黄石市磁湖水体溶解性有机物的时空分布特征

利用三维荧光光谱技术(EEMs)结合平行因子分析法(PARAFAC)研究了磁湖水体溶解性有机物(DOM)的时空分布特征及其来源,以期为城市富营养化湖泊的治理提供参考。结果表明:(1)磁湖水体DOM主要由陆源类腐殖质组分C1(340/430 nm)、不明腐殖质组分C2(390/480 nm)、类蛋白物质组分C3(290/350 nm)以及自生源类色氨酸组分C4(280/330 nm)这4种荧光组分组成。其中C1对磁湖DOM的贡献最大,C4最小。(2)4种组分存在时空差异,各组分最大荧光值(F max)在夏秋季较高,冬春季较低,其中组分C1变化最明显,C3次之;在空间分布上,靠近居民区的湖区F max值较高,反之较低,组分C1变化最明显。(3)磁湖水体DOM的组成成分主要来源于各类腐殖质,其次为微生物降解的内源类蛋白物质。(4)组分C1、C2、C3呈显著正相关性,表明它们具有同源性。(5)吸收系数a 350与叶绿素a(Chl-a)浓度呈极显著正相关性,表明磁湖水体DOM的荧光吸收与浮游植物密切相关。

城市湖泊富营养化及氮磷平衡研究——以湖北省黄石市青山湖1湖区为例

[目的]监测分析湖北省黄石市青山湖上游区域水质状况,为其生态修复提供依据。[方法]以青山湖1#子湖区为例,采用综合营养状态指数法对其富营养化水平进行评价,依据物质平衡原理估算出青山湖上游区域氮磷收支状况。[结果]①青山湖上游区域水体总氮、总磷年均浓度为2.45,0.200 mg/L;②青山湖上游区域水体达到中度富营养化水平;③上游来水是氮磷入湖主要来源;④氮入湖总量6115.40 kg/a,出湖总量1939.51 kg/a;⑤磷入湖总量411.14 kg/a,出湖量总量198.21 kg/a;⑥总磷、总氮截留率分别为68.28%,51.79%。[结论]为防止青山湖上游区域富营养化程度加重,建议对上游来水采用生态浮床的措施,在净化水质,达到外源清水入湖的同时还能改善景观。在排口附近湖水区域,可采取高效原位强化净化处理措施。

揭示NiS@Ta_(2)O_(5)纳米纤维中梯型电荷转移路径及光催化CO_(2)转化性能

近年来,人口的快速增长和化石燃料的过度使用导致大气中的CO_(2)含量持续上升.光催化技术是可以解决上述问题的有效途径之一.利用光催化技术将大气中CO_(2)还原为以CO,CH_(4),CH_(3)OH为代表的气相或液相碳氢燃料是解决能源危机和温室效应的有效策略.为实现高效率光催化CO_(2)还原反应,半导体光催化剂应具有光吸收范围广、载流子传输路径短及反应活性位点丰富等优点.一维纳米结构光催化剂结合了纳米颗粒和薄膜的优点,有利于材料在光催化反应后从体系中有效分离.特别是通过静电纺丝法制备的纳米纤维光催化剂可以组装成独特的三维网络,在光催化CO_(2)还原领域中更有利于光催化剂的重复使用.一维Ta_(2)O_(5)纳米纤维能够有效缩短光生电子从材料内部到材料表面的传输距离,减少电子和空穴在光催化剂中的复合.但Ta_(2)O_(5)的带隙较宽,导致光响应范围窄,而且在单一的半导体材料中,宽可见光吸收范围和强氧化还原能力难以共存.NiS是一种直接带隙硫化物半导体光催化剂,拥有较宽的光响应范围.为了提高单一Ta_(2)O_(5)纳米纤维的光催化活性和光吸收范围,构建梯型异质结已被证实是提高光催化活性的一种有前途的策略.梯型异质结不仅能有效地分离光生电子和空穴,而且有利于还原能力低的半导体导带上的电子和氧化能力低的半导体价带上的空穴复合,而氧化还原能力较强的空穴和电子分别被保留.因此,构建新型梯型NiS@Ta_(2)O_(5)异质结纤维光催化剂可以解决太阳能利用率低和光生载流子复合速率快的问题,在光催化还原CO_(2)领域具有重要的理论和现实意义.本文利用简单的静电纺丝辅助离子交换策略制备了一系列梯型NiS@Ta_(2)O_(5)异质结光催化剂(标记为xNSTO,x=10,20,50,代表Ni(OH)2@Ta_(2)O_(5)中Ni(OH)_(2)的百分含量),采用透射电子显微镜(TEM)和能谱分析观察了光催化剂的形貌及元素分布,结果表明,二维NiS纳米片生长在一维Ta_(2)O_(5)纤维上形成均匀分布的核-壳结构.光电流、表面光电压谱及阻抗响应图谱表明,NSTO复合材料具有较高的光响应和较低的阻抗,有利于电子空穴的运输.光催化CO_(2)还原测试结果表明,20NSTO催化剂拥有最高的CO_(2)光还原活性(CO产率43.27μmol g^(-1)h^(-1);CH_(4)产率6.56μmol g^(-1)h^(-1)).同时,催化剂经过10次循环测试后催化活性没有明显下降,说明光催化剂具有较好的稳定性.此外,界面内建电场、能带边缘弯曲和库仑协同作用促进了NiS@Ta_(2)O_(5)异质结光催化剂相对无用的电子和空穴的复合.原位辐照X射线光电子能谱测试和电子顺磁共振实验结果表明NiS@Ta_(2)O_(5)异质结光催化剂中的电子迁移遵循梯型电荷转移路径.综上,本文提供了一种简单的纳米纤维基梯型异质结光催化剂的制备方法,可以优化能带结构以促进光生载流子的分离,从而实现高效的太阳燃料制备.

收割强度对粉绿狐尾藻生长和水质的影响

研究5种收割强度对粉绿狐尾藻生长和水质的影响,为沉水植物调控管理提供参考。设不收割组作为对照组,收割组收割强度分别为株高的15%、30%、45%、60%和75%。将收割的植物称量干重和鲜重,统计株高、分枝数,测定新生枝条的恢复长度。每次收割前1 d对所有处理组的水样进行水质测定。结果表明:(1)收割对粉绿狐尾藻枝条生长恢复和株高影响显著(P<0.01)。对照组最终株高最高,达到187.0 cm,并在水面形成冠层。第1次收割后20 d,低强度(15%和30%)收割组恢复或超过收割前水平,中强度(45%)收割组枝条全部恢复,但高强度(60%和75%)收割组的恢复率明显低于低、中强度收割组,恢复率分别为80.68%和62.00%。第2次收割后20 d,15%和30%收割组的粉绿狐尾藻全部恢复,45%收割组的恢复率为91.44%,高强度收割组的恢复率明显降低,恢复率分别为76.09%和42.22%,至实验结束时高强度收割组都未恢复。随着收割频次的增加,枝条恢复的时间延长。(2)收割减少了粉绿狐尾藻分枝数。对照组分枝数最高,达到6.9枝/株,15%~75%收割组分别为4.3、4.0、3.6、2.2和1.8枝/株。(3)收割显著降低了粉绿狐尾藻的生物量(P<0.01)。15%~75%收割组的生物量分别下降为对照组的10.11%、3.23%、2.47%、2.29%和0.80%。(4)粉绿狐尾藻收割对水质影响显著。收割后,水体中总氮、总磷浓度降低,且收割强度与收割次数对氮磷浓度影响显著(P<0.01)。与第1次收割相比,第2次收割后,15%收割组总氮、总磷浓度分别较前次下降13.63%和24.82%,30%收割组下降12.90%和22.87%,45%收割组下降8.24%和25.04%,高强度(60%和75%)收割组下降6.66%和34.91、9.64%和17.64%。收割强度会对水体中悬浮颗粒物(SS)和叶绿素(Chl-a)有影响,高强度收割使得水体中的SS和Chl-a含量明显升高。收割对控制粉绿狐尾藻生长效果明显,结合水质指标,以低强度收割2~3次为宜。

尹家湖夏季水体光学特性研究

为探究夏季水体光学特性及其影响因素,以期为大冶城市湖泊沉水植物的恢复提供参考,采用野外调查和室内分析方法,于2017年夏季对湖北省大冶市典型城市湖泊尹家湖进行了研究,得到以下结果:①尹家湖夏季水体透明度(SD)平均值为(0.29±0.09)m,光学衰减系数(K d)平均值为(3.52±0.16)/m;②悬浮物(SS)平均浓度为(38.60±14.66)mg/L,叶绿素a(Chl-a)平均浓度为(14.80±7.80)μg/L,有色溶解性有机物(CDOM)平均浓度为(11.49±1.55)μg/L。结论如下:①K d与Chl-a、CDOM、SS的Pearson相关系数分别为0.572、0.078、0.835,K d的主要影响因子是SS,Chl-a次之,CDOM的影响较小;②根据真光层深度(Z eu)/水深(Depth)阈值可知,尹家湖夏季大部分水域沉水植物无法自然恢复,需要施以水位调控、降低悬浮物浓度等辅助工程措施改善水下光照条件。

鄂东南5个典型湖泊的水体光学特性研究

为了探究水体光学特性的时空变化特征及影响因素,于2018—2019年对鄂东南5个典型湖泊(仙岛湖、梁子湖、网湖、策湖和青山湖1号)进行了周年调查;通过分析光学衰减系数(K_(d))等重要水体光学参数,得到了各湖泊光合有效辐射衰减特征及影响因子,可为该地区富营养化湖泊的水生植被修复提供参考。结果表明:(1)鄂东南5个典型湖泊之间的透明度、悬浮物、叶绿素a差异极显著(P<0.01)。(2)仙岛湖和梁子湖的溶解性有机物浓度较低,年均值分别为(1.38±0.39)、(2.36±0.92)m^(-1),与其他湖泊差异极显著(P<0.01)。(3)年均光学衰减系数的空间分布规律为:仙岛湖[(0.36±0.21)m^(-1)]<梁子湖[(1.81±0.89)m^(-1)]<青山湖1号[(3.77±1.89)m^(-1)]<策湖[(4.40±1.90)m^(-1)]<网湖[(4.70±2.54)m^(-1)],各湖泊之间存在极显著差异(P<0.01)。(4)仙岛湖光学衰减系数的主要影响因子是溶解性有机物,梁子湖和网湖则主要受悬浮物影响,溶解性有机物和叶绿素a是造成策湖和青山湖1号水体光学衰减系数较高的重要原因,其中以溶解性有机物为主。(5)各湖泊的真光层深度与透明度均呈现出极显著相关性(P<0.01),透明度在一定程度上可以反演真光层深度,也可为沉水植物恢复区域划分提供依据。