Physicochemical and Mineralogical Characterization of Uranium-Contaminated Soils

Physicochemical and mineralogical properties of the contaminants should be taken into account to decide a remediation strategy for a given radionuclide because development and optimization of soil remedial technologies are based on physicochemical and mineralogical separation techniques. The objectives of this study are to (1) demonstrate how a priori physicochemical and mineralogical characterization of soil contaminants can direct the development of remediation strategies and their performance evaluation for soil treatments and (2) understand the nature of uranium contamination and its association with the soil matrix by chemical extractions. This study examined two U-contaminated sites (K311 and K1300) at the DOE K-25 site, presently located at East Tennessee Technology Park, Oak Ridge, Tennessee. Uranium concentrations of the soils ranged from 1499 to 216,413 Bq kg^?1 at both sites. Scanning electron microscopy with backscattered electron spectroscopy and X-ray diffraction analysis showed that the dominant U phases are U oxides (schoepite), U-Ca-silicate (uranophane) and U silicate (coffinite) from the K311 site soils, whereas U-Ca-oxide and U-Ca-phosphate dominate in the K1300 site soils. Sodium carbonate/bicarbonate leaching was effective on the K1300 site soils, whereas citric acid leaching is effective on the K311 site soils. Sequential leaching showed that the majority of the uranium in the contaminated soils was contained in carbonate minerals (45%) and iron oxides (40%). Conventional leaching showed that citric acid treatment was most effective on the K311 site soils, whereas the sodium carbonate/ bicarbonate treatment was most effective on the K1300 site soils.     

Leaf Litter as a Source of Dissolved Organic Carbon in Streams

Dissolved organic carbon (DOC) is an abundant form of organic matter in stream ecosystems. Most research has focused on the watershed as the source of DOC in streams, but DOC also comes from leaching of organic matter stored in the stream channel. We used a whole-ecosystem experimental approach to assess the significance of leaching of organic matter in the channel as a source of DOC in a headwater stream. Inputs of leaf litter were excluded from a forested Appalachian headwater stream for 3 years. Stream-water concentration, export, and instream generation of DOC were reduced in the litter-excluded stream as compared with a nearby untreated reference stream. The proportion of high molecular weight (HMW) DOC (more than 10,000 daltons) in stream water was not altered by litter exclusion. Mean DOC concentration in stream water was directly related to benthic leaf-litter standing stock. Instream generation of DOC from leaf litter stored in the stream channel contributes approximately 30% of daily DOC exports in this forested headwater stream. This source of DOC is greatest during autumn and winter and least during spring and summer. It is higher during increasing discharge than during base flow. We conclude that elimination of litter inputs from a forested headwater stream has altered the biogeochemistry of DOC in this ecosystem. Received 2 September 1997; accepted 27 January 1998.     

大叶桉叶水浸提液成分分析

为进一步明确大叶桉的化学成分,对大叶桉叶水浸提液分别用不同极性的有机溶剂石油醚、乙酸乙酯和正丁醇进行萃取,对各萃取相进行GC-MS分析。结果表明:大叶桉叶水浸提液共含有37种化合物,其中,石油醚萃取相中含有20种,主成分为草酸丁基异己酯(37.24%);乙酸乙酯萃取相中含有16种,主成分为2,2-二亚甲基双[6-(1,1-二甲基乙基-4-甲基)]-苯酚(50.05%);正丁醇萃取相中含有5种,主成分为丙基-2-甲基丁酸酯(54.57%)。在所有成分中,酯类物质居多,也有少量的烯、酮、醇、苯和烷烃。1-甲基,4-(1-甲基乙基)-1,4环己二烯、2,2-二亚甲基[6-(1,1-二甲基乙基)-4-甲基]苯酚、1-十八烯和二十烷为石油醚和乙酸乙酯的共有成分;1、2-苯二甲酸单(2-乙基己基)酯为乙酸乙酯和正丁醇的共有成分。该研究进一步明确了大叶桉的化学成分,为其在医药、化工和化感方面的应用研究奠定了基础。     

大气氮沉降与森林生态系统的氮动态

由于人类活动的影响,若干年代以来大气氮沉降明显增加。在森林地区,大气氮沉降的空间变异性由林分的位置、结构和组成树种所决定。除降雨之外,干沉降和隐藏降水也是大气氮沉降的重要形式。     

离心粘结法制备孔隙连通的三维细胞支架

目的:改进多孔支架制备技术,使多孔支架具有孔隙结构均匀、孔隙连通性良好的特性。方法:间歇离心技术与湿度粘结方法结合,改善致孔剂粘结的均匀性;溶液浇注/颗粒沥析技术制备三维多孔细胞支架;扫描电镜观察支架的孔隙结构,原子吸收光谱检测致孔剂残余,力学实验仪与重量法表征支架的其它物理性能与制备条件的关系。结果:三维多孔支架的孔隙呈球形、分布均匀、孔隙相互连通、通道呈规则的圆形;支架中无残余致孔剂。以聚乳酸为原料制备的支架,其孔隙率、压模量、吸水率分别高达94.7±0.5%、509±6kPa、208.2±20.3%。结论:间歇离心粘结--溶剂浇注/颗粒沥析技术,能够制备出孔隙结构均匀、孔隙相互完全连通的三维细胞支架,支架的孔隙大小和通道尺寸人为可控,支架的孔隙率和强度高,孔隙结构符合组织工程的要求,是一种比较理想的三维细胞支架制备方法。     

水田土壤溶液磷氮的动态变化及潜在的环境影响

通过模拟试验装置定位研究了稻-麦轮作条件下稻季土壤溶液的磷、氮含量变化,结果表明：(1)在施肥后的60d内田面水溶解性总磷(DTP)含量受施肥量的影响．尤其是施肥后10d内是磷素流失的高风险期;(2)磷的垂直渗漏(70cm深处)高峰发生在施肥后3～10d时期．渗漏量和施肥晕的关系不明显．磷在两个稻季的平均渗漏损失量分别为0．11、0．071kg／hm^2;地下排水会增加磷的垂卣渗漏;磷在表层、20、40、60、70cm土层土壤水中的含量基本呈下降趋势;(3)田面水溶解性总氮(DTN)含量在施肥后10d内受施肥量的影响;(4)氮的渗漏以NO3^-为主,两个稻季氮的平均渗漏损失量分别为3．2～4．5、4．6～28．0kg／hm^2．高量磷肥会减少氮的渗漏,土壤中原有的和施入的氮素在整个稻季均存在随地表径流和渗漏流失从而污染地表水和地下水的风险。总之无论氮素或磷素．施肥后10d内的田间管理是防止流失最关键的时期。     

耕作扰动对喀斯特土壤可溶性有机质及其组分迁移淋失的影响

土壤可溶性有机质(DOM)及其组分淋失特征研究对深入理解干扰作用下土壤碳氮养分损失机制具有重要意义,本研究基于翻耕模拟试验,分析喀斯特石灰土可溶性有机碳(DOC)、可溶性有机氮(DON)、及DOM官能团组分的淋失动态特征及其对不同耕作频率的响应,并探讨其影响因子。结果表明:(1)土壤DOC与DON的淋失量均随翻耕频率的增加而增加,但4个官能团特征参数对翻耕频率响应均不显著;DOC/DON淋失比随翻耕频率的增大而减少,DON占淋溶水可溶性总氮(TDN)比例随翻耕频率增加而增加。(2)DOC和DON月淋失量同时受翻耕处理与季节变化及其交互作用的影响,4个官能团特征参数仅受季节变化的影响;翻耕处理实施后,DOC月淋失量表现为初期大、后期小,各处理间差异性逐渐降低;但DON月淋失量初期小、后期大,各处理间差异性逐渐增大。(3)DOC淋失量与4个官能团特征参数呈显著负相关(P0.05),与Ca~(2+)、NH_4~+-N的淋失量呈显著正相关;DON淋失量与4个官能团参数无显著相关关系,与Mg~(2+)淋失量呈显著正相关关系。以上结果表明耕作扰动会加剧土壤DOM淋失,但淋失组分中稳定性组分没有变化,意味着耕作干扰将导致土壤有机质的持续损失,且由于其淋失组分碳氮比(DOC/DON)随扰动频率增加而降低,DON/TDN比随扰动频率增加而增加,持续的耕作干扰将大大增加水体氮素污染风险。     

河套灌区秋浇对不同类型农田土壤氮素淋失的影响

研究了河套灌区秋浇对不同类型农田 NO3 - N淋失的影响。结果表明 ,秋浇前小麦和白菜地 NO3 - N含量最高 ,玉米地和小麦 -玉米套种地次之 ,葵花地最低。秋浇后土壤剖面 NO3 - N的损失量按照表层 (0～40 cm)、中层 (40～ 80 cm)、深层 (80～ 1 2 0 cm)依次递减 (玉米地除外 )。不同农田 NO3 - N淋失量按照小麦地、白菜地、玉米地、葵花地、小麦 -玉米地依次递减。这说明 ,发展套种耕作将有利于减少氮素淋失。土壤 NO3 -N的淋失还直接导致地下水质的恶化。在当前的耕作制度及秋浇定额下 ,河套灌区每年可损失约 2 .6× 1 0 7kg N。因此 ,需要科学地确定秋浇方式和秋浇量 ,减少氮素淋失 ,减少地下水污染     

氮肥种类及运筹技术调控土壤氮素损失的研究进展

氮肥的不合理施用导致氮肥利用率低下,大量氮素通过径流、淋溶、氨挥发、硝化-反硝化作用等途径损失到环境中,从而对水体、大气造成污染,带来严重的环境问题,影响人类健康.施氮量、施肥时间和方式,以及肥料种类对氮素流失量的影响显著.土壤氮素浓度过饱和是导致氮素大量流失的最根本原因,充分利用环境供氮量,减少化学氮肥施用量,采用深施等技术,以及配合施用有机肥,可以有效降低氮素的损失,提高氮素利用率.在开发应用新型高效氮肥和强化氮肥高效管理技术研究的同时,加强环境氮素的监测和利用力度,是实现减氮增效的有力手段.     

大气氮沉降对阔叶林红壤淋溶水化学模拟研究

在氮饱和的森林生态系统中,氮沉降的增加将导致NO3-淋溶的增加及土壤酸度的提高,从而影响土壤质量及林业的可持续发展。然而,大气氮沉降对我国南方红壤地区森林生态系统中土壤的影响研究还很少,尤其是氮沉降引起的土壤淋溶液化学组成方面。研究中,以中国科学院红壤生态实验站林草生态试验区阔叶林红壤为对象,在恒温(20℃)条件下,通过土壤淋洗柱(直径10cm、高60cm)进行了8个月间隙性淋溶试验,来模拟研究不同氮输入量(0、7.8、26mg月-1.柱-1和52mg月-1柱-1)对阔叶林红壤NO3-、NH4 、SO42-、H 和土壤盐基离子(Ca2 、Mg2 、K 和Na )的淋溶和土壤酸度的影响。结果表明,随氮输入量增加,淋溶液中NO3-、EC、H 和总盐基离子逐渐增加,但淋溶液中无NH4 。不同氮处理时,土壤有机氮总表观矿化量分别为189.6、263.9、372.8mg月-1.柱-1与554.2mg柱-1,氮输入明显促进了土壤有机氮的矿化,且土壤有机氮的表观矿化量与氮输入量间呈正线性相关(R2=0.997**)。无氮(0mg月-1柱-1)、低氮(7.8mg月-1柱-1)、中氮(26mg月-1柱-1)和高氮(52mg月-1柱-1)输入处理下,土壤交换态盐基淋溶总量分别占土壤交换性盐基总量的13.6、18.4、27.7%和48.1%。不同的盐基离子对氮输入的反应不同,Ca2 和Mg2 淋溶量随氮输入量的增加而增加,对Na 和K 则无明显影响。土壤交换态离子中随淋洗液输出最多的为Ca2 (无氮、低氮、中氮和高氮输入处理的土壤交换态输出量占土壤交换态的比例分别为22.6、31.4、46.7%和82.5%),其次为Na (无氮、低氮、中氮和高氮输入处理的土壤交换态输出量占土壤交换态的比例分别为16.0、10.7、17.6%和26.3%),最少的为Mg2 (无氮、低氮、中氮和高氮输入处理的土壤交换态输出量占土壤交换态的比例分别为5.0、6.9、11.1%和16.9%),几乎没有土壤交换性K 输出。与对照相比,有氮处理后土壤中硫酸根离子的淋失量明显减少(p<0.05)。表层土壤pH值随氮输入量的增加而显著下降,各处理间差异极显著(p<0.01)。可见,大气氮沉降的增加将加速阔叶林红壤的养分淋失和土壤酸化的程度。