土壤溶解性有机质及其表面反应性的研究进展

溶解性有机质(DOM)是土壤溶液中的一个重要的组成部分,在土壤化学和生物过程中起着十分重要的作用。虽然DOM在天然有机质中所占的比例并不高,但它将土壤中的矿物质、有机质联系在一起,并能调控环境污染物的迁移转化与归宿,因此国内外学者都很重视溶解性有机质对土壤环境中污染物环境行为影响的研究。综述了DOM的分类和分离技术,DOM的结构及其表征方法,DOM的表面反应性以及对有机污染物、重金属在土壤中吸附、迁移的影响等,并提出了有待于进一步研究的一些问题。     

溶解有机质与铁氧化物相互作用过程对重金属再迁移的影响

水体中的溶解有机质(DOM)可与铁氧化物发生广泛的相互作用,进而对重金属再迁移产生重要影响,因而开展DOM与铁氧化物相互作用过程及其对重金属再迁移影响的实验研究,将有助于深化认识有毒重金属的迁移转化规律及其二次污染风险。本文对还原条件下不同浓度的DOM与铁氧化物的相互作用过程及其对重金属(Pb和As)再迁移的影响进行了研究。Pb、As浓度变化和铁氧化物絮体IR光谱分析结果表明:(1)DOM与铁氧化物的相互作用能明显增强还原环境下铁氧化物中Pb的再释放,并对As的再迁移产生一定的影响;(2)铁氧化物絮体主要通过Fe(III)与DOM中的羟基和羧基形成配位键而发生相互作用,Fe(III)易形成粒径更小的无定形铁氧化物,有利于铁氧化物的还原溶解,进而增强铁氧化物絮体中Pb、As的再释放;DOM使还原溶解后的Fe(II)难以形成二次沉淀矿物,不仅减弱了Pb、As再次进入固相的机会,而且溶解态Fe(II)浓度的增高能够进一步催化γ-FeOOH到α-FeOOH的相转化过程,进而促进铁氧化物絮体中Pb、As元素的再释放;此外,DOM还可以通过竞争吸附作用过程减弱铁氧化物对Pb、As的吸附,这可能也是溶液中Pb、As浓度增高的原因。本研究为进一步深化认识还原环境下重金属的二次污染风险,进而制定科学合理的水环境管理和保护措施提供了科学依据。     

Landsat数据在解析太湖水体溶解性有机碳影响机制中的应用

流域水体溶解性有机碳是碳循环的重要组成部分。本研究以太湖流域气象数据、遥感反演参数和2015年5月的一期Landsat-8 OLI_TIRS卫星数字影像为基础,分析Landsat水质模型反演数据和太湖水体溶解性有机质(DOM)各参数的相关性,阐明湖水DOM来源及不同来源DOM特性。结果表明:以Landsat红光波段、近红外波段和蓝光波段为基础反演的叶绿素a浓度、蓝藻密度、透明度和浊度等水质参数和遥感水质监测中归一化悬浮物指数均与太湖水体DOC浓度分布一致,且DOM主要为内生源;依据Landsat影像对太湖子流域进行土地利用监督分类,表明流域土地利用/覆被方式是影响类蛋白物质含量、芳香度等的重要因素。研究证实,遥感反演是获取水体有机质信息的重要数据来源,可靠性强并能够表征DOM来源、性质及影响程度,是理解环境碳循环的重要技术手段,也为太湖流域的碳库计算、水体生态风险评价、流域生态环境变化等监测提供了参考。     

东钱湖水体异养细菌的时空分布及其与环境影响因素和有机质的关系

为探究宁波东钱湖表层水体中异养细菌丰度的时空分布特征及其环境影响因素对可溶性有机质转化的影响, 实验采用主成分分析及多元逐步回归分析方法研究了三者之间的关系, 结果表明: 调查期间东钱湖表层水体中异养细菌丰度的季节分布特征为夏季>春季>冬季, 支流汇入口、码头或水上乐园区域水体中异养细菌丰度较高, 近岸人类活动带来的陆源污染是造成此分布特征的主要原因; 多元统计分析结果表明ST、DO、COD、Chla、DOM是制约宁波东钱湖表层水体中异养细菌分布的主要环境因素, 且ST、Chla、COD、DOM中的类芳香族蛋白质Ⅰ及类溶解性微生物代谢产物IV与异养细菌丰度呈显著正相关(p<0.05), DO与异养细菌丰度呈极显著负相关(p<0.01); 异养细菌等微生物的代谢转化活动和陆源输入共同决定DOM的来源和转化, 但异养细菌对DOM具体的驱动转化机制有待于进一步的研究。     

陆地水环境中砷的迁移转化

由于自然和人为活动,已有大量的砷进入地表和地下水系之中,在一些地区造成严重的水砷污染问题,威胁生态系统安全和人类健康。砷的毒性与砷的存在形态与价态密切相关,研究其在环境中的迁移转化规律是有效降低砷的生态与健康风险的科学基础。本文以水环境为对象,就砷的性质及毒性,水环境中砷的来源、形态分布及迁移转化研究进展进行综述,重点围绕沉积物-水界面砷的迁移转化规律进行展开;对砷在环境中迁移转化的影响因素,包括Eh-p H、水合金属氧化物、有机质、微生物和粘土矿物等进行系统阐述,以期对今后水环境砷污染的预防和治理提供借鉴。     

一株芽孢杆菌对含砷矿物中砷的还原作用

在自然环境中,砷通常吸附于铁氧化物、铝氧化物等金属氧化物矿物上,或与这些氧化物矿物形成共沉淀。厌氧条件下,微生物可能通过直接还原砷或者还原铁氧化物等载砷矿物从而影响砷的迁移转化。本研究筛选得到芽孢杆菌属的一株细菌DX-04,并研究了该菌株对不同形态砷酸盐的还原作用和还原途径。厌氧条件下,在12~24 h内菌株DX-04对溶解态砷的还原能力最强,溶解态砷对提高细菌生物量具有明显的促进作用。接种菌株DX-04的铁砷共沉淀培养基中液相As(III)浓度呈先升高后降低的趋势,砷发生还原与释放,进而发生二次沉淀再次被固持。当以载砷氧化铝矿物为载砷的模型矿物时,在DX-04菌株的还原作用下,吸附的As(V)首先从氢氧化铝矿物上释放到液相,进一步被还原为As(III)。微生物的这一作用能够引起含砷矿物中的砷向水体、沉积物环境中释放,成为人类健康的潜在威胁。     

陆地生态系统中水溶性有机质的环境效应

目前水溶性有机质（Dissolved Organic Matter)已逐步成为陆地生态系统中的一个研究热点。系统地评述了陆地生态系统中DOM的组成特点及其环境效应。尽管关于陆地生态系统中DOM的研究还不完善,至今对其性质,组成和分类方法等问题看法不一,但现有结果已经表明DOM是一种十分活跃的重要化学组分,它对陆地生态系统中污染物质的溶解,吸附,解吸,吸收,迁移和生物毒性,微生物活动以及土壤形成过程等均有显著的影响。影响DOM在地生态系统中的环境效应的主要因素包括：DOM与污染物的络合作用,污染物溶解／沉淀作用,土壤对DOM的吸附作用,土壤质地,酸碱缓冲作用等。     

类固醇雌激素在土壤-植物体系中的迁移转化及其毒理效应

类固醇雌激素(steroidal estrogens, SEs)作为典型的内分泌干扰物,在环境介质中被广泛检出,其进入生物体后可模拟细胞内源性激素作用对生物体生长、发育、生殖等产生不利影响,因此越来越引起关注。目前关于SEs的研究报道多集中于粪便、土壤、水体等介质中的检出及环境行为,以及SEs在水生生物体内的迁移和转化,其累积效应及其机制研究较为系统和全面。相较而言,SEs在土壤-植物体系中的迁移累积报道较少,但是对于掌握农田系统中SEs迁移转化的需求更为迫切。结合现有的国内外相关研究,总结了SEs在土壤-植物体系中的吸收累积和迁移转化行为特征,概述了植物吸收代谢SEs的影响因素以及SEs对植物生长发育的毒理效应。目前针对SEs的植物体吸收大多数仍基于室内模拟实验,对于其在土壤-植物多相态体系中迁移转化机理尚不清楚。因此,对今后的研究方向提出以下几点建议:(1)除室内模拟实验外,对实际土壤-植物系统中的研究更具价值,特别是SEs土壤-土壤水-植物多相态体系中的迁移转化等过程;(2)应结合SEs的来源,探究畜禽粪便、城市污泥及污水等不同源SEs对植物吸收、累积污染物的影响及污染风险;(3)加强对农作物体内SEs残留的监测和风险评估,制定SEs农作物检出及人体摄入的相关标准。     

灞河流域溶解性有机质分子量分级表征及其与水质的相关性

溶解性有机质是水体中有机质分解与营养盐再生的核心载体之一,是碳、氮等生源要素生物地球化学循环的重要环节,也是水环境科学研究的重点内容.本研究应用液相-有机碳-有机氮检测(LC-OCD-OND)技术研究了西安市灞河流域水体中溶解性有机质(DOM)不同分子量组分特征,分析其与河水水质的相关性.结果表明: 河水DOM按照分子量分布,主要由生物大分子、腐殖质类物质、腐殖质降解产物、低分子中性物质和低分子酸组成,各组分平均浓度分别为0.15、1.75、0.48、0.36和0.002 mg·L^-1,河水中DOM总体含量水平由高到低的顺序为城市河段＞城镇河段＞源区河段.组分中分子量介于1000~20000 Da的腐殖质类物质占DOM总量的49.0%,含量及丰度从高到低依次为中游城镇段＞污水厂出口段＞污水厂下游河口段＞上游源头段;分子量＞20000 Da的生物大分子约占DOM总量的5.1%,丰度由高到低依次为污水厂出口＞污水厂下游河口＞上游源头＞中游城镇段,污水处理厂出水所产生的外生源有机质对河流DOM的贡献最大.DOM不同分子量组分与水质的相关性明显,表明基于LC-OCD-OND分级表征的DOM各分子量组分和丰度不仅可以作为水质监测的一个综合性指标,也可以用来表征河流水质的空间异质性,并能对污染物各组分进行定量化判别和来源解析.     

溶解性有机质对土壤中有机污染物环境行为的影响

土壤中溶解性有机质(DOM)是生物活性和物理化学反应活性都很活跃的有机组分,主要通过疏水吸附、分配、氢键、电荷转移、共价键、范德华力等多种作用与有机污染物结合,提高溶液中有机污染物的溶解度,改变土壤中有机污染物的吸附-解吸、迁移-转化等环境行为．DOM对有机污染物的吸附-解吸、迁移-转化过程的影响有双重性：一方面,DOM与有机污染物在土壤表面的共吸附可增加土壤对有机污染物的吸附容量,促进有机污染物在土壤中的吸持;另一方面,DOM对有机污染物的增溶作用,有利于土壤中有机污染物的解吸,提高移动性．作为光敏剂,DOM能提高土壤中有机物的光解反应速率．在一定条件下,DOM也可影响土壤中有机污染物的水解过程．DOM对土壤中有机污染物环境行为的影响与DOM和有机污染物的性质及其相互作用的介质条件密切相关．     

淡水湖泊生态系统中砷的赋存与转化行为研究进展

砷(As)是一种无处不在的元素,目前已有很多关于湖泊水体、沉积物、浮游生物、底栖动物、鱼类及水生植物中As的含量分布与赋存形态的研究报道.As在全球淡水湖泊中分布不均,区域差异性较大;湖泊沉积物中As含量水平对底栖动物的自然生境影响很大,甚至造成底栖物种生物区系的改变;水生植物普遍具有富集As的能力,一般表现为沉水植物＞浮水植物＞挺水植物;水生动物中As含量一般为底栖动物＞浮游动物＞鱼类.相对于海洋生态系统,目前对湖泊生态系统环境与生物质中砷的赋存形态及其转化的认识还很不足,今后应加强人类活动影响下我国重要湖泊As的迁移、富集与转化行为的研究.     

紫色非硫细菌的砷代谢机制

[目的]系统阐述紫色非硫细菌(PNSB)砷代谢机制和砷代谢基因簇的进化关系.[方法]通过生物信息学方法分析了PNSB砷代谢基因簇的分布、组成、排布方式.采用UV-Vis和HPLC-ICP-MS方法,研究了3个PNSB种类对砷的抗性、砷形态及价态的转化、砷在细胞中的积累和分布以及磷酸盐对As细胞毒性的影响.[结果]砷基因簇分析表明:已公布全基因组序列的17个PNSB菌株基因组中均含有以ars operon为核心的砷代谢基因簇,由1-4个操纵子组成,主要含有与细胞质砷还原和砷甲基化代谢相关的基因,但基因的组成和排列方式因种和菌株而异,尤其是arsM和两类进化来源不同的arsC.实验结果表明:光照厌氧条件下,3个PNSB种类对As(V)和As(Ⅲ)均具有抗性,As(V)和As(Ⅲ)均能进入细胞 ;在胞内As(V)能够还原为As(Ⅲ)并被排出胞外,但不能将As(Ⅲ)氧化为As(V),也未检测到甲基砷化物 ;磷酸盐浓度升高,能够抑制As(V)进入细胞,降低As(V)对细胞的毒性,而不能抑制As(Ⅲ)进入细胞.[结论]PNSB砷代谢机制主体为细胞质As(V)还原,也还有砷甲基化途径.通过对砷代谢基因簇结构多样性特点和进化方式分析,提出了与Rosen不同的ars operon进化途径.这对深入开展PNSB砷代谢和基因之间的相互作用研究奠定基础.     

白洋淀沉水植物腐解释放溶解性有机物光谱特性

利用水生植物修复受污染水体中,水生植物在秋冬季节腐烂分解会释放大量溶解性有机物(DOM),DOM可影响水环境中污染物的迁移转化,对水体中的化学和生物过程产生一定影响。因此利用紫外可见光光谱(UV-vis)结合平行因子分析法(PARAFAC)和主成分分析法(PCA)来表征和分析水生植物腐解产物中DOM的组分及其特点。UV-vis的研究表明随着腐解时间的增加,样品中DOM的腐殖化程度逐渐升高,当腐殖化程度达到最高值时,腐解进入矿化阶段,此时腐殖化程度逐渐降低。通过PARAFAC分析可以分离出3种类蛋白组分(C1、C2和C5)和2种类腐殖酸组分(C3和C4)。由PCA可以得出在腐解初期,类蛋白组分占据主导地位;随着腐解时间的增加,类蛋白组分含量逐渐降低,而类腐殖酸组分含量逐渐升高。     

径流雨水中溶解性有机质特征演化及其对典型污染物迁移和生物有效性的影响

地表径流污染已经逐渐成为城市面源污染的重要组成部分。其中溶解性有机质DOM (Dissolved organic matter)是有机污染物的主要组成部分。DOM中因为含有大量不饱和结构、官能团,其中包括羟基、羧基、羰基、胺基等,这些结构容易与径流中重金属结合发生络合反应,改变重金属的赋存形态,从而对其迁移转化及其生物有效性产生很大的影响。本文以北京市地表径流为研究对象,研究城市地表径流在冬、夏季不同功能区不同下垫面中溶解性有机质特征及其与典型重金属的作用机制,通过荧光淬灭滴定实验,研究夏季径流雨水中DOM的不同组分与重金属Cu~(2+)、Pb~(2+)、Zn~(2+)之间的结合机制。研究结果显示PARAFAC将获得的样品都分解成2类6个不同的组分,1种腐殖酸,1种类蛋白;类蛋白物质的荧光强度与Cu~(2+)、Pb~(2+)的淬灭率要强于腐殖酸,而Zn~(2+)则呈现相反趋势;通过使用二维相关同步光谱发现DOM对重金属Cu~(2+)、Pb~(2+)、Zn~(2+)的敏感性呈现递减趋势,二维相关异步光谱发现Cu~(2+)、Pb~(2+)会先与位于270—300nm附近类蛋白光谱带反应,Zn~(2+)则会先与330nm附近的腐殖酸光谱带反应。     

土壤溶解性有机质生物降解研究进展

溶解性有机质(DOM)是土壤有机质中最容易被微生物利用的一部分, 是土壤微生物代谢重要的物质和能量来源。DOM 的生物降解反映了其稳定性及在物质、能量代谢中的作用, 对土壤的碳循环和大气的温室效应有重要影响。目前, 有关DOM 生物降解的研究主要集中在降解过程的表征及其影响因素两大方面, 该文对相关问题进行了综述。表征指标可以归纳为降解率、降解速率、半衰期等矿化动力学指标和光谱指标两大类; 降解过程直接取决于DOM 分子大小、结构和微生物群落、数量和活性等直接影响因素, 而土层深度、土壤湿度、温度、土地利用和管理方式、pH等间接因素通过影响DOM 的组成结构及微生物的性质进而影响DOM 的降解过程。在此基础上, 论文指出了目前国内研究中存在的问题, 并提出了进一步研究的方向。     

阿哈水库沉积物-水界面重金属扩散通量

为了解阿哈水库水体中重金属的污染现状,选取了4个典型点位进行夏、冬两季采样分析,研究了上覆水体及沉积物孔隙水中Co、Ni、Cu、Zn、As、Cr及Pb 7种重金属的时空分布规律及其界面扩散通量。结果表明:阿哈水库上覆水体中溶解性重金属的均值含量符合我国《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)Ⅰ类标准与《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006),未受到重金属污染。夏季分层期,底层水缺氧导致水体As、Co、Cr含量增高,而冬季混合期重金属的垂向变化较小。沉积物孔隙水中重金属浓度均值高于上覆水,且Co与Ni、As呈显著正相关,其在水库中的迁移转化过程受铁锰循环的共同影响; Cu、Zn与Pb存在正相关关系,具有相似的污染来源。分析沉积物-水界面重金属扩散通量显示,Zn保持负扩散,表明沉积物对Zn具有很好的净化吸附效果;而Co、Ni、As、Pb保持正扩散,特别是夏季As的扩散通量达2.07μg·cm~(-2)·a~(-1),对上覆水体可能产生较大的释放风险。研究证实,近十年来阿哈水库水体重金属的污染控制取得了显著的效果。     

天然水体中两种主要异嗅物质的来源及迁移转化研究进展

近年来,水中嗅味问题逐渐引起关注。研究发现,天然水体中异嗅物质主要是微生物和藻类的挥发性次级代谢产物。总结了天然水体中常见的两种异嗅物质土臭素(GSM)和二甲基异莰醇(MIB)的来源及其在生物体内的合成途径。介绍了异嗅物质通过吸附、挥发、光解、生物降解等一系列作用在饮用水水源中的迁移转化以及其进入水体生物的途径。     

外源As(Ⅲ)在不同母质发育土壤中的老化过程

应用模拟试验方法,研究了外源As(Ⅲ)在第四纪红土、紫色砂页岩和花岗岩3种母质发育土壤中的老化过程,并分析了该过程中砷的有效性、结合态等的变化.结果表明: 经过120 d老化后,3种土壤中均只能检测到As(Ⅴ)的存在;伴随老化过程的进行,土壤中有效态砷的含量均呈下降趋势,且下降幅度为:紫色砂页岩发育土壤(RS₂)>花岗岩发育土壤(RS₃)>第四纪红土发育土壤(RS₁).应用准二级动力学方程可以较好地模拟3种土壤中有效态砷含量的变化(P＜0.05),土壤pH、有机质及铁铝锰氧化物是影响砷老化的主要因素,且锰氧化物的影响大于铁铝氧化物(P＜0.05).相关分析表明,非专性吸附态砷和专性吸附态砷是构成土壤有效砷的主要形态.     

土壤溶解性有机质的特性与环境意义

土壤生态环境是一个复杂的多介质多界面体系,尽管关于土壤溶解性有机质 研究还不完善,但现有的研究表明,它是这一环境中最为活跃的化学组成之一。由于土壤溶解性有机质在C、N、P和S等营养元素的生物地球化学过程、成土过程、微生物的生长代谢过程、土壤有南分解和转化过程以及土壤污染物的迁移过程有着重要的作用,因此已成为土壤科学、生态科学和环境科学交叉领域的研究热点,本文从土壤溶解性有机质的提取方法、来源、组成、含量和影响因素、生物有效性及环境意义等方面的研究进展作了简要的论述,同时提出了未来的研究方向。     

“吃”砒霜的细菌--解析微生物的砷代谢

研究发现一些微生物可以利用剧毒的类金属砷(As)为自身生长获取能量甚至用砷代替磷维持生长。本文综合分析了近期的研究进展,从以下6方面解析微生物多重的砷代谢产能机制:(1)化能无机自养As(Ⅲ)氧化供能;(2)有机异养型As(Ⅲ)氧化供能;(3)呼吸性As(Ⅴ)还原供能;(4)As(Ⅲ)氧化偶联的光合作用;(5)As(Ⅲ)氧化、As(Ⅴ)、还原As(Ⅲ)氧化偶联的光合作用之间的关联;(6)As(Ⅴ)代替磷维持细菌生长。阐明微生物利用砷的机理在生命起源、生命多样性、进化、地球化学循环及污染治理等方面都具有重要价值。