溶解性有机碳耦合营养状态解析河流CO_(2)动态及驱动因素

为全面探索河流溶解性有机碳(DOC)与二氧化碳(CO_(2))动态及驱动因素的相关关系,以我国三峡库区河流——澎溪河为对象,于雨季和旱季采集表层水体水样,分别通过原位和室内测定,明确水文参数(水温、pH、碱度和流速)、DOC浓度和营养元素(总氮(TN)和总磷(TP))浓度,并计算水体CO_(2)分压(pCO_(2))、水—气界面CO_(2)交换通量和营养元素化学计量比(DOC:TN、DOC:TP和TN:TP)。以河流CO_(2)、DOC和营养状态动态变化为基础,通过对DOC、TN、TP、营养元素化学计量比和荧光峰(B、T、A、M、C、D和N)与河流pCO_(2)的多维分析建立及评估潜在的耦合关系,从而揭示特定区域河流CO_(2)的来源与驱动因素特征。结果显示,澎溪河水—气界面CO_(2)交换速率在3.75~22.9 m/d范围内,雨季((9.91±4.93)m/d)>旱季((6.69±4.30)m/(d),pCO_(2)在65.95~20642.41μatm范围内,F平均值为(629.4±1426.8)mmol/(m^(2)·d),河流总体表现为大气CO_(2)源。水体DOC总体在1.42~7.88 mg/L范围内,且旱季((4.50±0.17)mg/L)>雨季((2.87±0.18)mg/L),TN在0.176~1.917 mg/L范围内,旱季((1.205±0.353)mg/L)>雨季((0.665±0.306)mg/L),TP在0.0003~0.169 mg/L范围内。在该流域雨季,类酪氨酸、类色氨酸和土壤富里酸占比显著高于旱季,而类腐殖质、微生物衍生腐殖质和生物生产力占比显著低于旱季。旱季水体pCO_(2)与TP呈显著正相关,与营养元素化学计量比(TN:TP和DOC:TP)呈显著负相关,而雨季与生物生产力呈显著负相关,营养状态与pCO_(2)存在季节耦合关系。生物代谢过程是河流CO_(2)饱和的主要原因,而降雨能够促进这一内在联系。

喀斯特湖泊-河流系统溶解性有机质光谱特征

为探索喀斯特湖泊-河流系统溶解性有机质(DOM)光谱特征空间格局,该研究以我国贵州红枫湖、百花湖和老马河为对象,分析了表层水体DOM紫外参数(SUVA_(254)、SUVA_(280)、S_(275—295)、S_(350—400)、S_(R)和E2/E3),利用三维荧光-平行因子(EEM-PARAFAC)解析DOM主要成分,同时基于荧光参数(HIX、FI、BIX和β∶α)揭示其来源信息。该研究运用Spearman相关性分析及主成分分析(PCA)方法,揭示DOM参数的内在联系及重要组分贡献。结果显示,红枫湖、百花湖和老马河SUVA_(254)和SUVA_(280)值较低,而E2/E3、S_(275—295)和S_(350—400)值较高,说明芳香类成分占比较少且DOM整体分子量较小。水体DOM主要成分为:红枫湖/百花湖(C1:微生物代谢类腐殖质;C2:可见光范围腐殖质;C3:色氨酸),老马河(C1:色氨酸;C2:富里酸;C3:陆源类腐殖质)。水体BIX范围在0.77—1.12之间,说明生物源和陆源输入共同贡献DOM。红枫湖与百花湖FI值小于1.4,而老马河在1.4—1.9间,说明河流内源DOM贡献率高于湖泊。水体β∶α值范围在0.73—1.10之间,说明新生DOM具有显著贡献。湖泊与河流HIX值低于4,表明水体腐殖化程度低。老马河HIX与S_(R)和S_(275—295)呈正相关(P<0.05)且与FI呈负相关(P<0.05),说明DOM腐殖化程度与分子大小和来源密切联系。芳香类DOM的同质性导致SUVA_(254)和SUVA_(280)相互耦合。研究发现新生DOM多具有生物降解性,表现为BIX和β∶α强相关。相对于激流系统,湖泊具有更多的水力停留时间,这可能进一步促进内源微生物的代谢,导致生物驱动的有机质快速循环,因此不同DOM生物讯号相互耦合。研究阐明了喀斯特湖泊-河流系统DOM成分与来源特征,有望为研究全球碳循环过程提供数据支撑。

电动力学作用下污染土壤中HCHs的迁移特征

为研究电动力学作用对污染土壤中HCHs迁移的影响及不同HCHs异构体间的迁移特征,以我国西南地区已停产的某HCHs（六六六）生产企业厂区的污染土壤为研究对象,分析反应时间、电压梯度、w（电解质）和p H等因素对HCHs迁移效果的影响.结果表明：HCHs可以在电场力条件下进行有效迁移,其迁移效果随反应时间的增加而增强,并在192 h后达到稳定;增加电压梯度可以促进HCHs的迁移,最佳电压梯度为3.0 V/cm;最佳w（电解质）为2%;HCHs的迁移效果在p H为5.07时达到最佳.HCHs由阴极向阳极迁移,不同HCHs异构体在阳极的富集程度存在差异,其中α-HCH富集率最高,为210.5%~226.3%;而β-HCH、γ-HCH、δ-HCH富集率分别为72.5%~265.3%、38.5%~79.3%、57.3%~62.6%.电动试验结束后,阴极处电导率最高,为1.2~324.4 m S/cm.P（0.6）（距阴极的标准化距离为0.6的采样点）处最低,为0.1~70.1 m S/cm;土壤p H由阴极向阳极逐渐减小,其中阴极p H为10.31~12.05,而阳极p H为0.98~4.56.研究显示,电动因素会对污染土壤中HCHs的迁移造成不同程度影响;不同HCHs异构体中,α-HCH迁移能力最强,β-HCH次之,γ-HCH和δ-HCH迁移能力较弱.

Fenton氧化技术修复六氯环己烷污染土壤特性研究

为研究六氯环己烷(HCHs)在污染土壤中的Fenton氧化特性及其影响因素,以中国西南地区已停产的某HCHs生产企业厂区的污染土壤为研究对象,分析Fenton氧化作用下Fenton氧化时间、催化剂种类、催化剂投加量和H_2O_2投加量等因素对HCHs去除率的影响。结果表明:(1)延长Fenton氧化时间可以促进HCHs的去除,其去除率在100min后达到稳定;Fe^(2+)的催化效率优于Fe^(3+)和Fe^0,最佳催化剂为FeSO_4·7H_2O晶体;催化剂投加量最佳为5%(质量分数);较高投加量的H_2O_2有利于产生更多的HO·,H_2O_2投加量最佳为20g/mL。(2)Fenton氧化对HCHs的去除机制具有一致性,但不同HCHs异构体的去除率存在差异。在以FeSO_4·7H_2O晶体为催化剂、Fenton氧化时间为100min、催化剂投加量为5%、H_2O_2投加量为20g/mL的最优条件下,β-HCH去除率最高(96.7%),α-HCH去除率次之(79.2%),γ-HCH和δ-HCH去除率分别为54.8%和51.3%。(3)Fenton氧化技术是一种优秀的HCHs污染土壤修复技术,具有较高的可行性、经济性和环境友好性,具有较大的HCHs污染场地原位修复应用前景。

典型喀斯特河流汛期溶解性有机质空间变化及其光学参数的耦合关系

内陆水体溶解性有机质(DOM)在全球及区域碳循环中扮演至关重要的作用。然而,具有特殊生物地球化学过程的喀斯特河流DOM成分和来源空间格局却鲜有报道。以我国典型喀斯特河流—芙蓉江为对象,探索了光学参数(SUVA_(254)、SUVA_(280)、E2:E3、S_(290-350)、BIX、FI、Frl和HIX)的空间变化及其相互耦合关系,并利用三维荧光矩阵平行因子分析(EEM⁃PARAFAC)解析了该河流DOM主要构成,同时分析了各光学参数之间的相关性。结果显示,芙蓉江标准化吸光系数(SUVA_(254)和SUVA_(280))较低而E2:E3和S_(290-350)值较高,说明汛期DOM同时受生物和水文过程影响。EEM⁃PARAFAC表明该喀斯特河流DOM包括3项主要成分,即C1(陆源腐殖质)、C2(色氨酸)和C3(络氨酸)。河流BIX和FI分别在(0.77—1.11)和(2.14—2.39)范围,表明生物内源是DOM的主要来源。Frl值(0.75—0.94)显示河流水体以新生DOM主导,而HIX值(0.14—0.79)阐明其腐殖化程度较低。光学参数之间存在显著的相关关系,揭示了河流DOM成分、分子大小和来源具有一致的生态水文学意义。

农家乐旅游村镇污染治理与循环经济结合的就地消纳模式

在介绍农家乐旅游的环境影响、旅游可持续发展与旅游村镇循环经济发展模式的基础上,立足在发展农家乐经济活动的同时利用循环经济理念统筹解决农家乐的主要环境污染问题,提出了"农家乐旅游村镇污染治理与循环经济结合的就地消纳模式"。该模式将常住居民与外来游客对环境的冲击负荷考虑在内;通过该模式能够妥善解决农家乐的污水、餐厨垃圾问题,处理好畜禽粪尿与农作物秸秆等问题;能够在发展农家乐旅游经济的同时,使有机废物的零排放成为可能。

农药污染土壤中DDTs的电动力学迁移去除特性

为研究土壤中DDTs(滴滴涕)的电动迁移去除特性,以重庆市某废弃DDTs生产企业污染土壤为研究对象,采用GC-ECD分析了该土壤中DDTs的质量分数、电动迁移效果、电动去除率及试验过程中土壤理化性质改变等.结果表明:该污染场地土壤中w(p,p'-DDT)最高,w(o,p'-DDE)和w(p,p'-DDD)次之,三者分别占w(DDTs)的53.02%、23.46%和12.77%;DDTs迁移效果在192 h时基本稳定,并在3 V/cm电压梯度时迁移效果最佳,其中DDT和DDD向阳极迁移而DDE向阴极迁移,o,p'-DDE富集量最大,其c/c0〔标准化浓度,c0、c分别为电动试验前、后污染土壤中w(DDTs)〕为4.70;DDTs去除率在电动时间为192 h、电压梯度为3 V/cm时达到相对稳定,其中p,p'-DDT去除率较高,为49.7%;阴极土壤pH随电动试验时间的增加而增大,其最大值为11.63,阳极土壤表现相反,其最小值为-1.71;电流和土壤温度随电动试验时间的增加呈先增后减的趋势,其峰值均出现在第8小时.研究显示,不同DDTs异构体在电动力学作用下的迁移去除效果存在差异,并且电动过程会引起土壤理化性质改变.

基于连续投影算法和最小二乘支持向量机的污水中NH_3-N近红外光谱建模

通过扫描不同NH_3-N含量污水的近红外光谱,建立了水样中NH_3-N的定量分析模型。考虑到全谱高维数据建模较大的计算负担,采用连续投影算法(SPA)对水样光谱全谱进行特征波长筛选,将筛选后的特征变量采用最小二乘支持向量机(LS-SVM)进行建模;所建立的SPA和LS-SVM分析模型对污水中NH_3-N分析的预测均方根误差为3.210 8,相关系数为0.984 4,相对分析误差5.681 2;与全谱LS-SVM模型和全谱部分最小二乘(PLS)模型相比,此处的建模方法将全谱模型的512维数据压缩为28维特征光谱数据(计算量占全谱的5.47%),但模型分析精度与全谱LS-SVM模型相近,且高于全谱PLS模型;该方法对实现水样NH_3-N的快速检测以及低维度变量建模具有指导意义。

β-环糊精促进土壤中DDTs和HCHs电动迁移特性研究

为研究β-环糊精促进DDTs和HCHs电动影响因素及特性,以我国西南地区已停产的某DDTs（滴滴涕）、HCHs（六六六）生产企业厂区的污染土壤为研究对象,分析样品中污染物残留量、电动力学过程中w（β-环糊精）和土壤含水率、温度的改变等因素。结果表明,企业生产导致土壤中DDTs、HCHs污染严重,其中DDTs的土壤浓度高于HCHs;β-环糊精可以促进电动迁移效果。当w（β-环糊精）为4%时,DDT与DDD在阳极迁移量最大,当w（β-环糊精）为8%时,DDE在阴极迁移量最大;当w（β-环糊精）为2%时,HCHs在阳极的迁移量均为最大。电动试验结束后,土壤含水率由阴极向阳极逐渐降低,其阴极最终含水率为45.8%-52.4%,其阳极最终含水率为18.2%-20.1%;阴极和阳极的土壤温度分别在4 h和2 h达到最高,为33.5℃和45.7℃,而128 h后最终稳定在23.1-24.7℃。

普通高校环境工程原理的教学现状及改革优化

当代我国对于生态文明建设和环境问题十分重视,进而众多高校设置了环境科学与工程相关专业,并将环境工程原理作为基础学科。然而,相关课程由于内容难度大、学科交叉性强和理论实践联系紧密等特点,在教学过程中遇到了阻碍。本文以普通高校环境工程原理相关课程的教学现状出发,从课程设置、考核方式、教学手段和师生互动等现状讨论了相应改革及优化方法,为课程教学过程中重点、难度提出教改方案,同时为环境类基础学科的课程规划与建设提供参考依据。

喀斯特城市湖库pCO_(2)及CO_(2)通量空间格局研究

为探索典型喀斯特城市湖库二氧化碳分压(pCO_(2))及其交换通量(F)空间格局,以我国贵阳市阿哈湖水库(AHa)、松柏山水库(SBS)、百花湖(BHH)和红枫湖(HFH)为对象,探索了区域气象水文基础数据、碳酸盐平衡参数及环境因子,进而评估表层水体pCO_(2)及其F空间变化.结果表明,受原位新陈代谢和水文调节,AHa的pCO_(2)为(861.6±462.8)μatm,显著高于SBS(223.6±213.1)μatm、BHH(139.3±63.6)μatm和HFH(126.2±50.9)μatm(P<0.05),且各湖库水-气界面二氧化碳(CO_(2))交换速率(k值)在(2.05~3.82)cm/h范围内.AHa的F值为(6.23±9.59)mmol/(m^(2)·d),具有向大气排放CO_(2)的潜力;SBS、BHH和HFH的F值分别为(-5.86±5.25)mmol/(m^(2)×d)、(-8.63±1.03)mmol/(m^(2)·d)和(-7.58±1.10)mmol/(m^(2)·d),表现为大气CO_(2)汇.湖库表层水体pCO_(2)与环境因子叶绿素a(Chla)和氨氮(NH_(4)^(+)-N)具有显著相关性(P<0.05),说明喀斯特湖库碳酸盐耦合光合作用和人为输入极大影响了水体CO_(2)量级.

典型喀斯特高原水库浮游植物与环境因子的关系

浮游植物的生长往往受多种环境因素共同作用,独特的地理特征也是影响其密度与群落结构变化的要素之一。为探索喀斯特高原水库浮游植物与环境因子的耦合关系,以贵州省典型喀斯特高原水库——阿哈水库为例,于2019年春(4月)、夏(7月)、秋季(10月)对水库各支流及库中心区域进行采样调查,探究了喀斯特水库基础水环境指标的量级、浮游植物群落组成、优势种变化及其密度的时空分布,进一步揭示浮游植物与环境因子的耦合关系,为喀斯特高原水库浮游植物研究以及水资源保护提供一定的科学依据。结果显示,阿哈水库浮游植物密度在3.95×10^(4)-525.35×10^(4)cells·L^(−1),之间,以蓝藻、硅藻、绿藻、隐藻居多,伪鱼腥藻(Pseudoanabaena sp.)、水华束丝藻(Aphanizomenon flos-aquae)为主要优势种。单因素方差分析(One-way ANOVA)结果表明,浮游植物密度的季节性差异显著(P<0.01),呈夏季>春季>秋季的趋势。由一元线性回归分析可知,在春季,浮游植物密度与溶解氧、pH、钙离子浓度呈极显著线性相关(P<0.01),与透明度、氮磷比具有显著相关关系(P<0.05);然而,浮游植物密度仅与夏季的透明度关系显著(P<0.05),与秋季的所有环境因子均无显著相关关系(P>0.05)。由冗余分析(RDA)可知,影响春季浮游植物群落结构的主要环境因子为pH、钙离子浓度和总磷,夏季为透明度、总磷和氮磷比。秋季浮游植物群落结构可能受低温影响较大。

典型喀斯特河流二氧化碳分压及交换通量季节变化

河流水-气界面二氧化碳(CO_(2))交换是全球及区域碳收支平衡的重要组成部分。然而,当前对喀斯特水体CO_(2)吸收及排放特征的研究仍然有限。为探究喀斯特河流CO_(2)分压(pCO_(2))及水-气界面CO_(2)交换特征,本研究以我国典型喀斯特河流綦江为对象,调查了气象水文条件、碳酸盐平衡参数(pH、T、Alk、DIC、HCO_(3)^(-)、CO_(3)^(2-)、CO_(2))、水-气界面CO_(2)交换通量(F)和环境变量(EC、DOC、TDN和TDP)的季节变化特征,分析了pCO_(2)的调控因素及其与环境变量的耦合关系,比较了不同河流的水-气CO_(2)交换现状。结果显示,綦江原位水体pCO_(2)在1.3~7205.2μatm范围内变化,其中有47%样品高于大气CO_(2)平衡浓度值。受雨季降水稀释作用和旱季呼吸矿化作用及人为输入复合影响,旱季水体pCO_(2)(1549.5±1786.8μatm)显著高于雨季初期(448.9±184.0μatm)和雨季后期(83.8±166.0μatm)(P<0.001)。河流F值在-213.6~5526.6 mmol/(m^(2)·d)范围内,其平均值为202.4±907.8 mmol/(m^(2)·d)。其中,旱季碳源(F>0)样点比例较多为85%,次之为雨季初期(48%),雨季后期样点碳源比例较少(6%)。水体pCO_(2)与环境变量EC和TDN具有显著相关关系(P<0.05)。喀斯特河流水-气界面可同时作为大气CO_(2)的源和汇,掌握其变化规律对我国生态系统"碳达峰、碳中和"目标的实现具有重要理论和现实意义。

典型喀斯特河流水-气界面二氧化碳交换特性及其营养调控因素

为探索喀斯特河流水-气界面二氧化碳(CO_(2))交换特性及其营养控制因素,以我国典型喀斯特河流——芙蓉江为研究对象,探索了区域气象水文参数、碳酸盐平衡参数、营养元素及总有机碳(TOC)的空间变化特征,同时分析了CO_(2)分压(pCO_(2))的空间变化调控因素,pCO_(2)与总氮(TN)、总磷(TP)和TOC及其化学计量比的耦合关系,对比了该研究河流与世界河流的CO_(2)排放情况.结果表明,芙蓉江水-气界面CO_(2)交换速率(k)在2.71~13.0 m·d^(-1)范围内,pCO_(2)在78.5~21 491.2 Pa范围内,且支流高于干流;河流表层水体TOC、TN和TP分别为(302.8±50.1)、(128.9±67.9)和(0.65±0.98)μmol·L^(-1),整体表现为磷限制营养状态;河流pCO_(2)与磷及其相关的化学计量比显著耦合,说明微生物新陈代谢是河流CO_(2)饱和的主要原因;芙蓉江水-气界面CO_(2)排放通量(F)为(534.5±801.4) mmol·(m^(2)·d)^(-1),高于一些世界河流,具有巨大的CO_(2)排放潜力.

典型喀斯特城市湖库溶解性有机质成分特征及来源解析

为探索喀斯特城市湖库溶解性有机质(DOM)成分特征及来源信息,以我国贵阳市重要喀斯特湖库——红枫湖、百花湖、松柏山水库和阿哈水库为研究对象,分析了表层水体溶解性有机碳(DOC)、叶绿素a(Chla)和DOM光学参数(a_(254)、a_(280)、a_(350)、E2∶E3、S_(275-295)、FI、β:α、BIX、HIX)的空间差异,同时利用荧光吸收峰(B、T、A、M、C、D、N)和三维荧光平行因子分析(EEM-PARAFAC)解释DOM各成分丰度及占比状况,并运用Spearman相关分析及主成分分析(PCA)揭示DOM参数的相关性和主要环境过程.结果表明,喀斯特城市湖库ρ(DOC)和ρ(Chla)范围分别为4.24~11.9 mg·L^(-1)和0.32~19.7μg·L^(-1),松柏山水库腐殖质(a_(254))和芳香类蛋白质(a_(280))较高,导致相对分子质量(E2∶E3和S_(275-295))高于其它湖库.表层水体DOM成分主要包括可见光范围腐殖质和陆源富里酸,其占比分别为23.8%~46.9%和17.6%~28.4%.湖库荧光参数FI、β∶α和BIX较高而HIX较低,说明内源新生成分对DOM具有显著贡献.光学成分与来源参数具有显著的相关关系,喀斯特城市湖库DOM主要包括大分子腐殖质输入、小分子内源输入和碳酸盐耦合光合作用促进新生DOM等过程.

典型喀斯特河流溶解性有机质生物降解特性及其温度敏感性研究

喀斯特河流受特殊生物地球化学过程影响,其溶解性有机质(DOM)变化具有显著的区域特征.然而,当前对其DOM空间变化规律,特别是生物降解特性的研究十分有限,急需相关内容的补充.以我国典型喀斯特河流—芙蓉江为研究对象,探索了DOM光学参数(a_(254)、a_(350)、E2/E3、S_(275~295)、BIX、FI、FRI和HIX)的空间格局,同时揭示了不同温度条件下DOM的生物降解特性.结果表明,原位水体a_(254)和a_(350)值分别为(8.22±1.82)m^(-1)和(5.32±1.72)m^(-1),E2/E3和S_(275~295)值分别为0.85~3.25和0.002~0.011.河流BIX和FI值分别为0.77~1.11和2.14~2.39 nm^(-1),说明内源和外源输入均为DOM的重要贡献源.HIX和FRI分别为0.54±0.16和0.86±0.06,说明水体腐殖化程度低而新生DOM丰度高.经过15℃暗箱培养,a_(254)值在第28 d显著升高((14.8±3.12)m^(-1))(p<0.05),a_(350)在0~21 d培养阶段下降(7 d:(3.12±1.18)m^(-1);14 d:(2.79±1.17)m^(-1);21 d:(3.11±1.11)m^(-1)),28 d后升高((8.20±0.88)m^(-1))(p<0.05),而E2/E3值的变化趋势与之相反.同时,河流HIX(0.23±0.05)显著降低而FRI(0.91±0.13)升高,说明大分子腐殖质被不完全降解为新生DOM.增加培养温度(30℃)可进一步提升DOM的生物可用性,最终加强大分子组分的降解和小分子组分的生物矿化作用.该研究可为喀斯特区域河流DOM动态过程提供有用信息,同时有望响应全球及区域碳循环过程.

重庆西部山区典型湖泊水-气界面CO_2交换通量及其影响因素

为了解我国西南山区湖泊水体CO_2的释放/吸收特征,于2017年7月对重庆西部山区典型9个湖泊表层水体溶解性无机碳进行调查,并同步监测关键环境因子,运用薄边界层法和静态箱法对其水-气界面CO_2通量[F(CO_2)]进行比较研究.结果表明,渝西山区湖泊夏季表层水p(CO_2)介于2.1~45.0 Pa之间,均值为(18.1±12.1) Pa;模型法和静态箱法计算的CO_2通量均值分别为(-8.0±2.9)、(-3.4±3.6)和(-7.1±22.3) mmol·(m2·d)-1,总体表现出大气CO_2汇的特征.水体p(CO_2)和F(CO_2)与关键环境因子的相关分析,表明表层水p(CO_2)和F(CO_2)与风速和ORP显著正相关,与pH显著负相关.