为探索喀斯特湖泊-河流系统溶解性有机质(DOM)光谱特征空间格局,该研究以我国贵州红枫湖、百花湖和老马河为对象,分析了表层水体 DOM 紫外参数(SUVA254、SUVA280、S275-295、S350-400、SR和 E2/E3),利用三维荧光-平行因子(EEM-PARAFAC)解析DOM主要成分,同时基于荧光参数(HIX、FI、BIX和β∶α)揭示其来源信息.该研究运用Spearman相关性分析及主成分分析(PCA)方法,揭示 DOM 参数的内在联系及重要组分贡献.结果显示,红枫湖、百花湖和老马河 SUVA254 和SUVA280值较低,而E2/E3、S275-295和S350-400值较高,说明芳香类成分占比较少且DOM整体分子量较小.水体DOM主要成分为:红枫湖/百花湖(C1:微生物代谢类腐殖质;C2:可见光范围腐殖质;C3:色氨酸),老马河(C1:色氨酸;C2:富里酸;C3:陆源类腐殖质).水体BIX范围在 0.77-1.12 之间,说明生物源和陆源输入共同贡献DOM.红枫湖与百花湖FI值小于 1.4,而老马河在1.4-1.9 间,说明河流内源DOM贡献率高于湖泊.水体β∶α值范围在0.73-1.10 之间,说明新生DOM具有显著贡献.湖泊与河流HIX值低于4,表明水体腐殖化程度低.老马河HIX与SR和S275-295呈正相关(P＜0.05)且与FI呈负相关(P＜0.05),说明DOM腐殖化程度与分子大小和来源密切联系.芳香类DOM的同质性导致SUVA254和SUVA280相互耦合.研究发现新生DOM多具有生物降解性,表现为BIX和β∶α强相关.相对于激流系统,湖泊具有更多的水力停留时间,这可能进一步促进内源微生物的代谢,导致生物驱动的有机质快速循环,因此不同DOM生物讯号相互耦合.研究阐明了喀斯特湖泊-河流系统DOM成分与来源特征,有望为研究全球碳循环过程提供数据支撑.

溶解性有机质(DOM)的存在会影响纳米氧化锌颗粒(ZnO NPs)在水中的稳定性.本文通过构建垂直潜流人工湿地,以腐殖酸(HA)作为DOM的代表物质,研究了 1 mg·L-1 ZnO NPs和不同浓度HA(1、5、10、20和30 mg·L-1)共存下对人工湿地处理性能、堵塞程度以及微生物群落变化的影响.结果表明:低浓度(≤1 mg·L-1)HA溶液会促进ZnO NPs的团聚,而中高浓度(1～25 mg·L-1)HA溶液则产生相反的作用.ZnO NPs和HA共存会降低人工湿地的净化效果,尤其是1 mg·L-1 HA时,COD、氨氮和总氮的去除率分别下降了 18.07％、19.94％和26.37％.连续投加1 mg·L-1 HA浓度和1 mg·L-1 ZnO NPs 60天后,人工湿地堵塞最严重,渗透系数下降67.5％.HA和ZnO NPs共存会影响微生物分泌胞外聚合物(EPS),当HA浓度为1 mg·L-1时,EPS高达140.30±0.29 mg·g-1,而空白组仅为78.67±0.32 mg.g-1,这也是人工湿地堵塞严重的一个重要原因.此外,ZnO NPs和HA的加入会降低微生物群落的丰富度和多样性,并促进分泌EPS微生物(Thauera)的生长.研究结果可为人工湿地的堵塞机制提供新的解释.

考察了渤海海域表层沉积物中砷的含量、分布及赋存形态,评估了沉积物中砷的生态风险,初步探讨了影响沉积物中砷分布的环境化学因子.结果表明,渤海海域表层沉积物中总砷浓度变化范围为9.77～20.60 mg·kg-1,平均浓度为13.33±2.55 mg·kg-1.表层沉积物中总砷的空间分布呈现出由近岸向中部逐渐递减趋势,具有西部高,东部低的特点;各个海区之间总砷含量差异显著,渤海湾和莱州湾海区表层沉积物中总砷含量相对较高.渤海表层沉积物中砷的主要形态为挥发性硫化物、碳酸盐或与无定型铁锰氧化物结合态;沉积物中砷具有一定的生态风险.渤海表层沉积物中砷含量与水体温度、磷浓度、溶解氧含量、pH、沉积物中铁含量和有机质含量呈显著的相关关系.水环境因子和沉积物的理化性质可能对沉积物中砷的分布具有重要影响.

以江西万安水库为研究对象,于2014年9月至2015年6月进行4次季节性采样,对该区域9处采样点的溶解无机碳(DIC)及其同位素(δ13CDIC)进行分析.结果表明:夏、秋季DIC含量较春、冬低;δ13CDIC也较冬、春季偏负.DIC含量从上游到下游呈下降趋势,碳同位素值则趋于偏正.光合作用与有机质分解是影响库区表层水体δ13CDIC值变化的主要因素.垂直剖面上,表、底层水温等参数差异不显著,上下水体混合较为均匀.DIC含量基本上随深度的增加而增大,δ13CDIC值趋于偏负.利用质量平衡计算得出:入库水体中DIC约57％来自于土壤CO2,而坝下水体中DIC约49％来自土壤CO2,万安水库拦截对河流地球化学过程信息有一定的改造作用.

克隆整合被认为是克隆植物维持生态优势的重要手段,其通过分株间生理整合缓解资源异质性带来的压力.文章以根状茎克隆植物白夹竹(Phyllostachys bissetii为研究对象,探讨异质性光照下克隆整合对白夹竹分株根际土壤细菌生物特征的影响.白夹竹克隆片段包含一个近端分株(proximal ramet)和一个远端分株(distal ramet),近端分株或远端分株分别置于80％遮荫环境,另一分株置于全光照环境;同时,分株间根状茎保持连接或割断处理.研究结果表明,不论白夹竹克隆片段近端分株遮荫还是远端分株遮荫,克隆整合均显著促进了遮荫分株根际土壤溶解性有机碳(DOC)含量和微生物生物量碳、氮含量(MBC,MBN);根状茎连接条件下遮荫分株根际土壤胞外N-乙酰基-β-氨基葡萄糖苷酶(NAGase)、脲酶(Urease)活性显著高于根状茎割断处理的遮荫分株;对遮荫分株根际土壤基因组DNA的16S rDNA V3、V4可变区的测序结果表明,可操作分类单元(OTUs)归于13个门,415个属.与根际土壤氮素转化相关的菌群Nitrosomonadaceae (uncultured),Nitrospira,Nitrospinaceae (uncultured),Xanthobacteraceae (uncultured),Bradyrhizobium相对丰度较小(最高值为11.8％).基于OTUs的主成分分析(PCA)表明,根状茎割断处理并没有对遮荫分株根际土壤细菌生物群落结构产生显著性影响.克隆整合显著促进了遮荫分株根际土壤C有效性,进而刺激了微生物调控的土壤有机质(SOM)周转过程.克隆整合对异质生境下克隆植物土壤细菌生物特征的影响可能部分解释了克隆植物的生态优势.

[目的]松花江流域是中国最早的工业基地之一,其水生态环境遭到严重破坏,环境保护工作面临巨大挑战.开展松花江流域水质评价及典型生物类群多样性状况调查,可为松花江流域生态系统的保护和修复提供依据.[方法]于2016年7月调查整个松花江流域近岸的大型底栖动物群落组成和测定水质理化指标,开展其水质理化特征评价和生物指数评价,并探讨底栖动物群落分布与水环境因子间的关系.[结果]理化指标评价结果显示,南源松花江水质状况最差,处于中度污染;北源松花江处于轻度污染;梧桐河水质最好,处于良好状态.松花江流域3个河段的底栖动物群落结构存在空间差异性.另外,梧桐河的物种多样性最高,北源松花江次之,南源松花江最低.溶解氧和营养元素K的浓度是驱动底栖动物群落组成发生显著性差异的主要环境因子.生物指数评价结果显示,3个河段水质均处于轻度污染状态.[结论]松花江流域水质处于轻度到中度污染状态.有机污染是松花江流域面临的主要水质环境问题,对松花江流域底栖动物群落结构产生了显著影响.因此,控制有机质的输入是维持松花江流域水生态系统平衡的重要举措之一.

气候变化下,不同生态策略的树种对环境变化有着不同的响应能力,影响其叶片淋溶产生的DOM(Dissolved organic matter)的数量和质量,进而影响土壤的养分循环.通过探究亚热带地区不同生态策略树种叶片DOM数量及光谱学特征的差异,评估不同数量和结构特征DOM输入到土壤对养分循环的影响.本研究选取6种树种鲜叶进行浸提,其中竞争型(Competitive,C)和忍耐型(Stress-tolerant,S)各3种(树参(Dendropanax dentiger),黄绒润楠(Machilus grijsii),黄牛奶树(Symplocos cochinchinensis(Lour.)),细柄阿丁枫(Altingia gracilipes),丝栗栲(Castanopsis fargesii)和罗浮栲(Castanopsis faberi)).通过溶解性有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)、溶解性有机氮(Dissolved organic nitrogen,DON)表征DOM的数量特征,通过紫外吸收值(Special Ultraviolet-Visible Absorption,SUVA),腐殖化指标(Humification index,HIX)和傅里叶红外光谱(Fouriertransform infrared,FTIR)等光谱指标表征DOM质量特征.结果表明:不同生态策略树种的叶浸提液中可溶性有机碳浓度无显著差异,但是C策略树种浸提液中可溶性有机氮浓度大于S策略的DON浓度.此外,S策略的芳香化指数(Aromatic index,AI)和腐殖化指数(HIX)均高于C策略.C策略树种的发射荧光强度也高于S策略,说明C策略树种DOM腐殖化程度较低,易分解物质含量高;S策略难分解物质多,腐殖化程度较高.傅里叶红外光谱结果表明,各树种叶浸提的DOM存在相似的吸收峰,其中以H键键合的-OH伸缩振动最强且C策略树种结果相对简单,验证了荧光光谱的结果.总体而言,与C策略相比,S策略树种叶片浸提的DOM结构更复杂,养分含量更高.这可能是因为,S策略树种对环境变化具有更高的适应性.由于其DOM结构相对复杂,输入土壤后减缓土壤碳周转速率,在未来气候变化情景下,S策略树种可能有利于土壤碳汇的形成.

为明确脱甲河溶存CH4关键产生途径,明晰水系碳同位素组成及其分布特征,为小流域CH4排放估算和减排提供数据支撑.利用双层扩散模型法估算了CH4浓度和传输通量,研究了周年内脱甲河4级河段(S1～S4)水体CH4通量的时空分布及其主控环境因子;运用稳定同位素方法探究了溶存CH4关键产生途径,分析了溶解CH4、悬浮颗粒物和沉积物有机质δ13C分布特征.结果表明:水体pH均值为(7.27±0.03),各河段四季差异均显著;溶解氧(DO)在0.43～13.99 mg·L-1内变化,S1河段DO浓度最高且夏、秋季差异显著,其他河段均为冬与春、夏、秋季差异显著;可溶性有机碳(DOC)变化范围是0.34～8.32 mg·L-1,由S1至S4河段总体呈递增趋势;水体电导率(EC)和氧化还原电位(ORP)变化范围分别是17 ～ 436μS·cm-1和-52.30～674.10 mV,各河段差异明显;铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3--N)浓度分别在0.30～ 1.35(平均0.90±0.10)mg·L-1和0.82 ～ 2.45(平均1.62±0.16)mg·L-1内变化.溶存CH4浓度和传输通量变化范围分别是0～ 5.28(平均0.46±0.06)μmol·L-1和-0.34～619.72(平均53.88±7.15)μg C·m-2·h-1;均存在时空变化且变异规律相似,为春季＞冬季＞夏季＞秋季,S2＞S3＞S4＞S1.通量与水体铵态氮和DOC浓度均呈显著正相关.各级河段均以乙酸发酵产甲烷途径为主导,但不同河段差异明显,乙酸发酵途径产CH4贡献率以S1河段最高(87％),其次为S4(81％),S2、S3分别达到78％和76％.溶存CH4、悬浮颗粒物和沉积物有机质的δ13C均值分别为-41.64‰± 1.91‰、-14.07‰±1.06‰和-26.20‰±1.02‰,溶存甲烷δ13C与沉积物有机质的δ13C呈显著正相关,与其传输通量呈极显著负相关.

土壤酶参与土壤有机质矿化过程,林火能通过改变土壤中微生物的群落结构等来改变土壤酶的活性,进而影响土壤有机碳的动态过程.土壤有机碳库是陆地碳库的重要组成部分,火烧会使土壤有机碳组分发生变化,研究火烧后土壤有机碳组分的变化对于土壤有机碳库的管理具有重要意义.以我国中亚热带典型马尾松人工林火烧迹地为研究对象,通过对比研究,探讨了火烧对土壤酶活性和土壤有机碳组分的影响以及两者之间的关系.结果表明:(1)与对照相比,火烧后一年0-10 cm土层土壤pH值明显升高(P＜0.05),土壤总碳含量显著降低(P＜0.05),土壤全氮含量平均降低17.5％(P＞ 0.05).0-10 cm土层和1020 cm土层土壤含水量均显著低于对照(P＜0.05).(2)相比对照,土壤β-葡萄糖苷酶活性在0-10 cm土层显著降低(P＜0.05),土壤酚氧化物酶活性和过氧化物酶活性显著升高(P＜0.05).(3)火烧后一年0-10 cm土层土壤微生物量碳、土壤颗粒性有机碳、土壤易氧化碳含量比对照分别降低26.4％、30.9％和2.69％,但无显著差异,土壤溶解性有机碳含量则显著降低(P＜0.05);两个土层土壤不稳定有机碳含量和粘粒有机碳含量变化不显著.

氨基酸是海洋有机质尤其是有机氮的重要组分,其地球化学行为活跃,在海洋有机质生物地球化学循环过程中起着重要作用.氨基酸的含量、组成和分布等信息可有效指示有机质的降解状态.本研究系统总结了海洋颗粒物/沉积物中氨基酸的分布特征及影响因素,以及氨基酸对有机质降解程度的指示作用.海洋颗粒物/沉积物氨基酸的主要成分为甘氨酸(Gly)、谷氨酸(Glu)、丙氨酸(Ala)和天冬氨酸(Asp),其含量从近岸到大洋逐渐降低,并随深度增加呈下降趋势.氨基酸的碳、氮归一化产率(％ AA-C/TOC,％AA-N/TN)以及基于氨基酸组成的降解因子(DI)越低,表明有机质的降解程度越高.基于非蛋白质氨基酸以及D型氨基酸含量与组成的活性因子(RI)和D型氨基酸与L型氨基酸比值(D/L)等指标可以根据细菌对氨基酸的转化作用来指示有机质的降解程度,其中RI值越接近于0,D/L值越高,蛋白质与非蛋白质氨基酸的比值Asp/β-Ala和Glu/γ-Aba(氨基丁酸)越小,均表明有机质受到微生物的降解和转化程度越高.颗粒物/沉积物中氨基酸的迁移转化过程主要受到溶解氧、营养盐水平、有机质来源、沉积环境以及微生物转化等因素的影响.今后应加强颗粒物和沉积物之间的协同效应以及微生物对氨基酸的影响与具体调控机理研究.