联用技术,获取了印刷工艺VOCs成分谱,建立了该地区2010年印刷行业VOCs组分排放清单,研究了不同工艺排放的臭氧生成潜势. 结果表明:该地区2010年印刷行业VOCs排放总量达8591.26t,深圳、东莞、佛山排放量较大.凹印是印刷行业主要VOCs排放工艺,排放量达5762.01t;平印和凸印次之,分别为1954.01和37.82t.不同工艺排放的VOCs组分差异较大,平印工艺排放的VOCs成分中异丙醇含量最多(306.58t),其次为正庚烷(115.87t);苯和甲苯是凸印工艺排放的VOCs成分中含量最大的2种化合物,分别达5.58和4.83t;乙酸乙酯是凹印工艺排放的VOCs成分中的首要化合物,达2482.85t.凸印工艺排放的VOCs单位浓度臭氧潜势最大,达1.30μg/m3,平印和凹印较小,分别为0.89和0.72μg/m3,各工艺排放的含氧有机物对臭氧生成潜势的贡献均为最大.      

碳源对厌氧氨氧化脱氮性能影响的试验研究

分别研究了无机碳源和有机碳源对厌氧氨氧化反应脱氮性能的影响。接种稳定运行的复合式UASB厌氧氨氧化反应器污泥至ASBR反应器进行批式试验,考察不同碳酸氢钠浓度及COD浓度条件下的氮素转化情况,研究碳源对厌氧氨氧化脱氮效果的影响。厌氧氨氧化反应适宜的进水碳酸氢钠浓度为1.5～2.0 mg/L,超过30 mg/L时有机碳源的存在对厌氧氨氧化反应产生抑制作用,COD浓度超过60 mg/L时反应器表现出反硝化特性。无机碳源对厌氧氨氧化反应的影响表现在提供充足碳源和调节反应器pH的综合作用,较高浓度的COD对厌氧氨氧化反应具有抑制作用。     

低温条件下污水处理运行研究

低温是造成寒冷地区冬季生活污水生化处理效果差的主要原因。当温度降低至4cC左右时,活性污泥中大多数微生物的生长活性受到抑制,只有少数的耐冷微生物可以存活下来并保持一定的活性。本课题组以往的研究结果证明：在我国北方地区,完全可以分离到在低温下高效降解污水中有机物的耐冷细菌。通过投加耐冷茵可使污水的去除效率大大提高。但由于投加的耐冷茵的流失等原因,必须隔一定时间再次投菌,既费时费力,又增加投资。     

黄河口湿地土壤中正构烷烃分子指标及物源指示意义

对黄河口湿地表层土壤中的总有机碳、正构烷烃等进行了分析,计算了正构烷烃分子指标,探讨了其物源指示意义,并对不同采样区域和采样时间的结果进行了比较.结果表明,黄河口湿地土壤中正构烷烃以高碳奇数烷烃(C25～C33)为主,说明土壤中有机质主要来自于陆地高等植物,而样品中未分离混合物的存在表明土壤可能受到了油类污染.土壤中总的正构烷烃含量有明显的时间和区域差异,总的变化范围在0.57～3.90μg.g-1.在2009年4月(枯水期)总的正构烷烃含量相对6月(调水调沙期间)要高,以黄河口湿地核心恢复区最高,其次是黄河入海前最后一个浮桥下方的黄河北岸,最后是黄河故道区域,而6月的变化趋势与此相反.这一变化趋势与总有机碳是一致的,而与中值粒径的变化趋势相反,反映了两个不同的采样时间水环境条件的差异.基于正构烷烃的分子指标,如平均链长ACL、奇偶优势度OEP、烷烃指数AI、碳优势指数CPI和陆海比TAR等表明黄河口湿地土壤的有机质的成熟度较低,有较强的陆源高等植物输入优势,且主要来自于草本植物.与其他指标相比,陆海比指标TAR更好地反映了水环境条件的变化.     

嘉陵江重庆段DOM三维荧光光谱的平行因子分析

应用平行因子分析法对2010年6月嘉陵江重庆段水体13个取样点DOM(溶解性有机质)的三维荧光光谱进行指纹识别.结果表明,嘉陵江重庆段水体可识别出4类5个荧光组分,包括类富里酸荧光组分C1(250、320 nm/400 nm)和C4(230、340nm/450 nm)、类腐殖酸荧光组分C2(260、360 nm/450 nm)、浮游生物产生的荧光组分C3(260 nm/380 nm)和类蛋白物质荧光组分C5(280 nm/330 nm).它们的贡献率依次为类富里酸18%～38%,类腐殖酸11%～18%,浮游植物8%～22%,类蛋白物质33%～49%.嘉陵江重庆段水体的有机物污染主要以来自工业、生活污水和其他人为活动产生的陆源污染输入为主,其次是浮游植物和水体微生物代谢产生的污染.13个取样点的总荧光强度在空间分布上由西到东呈"升高—降低—升高—降低"的趋势.