脂肪酸单体碳同位素的沉积学记录及其环境意义

湖泊/水库沉积物是有机化学领域的重要研究载体,与其他自然记录比较,它具有信息丰富、时间分辨率高、记录连续性好和覆盖面广等优点。自20世纪80年代以来,在古环境/古气候的研究中,沉积物有机质分子的标志物研究发挥了无可取代的作用。脂肪酸及其单体碳同位素的分布特征与环境意义是目前研究热点。以沉积物为研究载体,采用文献荟萃的方法,探讨了脂肪酸及其单体碳同位素技术在有机质溯源、流域内植被的恢复和气候的反演等方面的研究进展。结果表明:脂类化合物在来源上存在重叠,脂肪酸的研究可以作为正构烷烃分子标志物研究的补充。与单体碳同位素组成特征的联合应用,能够准确地对沉积有机质进行溯源,可以充分揭示保存在陆源脂肪酸中的气候环境信息,为指示气候和环境变化提供重要的线索。在重建区域性的气候和环境状况方面具有广阔的应用前景。     

土壤强还原过程产生的有机酸对土传病原菌的抑制作用

土壤强还原(reductive soil disinfestation,RSD)能有效杀灭土传病原菌,并已在日本、荷兰和美国取得一系列的推广应用,但对于RSD的杀菌机理不甚明了。本试验采用高效液相色谱和荧光定量PCR等技术研究了以玉米秸秆为有机碳源的RSD处理过程中土壤产生的有机酸种类,以及不同浓度的有机酸对土壤病原菌的抑制效果。结果表明:以玉米秸秆为有机碳源的RSD过程中主要产生了乙酸和丁酸;经50mmol/L丁酸溶液处理的土壤中立枯丝核菌、辣椒疫霉、尖孢镰刀菌及茄劳尔氏菌的数量分别为对照的3.5%、38.9%、11.5%和7.9%;10mmol/L的丁酸可以完全抑制尖孢镰刀菌菌丝的生长;5mmol/L的丁酸即可完全抑制尖孢镰刀菌的孢子萌发。本研究结合前人报道表明有机酸,尤其是乙酸和丁酸,对于RSD的杀菌机理起着重要的作用。     

土壤强还原消毒过程中产生气体对土传病原菌的抑制作用

土壤强还原(reductive soil disinfestation,RSD)是一种高效、环保的土壤消毒方法,为明确RSD杀菌机理,采用气相色谱和荧光定量PCR等技术研究RSD过程中产生的气体对土传病原菌的杀菌作用。结果表明:RSD过程中土壤能够产生H_2S和NH_3;当在装有25 g病土的三角瓶中分别加入25 m L的H_2S和NH_3时,土壤中尖孢镰刀菌的数量均显著下降,其杀菌效果分别为90.3%和100.0%;当在病土中加入0.125%(w/w)氨水时,尖孢镰刀菌、茄劳尔氏菌、辣椒疫霉和立枯丝核菌的数量分别下降至对照土壤的1.0%、0.3%、0.1%和0.9%;此外,加入10μL氨水即可显著抑制尖孢镰刀菌菌丝生长和孢子萌发,抑制率分别为52.8%和100.0%。表明RSD过程中产生的H_2S和NH_3对RSD过程的杀菌效果起着一定的作用。     

强还原处理中pH对硫酸根去除效果及产物的影响

强还原灭菌法(reductive soil disinfestation,RSD),即淹水加有机物料创造强还原条件,可以有效修复退化土壤,但对硫酸根(SO42–)去除效率低。为探索RSD处理时p H对SO42–去除效果的影响,本试验选取SO42–积累严重的退化蔬菜地土壤(SO42–-S 939 mg/kg),设置5个处理:淹水(CK);淹水+紫花苜蓿(RSD0);淹水+紫花苜蓿+石灰,调节土壤至不同p H(分别标记为RSD1、RSD2和RSD3)。培养结束后CK处理中SO42–含量仍高达S 691 mg/kg,显著高于RSD处理中SO42–含量。在RSD处理中,SO42–含量随着p H的提高而下降,但其他形态硫含量显著升高,且施加石灰处理的土壤中总硫含量高于不加石灰的处理。由此说明,在强还原处理时施用石灰生成硫酸钙沉淀,可有效降低SO42–含量,但不利于降低总硫含量。     

生物炭对退化蔬菜地土壤及其修复过程中N_2O产排的影响

高氮投入的设施蔬菜地土壤易发生次生盐渍化、酸化、板结化等土壤退化现象,也会引起地下水污染、N_2O大量排放等环境后果,严重影响了蔬菜农业的可持续发展。强还原土壤灭菌(reductive soil disinfestation,RSD)作为新兴的退化设施蔬菜地土壤修复方法,能够有效缓解土壤退化,但也导致N_2O大量排放。本研究选用生物炭作为调节剂,评估不同生物炭施加量对退化设施蔬菜地土壤及其强还原修复过程中N_2O排放的影响,并测定反硝化功能基因(一氧化氮还原酶基因nor B和氧化亚氮还原酶基因nos Z)丰度来反映反硝化微生物活性。结果显示:RSD法显著降低了土壤硝酸盐含量、提高了土壤p H,缓解了土壤退化,但其N_2O累计排放量是非修复土壤的950倍以上;施加生物炭具有减排效果,其中施加5%的生物炭显著降低了退化设施蔬菜地土壤及其强还原修复过程中的N_2O排放,其减排量分别为68.7%和16.0%;Pearson相关分析显示,非强还原修复过程和强还原修复过程中土壤N_2O排放速率均与p H显著负相关,而在强还原修复过程中土壤N_2O排放速率还与NO_3~--N含量显著正相关;施加生物炭显著改变了土壤nor B和nos Z基因,线性回归分析表明,非强还原修复过程和强还原修复过程中土壤N_2O排放的微生物机理不同,前者显著受nos Z基因丰度影响,而后者显著受nor B基因丰度影响。在退化设施蔬菜地土壤中施加5%生物炭可有效减低退化设施蔬菜地土壤及其强还原修复过程中的N_2O排放。     

微扩散法测定铵态氮、硝态氮的15N稳定同位素研究综述

微扩散法是测定氮转化过程中铵态氮、硝态氮的~(15)N稳定同位素的重要方法。自20世纪50年代Conway提出微扩散法的基本原理后,随着分析技术的迅速发展,微扩散法与质谱仪测定技术相结合,被广泛应用在环境、生态和农业领域中土壤、水体等样品的测定。虽然微扩散法与传统蒸馏法相比优点明显,但其测定结果的准确性、精密性仍受氮回收量、同位素分馏、外源性和内源性的杂质氮污染等因素的影响。如何优化扩散体系,提高测定的准确度是当前微扩散法应用的关注重点。本文综述了影响微扩散法的多种因素,并总结了优化微扩散体系的方法,以期推动微扩散法在我国氮素转化研究中的应用。     

浦江县农田土壤重金属空间分布及污染程度分析

以浦江县农田土壤样点试验值为基础,运用Kriging插值、地质积累指数等方法,探讨浦江县土壤重金属的空间分布特征、污染状况及产生原因,结果可为重金属环境影响评估提供方法借鉴。通过Kriging插值分析发现,浦江县五种重金属含量均存在空间分异现象,分布特征呈现类聚式相似性。Cr、Cu、Cd三者之间和Hg、Pb二者在土壤中分布的重置率较高,但后二者与前三者之间的空间格局相似性较差。重金属本身习性与土壤对重金属的吸附能力差异是促其空间分异的主要动因。单项污染指数频率测算结果表明,浦江县土壤Cd和Hg污染频率分别达到91.26%和96.18%, Cr、Cu、Pb尽管出现污染的区域较少,但已有较多区域接近临界值。因此,有针对性地防治重金属污染将是该县农田保护的重要内容。     

苏州市农田-畜禽-家庭系统废弃物氮的量化及其环境影响

为了解食物链过程废弃物氮流情况及其环境影响,以我国经济发达地区苏州市为对象,基于农田生产-畜禽养殖-家庭消费系统,使用清单核算方法,估算了该市农田种植、畜禽养殖及家庭食物消费活动产生的废弃物氮量,并对废弃物氮的资源化利用水平及环境影响状况进行了评价。结果表明:苏州市农田生产-畜禽养殖-家庭消费系统一年共产生废弃物氮5.35万t,其中59.76%来自居民食物消费活动,57.53%损失进入环境。秸秆氮、畜禽粪尿氮、餐厨垃圾氮和人粪尿氮的资源化率分别为84.03%、49.26%、37.72%和21.99%。1.70万t废弃物氮进入水环境,造成的水体氮浓度达到4.3 mg/L,是Ⅲ类水环境质量标准的4.3倍;大气环境废弃物氮负荷量0.58万t,其主要来自粪尿废弃物,并以氨氮形态为主;废弃物氮的农田负荷警戒值为0.15~0.22,属Ⅰ级无污染水平。通径分析表明人口因素和政策科技因素是影响废弃物氮环境排放的两个最主要驱动因素。本文建议苏州市在农业生产中增施粪尿有机肥,在废弃物管理中通过秸秆多样化利用、粪尿科学管理以及餐厨垃圾专门处理等综合措施来改善当地环境污染状况。     

常熟市食物链系统氮素生产-消费平衡及环境负荷特征

为了解常熟市食物链系统氮素流动特征,通过构建食物链氮素流动模型,应用模型计算该市2000—2013年农田生产、畜禽养殖、家庭消费三个子系统氮素流动通量,对食品氮的生产消费平衡和氮素环境损失及负荷特征进行了分析。结果表明:2000—2013年常熟市植物性食品氮每年盈余,年均盈余量2 171.54 t;动物性食品氮在2000—2002年盈余47.71~56.92 t,2003—2013年动物性食品氮生产少于需求,年均亏缺210.03 t;该市食物链系统年均损失氮素2.34万t,三子系统氮素年均环境损失率分别为65.39%、69.03%、68.16%;氮素损失平均每年给当地环境造成1.81万t氮负荷,分别有40.33%、29.65%、30.02%进入水体、大气、土壤环境。可见,常熟市食物链氮素流动系统中存在氮素环境损失率高、环境负荷量大的问题。对此,可采取提高废弃物氮的循环利用率,减少农畜食品生产中氮素投入量的措施进行调控管理。     

烘焙生物质与煤不同配比混合物的流动及下料特性

在BT-1000粉体综合特性测试仪和有机玻璃下料试验系统上,分别进行了烘焙生物质与煤粉二元混合物的流动及下料特性试验,重点探讨了烘焙生物质质量分数对烘焙生物质与煤粉二元混合物流动特性的影响规律,并对不同烘焙生物质与煤粉混合物流动特性的差异进行了比较;进而考察了烘焙生物质质量分数(0~100%)和下料口直径(15、17、21、24和27 mm)对烘焙生物质与煤粉二元混合物下料特性的影响规律,并提出了预测烘焙生物质与煤粉二元混合颗粒系统下料质量流率的经验公式。结果表明:随着烘焙生物质质量分数的增加,混合物的休止角和压缩度逐渐增大,Carr流动性指数(FI)逐渐减小,混合物的流动特性逐渐变差。与休止角法和压缩度法相比,采用Carr流动性指数法对于烘焙生物质与煤粉二元混合物流动特性的评价更加细致全面。该文所研究的4种原料的FI从大至小依次为:无烟煤1无烟煤2烘焙生物质1烘焙生物质2。对于4种不同烘焙生物质/煤粉混合物,其流动特性由一般(common)过渡至较差(poor)的转折点(即FI=60)所对应的烘焙生物质质量分数从小到大依次为:无烟煤2(平均粒径为120μm)/烘焙生物质2(平均粒径为115μm)(34%)无烟煤1(平均粒径为250μm)/烘焙生物质2(52%)无烟煤2/烘焙生物质1(平均粒径为230μm)(70%)无烟煤1/烘焙生物质1(85%)。随着烘焙生物质质量分数的增加,不同烘焙生物质与煤粉混合物的下料质量流率均逐渐减小。混合物的下料过程是否能够正常进行主要取决于混合物中烘焙生物质的添加量,即烘焙生物质的质量分数,其下料极限生物质添加量可以通过测定烘焙生物质/煤粉混合物的FI进行预测。当烘焙生物质的添加量使得烘焙生物质/煤粉混合物的FI55时,即流动特性处于较差(poor)且接近非常差(bad)的区域,甚至进入非常差(bad)范畴时,混合物的下料过程将无法进行。随着下料口直径的增大,不同配比的烘焙生物质与煤粉混合物的下料质量流率均逐渐增大。该文所获得的不同配比烘焙生物质与煤粉混合物下料质量流率经验公式可以在-15%到+25%的误差范围内对烘焙生物质与煤粉二元混合物的下料质量流率进行较好地预测。