Variation in trace element mobility and nitrogen metabolism of Verbascum olympicum Boiss. under copper stress

The aim of this study was to evaluate the effects of copper (Cu) stress on accumulation and transport of trace elements, nitrogen assimilation, and growth parameters of Verbascum olympicum. Eight-week-old seedlings were grown in Hoagland's solution and exposed to 0, 50, 250, or 500?µM CuSO₄ for seven days in laboratory conditions. Bioaccumulation of trace elements (boron, bismuth, cobalt, Cu, iron, lithium, manganese, molybdenum, nickel, lead, zinc) in the roots and leaves was determined by inductively coupled plasma–mass spectrometry after one, three, and seven days. Chlorophyll content, nitrate reductase, and glutamine synthetase activities, soluble protein content, and biomass were determined. Copper accumulated in the roots and leaves (up to 19609.8 and 256.2?mg?kg^?1 dry weight, respectively). Other trace elements accumulated to higher levels in the roots of Cu-treated plants compared with those of control plants. High Cu concentrations decreased nitrogen-assimilatory enzyme activities. Compared with control plants, those treated with high Cu concentrations showed lower chlorophyll contents, total protein contents, and biomass. Nitrogen assimilation and growth parameters of V. olympicum were negatively affected by Cu treatment but mineral nutrition was not severely disrupted. The results support the suitability of V. olympicum as a candidate for phytoremediation of Cu-contaminated soils.     

黄土塬区土地利用变化对硝态氮累积和淋溶的影响

为了分析黄土塬区土地利用变化对土壤中NO₃--N迁移规律的影响,在陕西长武黄土塬区沿东西方向设置6个样地,每个样地内均选择耕地、由耕地转变来的果龄10 a和20 a左右的苹果园(下称耕地、10 a果园和20 a果园)3种土地利用方式采集土壤样品,分析土地利用变化对NO₃--N迁移的影响,并初步评估其对地下水污染的潜在风险. 结果表明:不同土地利用方式下土壤中NO₃--N均出现累积现象,达到累积峰时的土层深度表现为果园＞耕地,NO₃--N最大累积量表现为20 a果园＞10 a果园＞耕地. 耕地、10 a果园和20 a果园土壤w(NO₃--N)平均稳定深度分别为300、400和500 cm,平均稳定值分别为2.4、2.5和2.6 mg/kg. 地下水中ρ(NO₃-)为15.3 mg/L,而3种土地利用方式下土壤中ρ(可移动态NO₃-)分别为14.2、26.2和26.3 mg/L,可见,与耕地相比,果园土壤中NO₃--N淋溶至地下水的风险更大. 但由于土地利用变化导致的土壤水分运动和地下水补给存在差异,各土地利用方式对地下水中NO₃--N的贡献率尚需进一步量化.      

水稻土中铁的厌氧生物氧化还原循环对砷的影响（The Effect of Anaerobic Redox Cycling of Iron on Arsenic Mobility in Paddy）

应用砷污染水稻土的厌氧富集培养,探讨水稻土中潜在存在铁厌氧生物循环及其对氮和砷的耦合作用.富集培养直接证明了水稻土中铁的厌氧生物循环:三价铁(人工合成针铁矿)在厌氧条件下被逐渐还原成二价铁;铁还原过程结束并外源添加硝酸根时,培养基中新生的二价铁在依赖于硝酸根的铁氧化菌的作用下被氧化;当提供新的电子供体乙酸时,生物合成的铁矿重新被还原.在铁氧化还原循环过程中,随着铁的还原,培养基中砷的浓度不断增加,反之,当铁逐渐氧化的同时不断地吸附固定培养基中的砷.在铁的厌氧氧化阶段,铁氧化的同时硝酸根被还原,培养基中积累了NH4+和NO2-.因此,厌氧水稻土中可以进行完整的铁氧化还原循环,同时这个循环过程耦合了氮和砷的迁移转化.     

基于RZWQM模型模拟太行山低山丘陵区农田土壤硝态氮迁移及淋溶规律

太行山低山丘陵区是华北平原地下水补给区,近年来山区农田面积增加,农田过量氮肥投入造成地下水硝酸盐浓度逐年升高,因此,研究典型农田土壤氮淋溶过程对保护补给区地下水具有重要意义.本文以位于太行山低山丘陵区的中国科学院太行山生态试验站冬小麦-夏玉米轮作农田为研究对象,应用根区水质模型（root zone water quality model,RZWQM）对太行山低山丘陵区2015~2016年冬小麦-夏玉米的1个轮作周期内1m土壤剖面水分和硝态氮运移进行模拟.结果表明,土壤硝态氮淋溶主要发生在夏玉米季（雨季）,当全年施氮量为300 kg·hm^-2时,夏玉米季硝态氮淋失量达到59.9 kg·hm^-2,而冬小麦生长季硝态氮淋失量仅为2.12 kg·hm^-2.不同施氮量和不同降水年型下玉米季土壤硝态氮淋溶模拟结果表明,当施氮量为0、300和450 kg·hm^-2时,2016年（丰水年）极端降水后,玉米季土壤硝态氮潜在淋失量分别为10.5、59.9和136.5 kg·hm^-2;当全年施氮量为300 kg·hm^-2时,2013（枯水年）、2015（平水年）和2016年（丰水年）玉米季硝态氮淋失量分别占轮作周期总施氮量的9%、10%和20%;当全年施氮量为450 kg·hm^-2时,2013（枯水年）、2015（平水年）和2016年（丰水年）玉米季硝态氮淋失量分别占总施氮量的11%、17%和30%,表明大降水事件不仅对地下水形成大量补给,很大程度上也增加了累积在农田土壤中的硝态氮淋溶损失,增加了对区域地下水硝酸盐潜在污染威胁.     

含硝氮废水的好氧反硝化处理及其系统微生物群落动态分析

利用好氧反硝化细菌强化生物陶粒反应器处理含硝氮废水,探讨了生物陶粒反应器中好氧反硝化生物脱氮的实现过程,并运用变性梯度凝胶电泳技术(DGGE)对微生物菌群结构稳定性进行了分析.结果表明,在水力负荷0.75 m/h,气水比5∶1～10∶1,水温15～23℃,进水COD负荷1.92～5.98　kg/(m³·d),硝氮负荷0.60～1.34 kg/(m³·d)的条件下,生物陶粒反应器在稳定运行阶段可以基本实现对硝酸氮的完全去除,对总氮的去除率最高可达95.73％,出水中亚硝酸盐一直保持在较低水平.PCR-DGGE指纹图谱显示,微生物多样性与废水的处理效果出现协同变化的特征.在整个运行阶段,好氧反硝化菌群X31在反应器中稳定存在,并始终是优势菌群.     

电解产氢自养反硝化去除地下水中硝酸盐氮的研究

研究一种用于去除地下水中硝酸盐的电化学反硝化方法及其反应器特性.以活性炭纤维作电极进行电化学反应,通过在阴极产生的氢气作为自养反硝化的电子供体,对水中No₃^--N有良好的去除效果,并无NO₃^--N积累.研究结果证明,当原水中的NO₃^--N浓度为28.8mg/L,反应器的最佳电流强度为9mA,最大水力负荷为35ml/h,反应器对水的pH变化具有较好的缓冲能力.在通电1h后,反应器内的氧化还原电位降至-200mV以下,因而可以很快在反应器内造成缺氧环境,保证反硝化过程的顺利进行.     

利用稳定同位素追踪石家庄市地下水中的硝酸盐来源

采用硝酸盐δ ⁵N和δ ¹⁸O相结合的方法对石家庄市地下水中的NO^-₃来源、反硝化作用的发生进行了识别,并结合氚分布特征对其污染深度进行了讨论.结果表明,该区地下水中硝酸盐的δ ⁵N/δ ¹⁸O比值大约是2∶1,说明发生了一定程度的反硝化作用;反硝化作用后硝酸盐的δ ⁵N和δ ¹⁸O值的范围分别为4.6‰～13.9‰和1.9‰～7.8‰,通过校正分析,判定其NO^-₃主要来源于当地的化肥和动物粪肥;同时NO^-₃随深度的分布关系表明该区的污染范围仅局限于浅部,污染深度<150 m,这与氚含量所反映的现代水循环深度相对应.     

煤加压气化废水的催化湿式氧化处理

在2L高压釜中进行了催化湿式氧化处理煤气化废水(含酚7866mg/L,COD22928mg/L)的研究。在反应温度178—236℃、氧分压9.8×10~5—29.4×10~5Pa条件下,评价了几种金属盐催化剂,硝酸铜以及它与氯化亚铁的混合物显示出高的氧化催化活性。在合理的处理时间内,酚、CN~-、S~(2-)去除率近100％;COD降低65—90％;多环芳烃类有明显净化效果。考察了COD降低与时间的关系。结果表明,氧化反应有快速与缓慢反应两步,反应速率均与COD值呈一次方关系。氧分压对催化湿式反应速率的影响远低于温度的影响。     

海河天津段与河口海域水体氮素分布特征及其与溶解氧的关系

从海河天津段至河口海域选取20个采样点,研究了水体中氨氮、硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的分布特征及其与溶解氧的关系.结果表明:海河天津段及河口海域水体氮素以氨氮含量最高,均超出地面水环境质量标准(GB3838-2002)的Ⅴ类水质标准, 与海河两岸排放的工业废水及城镇生活污水有关;海河内陆水体的氮素含量远高于河口海域,且亚硝酸盐氮的含量表现得尤为突出,可能与水体溶解氧水平和微生物环境有着很大关系;海域的氮素含量因受水体均质化的影响,与溶解氧含量的关系不明显,而河水的氮素组成受溶解氧含量的影响波动很大;除6,7号样点溶解氧含量较高以外,河水的溶解氧含量均偏低,位于河口处的10号样点的溶解氧含量最低,该站点3种形态的氮含量都相对较高,且亚硝酸盐氮的含量最高,可能是由于该样点处于相对厌氧状态,部分硝酸盐被反硝化细菌等微生物还原为亚硝酸盐所致.      

硝酸根对有机磷光解释放磷酸根的影响

为了解硝酸根（NO₃^-）的光化学活性对水体中有机磷间接光解释放磷酸根过程的影响,采用室内模拟实验,研究了NO₃^-在草甘膦光解转化为磷酸根中的作用及NO₃^-浓度对该反应速度的影响,并以甲醇为羟基自由基（·OH）猝灭剂,印证了NO₃^-对富营养化湖泊水体中有机磷光解释放磷的作用.结果表明,在紫外光（UV）照射下,草甘膦可以直接光解转化为磷酸根,其磷酸根的释放量随着溶液初始pH和草甘膦浓度的增加而增大.加入NO₃^-处理,光照60min后,磷酸根的释放量由空白处理的0.05mg/L增加到了0.43mg/L.添加Fe³⁺可促进这一过程,而添加腐殖酸（HA）和碳酸氢根（HCO₃^-）则可以显著抑制磷酸根的释放.在湖泊水体中,添加草甘膦,磷酸根的释放量显著高于空白,而增加湖水中NO₃^-浓度时,磷酸根的释放量则进一步增大.在湖水/草甘膦/NO₃^-体系中添加·OH猝灭剂甲醇后,磷酸根的释放量显著降低.可见在紫外光条件下,NO₃^-的光化学作用对有机磷释放磷酸根过程具有重要影响.