厌氧氨氧化膨胀污泥床反应器的化学计量学特性

采用厌氧氨氧化膨胀污泥床(ESB)反应器,研究了模拟废水中基质氨和亚硝酸盐对厌氧氨氧化工艺化学计量学的影响.结果表明,当分别只提高1种反应物的浓度时,反应器均表现出对富余基质具有额外吸纳的能力,致使其对富余基质的绝对去除量和相对去除量均增多.从厌氧氨氧化的反应模型和化学平衡的原理出发,可解释厌氧氨氧化工艺化学计量学的特性.根据化学计量学特性,可按需选取相应的进水基质比例,以实现不同的目的.     

黄河下游典型湿地土壤养分及其生态化学计量特征

土壤中碳氮磷钾是植物生长发育所需的必要养分元素,其含量和生态化学计量比能够反映土壤质量与养分限制状况.选取黄河下游河南段的花园口黄河浮桥湿地为研究对象,运用方差分析、冗余分析和线性回归拟合等研究方法,分析黄河下游典型湿地土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）、全磷（TP）、全钾（TK）、碱解氮（AN）、速效磷（AP）、速效钾（AK）及其生态化学计量特征,明确土壤养分的限制性元素,揭示影响湿地土壤养分及其生态化学计量比的关键理化因子.结果表明,湿地土壤ω（SOC）、ω（TN）、ω（TP）、ω（TK）、ω（AN）、ω（AP）和ω（AK）的均值分别为： 5.46 g·kg^-1、0.60 g·kg^-1、0.28 g·kg^-1、17.06 g·kg^-1、13.75 mg·kg^-1、6.54 mg·kg^-1和158.56 mg·kg^-1,其空间分布呈现出从河岸向滩地波动增加的变化趋势,高植被盖度区普遍高于低植被盖度区,且土壤SOC、TN、TP和TK之间具有较强的相关性;土壤C/P、C/K、N/P和N/K呈现出和土壤养分一致的变化趋势,而C/N则相反;土壤SOC、TN、AN、N/P和N/K变异系数超过50.00%,其空间差异性较强;湿地土壤C/N均值为11.882,接近中国土壤均值,而C/P和N/P的均值分别为49.119和4.516,两者均低于中国土壤平均水平,并且土壤N/P远小于14,研究区土壤受N限制;土壤黏粒占比和电导率共同解释了土壤养分变异与其生态化学计量比变异的61.4%和43.9%,是影响花园口黄河浮桥湿地土壤养分和生态化学计量比的主要理化因子.研究结果有助于加深对黄河下游湿地土壤养分及其影响因素的认知,为黄河下游湿地生态修复与管理提供重要科学依据.     

不同利用方式对江西省农田土壤碳氮磷生态化学计量特征的影响

根据江西省2013年采集的16582个农田耕层(0～20 cm)土壤样点数据,运用实地调查、经典统计学与地统计学等相结合方法,研究了江西省耕地土壤碳氮磷生态化学计量特征的空间变异性及不同农田利用方式对其的影响.研究结果表明:江西省耕地土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)和全磷(TP)平均含量分别为17.90、1.58和0.52 g·kg~(-1),土壤碳氮比(C∶N)、碳磷比(C∶P)和氮磷比(N∶P)平均值分别为11.72、38.29和3.38,土壤C∶N∶P比平均值为34.44∶3.03∶1,说明P是江西省耕地土壤主要的限制因素.此外,由于碳、氮、磷三者之间并不存在显著的两两相关性,表明江西省耕地土壤中不存在稳定的"Redfield ratio";半方差函数表明,江西省土壤碳、氮、磷生态化学计量特征具有中等程度的空间变异性,其空间变异特征主要受到随机性因素的影响;经ANOVA检验显示,不同农田利用方式对土壤碳氮磷生态化学计量特征影响显著(p0.05),土壤SOC和TN平均含量依次表现为:两季水田水旱轮作一季水田一季旱地两季旱地,土壤TP平均含量依次表现为:两季旱地两季水田一季水田一季旱地水旱轮作,土壤C∶N依次表现为:两季水田两季旱地一季水田水旱轮作一季旱地,土壤C∶P平均值依次表现为:水旱轮作两季水田一季水田一季旱地两季旱地,土壤N∶P平均值依次表现为:水旱轮作一季旱地两季水田一季水田两季旱地.总体而言,土壤碳、氮、磷生态化学计量比的变化特征是农田利用方式和环境因子综合作用的结果,土壤C∶N∶P比对土壤碳、氮、磷储量及养分的限制性具有重要的指示作用.     

Soil biological characteristic,nutrient contents and stoichiometry as affected by different types of remediation in a smelter-impacted soil

ABSTRACT

In order to evaluate the ecological risk reductions of copper (Cu) and cadmium (Cd) and the change of nutrient contents and stoichiometry in a smelter-impacted farmland in Guixi, Jiangxi Province, China, with ～ 800?mg Cu kg^?1 soil and 0.8?mg Cd kg^?1 soil, an three years in situ experiment was conducted. The field trial consisted of 4 ×?5?m plots in a completely randomised block design. Hydroxyapatite was added at 10?g kg^?1 soil and Sedum plumbizincicola, Elsholtzia splendens, and Pennisetum sp. were planted. Post-treatment soil and plant samples were collected annually and analysed for Cu and Cd bioaccessibility, soil carbon: nitrogen: phosphorus (C:N:P), and the stoichiometries of soil β-glucosidase (BG), N-acetylglucosaminidase (NAG), and acid phosphatase (AP) activity levels. The results indicated that the hydroxyapatite treatments significantly reduced Cu and Cd bioaccessibility as well as the ratio of C:P and N:P. Moreover, BG, NAG, and AP activity levels all increased relative to those in untreated soil. Plants may also influence soil BG, NAG, and AP activity. This study demonstrated that in situ Cu and Cd stabilisation by hydroxyapatite and phytoextraction is ecologically safe and can alter soil mineral nutrient ecological stoichiometry and enzyme activity.     

应用细胞合成计量关系模型分析鱼腥藻7120的混合营养生长

根据文献中鱼腥藻细胞大分子的含量和组成情况,计算了细胞合成所需要的小分子单体和前体代谢物的量,得到代谢意义上的细胞生物合成计量关系,此计量关系模型,对鱼腥藻7120细胞在气升式光生物反应器中光自养和混合营养生长的对数生长阶段进行了代谢通量分析。结果表明,葡萄糖的利用影响细胞初级碳代谢的流动状况,混合营养生长过程比光自养生长过程磷酸戊糖途径氧化性分支的反应程度明显加强,随着培养的进行,葡萄糖被细胞用作碳源的比例可能减小,而用作能源的比例可能增大。     

中国东部南北样带654种植物叶片氮和磷的化学计量学特征研究

大尺度的叶片的氮(N)和磷(P)的化学计量学特征是植物对环境条件的长期适应的结果, 并能为大尺度模型的发展提供数据基础. 通过对文献数据的搜集整理, 对中国东部南北样带168个采样点的654种植物的N和P的化学计量学特征、空间格局及其与气候因子(年均温度)的关系进行了研究. 结果表明, 中国东部南北样带654种植物叶片的N和P的化学计量学特征存在很大的变异性. 叶片N的变化范围为2.17～52.61 mg·g^-1, 几何平均数为17.55 mg·g^-1, 叶片P的变化范围为0.10～10.27 mg·g^-1, 几何平均数为1.28 mg·g^-1, 叶片N/P的变化范围为1.7～74.6, 几何平均数为13.5. 中国东部南北样带乃至中国区域叶片P的含量显著低于全球尺度的其它研究结果, 这说明与全球尺度相比, 中国区域植被生长更易受到P的限制. 在所研究的不同功能群间, 以叶片N含量的差异最大, P次之, N/P的差异最小, 这与在多数的功能群内, 其叶片N和P含量间存在显著相关性有关. 另外在系统发育上亲缘越远的功能群N和P含量差异越大(蕨类植物与种子植物), 亲缘越近的差异越小(双子叶植物与单子叶植物). 叶片的N和P含量与纬度和年均温度间存在极显著的相关关系, 随着纬度升高和年均温度的降低, 叶片N和P含量极显著地增加(P<0.001). 可是N/P与纬度和年均温度的相关性较弱(P=0.386和P=0.342), 这可能是由于N和P含量随纬度和年均温度的变化趋势相同且变异性较大, 并且相对于全球尺度而言本研究的区域范围相对较小等多种因素共同导致的.     

氮添加对油蒿群落植物叶片生态化学计量特征的影响

为了深入认识荒漠植物对氮沉降的适应和反馈能力,研究了宁夏盐池毛乌素沙地油蒿(Artemisia ordosica)群落内5种优势植物〔油蒿、披针叶黄华(Thermopsis lanceolata)、糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)、赖草(Leymus secalinus)、刺藜(Chenopodium aristatum)〕在N₀、N₁、N₂、N₃、N₄、N₅〔氮添加水平依次为0、0.5、1.0、2.0、3.0、6.0 g/(m2·a),以N计〕6个氮添加处理下叶片w(TC)、w(TN)、w(TP)及其化学计量比——C/N〔w(TC)/w(TN)〕、N/P〔w(TN)/w(TP)〕、C/P〔w(TC)/w(TP)〕的变化. 结果表明:①氮添加对油蒿、披针叶黄华叶片w(TC)、w(TN)、w(TP)及其化学计量比无显著影响. ②高氮添加(N₅处理)显著增加了糙隐子草、赖草和刺藜叶片w(TN),相对于N₀处理时增幅分别约为26%、81%和60%. ③高氮添加显著增加了赖草、刺藜叶片N/P,但显著降低了其叶片C/N,其中,赖草和刺藜叶片N/P相对于N₀处理时的增幅分别约为86%和61%,C/N的降幅则分别约为45%和37%. 研究显示,油蒿群落中不同植物种对氮添加的响应存在差异,持续增加的氮沉降很可能会引起油蒿群落物种组成的变化,从而影响油蒿群落的演替.      

N:P stoichiometry and transparent exopolymeric particles buffer ecological impacts of nutrients in the Ganga River: a mesocosm study

We investigated the possible drivers of the N:P stoichiometric shift and its relationship with micro-algal production of transparent exopolymeric particles (TEP) along a 35?km gradient of the Ganga River. The objective was to evaluate if the trade-off between N:P stoichiometry and production of TEP helps in maintaining water quality of the river. Mesocosm experiments were conducted to examine N:P-TEP linkages and its role in turbidity removal. In situ measurements did not show Si to be a limiting nutrient (N:Si?Aulacosira granulata and Fragilaria intermedia. Settling efficiency, turbidity removal and sedimentation of TEP, biogenic silica (BSi) and biomass all increased with decreasing N:P ratio proportionately to the amount of TEP produced in the mesocosm. The study demonstrates that trade-off between N:P stoichiometry and the production of TEP generates feedback to buffer the ecological impacts of nutrient pollution.     

Unintended nutrient imbalance induced by wastewater effluent inputs to receiving water and its ecological consequences

Eutrophication is the most widespread water quality issue globally. To date, most efforts to control eutrophication have focused on reductions of external nutrient inputs, yet importance of nutrient stoichiometry and subsequent shift in plankton composition in aquatic ecosystem has been largely neglected. To address eutrophication, improved sanitation is one of the United Nations Sustainable Development Goals, spurring the constructions of wastewater treatment facilities that have improved water quality in many lakes and rivers. However, control measures are often targeted at and effective in removing a single nutrient from sewage and thus are less effective in removing the others, resulting in the changes of nutrient stoichiometry. In general, more effective phosphorus removal relative to nitrogen has occurred in wastewater treatment leading to substantial increases in N/P ratios in effluent relative to the influent. Unfortunately, high N/P ratios in receiving waters can impose negative influences on ecosystems. Thus, long-term strategies for domestic wastewater management should not merely focus on the total reduction of nutrient discharge but also consider their stoichiometric balances in receiving waters.     

鄱阳湖沙山植物叶片与土壤C∶N、C∶P沿沙化梯度分布特征

在鄱阳湖多宝沙山沿沙化梯度测定了17种常见植物叶片及土壤有机碳(C)、全氮(N)、全磷(P)含量,以阐明沙山常见植物种与土壤C〖DK〗∶N、C〖DK〗∶P分布特征及对沙化的响应,为沙山植被恢复提供基础数据。结果表明：（1）植物叶片C〖DK〗∶N、C〖DK〗∶P分布范围为185～1273、1698～5071,平均值分别为431、3418;土壤0～10、10～30、30～50 cm层C〖DK〗∶N变化范围分别为98～463、24～465和37～450; 相应土层C〖DK〗∶P范围分别为198～759、30～905和47～765。（2）植物C〖DK〗∶N、C〖DK〗∶P对沙化的响应模式一致,均表现出在重度沙化区数值最小;土壤C〖DK〗∶N随沙化程度增加表现出降低趋势,而C〖DK〗∶P则表现出增加趋势,二者对沙化的响应不一致。（3）植物C〖DK〗∶N、C〖DK〗∶P变化主要取决于叶片的N、P含量;土壤C〖DK〗∶N的变化受控于土壤N含量;C〖DK〗∶P变化则决定于土壤有机C含量