典型温带雨养泥炭沼泽湿地地下部二氧化碳和甲烷浓度变化规律及其影响因素

为研究北方泥炭沼泽湿地二氧化碳（CO₂）和甲烷（CH₄）浓度随深度的变化规律及其影响因素,选取欧洲北部典型雨养泥炭地贝尔山湿地（BBM）和舒特兹山湿地（SBM）两个采样点,通过原位采集泥炭剖面温室气体、孔隙水以及土壤样品,结合傅里叶变换红外光谱（FTIR）技术、碳氮同位素技术,探讨泥炭土壤的分解程度及温室气体浓度变化的关系。研究结果表明：（1）BBM采样点地下部的CO₂浓度变化规律总体呈现随深度波动减少趋势,值多在3000 μmol/L附近波动,最大值为4210.74 μmol/L（120 cm）,SBM采样点的CO₂浓度随深度先增后减,60 cm以上在1800 μmol/L附近波动,60 cm以下在3000 μmol/L附近波动,最大值为4191.94 μmol/L（90 cm）;BBM和SBM地下部CH₄浓度都随深度增大,并且在60cm以下浓度增加较快,BBM最大值为735.90 μmol/L（260 cm）,SBM最大值为543.51 μmol/L（170 cm）。（2）BBM和SBM的δ¹³C_CH4的值均较小,表明大部分的¹²CH₄仍被储存在泥炭土壤中,而两个采样点的δ¹³C_CO2和分馏系数α_c均随深度增加,表明泥炭土中产甲烷方式为浅层以乙酸产甲烷为主,深层以H₂还原CO₂为主。（3）C/N、碳氮同位素比值、FTIR均显示SBM和BBM的有机质分解程度较低,因为两个采样点的低可溶性有机碳浓度和低pH值不利于分解,表明该地储存着大量有机碳。通过探讨北温带典型泥炭地温室气体的浓度变化规律及其影响因素,结果可为全球泥炭湿地碳排放提供理论支撑。     

泥炭沼泽湿地关键元素地球化学特征及其对碳排放的影响机制

硫、铁是泥炭沼泽湿地（泥炭地）中重要的生源要素,其参与下的生物地球化学过程对泥炭地碳循环意义重大。选取德国中部两处典型的雨养型泥炭地高海拔样点（TBP）和低海拔样点（TSP）,通过原位采集泥炭剖面孔隙水和可溶性气体等,研究了硫、铁元素等地球化学变化规律,结合DOC、甲烷（CH₄）和二氧化碳（CO₂）浓度分布,探讨其对泥炭地碳排放的影响。研究结果表明：（1） TBP中总还原无机硫（TRIS）浓度随深度先增后减,且上部0-87 cm平均浓度远高于87 cm深度以下,上部硫酸盐还原作用强烈。结合上部亚铁、硫化氢（H₂S）浓度分布,得知该范围内H₂S主要是通过微生物硫酸盐还原作用（BSR）生成,同时H₂S在孔隙水扩散过程中易与亚铁结合为硫化亚铁,进而生成稳定的黄铁矿,这一反应过程在约60 cm处减缓。（2） TBP、TSP两处采样点中DOC与亚铁、硫酸盐均有较强相关性,是由于地下水位的波动影响氧化还原程度以及微生物活性。两处采样点DOC均与亚铁呈显著正相关关系,表明铁氧化物在厌氧环境中被还原溶解产生亚铁,与其结合的有机碳被释放到溶液中从而导致DOC浓度的升高。TBP中DOC与硫酸盐呈显著负相关关系,表明硫酸盐作为电子受体被还原的过程中消耗酸度使pH值升高,增强了其中微生物的活性,DOC浓度由此增加。（3） CH₄与硫酸盐、TRIS浓度在剖面上均呈现相反变化趋势,表明硫酸盐输入的增加以及硫酸盐还原活动均会抑制CH₄生成。CO₂/CH₄均大于4,表明硫酸盐作为替代电子受体会使厌氧条件下碳矿化转向多CO₂和少CH₄生成。此外,亚铁对于CH₄生成一定程度上会起到低促高抑的效果,而对于CO₂的生成的影响较弱。表明硫酸盐对于CH₄和CO₂生成的影响高于亚铁。研究着重探究硫、铁等关键元素地下部生物地球化学过程对碳排放的影响机制,研究结果可为泥炭地碳排放核算提供理论支撑。     

黏土矿物对全氟辛酸在饱和多孔介质中运移行为的影响

本研究以蒙脱石(M)和高岭土(K)为代表性黏土矿物,探究了饱和条件下黏土矿物对全氟辛酸(PFOA)运移行为的影响。结果表明: 较低量的M或K添加增强了石英砂中PFOA的运移阻滞,较高量添加则减弱其阻滞。随黏土矿物添加量的增加(0～50%,重量比),添加M的PFOA阻滞系数由1.03±0.00增至1.31±0.03后降至0.72±0.06;添加K的PFOA阻滞系数增至1.30±0.02后降至0.49±0.11。示踪试验结果显示,较低量的M或K添加未形成优先流,而较高量的M或K添加产生了明显的优先流,该条件下PFOA阻滞减弱。此外,受M或K改性石英砂电负性强及柱试验固液比等限制,试验条件下M或K改性石英砂对PFOA吸附量较低,几乎未影响PFOA滞留,但黏土矿物对PFOA的吸附和脱附作用仍可能是较低量的M或K添加增强PFOA运移阻滞的原因。本研究结果对准确评估土壤-地下水系统中PFOA的迁移过程和生态环境风险具有重要意义。     

泥炭沼泽湿地土壤分解过程中可溶性有机质氧化还原能力变化特征及其影响机制

泥炭沼泽湿地土壤（泥炭土）分解过程是控制泥炭土碳排放的关键过程,其中可溶性有机质（DOM）是泥炭分解过程的主要输出物。DOM富含具有氧化还原活性的官能团,其中酚基具有抗氧化性质,是DOM氧化还原活性的重要组成部分,对驱动有氧和缺氧条件下的氧化还原过程意义重大。同时,酚基也可抑制泥炭的氧化降解,在泥炭土分解过程中起着重要作用。目前,关于泥炭分解过程中DOM氧化还原能力影响机制的相关研究较少。利用创新介导电化学方法、激发-发射荧光矩阵光谱法（EEM）,直接定量、定性评估DOM氧化还原变化程度,进而探讨（1）取自两个泥炭样地（OS/LB）的地表水、地下水、孔隙水样品中DOM的氧化还原性能;（2）来自泥炭样地OS的泥炭孔隙水剖面中DOM的氧化还原能力变化规律以及与泥炭分解的重要指标间的关系（如C/N和δ¹³C_DOC）。结果表明：选取电子转移能力（ETC）作为表征DOM氧化还原能力的指标,不同来源DOM的ETC值主要在2-4 mmole^-/gC之间;在泥炭土中DOM的ETC值与醌基和酚基的光谱性质参数存在强相关,这些基团对DOM氧化还原能力具有较大影响。具体表现为：在采样区OS,5-50 cm深度和0-210 cm深度的泥炭孔隙水剖面中,酚基在任意深度都是主导DOM氧化还原活性的重要组成部分,而醌基仅在没有淹水、有氧的近地表20 cm深度处时起到重要作用。在泥炭分解过程中,DOM氧化还原能力随深度的变化主要是受泥炭分解程度不同所致的泥炭自身酚基含量的变化所影响,特别是在未受地下水位波动影响的较大深度处。研究探讨泥炭分解过程中DOM氧化还原能力变化特征及其影响机制,为厘清有机质与泥炭沼泽湿地生物地球化学过程提供理论支撑。     

微生物肽类次级代谢产物研究进展

微生物肽类次级代谢产物是一类重要的天然产物,因含有稀有氨基酸而具有丰富的化学结构和生物活性。随着微生物天然产物分离纯化技术的发展,新型肽类产物层出不穷,在微生物次级代谢产物的研究领域扮演了重要的角色。本文综述近年来发现的来自细菌和真菌的微生物肽类代谢产物,以及采用基因挖掘等手段人工合成的新型肽类产物,并结合近年来本团队昆虫病原线虫共生菌肽类产物的研究积累,分析微生物肽类产物研究存在的问题及可能的解决方案,以期为微生物导向的新型活性肽类产物的深入发掘和应用研究提供参考。     

利用雨养泥炭沼泽及湖泊沉积物重建多氯联苯污染时空变化趋势

为了重建不同历史时期多氯联苯(PCBs)的沉降速率以研究其污染的时空变化趋势,本研究分析了PCBs在泥炭芯和湖泊沉积柱芯中浓度和沉降速率的变化规律,并评估了泥炭芯和湖泊沉积柱芯用于PCBs沉降变化研究的适用性。对采集柱芯进行定年分析发现,泥炭沼泽可以很好地记录PCBs历史沉降变化,并且泥炭中的PCBs没有出现降解情况,因此采用泥炭地研究PCBs沉降变化是可行的。本研究中泥炭地11种多氯联苯同系物(∑₁₁PCBs)的重建时间为19世纪初至21世纪初,对泥炭中PCBs含量检测发现,每个沼泽的3个泥炭芯中∑₁₁PCBs的单位面积埋藏量均值在(37.0±5.4)～(47.2±27.8) μg·m^-2之间变化,标准偏差在14.6%～58.9%,∑₁₁PCBs的最高浓度可达6.8 ng·g^-1DW,重建的PCBs沉降最大速率可达989.7 ng·m^-2·a^-1。沉降速率的变化趋势为先增后减,1980年后明显下降,这与美国在1979年禁止生产PCBs相符。对沼泽附近湖泊的沉积物取样分析发现,湖泊沉积物柱芯各深度所对应的浓度和最大沉降速率与附近沼泽相近。但湖泊沉积物剖面中2～7阶PCBs同系物的浓度分布均匀,表明湖泊沉积物无法用于分析低阶PCBs的历史沉降变化。本研究重建了不同历史时期大气环境中PCBs的时空变化规律,可为评价区域环境质量提供基础资料。     

不同类型泥炭沼泽湿地无机离子、溶解有机质的变化特征及生态学意义

泥炭沼泽湿地仅占地球陆地面积的3%,而碳储量却占全球的30%,是陆地生态系统重要的碳库。溶解性有机质(DOM)是泥炭地碳循环重要组成部分,也是泥炭地生物地球化学过程的重要参与者。本研究利用新型电化学方法、稳定同位素技术对2个泥炭样地(矿养型泥炭沼泽,LB;雨养型泥炭沼泽,OS)地表水、地下水、土壤孔隙水中DOM及无机离子的氧化还原能力变化特征进行分析。结果表明: LB样地的无机元素丰富且浓度较高,无机主导的厌氧呼吸过程起主要作用;不同来源(地表水、地下水和孔隙水)水样中的氧化还原能力差异主要受实际氧化还原电位影响,孔隙水剖面铁和硫酸盐大多以还原价态赋存,无机电子受体会影响DOM的氧化还原活性基团发生氧化还原反应的水平和深度。OS样地的有机质极其丰富,有机电子受体参与氧化还原过程贡献显著,不同来源(地表水、地下水和孔隙水)水样中氧化还原能力差异同样受实际氧化还原电位影响,孔隙水剖面的氧化还原能力还受不同深度泥炭基质化学组成差异的影响。利用电子接受能力(EAC)和氧化指数(OI)值可表示沿梯度变化的氧化还原条件,进而可有效指示水生系统中有机质氧化还原状态。     

全氟辛酸在沉积物-水界面污染及吸附迁移行为研究进展

全氟辛酸(PFOA)是一种重要的全氟化表面活性剂,具有环境持久性、高毒性和生物累积性等特征,成为当前备受关注的新污染物。沉积物是PFOA的重要环境储蓄库,被污染后的沉积物可作为长期污染源造成上覆地表水及周边地下水污染。本文结合近年来国内外研究,对地表水和沉积物中PFOA的来源、污染现状和界面吸附迁移行为进行了综述。结果表明: 地表水体和沉积物中PFOA最主要的污染来源为工业废水排放。全球范围地表水体和沉积物中PFOA污染水平普遍为ng·g^-1和ng·L^-1数量级,且国内部分地区污染形势更为严峻。沉积物组分、水化学条件、有机质及表面活性剂等因素均影响沉积物中PFOA的吸附行为,但目前在吸附主控机制方面仍然存在争议。沉积物中PFOA迁移行为的研究正处于起步阶段,相关报导还较为缺乏,对于迁移机理的认识还很不足,今后需在该方面加大研究力度。     

城市化地区典型水体的N2O排放通量特征——以南京市为例

内陆淡水水体是大气中N₂O的重要排放源,然而目前对于内陆典型城市水体N₂O排放通量的监测数据依然匮乏,典型城市水体的N₂O排放特征及驱动因素尚不清楚。本研究选取了南京市江北新区的典型水体,包括湖库、河流、养殖池塘和景观池塘,在2020年5月-2021年4月利用漂浮箱法连续监测了不同水体类型的水-气界面N₂O排放特征,并通过测定水环境特征,探究驱动水体N₂O排放通量的关键因素。研究结果表明,典型城市水体整体均表现为N₂O排放源,河流和养殖池塘的日平均排放通量最大,分别为（503±1236）μg m^-2 d^-1和（508±797）μg m^-2 d^-1,其次为景观池塘（（179±989）μg m^-2 d^-1）,而湖库的N₂O排放通量最小,仅表现为微弱的N₂O排放源（（54±212）μg m^-2 d^-1）。水体的N₂O排放呈现季节性差异,河流和养殖池塘夏季的N₂O排放通量显著高于其他季节（P<0.01）。水体全年N₂O排放数据与水体温度和溶解氧含量（DO）呈显著相关。而在温度较高的5月份-9月份（>20℃）,氮输入成为影响N₂O排放通量的关键因素（P<0.01）,因此控制城市水体的氮输入尤其是在水温较高的夏季是减少N₂O排放的有利措施。此外,由于水文化学条件差异等因素,小型封闭水体包括养殖池塘和景观池塘的N₂O排放通量差异较大,未来应加强监测不同水体的水文化学特征和N₂O的时空排放特征,探讨影响小型封闭水体水-气界面N₂O排放通量的具体驱动因素。此研究为城市区域N₂O排放的精准核算提供了数据支撑,为N₂O排放模型的修正提供了科学依据。