长期施肥下浙江稻田不同颗粒组分有机碳的稳定特征

依托浙江水网地区稻田长期定位施肥试验(1996~2013年),利用固态13C核磁共振波谱技术,研究长期不同施肥措施下土壤各颗粒组分有机碳含量及其化学结构特征.结果表明,与不施肥对照(CK)相比,秸秆与化肥配施(NPKRS)、栏肥与化肥配施(NPKOM)、单施化肥(NPK)和单施栏肥(OM)处理均显著(P0.05)增加了砂粒(2~0.02 mm)、粉粒(0.02~0.002mm)和黏粒(0.002 mm)组分中有机碳含量;而单施秸秆(RS)处理仅显著增加砂粒组分有机碳含量.此外,与单施化肥处理相比,有机肥和化肥配施促进了新增有机碳在粉粒和黏粒组分的分配,更有利于新增有机碳的稳定.应用13C-NMR波谱技术进行结构表征,结果表明粉粒和黏粒组分有机碳的化学结构存在明显差异,粉粒组分烷氧碳、芳香碳的相对含量高于黏粒,而烷基碳、羰基碳的相对含量低于黏粒.长期有机肥与化肥配施下粉粒和黏粒烷基碳相对含量较单施有机肥处理分别降低9.1%~11.9%和13.7%~19.9%,烷氧碳的相对含量则分别增加2.9%~6.3%和13.4%~22.1%,表明有机肥与化肥配施处理降低了粉粒和黏粒组分有机碳的分解程度.长期单施化肥处理下粉粒和黏粒组分有机质的芳化度和疏水性低于单施有机肥处理和不施肥处理,有机质的矿化稳定性较低.长期有机肥与化肥配施,尤其是NPKOM处理,通过增加化学抗性化合物和碳水化合物的积累,并且减缓活性组分的分解提高粉粒和黏粒组分有机碳含量,是促进稻田土壤有机碳可持续积累的有效措施.     

矿区植被恢复方式对土壤微生物和酶活性的影响

矿区废弃地生态退化形势严峻,生态修复已成为矿区可持续发展的主要措施,土壤微生物和酶活性可作为评价土壤恢复质量的敏感因子.本研究将以山西省安太堡煤矿复垦区作为对象,分析植被恢复方式对土壤微生物和酶活的影响.结果表明,不同植被方式对土壤理化特征、参与氮代谢的3类菌群(固氮菌、硝化细菌和反硝化细菌)和4种酶活性(蔗糖酶、过氧化氢酶、脲酶和多酚氧化酶活)均有显著影响.土壤总氮含量与固氮菌和硝化细菌数量均显著相关,而与反硝化细菌不相关.多酚氧化酶活性与有机碳和总氮含量之间为负相关,而其它3种酶与有机碳和总氮之间呈正相关.通过主成分分析计算综合肥力指标,刺槐-油松混交林土壤综合肥力指标最高,而未复垦综合肥力指标最低.可见,刺槐-油松混交林是晋西北干旱区矿区复垦较为适宜的植被恢复模式.     

黄河岸边土壤中类二(口恶)英类多氯联苯污染现状及风险

研究了全黄河范围内40个国家重点控制断面岸边土壤样品中类二噁英类多氯联苯(dioxin-like polychlorinated biphenyls,DL-PCBs)的污染现状,并利用毒性当量法和健康风险评价模型定量描述黄河岸边土壤中DL-PCBs对沿岸居民的毒性风险、致癌风险和非致癌风险.结果表明,黄河岸边土壤中各采样断面岸边土壤中ΣDL-PCBs的含量(以dw计,下同)范围为:0.37~7.17 ng·g~(-1),均值为0.38 ng·g~(-1).毒性风险计算表明,黄河岸边土壤中DL-PCBs的毒性当量范围为:0.00~30.31 pg·g~(-1),均值是13.63 pg·g~(-1),基本不会对沿岸居民产生毒性风险;健康风险模型计算表明,黄河岸边土壤中DL-PCBs对儿童和成人的致癌风险、非致癌风险均未超过美国EPA规定的限值,基本不会产生明显的健康风险.相比而言,黄河中游沿岸居民更易受到DL-PCBs危害.     

不同国家基于健康风险的土壤环境基准比较研究与启示

20世纪90年代以来,许多发达国家颁布了基于健康风险的土壤环境标准及基准背景技术文件,为发展中国家启动标准制订和开展基准研究提供了重要的方法学参考.然而,由于各国在环境立法框架、基准推导过程、环境气候特征、土壤类型、人群生活方式与习惯等方面的不同,导致其基准名称、基准功能、保护受体以及基准取值等存在较大的差异.本文在综述基于健康风险的土壤环境基准科学内涵与基本特征的基础上,对不同国家场地土壤环境基准的名称、功能及基准值的差异进行了比较研究,从土地利用类型划分、暴露情景和暴露途径设定、致癌物可接受风险水平选择以及人体暴露参数确定等4个方面,对不同国家制定场地土壤环境基准的关键技术和影响因素进行了总结分析,探讨了借鉴国外经验考虑区域差异制定我国土壤环境基准的对策与方略,并指出了当前我国制定场地土壤环境基准和标准面临的困难和挑战.     

Fenton法处理竹制品废水生化出水的研究

采用Fenton法对竹制品废水生化出水的脱色和有机物去除进行了研究.在综合考虑经济性和去除效果的基础上,起始COD质量浓度为430 mg·L-1、色度为1 500倍的废水,在反应条件:t=30℃,pH为3.5,ρ(H2O2)=1 665 mg·L-1,c(Fe2+)/c(H2O2)=0.072,反应时间3 h的情况下,Fenton氧化处理后,COD和色度的去除率分别高达87.5%和94.4%.研究发现,色度的去除率要优于有机物(以COD计)的去除率,且受外界因素影响小.GC-MS分析结果表明:经过Fenton处理后,废水中的发色团和助色团基本上完全被去除.中间产物主要是脂类衍生物,副产品有1-碘十三烷和正辛基醚等.     

城市分散式粪便颗粒化有机肥用作叶菜肥的肥力及环境影响

城市分散式粪便的处理已经成为现代化城市管理的一个难题.本研究在将城市分散式粪便经收集、除渣、絮凝脱水后制成颗粒肥;通过盆栽小青菜试验,评价了不同施肥量对小青菜的增产效果以及对土壤、淋溶水性质的影响,探讨了颗粒肥用于叶菜施肥的可行性.结果表明,施用颗粒肥可显著提高小青菜产量,试验条件下未对小青菜叶片造成大肠杆菌、大肠菌群等病原菌污染;在适当比例的施肥水平下,颗粒肥施用后淋溶水中的病原菌浓度低于对照组.施用颗粒肥能显著提高土壤氮、磷、钾、有机质等营养物质含量,提高土壤孔隙度水平,降低土壤容重,改善土壤理化性质;同时颗粒肥施用不会对土壤和淋溶水造成重金属离子污染,且能有效降低土壤氮、钾的淋溶.     

开顶式气室原位研究水稻汞富集对大气汞浓度升高的响应

采用开顶式气室熏气实验和土壤加汞培育实验,原位研究水稻各器官汞富集对大气汞质量浓度升高的响应关系.结果表明,水稻根中汞含量与大气汞质量浓度无显著相关性(P0.05),与土壤汞含量呈显著正相关(R=0.998 8,P0.05),表明水稻根中的汞主要来自于对土壤中汞的吸收累积.水稻茎中汞含量随大气汞质量浓度的升高呈线性增加(RB=0.964 6,RU=0.983 1,P0.05),且上部茎中汞含量高于下部茎;茎下部汞含量随土壤汞含量的升高呈线性增加(R=0.990 1,P0.05),茎上部汞含量随土壤汞含量的升高呈二次拟合增加(R=0.998 9,P0.05),且下部茎汞含量高于上部茎,说明茎汞含量受土壤和大气汞浓度的共同影响.水稻叶中汞含量与大气汞质量浓度呈显著正相关(R=0.998 5,P0.05),与土壤汞含量也有很好的线性关系(R=0.998 3,P=0.058 5),表明水稻从大气吸收的汞主要积累在叶片中,从土壤吸收的汞主要富集在根中并通过茎部向叶部传输.利用实验建立的函数关系对水稻地上生物质中汞的大气来源估算,至少60%~94%和56%~77%水稻叶和上部茎中的汞来自大气,而大气对下部茎仅贡献8%~56%.由此水稻地上部分生物质汞主要来自对大气汞的吸收,为区域大气汞的收支及汞循环模型提供理论依据.     

山东省临沂市土壤有机氯农药滴滴涕残留量与空间分布特征

通过对临沂市全区表层土壤每36 km2进行样品收集,测试分析了DDTs、Org C、N等指标,主要研究了区域表层土壤DDTs的残留现状、组成和来源、影响因素、空间分布和环境质量特征.结果表明,调查区表层土壤中DDTs检出率为71.75%,平均含量为0.035μg·g-1;检出样品中p,p'-DDT和p,p'-DDE为主要残留物,平均残留分别为0.033μg·g-1和0.010μg·g-1,分别占检出样的60.99%和34.62%.DDTs降解率指示区域58%表层土壤为新近输入区,新近输入区在调查区中南部分布尤为明显;而p,p'-DDD/p,p'-DDE指示区域DDTs降解以氧化环境为主,o,p'-DDT/p,p'-DDT指示71.37%区域土壤DDTs输入可能与工业级DDTs有关.相关分析表明,影响土壤DDTs分布的外在因素包括土壤Org C、N、C和p H等指标,且DDTs中p,p'-DDT组分占比越高,影响越明显.DDTs的空间分布具明显点源特征,市县周围均出现明显浓集中心,中南部部分区域浓度明显较高.全区DDTs土壤环境质量污染程度较低,主要以一二类土壤为主,分别占78.95%和21.05%.     

微生物对汞矿区农田土壤汞甲基化的影响

为研究典型汞矿区农田土壤中汞的甲基化作用,实验以受汞污染的旱田土壤和稻田土壤为对象,分别进行灭菌,促进硫酸盐还原菌(SRB)活性处理,抑制SRB活性处理以及促进铁还原菌(FeRB)活性处理,分析非微生物作用和微生物作用对土壤甲基汞(MeHg)生成的影响.结果表明,促进SRB活性处理的土壤MeHg生成量最高,其中旱田土MeHg增量为0.15~0.38μg·kg~(-1),稻田土壤MeHg增量为1~2μg·kg~(-1);抑制SRB活性处理和促进FeRB活性处理的MeHg增量较小,最高值仅为0.025μg·kg~(-1).相比于旱田土壤,稻田土壤具有更高的汞甲基化能力,其MeHg生成量是旱田土壤的4~9倍.土壤SRB数量与MeHg生成量具有相同的变化趋势,二者具有显著的正相关性(R~2=0.57,P0.01).因此,该研究区土壤汞甲基化作用主要是微生物汞甲基化作用,且主要的汞甲基化细菌是SRB.此外,稻田是农田中MeHg生成的活跃地区,在评估和控制MeHg对人体健康危害时需要重点关注.     

采用颜色空间表征ANAMMOX启动与冲击过程

厌氧氨氧化(ANAMMOX)是一种高效、节能的脱氮技术,但是其启动过程和稳定状态的表征目前仍缺乏一个简单易行的方法.针对这一问题,在水质分析的基础上,采用颜色空间重点监测ANAMMOX启动过程中污泥的颜色变化,并借助高通量测序技术对微生物菌群的种类和数量等进行分析.结果表明:(1)根据水质特征,整个启动过程可分为活性迟滞期、活性增强期、负荷提高期、稳定运行期.与此同时,HSV、CIELAB颜色空间的指标,整体上呈现先降低后升高的趋势,然后保持稳定.污泥颜色的变化与水质的变化以及分子生物学特征中优势菌群的变迁一致,因此,三者之间具有相关性,进而表明,采用颜色空间可对ANAMMOX启动过程进行准确表征;(2)当遇到高负荷引起的冲击时,H、S、a~*、b~*、C_(ab)~*等指标与总无机氮(TIN)容积去除速率均呈现降低的趋势,而H_(ab)出现了突升,但均能准确反映出系统的冲击特性.提出了基于颜色空间表征ANAMMOX启动各阶段的方法并建立了一套冲击过程指标体系,为颜色空间在ANAMMOX系统中的应用提供了理论基础.