新疆巴音布鲁克天鹅湖高寒湿地土壤呼吸对水分条件的响应

为了揭示干旱半干旱区高寒湿地不同水分梯度对土壤呼吸规律的影响,以及土壤温度与含水量对土壤呼吸影响的差异性,以新疆巴音布鲁克天鹅湖高寒湿地为研究对象,在2014年植物生长季利用LI-8100土壤碳通量自动测量系统对不同水分条件(常年积水区、季节性积水区、常年干燥区)下的土壤呼吸速率进行测定,分析土壤呼吸日变化、季节性变化特征及其与土壤温度、土壤体积含水量的关系. 结果表明:①不同水分条件下巴音布鲁克天鹅湖高寒湿地土壤呼吸速率日变化均呈明显的单峰曲线,常年积水区、季节性积水区、常年干燥区土壤呼吸速率最大值分别为1.97、7.39、8.83 μmol/(m2·s),均出现在13:00—15:00;土壤CO₂日累积排放量季节性变化明显,差异性达到极显著水平(P<0.01),三者的最大值分别为0.12、0.45、0.40 mol/m2,地表积水显著抑制了土壤呼吸,提高了土壤碳稳定性. ②不同水分条件下土壤呼吸速率与土壤温度、土壤体积含水量之间均呈极显著正相关(P<0.01),常年积水区、季节性积水区和常年干燥区的Q₁₀(土壤呼吸温度敏感性)差异性极显著(P<0.01),其大小表现为常年干燥区(1.54)<常年积水区(2.22)<季节性积水区(3.36),各水分区域6月典型日的Q₁₀最大,表现为常年干燥区(2.56)<季节性积水区(4.30)<常年积水区(4.75),说明水分条件显著影响Q₁₀. ③巴音布鲁克天鹅湖高寒湿地土壤呼吸受地下5 cm处土壤温度(T)与0~5 cm土壤体积含水量(W)的综合影响,季节性积水区土壤呼吸速率与二者之间满足最佳拟合模型R_s=-1.113+0.041W-0.366T+0.008WT,常年干燥区则满足最佳拟合模型R_s=1.470+0.023W-0.027T+0.002WT.      

夏季持续高温天气对北京市大气细粒子(PM2.5)的影响

在1999-06-23北京市出现长达13d的持续高温期间对细粒子(PM_2.5)质量浓度进行了观测.数据表明,持续高温期间细粒子质量浓度比非高温期间要高出2～3倍.但是通过对持续高温期间的气象数据进行分析,发现还是很利于污染物扩散.进一步分析同步监测的O₃浓度、颗粒物中SO₄^2-的粒径范围及其含量等数据,发现夏季持续高温期间活跃的光化学反应应该是北京市细粒子的主要来源.     

利用DGT高分辨率研究沉积物孔隙水中重金属的浓度和释放通量

2006年5月采集了大辽河河段3个柱状沉积物,测定了沉积物的理化性质和重金属元素的含量,并利用常规离心方法和DGT方法测定了柱状沉积物孔隙水中重金属元素的含量.研究发现沉积物中Cd、Co、Cr和Cu元素含量高低的顺序依次是Cr>Cu>Co>Cd.用DGT方法测定的孔隙水中Cd、Co、Cr和Cu的浓度比用离心方法测定的浓度要低.DGT测定的孔隙水中Cd、Co、Cr和Cu的浓度c_DGT与离心方法测定的孔隙水浓度c的平均比值R分别为0.389、0.328、0.863和0.403,这说明沉积物中这几种金属从固相到液相的再补给速率大小遵循如下规律：Cr>Cu>Cd>Co.沉积物中Cd、Co、Cr和Cu元素的释放通量分别为1.12×１０^{-7～3.28×10-7　nmol/(cm2·s)、2.48×１０-7～10.40×10-7　nmol/(cm2·s)、8.80×１０-6～12.65×10-6 nmol/(cm2·s)和6.14×１０-6～13.93×10-6　nmol/(cm2·s).相关分析结果表明,Cd和Cu元素的迁移转化主要受有机质影响;而Cr元素的迁移转化除了受有机质影响外,还受铁锰氧化物影响比较显著;而Co元素可能受氧化还原电位影响较大.}     

温度对细菌碳酸酐酶催化碳酸钙沉积的影响

碳酸钙(CaCO3)沉积不仅在许多地质过程中起重要作用,而且在石刻文物和石质建筑物的修复以及环境治理等方面也有应用。CaCO3沉积过程在自然条件下极为缓慢,在CaCO3-H2O-CO2反应体系中CO2+H2OHCO3-+H+为限速步骤,可以利用生物催化剂来加速这一反应的进行。碳酸酐酶(Carbonic anhydrase,CA)是一种以锌为活性中心的金属酶,可以高效催化上述反应的进行,并在CaCO3沉积中具有显著促进作用。本文采用气体扩散体系,研究温度对典型细菌CA催化CaCO3沉积的速率及晶型晶貌的影响。结果表明,在实验温度(5～55℃)条件下,30℃时细菌CA催化沉积CaCO3的速率最快,而5℃时的沉积速率最慢,而且,温度会影响细菌CA催化形成的CaCO3晶体的大小和形貌。     

中常温变化对PN-ANAMMOX联合工艺脱氮效果的影响

通过接种成熟的亚硝化膜和厌氧氨氧化污泥,研究了中常温变化对PN-ANAMMOX联合工艺脱氮速率的影响及微生物群落的变化.结果表明,常温下能够实现PN-ANAMMOX联合脱氮,并且脱氮速率达到0.5 kg·(m~3·d)~(-1).但是PN过程亚硝化速率下降,ANAMMOX菌活性未得到充分发挥,导致PN-ANAMMOX联合工艺脱氮速率远低于中温条件下的1.75kg·(m~3·d)~(-1),出水水质较差.温度的上升易导致NOB的快速生长,PN过程失稳,但是通过增加回流量可对NOB的活性进行有效地控制.QPCR分析结果进一步表明接种中温环境下的AOB和ANAMMOX微生物在常温条件下不利于生长,出现部分死亡;当恢复到中温的环境时,相应的功能微生物出现了快速地生长.因此,在PN-ANAMMOX联合工艺的运行过程中应尽可能地满足功能微生物适宜的温度.     

内蒙古锡林河流域土壤呼吸的温度敏感性

2004年9月～2005年9月对内蒙古锡林河流域4种草地类型的土壤呼吸速率及相关水热因子进行了野外测定,应用2种数学模型和不同温度指标对草地土壤呼吸的温度敏感性问题进行了探讨.结果表明,Van′tHoff模型对温度变化较为敏感,显示出冬季的Q₁₀值明显大于夏季的特征,应用Arrhenius模型求算的不同季节的Q₁₀值变化不大.在>5℃时,Q₁₀值的变动范围,Van′tHoff模型为1.60～2.03,Arrhenius模型为1.48～1.67,略高于全球平均值;2种模型均对水分的变化比较敏感,表现为Q₁₀值随土壤水分的降低而升高的趋势.     

山仔水库沉积物蓝藻复苏试验研究

采用正交试验考察了温度、光照、营养盐和物理扰动4个因素对山仔水库冬季沉积物中蓝藻复苏的影响,每个因素设置两个水平,培养周期为6 d,并以蓝藻复苏量为考察指标.结果表明,温度和光照为蓝藻复苏的主要影响因子,上覆水体的营养盐、物理扰动对沉积物中蓝藻门复苏的影响作用不显著,不同的蓝藻种属对温度和光照条件的响应程度不完全一致,蓝藻门微囊藻属(Microcystis)对温度和光照的复苏响应显著,颤藻属(Oscillatoria)仅对温度的复苏响应显著.同时,通过设置6.0~16.0 ℃之间6个温度梯度及50和2000 lx两个光照梯度,进行了沉积物柱状样复苏模拟实验.结果显示,山仔水库冬季沉积物微囊藻属和颤藻属在10 ℃左右开始复苏,微囊藻属对光的敏感性使其更容易处于优势地位.     

广州地区灰霾过程和清洁过程的边界层特征对比分析

利用2014~2016年广州国家基本气象站的微波辐射计、风廓线雷达和地面观测数据,研究广州地区灰霾过程和清洁过程的边界层结构特征.结果表明：（1）灰霾过程中,270m高度以下风速随高度递减,270m高度以上的风速随高度递增,2000m以下的风速增率小于2000m以上的风速增率,盛行风向随高度的增加呈顺时针旋转,510m高度以下风速基本小于3.0m/s,其中08：00至20：00,390m高度以下风速小于2.0m/s;清洁过程中510~1590m和2790~3000m存在风速大于5.0m/s的高值中心,1830m高度以下,清洁过程各层的平均风速明显高于灰霾过程;（2）贴地逆温与能见度总体上呈负相关,与PM_2.5浓度呈正相关,相关系数分别为-0.367和0.455,而当贴地逆温和低空逆温同时存在时,其相关性更高,其相关系数分别为-0.5和0.601,说明多层逆温的存在更容易出现灰霾天气.灰霾过程中,低空逆温与能见度和PM_2.5的相关不明显,而清洁过程中,低空逆温的出现主要与冷空气南下有关,其与能见度呈正相关（0.217）,和PM_2.5浓度呈负相关（-0.64）,低空逆温不利于灰霾天气形成;（3）灰霾过程中,贴地逆温出现频率为60.68%,平均逆温强度为1.38℃/100m,平均逆温厚度为153.20m,明显高于清洁过程;清洁过程中,低空逆温的逆温强度、厚度和出现频率分别为0.27℃/100m、691.07m和64.61%,明显高于灰霾过程.（4）清洁过程的混合层高度明显高于灰霾过程,清洁过程的日均混合层高度（958.92m）是灰霾过程（398.03m）的2.4倍.     

分层水库温度梯度对扬水曝气原位控藻效果的影响

基于计算流体力学(CFD)方法,数值模拟了不同温度梯度条件下扬水曝气器外围流场及藻类浓度场,并与实际工程运行数据进行对比.当水深为80m、水面下30m内的温度梯度从0.17℃/m增加到0.73℃/m时,核心控藻区域的半径从100m增加到150m,控藻区域百分比从25.16%增大到28.60%,藻类完全混合的时间分别从16d增加到24d.在稳定条件下,藻类在补偿点以下的停留时间均大于48h,基本不受温度梯度的影响,藻类生长受抑制.藻类浓度模拟结果与实际工程运行结果吻合良好.推荐水库中扬水曝气器合理设计间距为250m.     

两相一体式污泥浓缩消化(TISTD)反应器微生物多样性研究

针对课题组开发的两相一体式污泥浓缩消化反应器(TISTD),采用16S rDNA、PCR-TGGE等分子生物学技术,对反应器在不同阶段稳态下的内、外反应室中微生物的多样性和种群结构进行了研究.结果表明:TISTD反应器内外反应室中微生物群落均呈现高度的多样性分布,优势菌群明显,群落结构差异性很大,且外反应室较内反应室具有更多的微生物种群数量,外室是水解酸化的场所,污泥在外室经过微生物的水解酸化后进入内室,内室是严格厌氧的产甲烷场所;从反应器运行的不同时期来看,反应器中微生物优势种群呈现一定的差异,随着反应器负荷的改变,微生物的群落结构和种群数量也呈现出明显的演替过程,优势种群的功能地位处在动态变化中.微生物种群之间通过协同和竞争作用,形成了特定生态位的群落结构.研究结果解释了TISTD反应器同时浓缩和消化的工作机理,并为其推广、应用及优化调控提供了理论基础.