基于O2/Ar比值估算海洋混合层群落净生产力的研究进展

群落净生产力(NCP)是海洋混合层中光合作用和群落呼吸作用的差值,代表了从表层海水向深层海洋输送的最大有机质量,是衡量生物活动对上层海洋碳循环影响的有效指标。海洋混合层的溶解氧浓度主要受物理过程和生物过程控制,而惰性气体氩(Ar)的分布主要受物理过程以及温度和盐度对溶解度的影响,由于O2和Ar具有相似的物理特性,因此氧氩比值(O2/Ar)消除了物理过程对海水中溶解氧的影响,其偏离平衡值的量(ΔO 2/Ar)可表征生物过饱和氧,并可据此估算群落净生产力。随着质谱技术的发展,连续走航测定O2/Ar比值技术得到广泛应用并可以获得高时空分辨率NCP分布,因此成为估算海洋混合层NCP的重要方法。本文介绍了基于O2/Ar比值法估算群落净生产力的原理,综述了用O2/Ar比值法估算海洋混合层中群落净生产力的研究进展,探讨了估算模型中存在的不足及解决办法,并对其未来发展方向做了展望。

自组装膜进样质谱系统及其在砂质沉积物异化硝酸盐还原研究中的应用

沉积物中的异化硝酸盐还原过程对于海洋氮循环起着至关重要的作用。基于15N标记的培养技术是目前测定沉积物异化硝酸盐还原的主要手段。准确快速测定15N标记的产物(29N2、 30N2)是量化异化硝酸盐还原各个过程速率的关键。本研究自行组装膜进样质谱系统用于29N2和30N2的测定,对其测量条件进行了优化。结果表明,进样蠕动泵进样流速0.80 mL/min,进样时间3~3.5 min,恒温槽温度20~25℃,同时铜还原炉温度在300~600℃的条件下,^29N2/^28N2和^30N2/^28N2的测试精密度分别可以控制在0.1%和1%以内,比较适合29N2和30N2的测定。利用自组装的膜进样质谱系统结合15N标记的培养技术研究了青岛石老人沙滩沉积物中的异化硝酸盐还原过程。石老人沙滩沉积物不存在将硝酸盐完全还原为氮气好氧的反硝化。厌氧铵氧化、厌氧反硝化和异化硝酸盐还原为铵(Dissimilatory Nitrate Reduction to Ammonium,DNRA)的潜在速率(以湿沉积物N计)分别为(0.05±0.01) nmol/(cm^3·h),(2.32±0.21) nmol/(cm^3·h)和(1.02±0.15) nmol/(cm^3·h)。厌氧反硝化是硝酸盐异化还原主要的贡献者,其比例接近70%,其次是DNRA,比例可达30%,而厌氧铵氧化的贡献最低,仅为1%。在N2产生过程中,主要贡献者是反硝化,厌氧铵氧化的贡献仅为2%。

生物标志物IP25在北极海冰变化重建中的研究进展

在全球变暖背景下,北极海冰覆盖面积持续减少,对全球的温盐环流、海洋生物化学过程和气候变化产生了深远的影响,研究北极古海冰的变化可以使我们对北极环境有全面的认识,更准确地预测其未来的变化规律。近十年来,一种新发展的海冰生物标志物IP25(Ice Proxy with 25 carbon atoms)被广泛用于北极及亚北极的海冰重建。IP25是北极冰藻产生的一种高度分化的单不饱和类异戊二烯(HBIs),能够稳定地保存在海洋沉积物中。自从IP25被发现以来,越来越多的研究者对其指示海冰变化的应用进行了深入的研究。本文首先总结了重建古海冰的传统指标和限制性并介绍了IP25指示海冰的原理、由定性到定量的发展以及存在的局限性。然后归纳了利用IP25重建北极地区海冰分布和变化的实例研究,涵盖了北冰洋中心、陆架边缘海、河口以及亚北极地区不同空间海域,跨越了近现代、全新世、第四纪以及中新世不同时间尺度。其中,近现代的海冰重建结果与海冰的卫星观测数据取得了很好的相关性,为古海冰的重建提供了基础;古海冰的重建为数值模拟古气候以及预测未来海冰变化趋势提供了重要依据。

乳清蛋白-鼠李糖脂混合生物乳化剂的性能研究

制备了不同比例组合的乳清蛋白和鼠李糖脂混合体系,对其乳化性质(0#柴油为底物烃)进行了研究。结果表明:同等质量浓度下,混合物表现出比单独乳清蛋白和鼠李糖脂更好的乳化活性,说明二者有很好的乳化协同作用,鼠李糖脂组分的增加还可以有效降低乳状液的平均粒径。研究了不同环境条件下混合体系的乳化活性,结果显示混合物在中性及碱性条件下拥有显著提高的乳化活性;乳清蛋白和鼠李糖脂质量比为2∶1和1∶1的混合物在1.5%和2.5%的氯化钠含量下也表现出显著提高的乳化活性;同时混合物对3种不同的底物烃均能有效乳化。对Zeta电位和界面性质进行了研究,发现相比于单一组分,混合物胶束粒子的负Zeta电势减弱,而少量鼠李糖脂的加入即可显著提高混合物的界面活性以及润湿性。

不同结构铝氧化物对磷的吸附特征

磷是影响藻类生长的重要营养元素,它在沉积物界面上的吸附是海洋环境中磷循环的重要环节,金属氧化物是吸附磷沉积物的重要活性组分之一。采用批量实验法研究不同结构的氧化铝对无机磷的吸附特征,分别使用二段一级动力学方程和Freundlich等方程对其动力学曲线和平衡吸附等温线进行定量描述,并对介质盐度、温度等影响因素进行研究。结果发现,无定型氧化铝结晶弱且比表面积大,该特点使其吸附容量大于γ-Al2O3,结合表面酸碱滴定的结果,可知吸附也与铝氧化物的表面酸碱性质相关。分析影响因素可知,与NaNO3介质相比,氧化铝吸附海水中的磷受到阻滞,且随着介质离子强度增大,吸附量均呈现降低趋势;pH显著影响磷的吸附量,在pH=5左右,两种氧化铝表面对磷酸根的吸附达到最大值;温度升高,有利于吸附的进行,该吸附为吸热、自发、熵增加的过程,两种结构氧化铝的吸附热力学参数无显著差异。

黄河2017特枯年入海有机碳的输运特征

河流是连接陆地和海洋两大碳库的重要通道,正确认识不同水文条件下河流碳输运规律是全球碳循环研究的重要方面。本文于2017年每月在黄河利津浮桥采集水样和颗粒物样品,通过分析溶解有机碳(Dissolved organic carbon, DOC)、颗粒有机碳(Particulate organic carbon, POC)及其稳定同位素(δ13C-POC),结合流量、悬浮颗粒物(Suspended particulate matter, SPM)、温度、pH和溶解氧(Dissolved oxygen, DO)等水文参数讨论了黄河在此特枯年入海有机碳的季节变化规律及其影响因素,并对有机碳的入海通量进行了估算。结果表明,2017年利津的流量和SPM含量明显低于以往年份,年均分别为(262±144) m3/s和(126.8±79.9) mg/L。DOC的年均浓度为(3.06±0.95) mg/L,夏季最高,其它季节变化不显著。POC(%)(1%代表0.01 g/gdw (g dry sediment))的年平均值为(2.12±1.85)%,夏秋季节较高,高值出现在7、8和9月份。POC浓度的年平均值为(2.23±1.43) mg/L。颗粒物的δ13C和C/N范围分别为-26.9‰^-25.1‰和3.2~12.5,表明2017年利津POC可能主要来源于黄河流域土壤和淡水浮游植物。2017年DOC和POC的入海通量(以C计)分别为2.8×1010和1.3×1011 g,两者均表现为夏秋季节较高。年入海有机碳通量之比,即DOC/POC(g/a/g/a)为0.22,这一数值高于以往年份,说明2017年黄河入海的有机碳中溶解态有机碳所占比例有增大趋势。在人类活动和气候变化的双重影响下,黄河水沙通量持续降低,近些年来甚至达到特枯状态,其对黄河碳输运及河口、边缘海生物地球化学的深远影响需要引起高度重视和关注。

藻类生长对沉积物上磷迁移转化的影响

通过模拟中肋骨条藻(Skeletonema costatum)和沉积物共存体系,探究了富营养化条件下,藻类与沉积物对无机磷的吸收/吸附作用的相互影响。采用自制的金汞伏安微电极测定了藻与沉积物共存体系中溶解氧(DO)的含量变化,分析了体系中溶解氧含量变化与磷消耗速率以及沉积物中磷形态分布变化之间的关系。结果表明,在本课题研究范围内,共存的藻类与沉积物互相影响彼此对磷的消耗过程,1.0×10^4、5.0×10^4和1.0×10^5 cells/mL三种初始藻密度的中肋骨条藻(Skeletonema costatum)48 h后对磷的吸收百分比分别达54.7%、73.4%、93.8%,添加沉积物后分别降至21.3%、34.1%和51.9%;沉积物对培养基介质中的无机磷的吸附百分比为42.5%,加入三种不同藻密度的藻体后分别降至9.1%、2.8%及0.3%。高密度藻与沉积物共存体系的耗磷速率与体系DO含量呈显著负相关(p<0.05)。体系中DO浓度降低会促进沉积物中Fe-P向水体中释放,从而导致沉积物中铁结合态磷(Fe-P)含量的降低。可交换态磷(Ex-P)、有机磷(OP)和Fe-P是藻类存在时沉积物向水体中较易释放的形态。

两种铁氧化物对无机磷的吸附特征分析

沉积物是海洋生态系统磷循环的载体之一,铁氧化物作为海洋沉积物活性组分的重要部分,对磷在沉积物上的吸附解吸有着重要贡献,进而影响着磷在沉积物-水界面的交换。本文利用自行合成的α-Fe_(2)O_(3)和无定形氧化铁,研究了无机磷(以KH_(2)PO_(4)为例)在其上的吸附特征,并考察了离子强度等对该吸附过程的影响。结果表明,无定形氧化铁对无机磷的吸附平衡时间较短且吸附量较大,这与其较差的结晶度,较大的比表面积有关。无机磷在氧化铁上的吸附等温线符合Freundlich吸附等温式,研究发现两种铁氧化物的吸附热力学函数均为ΔH^(θ)>0,ΔG^(θ)<0,ΔS^(θ)>0,说明整个吸附过程是吸热、自发、熵增加的过程;随着离子强度的增大,无机磷在两种铁氧化物上的平衡吸附量增加,吸附pH边曲线实验发现,无定形氧化铁对无机磷的吸附量随着pH的升高而减小。

油田含聚丙烯酰胺污水生物转化及能源化与资源化

目前油田面临含水解聚丙烯酰胺(HPAM)污染物亟待处置的现状,低成本、环境友好型的生物降解转化技术已成为处理典型有机污染物HPAM的主力技术。生物处理系统不仅是污染物衰减的终端,而且是污染物向生物能源和资源转化的关键场所。近年来,生物法处置含HPAM污水的发展趋势正从“提高去除效能-挖掘降解机制”逐渐过渡到“回收能量-增值资源-净化环境”三位一体的新方向。因此,围绕石油开发过程中产生的典型有机污染物HPAM,以国家对资源和能源的需求为契机,重点综述了HPAM生物降解菌群、转化途径、动力学与热力学、技术现场实施,以及HPAM降解转化为氢气(H_(2))、甲烷(CH_(4))和聚羟基脂肪酸酯(PHA)的潜力。相关研究成果提升了从含HPAM污水生物降解转化中回收生物能源和资源的理解程度,并为工业规模实践中实现生物资源回收提供了指导,对油田环境保护与资源回收具有重要的现实意义和应用价值。

三峡库区及其下游溶解氧化亚氮（N2O）分布和释放

氧化亚氮(N2O)是一种重要温室气体,对全球变暖具有重要影响.河流和水库是释放N2O的活跃区域,但是目前对于温带和亚热带水库及其下游河道释放N2O的研究相对较少.分别于2009年9~10月和2016年10月对长江三峡水库及其下游干流进行了调查,对库区水体溶解N2O的浓度分布、释放通量及其影响因素进行了研究,探讨了筑坝和水库运行对长江N2O分布和释放的可能影响.结果表明秋季三峡库区表层(~0m)、底层(6~103m)水体溶解N2O平均值为(12.49±1.75)nmol·L^-1和(11.21±0.91)nmol·L^-1.秋季库区水体N2O浓度变化较小,和三峡坝下干流站位无显著差异(P>0.05).三峡库区水体N2O与氨氮(NH+4)、亚硝态氮(NO-2)呈显著负相关(P<0.05;P<0.01),与硝态氮(NO-3)呈正相关(P<0.01).2016年和2009年10月三峡水库表层N2O均处于过饱和状态,饱和度范围分别为114%~187%和122%~170%,库区N2O平均释放通量分别为(4.6±2.4)μmol·(m^2·d)^-1和(16.6±4.9)μmol·(m^2·d)^-1.两次调查中大坝下游N2O平均释放通量(6.0±7.0)μmol·(m^2·d)^-1,虽然三峡库区水面释放N2O通量低于全球水库的平均水平,但是三峡库区仍是大气N2O不可忽视的源.大坝下泄水和发电未造成库区和大坝下游N2O浓度出现显著差异.运行多年以来三峡库区已进入平稳期,2009年和2016年秋季N2O浓度无明显变化.

河水溶解无机营养盐样品保存与过滤方式对其测定的影响:以黄河水为例

对营养盐样品的及时预处理及恰当的保存是保证数据真实可靠的前提条件。本文以高浊度的黄河为例,探究了硅酸盐样品冷冻保存与加氯化汞常温保存两种方法之间的区别,结果表明两种方法不存在显著性差异。通过对比现场过滤冷冻保存于9 mL真空涤纶树脂(PET)管与延迟过滤冷冻保存于125 mL高密度聚乙烯(HDPE)瓶中两种营养盐样品预处理方法,探讨了延迟过滤时间对营养盐测定的影响,发现亚硝酸盐、硝酸盐、磷酸盐未受到过滤时间延长的影响,铵盐因过滤时间延长受到悬浮颗粒物和浮游植物的影响而结果偏低11%~46%,硅酸盐存在差异可能是由储存容器和体积的不同引起,而非过滤时间延长导致。