EFFECTS OF ADJACENT AGRICULTURAL ACTIVITIES AND WATERSHED CHARACTERISTICS ON STREAM MACROINVERTEBRATE COMMUNITIES1

Benthic macroinvertebrate communities in streams adjacent to cornfields, streams where cows had unrestricted access, and reference locations without agriculture were compared to examine the effects of local land use and land use/land cover in the watershed. At each local site, macroinvertebrates and a variety of habitat parameters were measured upstream, adjacent, downstream, and farther downstream of the local land use. A geographic information system (GIS) was used to calculate drainage basin area, land use/land cover percentages in each basin, and the distance from sample sites to the stream source. Three‐way analysis of covariance (ANCOVA) tests with date, site type, and sampling location as main effects were used to explore differences in macroinvertebrate metrics using median substrate size, percent hay/pasture area, and stream depth as covariates. The covariates significantly improved model fit and showed that multiple contributing factors influence community composition. Local impacts were greatest at sites where cows had access, probably because of sedimentation and embeddedness in the substrate. Differences between the upstream and the adjacent and downstream locations were not as great as expected, perhaps because upstream recolonization was reduced by agricultural impacts or because of differences in the intensity or proximity of agriculture to riparian areas in the watershed. The results underscore the importance of both local and watershed factors in controlling stream community composition.     

石臼漾人工湿地冬夏季全程氨氧化微生物的分布、群落结构及其影响因素研究

湿地作为水体与陆地之间的过渡地带,具有独特的生态环境特性,是氮循环反应的关键区域.研究湿地生态系统中的全程氨氧化过程（complete ammonia oxidation,comammox）,解析该区域中comammox细菌的分布与群落结构特征,补充了此前该新型氨氧化微生物在湿地生态系统中分布特征的研究空白,对于完善comammox细菌在各种不同生态系统中分布情况的研究具有重要意义.本研究在石臼漾人工湿地中于冬夏两季分别采集了大沟中心、大沟边缘、小沟中心和小沟边缘的表层沉积物样品,利用PCR、荧光定量PCR和amoA功能基因高通量测序等方法,解析人工湿地中comammox细菌的时空分布与群落结构特征.主要研究结果如下：①所有样品中均检测到了comammox细菌,其丰度为1.77×10⁵~4.07×10⁷ copies·g^-1.冬季,comammox细菌丰度在大沟中高于氨氧化细菌（ammonia oxidizing bacteria,AOB）和氨氧化古菌（ammonia oxidizing archaea,AOA）,在小沟中高于AOB,但低于AOA;夏季,comammox细菌丰度在所有样点中均高于AOB和AOA.②冬夏两季样品中,comammox细菌丰度与底物NH₄⁺-N浓度均呈负相关关系,且夏季样品中呈显著性负相关.③主坐标分析（Principle Coordinate Analysis,PCoA）与多样性分析结果表明,comammox细菌群落结构具有空间异质性,且冬季物种多样性高于夏季.     

我国硒淡水水生生物水质基准值推导

水体中硒含量过高会导致水生生态系统退化,而中国现有的地表水环境质量标准对硒的标准值设定并不是基于我国水生生物相关毒理学研究得出的,难以因地制宜地保护我国水生生物.为保护我国水生生物,本研究利用物种敏感度分布法,推导出基于最大无效应浓度（NOEC）、最低有效应浓度（LOEC）的慢性硒（无机）淡水水质一级基准值和基于半数致死效应浓度（LC₅₀）、半数最大效应浓度（EC₅₀）、半数抑制浓度（IC₅₀）的急性硒（无机）淡水水质二级基准值分别为0.58 μg·L^-1、0.52 mg·L^-1,发现我国现有的水质标准可能会对我国水生生物造成欠保护.进一步推导出为保护我国鱼类的硒（无机）淡水水质一级、二级基准值分别为0.21 μg·L^-1、1.60 mg·L^-1,以及硒淡水鱼类饲料有机硒和无机硒含量一级基准值分别为97 μg·kg^-1和98 μg·kg^-1.本研究基于硒对水生生物的急性和慢性毒性效应,推导出硒的系列基准值,为保护我国淡水水生生物安全的标准制定提供数据支撑和科学依据.     

酸性紫色水稻土颗粒有机质对镉的吸附特性

采集典型的酸性紫色水稻土（APPS）,从中分离出颗粒有机质（POM）,通过批量试验研究POM及其来源土壤Cd²⁺的吸附动力学、等温吸附和热力学特征,通过扫描电镜-能谱仪、傅里叶红外光谱仪等手段及吸附前后镉的形态变化的测定,研究了POM对Cd²⁺的吸附机制.结果表明：POM对Cd²⁺的亲和力远高于其来源土壤.POM及土壤对Cd²⁺的吸附动力学最优模型均为准二级动力学.Langmuir、Freundlich方程均能较好地描述其等温吸附特征,其中对POM,以Freundlich方程更优,表明POM对Cd²⁺的吸附属于多分子层的非均质吸附.吸附热力学参数△G^θ均小于0、△H^θ和△S^θ均大于0,表明吸附属于自发吸热过程.根据△H^θ值及解吸试验判定POM对Cd²⁺的吸附以化学吸附为主,土壤对Cd²⁺的吸附过程以物理吸附为主.吸附平衡后,土壤中可交换态镉比例提高,而POM中交换态和络合态镉比例增加.综上及吸附前后POM的表征结果说明,POM对Cd²⁺的吸附机制包括含氧官能团的络合、离子交换、阳离子-π键、沉淀作用和静电吸附.     

稻田NO3-还原耦合As(III)氧化过程及微生物群落特征

以华南稻田土壤为研究对象通过构建微宇宙体系,研究了淹水稻田自养硝酸盐还原耦合As（III）氧化过程及其微生物群落结构组成.结果表明,NO₃^-的添加促进了稻田土壤中As（III）的氧化,在未添加NO₃^-的处理（Soil+As（III））以及灭菌处理（Sterilized soil+As（III）+NO₃^-）中As（III）未发生明显的氧化;在Soil+As（III）+NO₃^-处理中,NO₃^-有少量被还原,而在Soil+NO₃^-处理中,NO₃^-没有被还原.通过16S rRNA高通量分析在NO₃^-还原耦合As（III）氧化体系中微生物群落结构特征,在Soil+As（III）+NO₃^-处理中shannon指数相对较低为8.19,土壤微生物群落多样性降低,其中在门水平上主要优势菌群为变形菌门Proteobacteria（33%）、绿弯菌门Chloroflexi（11%）、浮霉菌门Planctomycetes（12%）;在属水平上主要的优势菌属为Gemmatimonas（7.4%）以及少量的Singulisphaera、Thermomonas、Bacillus.NO₃^-的添加能够促进稻田土壤中自养As（III）氧化,并且影响着稻田土壤中微生物群落组成.     

Performance of different macrophytes in the decontamination of and electricity generation from swine wastewater via an integrated constructed wetland-microbial fuel cell process

Plants constitute a major element of constructed wetlands(CWs).In this study,a coupled system comprising an integrated vertical flow CW(IVCW) and a microbial fuel cell(MFC) for swine wastewater tre atment was developed to research the effects of macrophytes commonly employed in CWs,Canna indica,Acorus calamus,and Ipomoea aquatica,on decontamination and electricity production in the system.Because of the different root types and amounts of oxygen released by the roots,the rates of chemical oxygen demand(COD) and ammonium nitrogen(NH_4~+-N) removal from the swine wastewater differed as well.In the unplanted,Canna indica,Acorus calamus,and Ipomoea aquatica systems,the COD removal rates were 80.20%,88.07%,84.70%,and 82.20%,respectively,and the NH_4~+-N removal rates were 49.96%,75.02%,70.25%,and 68.47%,respectively.The decontamination capability of the Canna indica system was better than those of the other systems.The average output voltages were 520±42,715±20,660±27,and 752±26 mV for the unplanted,Canna indica,Acorus calamus,and Ipomoea aquatica systems,respectively,and the maximum power densities were 0.2230,0.4136,0.3614,and0.4964 W/m~3,respectively.Ipomoea aquatica had the largest effect on bioelectricity generation promotion.In addition,electrochemically active bacteria,Geobacter and Desulfuromonas,were detected in the anodic biofilm by high-throughput sequencing analysis,and Comamonas(Proteobacteria),which is widely found in MFCs,was also detected in the anodic biofilm.These results confirmed the important role of plants in IVCW-MFCs.     

洞庭湖区南汉垸水体浮游植物群落结构特征及其影响因素

环境要素的变化对浮游植物的群落结构和功能具有重要影响.为揭示洞庭湖南汉垸湖区浮游植物群落结构特征及其影响因素,分别于2017年11月（关泵封水期）和2018年6月（开泵放水期）在洞庭湖区典型堤垸——南汉垸进行了采样调查,并对调查区域内的浮游植物及主要水环境因子进行了系统监测和分析.结果表明:①调查期间共检出浮游植物8门62属,主要隶属于绿藻门（Chlorophyta）、硅藻门（Bacillariophyta）和蓝藻门（Cyanophyta）,浮游植物分布表现出较为显著的时间差异性,11月浮游植物的丰度为8.34×106~3.02×108 L-1,6月为1.13×106~2.04×107 L-1.②Shannon-Wiener多样性指数（H'）介于1.10~3.24之间,Margalef丰富度指数（d）介于1.42~6.40之间,Pielou均匀度指数（J）介于0.48~0.87之间,多样性评价表明,南汉垸整体上介于轻污染与β-中污染之间,局部采样点为α-中污染.③PCA（主成分分析）结果表明,ρ（TN）、ρ（TP）和ρ（NH₄+-N）为南汉垸水体的主要污染因子.④RDA（冗余分析）结果表明,南汉垸浮游植物群落结构分布与pH、ρ（NH₄+-N）及ρ（TN）呈正相关,与WT（水温）呈负相关.研究显示,南汉垸水体介于轻污染与β-中污染之间,营养状态及浮游植物群落结构在时间上差异较大.      

石灰对生物炭和腐殖酸阻控水稻Cd吸收的效应

采用田间试验,研究了石灰-生物炭和石灰-腐殖酸两种联合修复剂及其不同施用量对酸性土壤中稻米Cd含量、产量和品质的影响,并对不同处理修复效果进行综合评估.结果表明,两种联合修复剂能显著降低稻米Cd含量17.39%~45.96%,降低土壤有效Cd含量18.29%~29.88%,.生物炭、腐殖酸施用量分别为5000,6000kg/hm²时,稻米Cd的降低效果最佳.石灰-生物炭处理中,降低稻米Cd含量的主要因子为土壤pH和土壤有效Cd含量（P<0.05）,而石灰-腐殖酸处理则为土壤有机质含量与土壤有效Cd含量（P<0.05）.施加修复剂后稻米产量可达6637~7890kg/hm²,直链淀粉含量达到19.47%~27.26%;当腐殖酸施用量为7500kg/hm²时可使稻米产量提高10.97%,而石灰-生物炭处理对稻米产量无显著影响;采用层次分析法确定了稻米Cd含量、稻米产量、稻米品质和修复费用在修复效应评估中所占权重为0.608、0.150、0.102、0.140,综合评估结果显示土壤-水稻系统Cd阻控效应的联合修复技术为：在施用1200kg/hm²石灰的基础上同时施加6000kg/hm²腐殖酸.     

黄渤海区域水产品中全氟烷基物质的分布特征

选取黄渤海区域水产品生产、消费水平较高的23个城市,采集鱼类、海洋贝类、甲壳类、头足类及海珍品（海参、鲍鱼）等5类水产品共1225个样本,采用超快速液相色谱-串联质谱法测定了23种全氟烷基物质（PFASs）的含量,并分析了黄渤海区域水产品中PFASs的残留水平及分布特征.结果表明,黄渤海区域水产品中PFASs的残留水平具有明显的组分差异、城市分布及品种分布差异等特征.在23种PFASs组分中,共检出20种PFASs,其中全氟辛烷磺酸（PFOS）和全氟辛酸（PFOA）的检出率最高,分别为79.1%和71.7%,且PFOA的质量浓度占比最高（64.5%）,为首要污染组分;在不同采样点样本中,莱州湾近岸的潍坊、滨州和东营,渤海湾近岸的沧州以及辽东湾近岸的营口为PFASs总质量浓度（∑PFASs）较高的城市,残留水平范围为10.2~16.8μg/kg;在不同品种样本中,检出PFASs组分的数量由高到低为：鱼类（20种） > 海洋贝类、甲壳类（18种） > 海珍品（16种） > 头足类（10种）,其中海洋贝类、海珍品样本中检出率最高的是PFOA,鱼类、甲壳类样本中检出率最高的是PFOS,而头足类则是全氟辛烷磺酰胺（PFOSA）;通过计算不同水产品中PFASs各组分的平均含量发现,PFOA、PFOS、全氟十一烷酸（PFUdA）和PFOSA在不同品种中平均含量相对较高,且表现出较为明显的组分差异性;通过计算危害指数（HR）评价人体暴露于PFASs的健康风险,得到PFASs各组分的危害指数均 < 1,说明黄渤海区域水产品中残留的PFASs对消费者的潜在健康风险较低.     

大气沉降向华中丘陵区稻田输入硫通量的观测

选取我国华中丘陵区的湖南省长沙县一个典型水稻种植区,对2015与2016年2年雨水样中的SO₄²-S和大气SO₂的沉降量进行监测,分析雨水中SO₄^2-、NO₃^-的关系,解析大气硫沉降的主要来源.结果表明,研究区大气中SO₂-S和雨水中SO₄^2--S的年均浓度分别为8.5 μg/m³和1.1mg/L,大气硫沉降年均总量为26.8kgS/（hm²·a）,其中年均降雨混合沉降量18.2kgS/（hm²·a）,年均干沉降量为8.6kgS/（hm²·a）.研究区域硫素干、混合沉降量存在明显的季节差异,硫素混合沉降春季高于夏、秋、冬季,而硫素干沉降冬季高于春、夏、秋季.雨水中NO₃^-/SO₄^2-的质量比大多小于1,表明研究区大气硫素主要来自固定污染源（燃煤）.华中丘陵区稻田具有较高的硫沉降,但硫沉降量已较21世纪初出现了较大幅度下降,农业生产中需要根据农田硫素收支状况酌情补充硫肥来保证作物高产稳产.