北京市污水处理厂污泥重金属污染特征和生态风险评价

通过连续采集法获得北京市4家污水处理厂脱水污泥样品(标记为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ),经微波消解后采用电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)检测了Zn、Cu、Pb、Cr、Cd、Ni、As、Hg的含量,利用BCR连续提取分析法分析污泥中重金属赋存形态,并采用不同污染指数评价了污泥中重金属污染程度和潜在生态风险,为研究北京市污泥污染特征研究提供基础资料。结果表明,(1)北京市4家污水处理厂重金属含量差异显著(P<0.05),Cu、Ni、As平均含量分别超过全国城市污泥均值的7.2%、71.9%、7.4%。(2)重金属形态分析表明,Zn、Cd以可提取态为主,分别为56.8%~63.7%和81.3%~85.7%;Cu、Pb以可还原态为主,分别为54.6%~70.2%和63.9%~79.1%;Cr、Ni、As主要以残渣态形式存在,分别为53.4%~71.8%、33.4%~51.3%和49.3%~67.4%。(3)各重金属单因子污染指数大小为Zn>Cu>Ni>Cd>Pb>As>Cr,各污水处理厂污泥的内梅罗综合指数依次为Ⅳ>Ⅱ>Ⅰ>Ⅲ,分别达到中、中、轻、重污染水平。(4)重金属单因子潜在生态风险指数表现为:Cu>Cd>Ni>Zn>Pb>As>Cr,各污水处理厂污泥的综合因子潜在生态风险指数大小为Ⅳ>Ⅱ>Ⅲ>Ⅰ,均处于低生态风险水平。

基于WEPP模型的水土保持措施因子与侵蚀量关系研究

水土保持措施能够有效减少水土流失,是土壤侵蚀过程中的一个重要影响因子。以北京市延庆县水土保持科技示范园的径流小区观测数据为基础,利用WEPP模型模拟了坡面不同水土保持措施下的侵蚀量,结果表明:(1)植被盖度与侵蚀量呈负相关关系,植被盖度越高侵蚀量越少,当盖度>50%时侵蚀量会显著减少,且植被有效盖度的阈值为70%;(2)梯田的土壤侵蚀过程主要发生在田坎处,水平田面几乎没有水土流失,侵蚀量与田坎高成正比,与田面宽成反比。在北方土石山区,水平梯田田坎高度不宜超过2.5 m,田面宽不宜小于5 m;(3)粮—草间作能有效减少土壤侵蚀量,且草带所占比例越大减蚀效益越好。在水土保持为主的坡耕地上适合推广粮:草比为2:4的间作配置模式。研究结果对于北方土石山区的土壤侵蚀研究以及水土保持措施的配置具有一定参考意义。

聚乙二醇模拟干旱胁迫对国槐种子萌发和幼苗生理特征的影响

国槐(Sophora japonica)是我国北方常见的造林绿化树种,在园林绿化植物的人工栽植环境中,了解其抗逆生理响应与抗逆能力强弱,以期为国槐人工栽植幼苗保育工作提供参考依据。本试验以国槐种子和3月龄国槐幼苗为研究对象,采用聚乙二醇(PEG6000)模拟干旱胁迫环境,分析在不同质量浓度PEG6000溶液(0,100,200,300g/L)条件下,国槐种子萌发生长情况与幼苗生理指标。结果表明:(1)种子的萌发和生长随着PEG6000溶液浓度的增加而受到明显的抑制,但100g/L浓度下,胚根长度及芽苗鲜重均有一定的增加;(2)国槐叶片相对电导率为16.75%～-59.44%,且随PEG6000溶液浓度的增大呈先下降后上升的趋势,PEG6000溶液浓度为300g/L时,其相对电导率最高,并与其余各组存在显著差异(P<0.05);(3)国槐叶片游离脯氨酸含量为0.17～3.85μg/gFW,且随着PEG6000溶液浓度的增加显著升高(P<0.05),溶液浓度为300g/L时,游离脯氨酸含量为对照组的23.25倍;(4)叶片丙二醛浓度为0.83～0.95μmol/L,且随着PEG6000溶液浓度的增加而增大,各组与对照组之间均有显著差异(P<0.05);(5)植株体温随着PEG6000溶液浓度的增加而升高,植株平均温度变化范围为25.54℃～29.81℃,且叶片状态从饱满至萎蔫。综上,0～300g/L的PEG模拟干旱胁迫范围内,高于100g/L浓度胁迫时国槐种子萌发生长受到明显的抑制,300g/L的干旱胁迫使得植株幼苗生理状态受损严重。

2种扦插护岸植物根系对土壤结构的改良效应

以坡面5年生金丝柳和毛白杨为研究对象,采用土柱法测定2种扦插植物的根系分布特征,并应用Le Bissonnais法中快速湿润处理测定2种扦插植物不同土层土壤水稳性团聚体稳定性和可蚀性特征,测定指标包括:>0.25 mm土壤水稳性团聚体含量(R0.25)、土壤团聚体平均质量直径(MWD)和土壤可蚀性因子K值。分析坡面2种扦插植物根系分布特征及其对土壤团聚体的影响,结果表明:1)扦插植物根系集中分布在树干周围0~40 cm土层内,以>5 mm的粗根为主;2)在0~100 cm土层,根系含量、土壤团聚体稳定性和抗侵蚀能力均随土层深度的增大而减小;3)金丝柳根系在提高土壤团聚体稳定性和抗侵蚀能力方面强于毛白杨;4)扦插植物R0.25与<1 mm根系含量均呈现显著正相关关系,说明根系改善土壤团粒结构的性能主要取决于<1 mm根系含量。

污泥添加园林废弃物堆肥过程参数变化及腐熟度综合评价

为研究污泥添加园林废弃物混合堆肥过程中相关参数变化及腐熟度综合评价,选取表观指数、堆肥高温期(≥55℃)持续时间、p H值、碳氮降解率、种子发芽指数等5项评价指标,运用模糊综合评价法和灰色聚类法,综合评价了7种不同工况(添加的园林废弃物体积分别占总堆肥体积的0%、10%、20%、30%、40%、50%和60%,依次记为工况S、G1S9、G1S4、G3S7、G2S3、G1S1、G3S2)堆肥样品0~60 d的腐熟程度,为研究北京市污泥处理处置和污泥堆肥腐熟度的评价提供科学依据。结果表明,(1)堆肥过程中,温度、p H值、种子发芽指数整体呈现先增大后减小再稳定的过程,碳氮降解率呈先增大后稳定的规律。其中,工况G2S3堆肥高温期持续时间较长(16 d),p H值升高和下降速度都比较快,碳氮降解率、种子发芽指数都大于其他工况。(2)模糊综合评价法结果显示工况S和工况G1S9均为基本腐熟,而灰色聚类法评价结果均为未腐熟;两种评价方法均显示,工况G1S4、G3S7,最终达到较好腐熟;工况G2S3、G1S1、G3S2在第27天达到完全腐熟。(3)模糊综合评价法和灰色聚类法都综合考虑了各参数对堆肥腐熟度的影响,但权重计算方法不同,前者主要根据实测值确定权重,强调极值的作用,导致实测值小的指标失去评价的作用;后者主要根据评价标准值来确定权重,权重隐含在变化幅度不同的各级标准值中。综合考虑,灰色聚类法更适用于污泥添加园林废弃物堆肥腐熟度评价。综上所述,工况G2S3使污泥与园林绿化废弃物均能得到最大化利用,且能促进堆肥腐熟,取得较好的堆肥效果。

复合添加剂对污泥堆肥化重金属形态及生物有效性的影响

通过添加不同比例粉煤灰(0%、5%、15%、25%、35%)和生石灰(0%、1%)进行污泥堆肥试验,并将堆肥产品应用于玉米幼苗盆栽试验,研究不同处理对污泥堆肥产品重金属(Zn、Cu、Cd、Ni)形态分布和生物有效性的影响。研究结果可为粉煤灰和生石灰复合添加剂在城市污泥堆肥中的应用提供基础资料和科学依据。结果表明,(1)污泥堆肥过程中,p H值整体呈现上升-稳定下降-稳定的变化规律,重金属Zn、Cu、Cd、Ni含量因稀释效应呈现轻微下降;添加35%粉煤灰和1%生石灰处理,重金属Zn、Cu、Cd、Ni含量达到最小值,分别为611.20、226.18、1.49、68.74 mg?kg^(-1)。(2)Zn、Cd、Ni主要以残渣态形式存在,Cu主要以有机结合态形式存在。随着粉煤灰添加量增加,残渣态、有机结合态、铁锰氧化态Zn、Cd和残渣态、有机结合态Ni含量逐渐增大,交换态、碳酸盐态Zn、Cd、Ni含量逐渐减小,重金属生物有效性下降。(3)施用添加25%粉煤灰和1%生石灰的污泥肥料后,玉米地上部分干重最大为21.2 g,玉米重金属Zn、Cu、Ni、Cd含量均达到最小值19.44、13.73、0.08、0.45 mg?kg^(-1),基质重金属Zn、Ni分别达到最小值79.44、0.75 mg?kg^(-1)。以上结果说明,添加粉煤灰和生石灰进行污泥堆肥化对重金属总量影响不大,但能有效改变重金属形态,降低重金属生物有效性。其中,添加25%粉煤灰与1%生石灰污泥堆肥产品,有利于重金属由不稳定态转变成稳定态,也最有利于玉米幼苗生长。

环境因子对北京低山区低效林林下植被物种组成和丰富度的影响

本文探讨了北京低山区油松、刺槐、侧柏3种典型低效林林下植物组成和物种丰富度与环境因子之间的关系,以揭示不同层次物种组成对环境因子的响应,确定影响灌草2层物种丰富度的主要环境因子。在北京低山区设置34个样地进行群落学调查的基础上,运用CCA排序法分析灌木和草本2层的物种组成与海拔、坡向、坡位、坡度、郁闭度共5个环境因子之间的关系,偏CCA测算各环境因子的重要程度,灰色关联度评估各环境因子对物种丰富度的作用大小。结果表明:海拔和坡度对灌木层物种组成的净效应达到显著水平(P<0.05),郁闭度对草本层物种组成的净效应达到显著水平(P<0.05)。坡度与灌木层物种丰富度的灰色关联度值为0.734,海拔与草本层物种丰富度的灰色关联度值为0.700。灌草2层的物种组成和物种丰富度对环境因子的响应存在差异,海拔和坡度是影响灌木层物种组成最主要的环境因子,郁闭度是影响草本层物种组成最主要的环境因子;坡度和海拔分别是影响灌木层和草本层物种丰富度最主要的环境因子。

不同年龄刺槐枝、干和根的物理力学性质对比

【目的】研究不同年龄刺槐枝、干和根的物理力学性质差异,为提升其附加价值及其资源综合利用率提供理论支持和试验依据。【方法】测定不同年龄刺槐枝、干和根的密度、顺纹抗压强度、抗弯强度和抗弯弹性模量4项物理力学性质,利用SEM图像和化学成分解释枝、干和根间强度差异的原因。【结果】同株刺槐气干密度枝>干>根,随年龄增大,枝、干和根密度呈增大趋势,但增大幅度减小;刺槐枝气干密度略高于中等密度,干和根气干密度属于中等密度;同株刺槐枝、干和根顺纹抗压强度、抗弯强度和抗弯弹性模量从大到小依次为干>枝>根,随年龄增大,枝、干和根顺纹抗压强度、抗弯强度和抗弯弹性模量呈增大趋势,但增大幅度减小。纤维素含量与力学强度呈正相关,木质素含量与力学强度呈负相关。刺槐根纤维素含量大于枝和干。【结论】10年生以上刺槐,干可作为承重木结构原木用材;枝力学强度略低于干,在满足用材尺寸要求的前提下可作为一般结构用材;根可作为小尺寸的装饰结构性用材。刺槐根纤维素含量较高,可用于中密度纤维板制作。

下层修枝对树种水分截留特性的影响

本文以6种典型造林树种侧柏(Platycladus orientalis)、油松(Pinus tabuliformis Carr.)、栓皮栎(Quercus variabilis Blume)、五角枫(Acer elegantulum Bunge)、白皮松(Pinus bungeana Zucc.)和黄栌(Cotinus coggygria Scop.)为研究对象,目的在于探究下层修枝抚育处理对树种林冠截留特性的改变规律。实验采用自制的林冠截留量测定装置配合室内人工模拟降雨的方法,高精度地得出了林冠截留的过程数据。结果表明:1)下层修枝对于针叶树种的林冠截留特性影响大于阔叶树种,五角枫和黄栌对于下层修枝的响应不敏感; 2)修枝去除的下层枝叶中,阔叶树种下层叶的截留能力显著强于下层枝,而针叶树种下层枝和下层叶的截留能力相当; 3)在树下铺设密度为0. 35 kg/m^2枯落物之后,树木修枝前后的最大水分蓄持量和有效水分蓄持量减少量在10%以下。因此可知:针阔叶树种林冠截留特征对下层修枝响应强度不一,主要体现在针叶树种响应强度大于阔叶树种,下层枝和下层叶截留能力存在差异。林下铺设枯落物可以有效降低下层修枝对树木截流量的影响。

晋西黄土区陡坡植被自然恢复评价

为了解黄土沟壑区35°以上陡坡植被的恢复状况,本文结合遥感和GIS技术,采用野外调查方法,于2016年6—8月,选取山西吉县蔡家川流域35°以上的阴坡、半阴坡、阳坡、半阳坡等无人为干扰的100个陡坡样地进行植被群落调查,在划分立地类型的基础上,以空间代替时间的方法分析陡坡各立地的植被覆盖度、群落恢复度(RD)和恢复速度的变化。结果表明:陡坡立地共分为3个立地类型组,分别为Ⅰ组(35°~45°)、Ⅱ组(45°~55°)和Ⅲ组(>55°);Ⅰ组和Ⅱ组植被覆盖度和生物量与Ⅲ组差异均显著(P<0.05);陡坡植被恢复在早期阶段(RD为0.1~0.3)群落恢复度较低但恢复速度快;在中期阶段(RD为0.3~0.7),恢复度、恢复速度中等;在后期阶段(RD>0.7),恢复度较高,恢复速度慢;Ⅰ组、Ⅱ组和Ⅲ组植物群落自然恢复的策略不同,Ⅰ组和Ⅱ组植被在恢复前期恢复速度最快,Ⅲ组植被在后期恢复速度较快;Ⅰ组和Ⅱ组中已存在恢复度达到0.8以上的群落,植被自然恢复的效果良好,而Ⅲ组群落最大恢复度仅达到0.5,植被自然恢复的效果并不明显。