南京新济洲国家湿地公园湿地生态系统健康评估

湿地生态系统健康评估可为湿地公园修复和管理提供理论依据。基于2020年新济洲国家湿地公园综合考察和数据分析,从湿地自然环境、生态功能、社会环境3个方面选取了12个指标,采用层次分析法和模糊综合评价法评估了新济洲湿地生态系统的健康状况。结果表明:新济洲湿地生态系统的健康综合指数为0.702,处于Ⅱ级健康水平,健康状态良好;自然环境、生态功能的健康综合指数分别为0.719、0.707,处于Ⅱ级健康水平;社会环境的健康综合指数为0.592,处于Ⅲ级亚健康水平。湿地生态系统健康的主要制约因素为水质状况和人类活动强度,建议实时监测水质污染情况,加强湿地公园管理体系和建设施工的管控,减小施工对湿地环境的影响。

麦田间作大蒜减排温室气体:兼顾经济环境效益

为应对气候变化,实现农业减排,发展生态农业,提高土地资源利用率,于2013-2014年在南京信息工程大学农业气象试验站,进行冬小麦-大蒜间作小区温室气体减排试验,研究冬小麦间作大蒜对麦田CH4排放通量的影响,并对其经济与环境效益进行比较分析。结果表明:对冬小麦生长,冬小麦田间作大蒜能分别提高小麦植株鲜质量、穗质量、千粒质量134.67%、2.20%、3.51%;与对照单作小麦处理相比,间作大蒜处理下单位面积农田投入与产出比从1∶9.8提高到1∶16.7,即在相同投入成本的情况下,产出提高70.41%;对小麦间作大蒜处理下,在小麦抽穗期和灌浆期,比对照处理的土壤CH4排放通量分别减少38.35%、16.59%;在小麦整个生长季内,土壤CH4排放通量累计减少了53.45%。研究显示,大蒜-小麦种植模式,不仅可以提高冬小麦的产出,还同时减少土壤CH4的排放,减缓温室效应,具有节能减排、提高经济环境效益双重功能,是发展可持续生态农业的一个重要途径。

单原子铜改性氮化碳光芬顿降解水体中盐酸四环素及其机理研究

本研究采用一步热解法合成了单原子铜改性的氮化碳光催化材料(Cu-CN),并通过同步辐射X射线吸收谱、高分辨透射电子显微镜、电子顺磁波谱和光致发光光谱等表征手段对该催化剂性质及其光芬顿降解抗生素盐酸四环素(Tetracycline,TC)降解机理进行深入研究。结果表明:Cu-CN可以在30 min内降解超过90%的TC,反应速率常数达到0.00993 min^(-1),是未改性氮化碳催化剂的7.76倍,单原子Cu的引入可以显著提升氮化碳的光催化活性。同步辐射X射线吸收谱结果显示形成的Cu-N键可快速将光生电子传递给Cu,促进电子空穴空间分离,从而提升光催化活性;同时Cu(Ⅰ)与Cu(Ⅱ)的循环还可以迅速活化双氧水产生羟基自由基(·OH)。光生电子、空穴和·OH参与了TC降解反应,其中空穴起主导作用。在实际水体中,Cu-CN光芬顿体系依然有良好的TC降解效果,说明该催化剂具有很好的环境适应能力和实际应用前景。

水稻秸秆生物质炭对土壤磷吸附影响的研究

以水稻秸秆为原料,分析了不同热解温度下所制备的生物质炭的性质,并采用批处理法,分析了生物质炭添加量和不同热解温度制备的生物质炭对土壤磷吸附特性的影响。结果表明:随着热解温度的升高,生物质炭的碳化程度、比表面积和磷含量增加。添加生物质炭显著减少了土壤对磷的吸附量,而且随着生物质炭热解温度的增加,土壤对磷的吸附量显著增加。Langmuir方程和Freundlich方程都能够较好地拟合添加生物质炭土壤的磷等温吸附曲线。准一级动力学方程和准二级动力学方程可较好地描述添加生物质炭土壤的磷吸附动力学行为。通过以上研究结果可知,水稻秸秆生物质炭可以减少土壤对磷的吸附并增加土壤有效磷的含量,因此在土壤磷肥肥效改良方面具有一定的应用潜力。

纳米Fe_(3)O_(4)/生物炭活化过硫酸盐降解盐酸四环素

为找到经济有效且环保的自由基激发剂,以激发过硫酸盐(PS)氧化降解有机污染物,本研究制备了纳米Fe_(3)O_(4)/生物炭(BC)复合材料,并对其进行表征,检验其激发PS氧化降解水中盐酸四环素(TCH)的效果。结果发现,质量比为1∶4、1∶2和1∶1的纳米Fe_(3)O_(4)/BC复合材料均能有效激发PS氧化降解TCH,降解4 h后,TCH浓度分别减少了80.1%、82.5%和86.5%,而单一纳米Fe_(3)O_(4)和单一BC处理的TCH浓度仅减少了67.7%和61.8%。阴离子HCO_(3)^(-)和H_(2)PO_(4)^(-)显著抑制TCH降解,且HCO_(3)^(-)比H_(2)PO_(4)^(-)的抑制作用更强,而Cl-和NO-3促进TCH降解。淬灭试验及电子自旋顺磁共振(EPR)检测表明,该降解过程中单线态氧(^(1)O_(2))是主要活性物质,其次是羟基自由基(·OH)。当重复使用第3次时,质量比为1∶4、1∶2和1∶1的纳米Fe_(3)O_(4)/BC复合材料对TCH的去除率仍达70%以上。因此,纳米Fe_(3)O_(4)/BC复合材料是一种很有应用潜力的PS激发剂,可实现TCH的快速氧化降解。

活性氧降解水中乐果效率及机理分析

近年来农药厂搬迁后残留厂区土壤及水体中有机磷农药污染已经成为广泛关注的环境问题,有机磷农药在水体中的毒性持久性、中间产物高毒性等对环境生态和人体健康造成危害。该文采用实验室臭氧高级氧化技术降解水中乐果,由于臭氧在水中与部分有机物等形成多种自由基,该方法降解效率高、无二次污染风险,是绿色高效的降解方式。结果表明,臭氧通入纯水中,可以产生各种自由基等活性氧,通气20 min内可以降解水中近89.72%的乐果,但是过长时间的通气,臭氧降解并不能达到更高的降解率。在乐果污染程度越低的水体中,短时间的臭氧处理即可达到较高的降解效率。根据试验结果推测,臭氧产生的活性氧等对水中乐果的降解过程主要分为4种,包括P=S键的断裂、P-S键的断裂、S-C键的断裂和C-N键的断裂,形成相应的中间产物,再进一步氧化成相应的氧化物,C原子彻底氧化成CO。可以将活性氧用于进一步降解土壤地下水中有机磷农药的降解和污染治理。

凹凸棒石–稻秸复合材料的制备及其对污染土壤中镉钝化效果的研究

为提高凹凸棒石(ATP)在土壤重金属修复中的性能,以ATP和水稻秸秆(稻秸)为原料,通过厌氧发酵法制备了ATP占稻秸质量分别为25%(F-25)、50%(F-50)、75%(F-75)、100%(F-100)和125%(F-125)的ATP–稻秸复合材料,研究了复合材料对污染土壤镉(Cd)的钝化效果。通过扫描电镜(SEM)和傅立叶红外光谱(FTIR)对复合材料进行了表征,探讨了复合材料对土壤Cd的钝化机制。结果表明,复合材料减少了土壤可交换态、碳酸盐结合态及铁锰氧化物结合态Cd的含量,而增加了残渣态Cd的含量,其中,F-25分别使土壤可交换态、碳酸盐结合态及铁锰氧化物结合态的Cd含量减少了14.11%、5.95%和10.66%,而残渣态增加了29.15%。3%添加量的复合材料F-25或5%添加量的复合材料F-50对土壤Cd的钝化效果较好,钝化率分别为59.88%和62.50%。复合材料对土壤Cd的钝化率随着钝化时间的延长急剧增加,但15 d后,钝化率增加缓慢。综合考虑复合材料配比、修复材料添加量及钝化时间对土壤Cd钝化效果的影响并兼顾成本,在污染土壤Cd修复时,应优先考虑复合材料F-25并推荐3%的添加量。

一株二甲基二硫醚降解菌的筛选、鉴定与降解性能

为了能够得到高效降解二甲基二硫醚(Dimethyl disulfide,DMDS)的菌种资源,降低其残留在环境中带来的不利影响,从苏州某废弃农药厂附近的土壤中分离、纯化出一株能够降解DMDS的细菌,并对该细菌进行分子生物学和生理生化鉴定,研究其在不同的初始浓度、转速、pH、温度及外加碳氮源条件下的降解性能。结果表明:将分离纯化得到的DMDS降解菌命名为SZT-1,经过表型分析及16S rDNA基因序列同源性比对鉴定,该菌株序列与芽孢杆菌属(Bacillus Cohn)有98%以上的同源性。SZT-1菌株可以在以DMDS为唯一碳源的无机盐培养基中生长,56 h后进入生长稳定期。经摇床接种培养和一级动力学分析,接种SZT-1可以有效提高DMDS的降解速率,使其半衰期由346.5 h缩短至86.6 h^(-1)通过单因素环境条件分析,该菌株在DMDS初始浓度为250mg·L^(-1),转速为130 r·min^(-1),pH为5,温度为30℃,外加碳源为淀粉,外加氮源为蛋白胨时,对DMDS的降解效果最佳,降解率达50%。试验首次提出了SZT-1对DMDS具有一定的降解效果,在进行相关技术完善后,有望用于治理土壤、地下水中DMDS带来的危害。

植物叶表大气降尘的采集和定量分析方法研究

随着工业化和城市化的快速发展,大气颗粒物污染形势严峻,对人体健康和生态环境都造成危害,其中危害植物的典型形式就是叶表降尘。虽然植被具有净化空气的滞尘能力,但是大气降尘也会在植物叶片表面长期积累进而通过影响光合作用、阻塞气孔等对植物的正常生长或作物产量造成不利影响。因此,作物叶表降尘的采集方法和降尘特征研究具有十分重要的现实环境意义,然而由于叶表降尘的"微量"特点,目前可行的能准确收集全部叶表降尘并进行定量的方法非常少,而且通常不能获得降尘样品供后续分析使用。该方法利用针筒与针头过滤器组合将降尘直接洗入针筒并通过微孔滤膜截留,再用叶面积仪确定单位叶面积降尘量,避免了降尘损失和称量误差,且能完整定量收集降尘样品供重金属污染物成分等物理化学分析,在环境科学和生态保护领域具有广泛的应用前景。

磷石膏对麦田CO_2排放和小麦产量的影响及其经济环境效益分析

磷石膏是一种可以利用的磷化工废渣,本文以磷石膏为麦田温室气体减排剂,研究磷石膏对小麦生长、麦田温室气体二氧化碳(CO2)排放的影响,并分析磷石膏资源化利用的经济环境效益.结果表明,在常规施肥条件下,增施磷石膏2 100kg·hm-2能显著促进小麦生长,增产达37.71%.磷石膏对麦田CO2的减排作用在小麦生长的各个时期有所不同:施用磷石膏1 050 kg·hm-2处理,在小麦生长拔节期、抽穗期和灌浆期对麦田CO2的减排效果较为明显,相比对照分别减少8%、10%和6%;在整个小麦生长季累计减少CO2排放3%;施用磷石膏2 100 kg·hm-2处理,在小麦越冬返青期、拔节期和抽穗期,相比对照减少CO2排放11%、4%和12%,在小麦生长季累计减少CO2排放7%.磷石膏施用量较大的处理对CO2的抑制和减排效果较好.研究还表明在施用磷石膏的情况下,一定范围内,CO2的排放强度(单位鲜重CO2排放与单位产量CO2排放)与小麦穗长、鲜重和产量呈现显著负相关:即穗长越长,鲜重和产量越大,CO2的排放效率越低.在碳交易背景下,磷石膏资源化利用具有较高的经济和环境效益,主要体现在:与对照相比,投入/产出从1∶8.3变为1∶10.7,即在相同投入的情况下可提高28.92%的产出;每吨磷石膏作为麦田温室气体减排剂,可节省治理环境的费用与增产总额合计约290元.废渣磷石膏资源化利用,不仅可以减少环境污染、促进小麦生长,而且可以减少CO2排放,对发展低碳农业、生态农业以及可持续发展农业具有重要应用价值.

南京市绿地土壤重金属分布特征及其污染评价

为了解南京市主城区绿地土壤中重金属污染现状,分析了南京市主城区绿地表层土壤5种重金属元素(Cr、Cu、Zn、Pb和Cd)的含量状况及其空间分布特征,并利用单因子污染指数法、内梅罗综合指数法及潜在生态风险指数法对重金属的污染程度及其潜在生态风险进行了评价.结果表明,南京市主城区绿地土壤中5种重金属元素的平均含量均高于南京市土壤背景值,单因子污染等级依次为Cd>Pb>Cr>Cu>Zn,平均内梅罗综合指数为2.72,土壤呈中度污染水平.土壤重金属元素(Cr、Cu、Zn和Pb)的单项生态风险指数都小于10,具有轻微风险,而Cd的生态风险指数达到了97.32,具有强风险;综合潜在生态风险指数<150,总体属于低生态风险.5种重金属元素在空间上呈斑块状分布,Cr、Cu、Zn和Pb含量高值区域集中在城区东北部的绿地,Cd含量高值区集中在西南部及西北部绿地.通过本研究可知,南京市主城区绿地土壤中Cd的污染较为严重,在城市生活中需引起重视.

太阳辐射减弱对水稻光合生理特性和中微量元素积累的影响

近年来雾霾等大气环境污染问题突出,气溶胶导致到达地表的太阳辐射强度降低,对农作物生长造成了较大影响。为了探讨太阳辐射强度降低对粮食作物生理特性和矿质元素营养的影响,本研究以‘南粳5055’水稻品种为供试材料,采用田间随机区组设计,通过不同程度遮光处理模拟弱光环境(CK,不遮光对照;Y1、Y2遮光率分别为19%、45%),研究了在水稻关键生育期(拔节期、抽穗期、灌浆期)内叶绿素含量(SPAD)、叶面积指数(LAI)、叶片净光合速率、产量和籽粒中、微量金属元素(Ca、Mg、Fe、Zn、Mn、Cu)含量的响应特征。结果表明:全生育期内遮光处理抑制了水稻光合作用产物的合成,降低了叶面积指数;但在生育前期对叶绿素含量无显著影响,在生育后期则显著增加。两种遮光处理下水稻的千粒重较CK分别降低了14.4%和18.4%,结实率降低了4.3%和12.9%,从而导致水稻产量下降,且随着遮光程度增加,水稻减产率加大,产量分别下降了58.5%和66.4%。遮光处理籽粒糙米和颖壳中金属元素含量升高,尤其微量元素含量显著上升。可见,遮光对水稻生长产生了不利影响,最终使其减产,并使Cu、Mn等重金属元素含量增加,这可能造成污染风险进而对人体健康造成威胁,因此,太阳辐射减弱对作物产量和品质的影响需要综合评价。

不同来源生物炭对土壤磷吸附解吸的影响

主要研究了水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆、花生壳四种来源的生物炭对土壤磷吸附解吸的影响。研究结果表明:生物炭对土壤磷吸附的影响取决于土壤溶液中磷的浓度,与对照相比,在中低磷浓度(0~90 mg L-1)时,四种生物炭对土壤磷的吸附影响较小,而在较高磷浓度时,小麦秸秆生物炭和花生壳生物炭均抑制了土壤磷的吸附,而水稻秸秆生物炭和玉米秸秆生物炭均能促进土壤磷的吸附。吸附动力学试验表明,在反应开始的4小时内,土壤对磷的吸附较快,吸附量基本达到平衡吸附量的50%;到达吸附平衡时,添加生物炭能够降低土壤对磷的吸附量,四种生物炭对土壤磷的吸附量依次为:小麦秸秆>玉米秸秆>花生壳>水稻秸秆。此外四种生物炭都能促进土壤中磷的解吸,其中玉米秸秆的促进效果最为显著,解吸量比对照高1.76倍。Langmuir方程和Freundlich方程都能很好地拟合生物炭存在下土壤磷的吸附等温线(P<0.01),Freundlich拟合程度要比Langmuir方程的高。准一级动力学方程和准二级动力学方程都能很好地描述生物炭存在下土壤磷的吸附动力学(P<0.01)。

不同品种水稻对砷的吸收转运及其健康风险研究

为了比较不同品种水稻砷的积累特点,筛选可食用部分低砷积累水稻品种,研究通过盆栽试验,分析了江苏省常见的11个水稻品种根、茎、叶、谷壳和籽粒中的砷含量、砷的转运系数和根表铁膜厚度及其对砷固持的影响,并预估了不同品种水稻籽粒砷的健康风险。结果表明,不同品种水稻各部位的砷含量差异显著(P <0.05),泰瑞丰5号籽粒中的砷含量最高,而镇稻16号籽粒中的砷含量最低,后者大约是前者的一半。砷在水稻相邻部位的转运系数存在品种间差异(P <0.05),砷在水稻叶与籽粒间的转运系数最大的水稻品种是泰瑞丰5号,最小的是镇稻16号。根表铁膜量在不同品种间差异显著(P <0.05),其中淮稻6号的铁膜量是武运粳23的2.17倍。根表铁膜量与铁膜中的砷含量及水稻根叶中的砷含量均呈显著正相关关系(P <0.05)。不同水稻品种间的目标风险指数(THQ)也存在显著差异,其中泰瑞丰5号的THQ值最高,而镇稻16号的THQ值最低,两者相差0.99倍。研究表明,镇稻16号由于较低的砷吸收和转运能力,在中低砷污染土壤上种植风险较小,而泰瑞丰5号风险最大。

臭氧污染对水稻生长、产量及矿质金属元素含量的影响

地表臭氧(O3)浓度升高造成的空气污染是日渐关注的重要环境问题,既直接危害人体健康,也影响农业生态系统,威胁农作物的生长发育和农产品品质,其中矿质金属元素含量由于同时涉及微量营养元素和有害重金属而尤为重要.本研究开展了O3浓度升高处理(维持100 nL·L^-1)的开顶箱(OTC)田间试验,通过2个水稻品种的作物生长监测和采样分析比较,探讨了O3污染对水稻生长、产量及籽粒矿质金属元素含量的影响.结果表明,高浓度O3抑制了南粳5055和扬稻6号两种水稻叶片的光合作用并降低了叶绿素含量和叶面积指数,进而导致稻谷产量下降,与自然空气对照相比分别减产45.5%和28.6%;但收获籽粒的糙米和颖壳中大部分矿质金属元素含量升高,与对照相比增幅分别达3.6%~19.8%和3.9%~36.0%,因而由此导致的微量元素缺乏或重金属污染等相关粮食品质安全影响需要综合评价.