亚微米颗粒在Sierpinski海绵模型中热泳沉积研究

亚微米颗粒由于其特殊的粒径尺度,具有很多不同于与传统细颗粒的物理和化学性质,同时极易吸入人体,对人体造成很大危害。谢尔宾斯基海绵模型作为一种理想化的结构模型,具有内比表面积大、多通道等特点。通过建立可工程应用的谢尔宾斯基海绵模型通道,并结合热泳沉积相关数学模型开展计算,可以发现:随着谢尔宾斯基海绵阶数的上升,内部通道的增加是引起亚微米颗粒热泳沉积率上升的主要因素;在海绵通道中运动的亚微米颗粒较之其他粒径的颗粒,更容易受到热泳沉积的影响;同时温差对其热泳沉积影响较为剧烈,呈现线性变化。建立具有工程特征的谢尔宾斯基海绵模型通道,可为研究亚微米颗粒沉积及脱除开辟一条新途径。     

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。     

城市排水系统沉积物特性研究

重点阐述了沉积物的来源和组成,沉积物的颗粒粒径、有机物含量(VSS/SS)、颗粒粘性和颗粒密度等物化性质,以及附着于沉积物上的金属污染物的相关特征。其粒度分布范围是D10为1.89～223.21μm,D50为12.38～437.30μm,D90为39.06～1 572.52μm;VSS/SS的范围是1%～38%;密度范围是1.80～2.47 g/cm3。金属污染物主要的附着对象是沉积物中的细小颗粒如生物膜上。以上沉积物性质对于解决排水系统的泥沙淤积问题以及水体污染的控制都具有重要意义。     

维管束植物桂花树叶片对大气氮沉降的吸收研究

本文通过测定维管束植物桂花树叶片的氮含量和氮同位素组成,分析其对大气氮沉降的截留吸收机制。为期一年(2009.03～2010.03)的监测数据显示,桂花树叶片氮含量为1.33%～3.09%,平均值为2.18%;叶片δ15 N为+0.54‰～+3.78‰,均值为+2.29‰。桂花树叶片N%、δ15 N的季节性变化趋势,总体呈现春、冬高,夏、秋低的规律,这与已有的贵阳市雨水监测数据一致。对比不同树冠厚度的叶片样品,发现叶片N%随树冠厚度增加而降低,顶部叶片N%表现为最高(2.39±0.4%),说明桂花树的树冠层对大气氮沉降有明显的截留吸收作用。桂花树顶部叶片δ15 N最偏负,而上覆树冠层最厚的下方叶片的δ15 N最偏正,反映了树冠层在吸收大气氮沉降过程中存在选择性吸收,引起同位素分馏,即树冠层越厚,穿冠水δ15 N越偏正,且分馏程度与树冠厚度成正比,导致下方叶片δ15 N最高。     

Soil fertility dynamics in runoff-capture agriculture, Canary Islands, Spain

In the extremely arid (∼150 mm yr⁻¹) eastern Canary Islands of Lanzarote, Fuerteventura and La Graciosa, agriculture has been sustained for decades by a traditional runoff-capture (RC) farming system known as “gavias”. Although the main goal of these systems is to increase water supply for crops, making unnecessary conventional irrigation, a secondary and equally important factor is that this system allows for sustainable agricultural production without addition of chemical or organic fertilizers. A field study was conducted to assess the impact of long-term agriculture (>50 yr) on soil fertility and to evaluate key factors affecting the nutrient sustainability of RC agricultural production. Soil fertility and nutrient dynamics were studied through chemical characterization of the arable layer (0-25 cm) of RC agricultural plots, adjacent natural soils (control) not affected by runoff and cultivation, and sediments contributed by a series of RC events. Results showed that RC soils have enhanced fertility status, particularly because they are less affected by salinity and sodicity (mean electrical conductivity = 1.8 dS m⁻¹ vs. 51.0 dS m⁻¹ in control soils; mean exchangeable sodium percentage = 11.1% vs. 30.6% in control soils), and have higher water and nutrient holding capacities (mean clay plus silt contents ≈87% vs. 69% in control soils). In general, sediments transported with the runoff and deposited in RC plots (average sediment yield ≈ 46 ton ha⁻¹ yr⁻¹), contain sufficient nutrients to prevent a progressive reduction of essential plant nutrients below natural levels in spite of nutrient uptake and removal by the harvested crop. Average additions of nitrogen, phosphorus and potassium with the runoff sediments were 33.6, 35.3 and 48.8 kg ha⁻¹ yr⁻¹, respectively. Results of this study show how a crop production system can be sustained in the long term by natural hydrological and biogeochemical catchment processes. This system maintains a nutrient balance that is not based on energy-intensive inputs of fertilizers, but is integrated in natural nutrient cycling processes, unlike other tropical farming agroecosystems.     

Ash deposition impact on the energy performance of photovoltaic generators

A little known side effect of the atmospheric air pollution is the degradation of photovoltaic (PV) cells’ performance due to the deposition of solid particles varying in composition, size and origin. In this context, an experimental-based investigation is conducted in order to compare the energy performance of two identical pairs of PV-panels; the first being clean and the second being artificially polluted with ash, i.e. a by-product of incomplete hydrocarbons’ combustion mainly originating from thermal power stations and vehicular exhausts. A series of systematic measurements of current intensity, voltage output and solar radiation are executed simultaneously for the clean and the polluted PV-panel, so that the effect of several mass depositions on the PVs’ power output, energy yield and conversion efficiency may be determined. According to the results, a considerable deterioration of the PV-panels’ performance is obtained, i.e. almost 30% energy reduction per hour or 1.5% efficiency decrease (in absolute terms) for ash accumulation on the panels’ surface reaching up to 0.4 mg/cm².     

聚硅酸对不同形态铝沉积行为的影响

针对给水管网中残余铝沉积和再溶解现象可能引起的水质问题,研究了聚硅酸对不同水解聚合形态铝沉积、再溶解的影响,并以石英微晶天平为表征手段,初步探讨了聚硅酸对不同形态铝沉积、再溶解过程影响的机理.结果表明,聚硅酸能显著改变不同水解聚合形态铝的沉积、再溶解行为.聚硅酸可与3种水解聚合形态的铝迅速结合而生成可沉积产物,但产物性质不同.以单体形态为主的Al_0与聚硅酸的反应产物性质较稳定,部分以溶解态存在,部分以非溶解态(可沉积态)存在;尽管铝的两种聚合形态Al_(13)和Al_(30)与聚硅酸反应也生成了部分可沉积产物,但随着时间的推移,这些产物又逐渐向溶解态转化.铝硅比对Al_0体系中铝的沉积溶解行为影响较小,而对Al_(13)和Al_(30)影响较大,且在0.2∶20(以Al和SiO_2计的质量比)时,沉积态铝的溶解速率最快.     

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.     

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.