巢湖周围池塘氮、磷和有机质研究

巢湖周围池塘众多,根据池塘位置和地表径流补给差异,池塘可以分为村庄内池塘、毗邻村庄池塘和农田区域池塘(远离村庄的池塘).本研究采集了巢湖周围136口池塘上覆水和沉积物样品,调查巢湖周围池塘中氮、磷以及有机质污染现状.结果表明,池塘上覆水中总氮、氨氮、硝态氮、亚硝态氮、总磷、溶解态磷和COD平均含量分别为2.53、0.65、0.18、0.02、0.97、0.38和51.58mg·L-1;池塘沉积物中总氮、氨氮、硝态氮、亚硝态氮、总磷、无机磷、有机磷和烧失量平均含量分别为1575.36、35.73、13.30、2.88、933.19、490.14、414.75mg·kg-1和5.44%;90%以上的池塘总氮、总磷含量达到或超过富营养化水平.位于村庄内的池塘上覆水和沉积物中总氮和氨氮的含量显著高于位于农田区域的池塘.上覆水和沉积物中无机氮表现为:氨氮硝态氮亚硝态氮.池塘上覆水和沉积物中有机质与总氮、总磷之间存在显著的正相关性.池塘中氮、磷和有机物质主要为陆源性输入,池塘位置和径流补给方式明显影响其中的氮、磷和有机质含量.通过截留径流中的氮、磷和有机质,池塘能够有效减少进入巢湖的营养盐含量.     

羊草草原和贝加尔针茅草原生态系统呼吸的差异分析

应用静态暗箱-气相色谱法对羊草草原和贝加尔针茅草原的生态系统呼吸CO2通量进行了测算,分析了生态系统呼吸的影响因素,比较了2种草原生态系统呼吸的差异并分析了产生差异的原因.观测期间羊草草原生态系统呼吸CO2通量平均为(12.03±2.10)mg·(m2·min)-1,显著低于贝加尔针茅草原[(20.09±4.41)mg·(m2·min)-1];而羊草草原生物量显著大于贝加尔针茅草原(p0.001).羊草草原和贝加尔针茅草原生态系统呼吸都与温度(箱内气温、5cm和15cm地温)具有显著的指数函数关系.通过偏相关分析发现,在地温作为控制变量时,生态系统呼吸与土壤Eh、pH间不再具有显著的相关性,Eh、pH对CO2通量的影响可能是由地温变化间接引起的,而CO2通量与活体生物量呈现出了一定的相关性,与凋落物生物量无显著相关性.2种草原的CO2通量都可以用温度指数模型进行很好地模拟,基于地温的模拟效果(R2为0.568～0.639)显著好于基于箱内气温的(R2为0.323～0.426).地温是2种草原生态系统呼吸最重要的影响因素,它掩盖了地上部植物体对生态系统呼吸的影响.在该区域,土壤呼吸占生态系统呼吸比例较高,贝加尔针茅草原较高的有机质含量导致了其生态系统呼吸CO2通量较高.     

有机质对土壤气相抽提去除四氯化碳效率的影响

某重要岩溶地下水源地因附近农药厂排放含四氯化碳污水而受到严重污染,实验采用土柱通风试验模拟土壤气相抽提(SVE),研究环境温度为20℃,通风速率为40mL/min,土壤含水率10%,而土壤有机质含量分别为3.02%和0.13%条件下的两种供试土壤中四氯化碳污染物的去除过程.结果表明,土柱通风能有效去除土壤中的四氯化碳污...     

温带典型草原土壤总有机碳及溶解性有机碳对模拟氮沉降的响应

2008年5月～2011年10月,以内蒙古温带典型草原为研究对象,利用小区模拟控制试验,设置对照[0 g·(m2·a)-1]、低氮[5 g·(m2·a)-1]、中氮[10 g·(m2·a)-1]、高氮[20 g·(m2·a)-1]这4个净氮输入量处理,模拟研究了大气氮沉降水平变化对土壤总有机碳(TOC)以及溶解性有机碳(DOC)含量、年际变化及其垂直分布格局的影响,并分析了两者之间的关系.结果表明,除个别年份外,土壤TOC与DOC含量均随土壤深度增加而递减,4 a的连续施氮并未改变土壤TOC与DOC的垂直分布规律,但施氮降低了土壤TOC的垂直变异,增加了土壤DOC的垂直变异;施氮4 a对于草地表层0～20 cm土壤TOC与DOC含量的变化并未表现出显著影响(P>0.05).不同氮输入水平处理0～20 cm土层有机碳密度在3.9～5.6 kg·m-2之间变动,试验前两年不同氮处理0～20 cm土壤有机碳密度均低于对照或与对照接近,试验后两年,施氮对土壤总有机碳密度逐渐呈现出一定的促进作用,但与对照的差异仍不显著(P>0.05);不同处理0～20 cm土层DOC/TOC约为0.32%～1.09%,氮输入增加普遍降低了DOC在整个TOC中所占的比例;草地土壤TOC与DOC的变化呈显著正相关(P<0.01).不同处理草地土壤DOC随时间的变异均远大于TOC,与TOC相比,草地土壤DOC的变化更为迅速,是研究草地土壤碳库对氮沉降变化响应的重要敏感性指标.     

自然光照对淹水条件下三峡库区消落带典型土壤磷释放影响

为研究淹水条件下光照对土-水界面磷释放的影响,以三峡库区消落带典型土壤为对象,通过室内自然光照试验,讨论了铁还原及有机质降解对磷释放的影响,分析光照对淹水土壤磷释放的影响机制.结果表明,光照对淹水土壤磷释放存在一定程度的抑制作用,光照作用下淹水紫色潮土上覆水体中TP浓度范围为0.018~0.033 mg·L-1,避光处理为0.02~0.057mg·L-1,灰棕紫泥光照下TP浓度范围为0.028~0.045 mg·L-1,避光处理为0.04~0.084 mg·L-1.光照引起淹水土壤中铁氧化物的变化可能是光照抑制磷释放的重要原因.光照导致土壤中铁氧化物饱和程度降低,铁还原和无定形铁生成受阻进一步加深了光照对磷释放的抑制影响.CO2和CH4反映淹水土壤有机质分解情况,光照降低有机碳的转化效率,加速土壤中无机电子受体的消耗,解释了光照作用下铁氧化物的变化.由此可见,光照对淹水土壤磷释放的抑制与淹水土壤中铁还原和有机质分解密切相关.     

李氏禾湿地系统净化Cr（Ⅵ）污染水体的机理研究

利用湿生铬超富集植物李氏禾构建了三段式波形潜流式人工湿地,并以相同设计的无植物湿地系统作为对照,比较研究了李氏禾湿地系统对Cr(Ⅵ)的净化效果.同时,综合运用电子顺磁共振(EPR)、X光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等手段,并结合有机质含量、pH、Eh和Cr质量平衡分析,探讨了李氏禾湿地系统对Cr(Ⅵ)的去除机理.结果显示,李氏禾湿地系统对Cr(Ⅵ)的去除率显著高于对照湿地,且李氏禾湿地基质中的有机质含量是对照湿地的3倍.这表明李氏禾增加了湿地基质中的有机质含量,从而提高了湿地系统对Cr(Ⅵ)的净化能力.李氏禾组织中的Cr主要以Cr(Ⅲ)形式存在,其中,茎部和叶部未检测到Cr(Ⅵ),而仅有1.95%的Cr以Cr(Ⅵ)形式存在于根部中.EPR分析结果显示,李氏禾叶部中的Cr(Ⅲ)以有机酸结合态的形式存在,根部中的Cr(Ⅲ)以氢氧化物的形式存在,这表明李氏禾能有效地将Cr(Ⅵ)还原成Cr(Ⅲ).基质表面吸附的Cr大部分为Cr(Ⅲ),而Cr(Ⅵ)仅占4.99%.XPS分析进一步证明,基质表面同时吸附了Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ),但主要以Cr(Ⅲ)为主,且Cr(Ⅲ)可能以氢氧化物的形式存在.由此判断,进入湿地的Cr(Ⅵ)在基质中被还原成Cr(Ⅲ).FTIR分析结果显示,基质表面的羟基、氨基、羧基、CO、C—O、C—H等基团与Cr的吸附有关,这表明湿地基质中的有机质作为电子供体参与了Cr(Ⅵ)的还原.李氏禾湿地系统能将水体中可溶性的Cr(Ⅵ)有效地还原成难溶的Cr(Ⅲ)化合物,并将其转化成湿地生态系统物质循环的惰性部分.     

典型岩溶区地下河中溶解态脂类生物标志物来源解析及其变化特征

利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)测定了青木关地下河中溶解态类脂物的含量.研究了其在地下河中的来源、组成及迁移特征.结果表明,7~11月,各溶解态类脂物的平均含量随着青木关地下河运移距离的增加呈降低趋势,其中以溶解态饱和直链脂肪酸的下降最为显著,即由最初的5 704 ng·L~(-1)下降到1 043 ng·L~(-1),减少了约81.71%.正构烷烃能够较为详尽地指征地下河中溶解性有机质来源,而饱和直链脂肪酸、脂肪醇则对藻类和细菌等微生物有较好的指示意义.随着地下河运移距离增加,有机质输入类型呈现多样化,可能与岩溶地表不均一性有关.正构烷烃三端元图解中,水生植物的输入为地下河中溶解性有机质的主要来源,其次分别为陆地高等植物和藻类、细菌等微生物,但随着地下河运移距离的增加水生植物的相对贡献量逐渐减少.青木关地下河中正构烷烃TAR值对降雨有一定的指示意义,而饱和直链脂肪酸CPI、L/H值则指示细菌降解活动.     

土壤溶解性有机质荧光特征及其与铜的络合能力

选取4种不同类型土壤和腐熟鸡粪,透析提取溶解性有机质(DOM),通过凝胶色谱、三维荧光光谱测定并分析了DOM的相对分子质量(M_r)分布、化学结构特征及其与铜的结合能力.结果表明,鸡粪DOM相对分子质量积分面积远高于其他样品,表现出其具有较高的有机物含量,泥炭土次之.暗棕壤、褐土和黑土较低,仅为鸡粪积分面积的4.5%~5%.鸡粪在中分子量段积分面积约占总物质的34.1%,低分子量段和高分子量段分别约占41.7%和24.2%.荧光光谱分析表明,各样品均出现类蛋白荧光峰(E_x/E_m=240~270/300~350 nm),在中、高分子量段(M_r500)暗棕壤存在的荧光峰消失.泥炭土出现了较为独特的可见光区类富里酸荧光峰(E_x/E_m=325/420 nm),该荧光峰和黑土的荧光峰在中、高分子量段(M_r500)都产生了红移现象.鸡粪分别出现了和黑土类似的紫外区类富里酸荧光峰,以及和泥炭土类似的可见光区类富里酸荧光峰,以及一类独特的类蛋白荧光峰(E_x/E_m=280/350 nm),但这种类蛋白荧光峰在中分子量段(500M_r12 000)消失.分析表明泥炭土与Cu的络合常数(lg K)为4.13,其他3种土壤与Cu的络合常数较小且差别不大,集中在2.10~3.10之间.鸡粪与Cu的结合能力最大,络合常数达到6.66.     

北京大气颗粒物和重金属铅干沉降通量及季节变化

为了解大气颗粒物和重金属铅(Pb)干沉降通量的变化规律,采用聚氨酯泡沫膜片为代用面联合干湿沉降自动观测设备,于2013年12月~2014年11月在北京城区采集了颗粒物干沉降,利用微波消解和电感耦合等离子体质谱仪对样品中全量Pb和水溶性Pb进行了测试分析.结果表明,北京大气颗粒物和Pb干沉降通量分别为0.84 t·(hm~2·a)~(-1)和7.56mg·(m~2·a)~(-1),呈现出春季冬季秋季~夏季的特征.大气颗粒物中水溶性Pb干沉降通量为3.14 mg·(m~2·a)~(-1),占Pb干沉降总量的43%,这一比例呈现出冬春季高于夏秋季的特征.人为源排放不仅增加了大气颗粒物和Pb的干沉降通量,也改变了水溶性Pb干沉降通量的季节分布.研究结果对科学评估重金属沉降的生态影响和健康效应提供了科学基础,同时凸显了消减人为源重金属排放的重要性.     

3种生物滞留设计对城市地表径流溶解性氮的去除作用

城市地表径流溶解性氮(N)的有效控制具有挑战性.2015构建了3种不同设计的生物滞留设施:壤砂种植紫穗狼尾草(CB)、壤砂种植紫穗狼尾草设置饱和带(MB1)、壤砂种植紫穗狼尾草设置饱和带并添加10%木块(MB2).在模拟城市地表径流水文、水质变化条件下,研究3种生物滞留种植植物、设置饱和带以及添加碳源对城市地表径流溶解性N(NH_4~+-N、NO_3~--N)的去除作用.通过为期1年试验监测表明,在进水NH_4~+-N浓度平均值为(5.45±2.21)mg·L-1情况下,3种生物滞留对NH_4~+-N均具有显著的去除作用(去除率95%).基质吸附、硝化与植物吸收是生物滞留有效去除城市地表径流NH_4~+-N的主要途径.在进水NO_3~--N平均值为(5.88±2.32)mg·L-1情况下,CB、MB1和MB2出水NO_3~--N浓度的平均值分别为(4.04±2.64)、(0.84±1.18)和(0.26±0.48)mg·L-1,相应去除率分别为31.3%、85.7%和95.6%.生物滞留种植紫穗狼尾草、设置饱和带以及添加碳源均可显著降低出水NO_3~--N浓度,减少NO_3~--N淋溶输出,提高NO_3~--N去除率.植物吸收和微生物反硝化是生物滞留去除NO_3~--N的主要途径.进水NO_3~--N浓度、水量、间隔天数是影响生物滞留出水NO_3~--N浓度的主要因素.生物滞留种植紫穗狼尾草、设置饱和带并添加碳源,在水文、水质变化情况下,仍可有效去除城市地表径流溶解性N.