乌鲁木齐树木叶片汞浓度时空特征及环境意义

城市大气环境由于受人为活动影响,具有较高大气汞浓度和时空分布不均一特征。植被叶片虽具有较强富集大气汞的能力,但能否指示城市大气汞时空变化,目前尚有存疑。本文通过连续监测新疆乌鲁木齐市区内6个采样点5种常见树种叶片,在生长季（2019年5～10月）内的汞浓度,分析树叶汞浓度的时空分布变化特征,进而寻找潜在的最优树种叶片,反演乌鲁木齐大气汞污染程度。结果表明,城市内的局地污染能够显著提高叶片汞浓度;树种叶片对大气汞浓度的敏感性存在明显差异（P<0.01）;落叶阔叶树的叶汞浓度与叶片生长时间呈显著正相关关系（P<0.01）,即叶片在整个生长期不断积累大气汞;而针叶汞浓度一年之内与生长时间无显著关系。考虑到圆冠榆叶片对大气汞浓度敏感性较高且分布范围更广,圆冠榆作为乌鲁木齐城市大气汞的生物监测器较为合适。本研究为研究城市大气汞浓度生物监测提供了典型的案例与借鉴。     

土壤中磺胺二甲嘧啶赋存对水稻生长的影响

为探究土壤中残留抗生素对植物生长的影响,选取土壤中检出率较高的磺胺类抗生素磺胺二甲嘧啶作为外源污染物,分析水稻苗期和成熟期生长指标、根系和叶片生理生化指标、水稻各器官中抗生素残留量和富集转运因子的变化特性,并评价水稻籽粒中残留磺胺二甲嘧啶的健康风险.结果表明,磺胺二甲嘧啶对水稻株高和生物量的抑制作用存在于整个生长周期中,且苗期的影响大于生长成熟期,根部受到的影响大于苗部.苗期秧苗根系活力、硝酸还原酶活性和叶片叶绿素含量受到随抗生素含量增加而增大的抑制作用,而抗氧化酶活性的变化趋势表现出不同特征,具体为超氧化物歧化酶活性增强、过氧化氢酶和过氧化物酶先被激活后被抑制.磺胺二甲嘧啶在水稻各器官中的积累量表现为：根>叶>茎>籽粒,且水稻籽粒的抗生素风险评估结果显示EDI/ADI<0.1,不构成健康风险.生长成熟期土壤中磺胺二甲嘧啶对水稻富集因子和转运系数的影响大于苗期.综合磺胺二甲嘧啶对水稻的不利影响,在水稻种植中施加畜禽粪便作为有机肥和使用养殖水进行农田灌溉时,需要关注磺胺二甲嘧啶的生态效应,保障水稻等作物的安全生产.     

不同溶解氧条件下沉积物-水体系磷循环

磷是控制富营养化水平和水环境演变的关键元素.沉积物-间隙水体系是影响近海水体磷循环的主要界面,而上覆水溶解氧（DO）则是影响这一界面磷转化行为和界面通量的控制因子.针对近海环境特征,利用沉积物多管培养装置进行室内实验和动力学过程研究,探讨了DO变化对沉积物-间隙水体系磷的赋存形态、转化和释放的影响.结果表明,上覆水DO变化对沉积物-水界面溶解态活性磷酸盐（DRP）交换通量有显著的影响,低氧条件下沉积物具有较富氧和无氧更高的DRP交换通量;富氧条件下沉积物中总磷在表层富集量最高,具有较高的保存能力,低氧和无氧状态下沉积物对磷的保存能力降低;低氧条件下沉积物中铁结合磷的还原溶解和有机质的矿化是水体的主要磷源.在不同DO条件下,磷的转换呈现出差异化的特征,其中低氧状态下沉积物-水界面的变化和理想的早期成岩模式最为接近.可见,溶解氧对沉积物-间隙水体系磷的释放和转化有着显著的影响,是控制磷循环的重要因素.     

Size distributions and sources of elements in particulate matter at curbside, urban and rural sites in Beijing

Size distributions of 29 elements in aerosols collected at urban, rural and curbside sites in Beijing were studied. High levels of Mn, Ni, As, Cd and Pb indicate the pollution of toxic heavy metals cannot be neglected in Beijing. Principal component analysis (PCA) indicates 4 sources of combustion emission, crust related sources, traffic related sources and volatile species from coal combustion. The elements can be roughly divided into 3 groups by size distribution and enrichment factors method (EFs). Group 1 elements are crust related and mainly found within coarse mode including Al, Mg, Ca, Sc, Ti, Fe, Sr, Zr and Ba; Group 2 elements are fossil fuel related and mostly concentrated in accumulation mode including S, As, Se, Ag, Cd, Tl and Pb; Group 3 elements are multi-source related and show multi-mode distribution including Be, Na, K, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Mo, Sn and Sb. The EFs of Be, S, Cr, Co, Ni, Cu, Ga, Se, Mo, Ag, Cd, Sb, Tl and Pb show higher values in winter than in summer indicating sources of coal combustion for heating in winter. The abundance of Cu and Sb in coarse mode is about 2-6 times higher at curbside site than at urban site indicating their traffic sources. Coal burning may be the major source of Pb in Beijing since the phase out of leaded gasoline, as the EFs of Pb are comparable at both urban and curbside sites, and about two times higher in winter than that in summer.     

Nitrogen deposition alters soil chemical properties and bacterial communities in the Inner Mongolia grassland

Nitrogen deposition has dramatically altered biodiversity and ecosystem functioning on the earth; however, its effects on soil bacterial community and the underlying mechanisms of these effects have not been thoroughly examined. Changes in ecosystems caused by nitrogen deposition have traditionally been attributed to increased nitrogen content. In fact, nitrogen deposition not only leads to increased soil total N content, but also changes in the NH₄⁺-N content, NO₃^--N content and pH, as well as changes in the heterogeneity of the four indexes. The soil indexes for these four factors, their heterogeneity and even the plant community might be routes through which nitrogen deposition alters the bacterial community. Here, we describe a 6-year nitrogen addition experiment conducted in a typical steppe ecosystem to investigate the ecological mechanism by which nitrogen deposition alters bacterial abundance, diversity and composition. We found that various characteristics of the bacterial community were explained by different environmental factors. Nitrogen deposition decreased bacterial abundance that is positively related to soil pH value. In addition, nitrogen addition decreased bacterial diversity, which is negatively related to soil total N content and positively related to soil NO₃^--N heterogeneity. Finally, nitrogen addition altered bacterial composition that is significantly related to soil NH₄⁺-N content. Although nitrogen deposition significantly altered plant biomass, diversity and composition, these characteristics of plant community did not have a significant impact on processes of nitrogen deposition that led to alterations in bacterial abundance, diversity and composition. Therefore, more sensitive molecular technologies should be adopted to detect the subtle shifts of microbial community structure induced by the changes of plant community upon nitrogen deposition.     

四环素类抗生素对不同蔬菜生长的影响及其富集转运特征

本研究探讨了四环素类抗生素(TCs)对两种蔬菜生长的影响及其在蔬菜体内的富集和转运特征,以期为四环素类抗生素的植物毒性和对人体健康的风险评价提供理论基础.采用土培试验研究了不同水平(0、50和150 mg·kg-1)的四环素类抗生素(四环素TC、土霉素OTC、金霉素CTC)对生菜和小白菜生长、抗生素含量及其富集转运特征的影响.结果表明,TCs总体上抑制了生菜的生长,地上部和地下部鲜重分别较CK降低了1.56%~26.84%和17.36%~51.04%,小白菜地上部和地下部鲜重反而较对照提高了3.7%~7.3%和3.1%~82.2%.TCs在一定程度上增加了生菜和小白菜的气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr),抑制了生菜的净光合速率(Pn),Pn在TCs为150 mg·kg-1时较CK降低了32.43%~82.43%.TCs还抑制了生菜和小白菜的SOD活性,较CK降低了29.17%~223.12%,以OTC的抑制作用最强.生菜和小白菜的MDA含量在TCs为150mg·kg-1时达到最大值(生菜地上部除外).小白菜地上部和地下部TCs的含量均高于生菜,以CTC处理的小白菜和生菜TCs含量较高.种植生菜的土壤TCs残留量高于小白菜土壤,以OTC处理的土壤TCs残留量最高.小白菜对TCs的富集系数和转运系数分别是生菜的1.07~7.35倍和1.15~2.25倍.3种四环素类抗生素中以OTC和CTC的生态风险较大.     

生物操纵方法对水绵(Spirogyra)的调控效应

为探究安全高效调控水绵生长的方法,本研究利用养殖水桶开展了两次生物操纵实验,分别观测了鲤(Cyprinus carpio)、鲫(Carassius auratus)和鲢(Hypophthalmichthys molitrix)在没有营养加富条件下,以及鲫和日本沼虾(Macrobrachium nipponense)在营养加富条件下,对水体中浮游态和固着态水绵(Spirogyra)生长的抑制效果.结果表明,在没有营养加富的水体中,鲤和鲫对水绵不仅没有调控效应,反而会促进水绵的生长.建议在水绵生长旺盛的水体中,一定程度上移除水体中这些鱼类反而可以有效控制水绵的生长.在营养加富条件下,日本沼虾对水绵的控制效应明显.鲫对水绵发挥的作用与水体营养状态存在交互作用,日本沼虾对水绵的抑制效应是否受水体营养状态的影响值得进一步探究.     

冬季大黑汀水库沉积物-水界面氮磷赋存特征及交换通量

本文研究了大黑汀水库表层沉积物碳氮磷污染负荷及分布特征,利用Peeper （pore water equilibriums）技术获取沉积物-水界面氮磷剖面特征,分析大黑汀水库间隙水氮磷分布的空间差异;采集沉积物无扰动柱样用静态培养法对其水土界面氮磷交换速率进行估算.结果表明：沉积物中TN、TP和TOC的含量分别在729~5894mg/kg、1312~2439mg/kg和0.5%~5.6%之间,沉积物中氨氮（NH₄⁺-N）、硝酸盐氮（NO₃^--N）、亚硝酸盐氮（NO₂^--N）和活性磷（PO₄^3--P）含量分别在0.6~202.9、34.4~168.3、0.1~0.3和16.1~75.2mg/kg之间,主要表现为下游含量高于上游,空间分布特征明显;沉积物C/N表明该水库有机质主要来源于水体内部,与人类网箱养殖活动有关.间隙水中NH₄⁺-N和PO₄^3--P浓度远高于上覆水,表明大黑汀水库间隙水具有向上覆水体扩散营养盐的潜力.在垂直方向上间隙水中NH₄⁺-N浓度随深度的增加而变大,PO₄^3--P浓度具有在0~4cm快速增加,之后表现出逐渐降低的趋势.静态释放结果表明,沉积物-水界面NH₄⁺-N和PO₄^3--P的交换通量分别为3.5~110.5mg/（m²·d）和0.1~1.6mg/（m²·d）,NO₃^--N和NO₂^--N交换通量在-112.5~157.2mg/（m²·d）和0.04~0.94mg/（m²·d）之间.NH₄⁺-N、NO₃^--N和PO₄^3--P在下游表现出较高的释放速率.较高的沉积物内源负荷使得大黑汀水库沉积物具有较大的向上覆水释放营养盐的潜力,改善水库沉积物污染状况是治理大黑汀水库水体环境的必要之举.     

水泥工业区内土壤剖面金属元素量特征及其指示意义

为了研究水泥工业区内污染土壤中金属元素含量变化特征,对安徽省凤阳县水泥工业区内一条土壤剖面中金属元素(Al、Fe、Ca、Mg、K、Na、Cr、Ba、Mn、Zn)含量进行了测量。结果显示,土壤剖面分2层,第一层(0～20 cm)为污染层,该层Al、Fe、Mg、Na、Ba、Mn、Cr元素主要来源于自然土壤,没有富集,Ca、K、Zn元素主要来源于水泥粉尘的输入,存在富集,其中0～2 cm土壤的富集因子最大,Ca和Zn含量最高,指示0～2 cm土壤被污染的程度最深。第二层(20 cm以下)为土壤母质层,该层各金属元素含量相对比较稳定。由于0～2 cm土壤中Ca、Zn元素还没有大量向下淋溶,导致第一层土壤中Ca、Zn含量随采样深度的增加而减少。土壤剖面中Ca和Zn的含量能指示水泥粉尘对工业区土壤环境的污染,土壤母质层的Ca、Zn含量可以作为参考的警戒值。     

湘西北黑色泥灰岩风化剖面重金属富集的地球化学机制

通过对湘西北地区黑色泥灰岩风化剖面（DM剖面）中Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb、Th、U 8种重金属元素地球化学特征的研究,并与区域上发育于黑色页岩的2条风化剖面的对比分析,初步揭示了黑色泥灰岩风化剖面中重金属富集的地球化学机制。结果表明：（1）与黑色页岩相比,黑色泥灰岩风化成土过程中重金属元素普遍呈现出低背景、高富集的地球化学特征。（2）黑色泥灰岩风化剖面的形成,是在基岩中碳酸盐快速溶蚀的基础上（基岩的酸溶相含量为78.57%）,由酸不溶相进一步演化的结果。在此过程中,对于无明显外源输入的元素Cr、Ni、Cu、Zn、Pb、Th、U,一方面,赋存在酸溶相的部分随碳酸盐的淋失而亏损甚至强烈亏损（其中Th相对惰性）;另一方面,残余在酸不溶相的部分因基岩中大量碳酸盐的淋失而显著富集,且随风化剖面的演化未显示出进一步的亏损。因此,这些元素在风化剖面中的富集是绝对（强烈）亏损和显著相对富集的综合结果。对于Cd,存在明显的外源输入,可能主要以水溶态形式带入并大量淀积在剖面下部。（3）在黑色泥灰岩风化剖面,有机质（OM）不是重金属元素的主要赋存介质,其对重金属元素地球化学行为的影响有限。（4）黑色泥灰岩发育的土壤中,Cu和Cd的平均含量分别为54.58 mg/kg和0.58 mg/kg,高于农用地土壤污染风险筛选值,特别是Cd,对土壤生态环境可能形成不利影响,应引起关注。