长江中下游典型湿地沉积物-水界面硝酸盐异养还原过程

反硝化(Denitrification,DNF)和硝酸盐异化还原为氨(Dissimilatory Nitrate Reduction to Ammonium,DNRA)是硝酸盐异养还原的2个主要途径.反硝化被认为是彻底去除水体氮负荷的主要过程;而硝酸盐异化还原为氨则将水体中的硝态氮转化为氨氮.2个过程均以硝酸盐为电子受体,并存在相互竞争关系.这2个过程的研究对理解湿地氮转化以及指导湿地氮污染修复具有重要意义.运用无扰动沉积物柱样流动培养、15NO-3-N同位素示踪实验,并采用氨氧化-膜接口质谱仪联用(OX/MIMS)测定氨氮同位素产物的方法,对鄱阳湖碟形湖湿地、巢湖重污染河流湿地、巢湖重污染湖泊湿地3种类型湿地沉积物-水界面的硝酸盐异养还原过程进行研究,结果表明存在显著差异.3种类型湿地DNF速率的范围为(6.36±2.57)~(99.98±14.05)μmol/(m2·h),DNRA速率的范围为(0.51±0.45)~(79.82±6.08)μmol/(m2·h).在3种类型湿地中,随着氮污染程度加重,DNF和DNRA速率均显著增加,且DNRA过程在总的硝态氮异养还原中所占的比重不断增大,说明较高的硝酸盐负荷、较高的沉积物有机质含量更有利于DNRA过程的竞争.而对反硝化方式的进一步研究发现,巢湖重污染河流、湖泊湿地主要以非耦合反硝化为主导过程,而鄱阳湖碟形湖湿地则更倾向于以硝化过程耦合控制的反硝化为主.     

东南丘陵山区深水水库两种浮床植物脱氮效率对比研究

为探究东南丘陵山区深水水库中生态浮床技术深度脱氮的效率及管理措施,以大型山谷型深水水库千岛湖为例,选取湿生植物空心菜(Ipomoea aquatica)和水生植物粉绿狐尾藻(Myriophyllum aquaticum),采用生态浮床技术,开展了原位模拟实验对比研究,探究不同营养盐浓度和光强下两种植物的生长状况与氮素去除效率。结果发现:(1)空心菜长势受营养盐和光照条件影响明显,添加氮磷后(TN=2.37 mg/L,TP=0.046 mg/L)的空心菜生物量是原位水体(TN=0.66 mg/L,TP=0.028 mg/L)的1.6倍,适当遮光有助于浮床植物生长,40%遮光条件下空心菜的生物量是不遮光条件下的1.5倍;而粉绿狐尾藻生长受营养盐和光照条件影响均较小。(2)空心菜对于水体氮素净化能力显著高于粉绿狐尾藻,在最佳条件下空心菜和粉绿狐尾藻对氮素的去除效率分别达到213.30和44.23 mg/(m²·d)。(3)空心菜去除氮主要以植物同化作用为主,占70%以上TN去除量,40%遮光环境通过明显提升空心菜同化吸收氮量和根系反硝化速率增强了氮的去除能力;粉绿狐尾藻同化吸收和反硝化脱氮作用各占50%左右,以遮光75%下脱氮效果最好。本研究表明,采用生态浮床技术能够强化深水水库的脱氮能力,空心菜更适合在氮浓度较高的水体生长,夏季为空心菜和粉绿狐尾藻浮床分别进行40%和75%的遮光处理将有更好的水质净化效果。因此,在滨岸湿地匮乏的深水水库实施多种植物搭配的生态浮床技术强化水体脱氮作用是一种行之有效的水质改善方法。     

贵州草海喀斯特高原湖泊湿地甲烷氧化菌群落特征及功能探析

草海是由喀斯特盆地积水发育而形成的一个完整的、典型的高原湖泊湿地生态系统,同时也是中国面积最大的岩溶构造湖.甲烷氧化菌作为一类能够将甲烷氧化为CO₂和水的独特微生物,其活动与生态系统中能量流动和元素循环的关键步骤密不可分.为了解贵州草海喀斯特高原湖泊湿地中甲烷氧化菌的群落结构特征及功能,利用宏基因组技术对浅水沼泽、莎草湿地、深水沉积物进行研究.结果表明,草海湿地中主要的好氧甲烷氧化菌为Methylobacter和Methylomonas,主要的厌氧甲烷氧化菌为Candidatus_Methylomirabilis_oxyfera,属于NC10门的反硝化型厌氧甲烷氧化菌.所研究的4种代谢功能基因种类多样性表现为碳代谢＞氮代谢＞硫代谢＞甲烷代谢;基于KEGG数据库共注释到6大类功能和18条与碳、甲烷、氮、硫相关的完整代谢路径.PCoA分析表明浅水沼泽和莎草湿地中甲烷氧化菌的种类和功能相似,且与深水沉积物存在差异.物种与功能相关性网络分析结果显示Methylacidiphilum_fumariolicum和Methylacidiphilum_kamchatkense与草海湖泊湿地中的各个代谢功能均具有较强的相关性.显著影响草海湿地中大多数甲烷氧化菌的群落结构的环境因素是硝酸盐、电导率、总磷和有机质.     

种植不同植物的人工湿地深度处理城镇污水处理厂尾水的中试研究

利用种植不同植物的人工湿地对污水厂尾水进行深度处理以达到更严格的排放标准.利用5块尺寸一致的中试规模人工湿地,以潮汐流作为运行方式,研究不同植物对尾水的处理效果.经过一年的实验,结果表明：5块人工湿地出水各指标均能达到提升标准的排放要求.在不同植物的去污效果对比实验中,种植芦苇（Phragmites communis）的人工湿地对化学需氧量（COD）、氨氮和总氮（TN）的平均去除率均为最高,分别为24.01%、68.15%和92.70%;种植风车草（Cyperus alternifolius）的人工湿地对TP的平均去除率最高,为71.68%.在不同季节的去污效果对比实验中,春季芦苇湿地对COD、氨氮和TN的去除效果最好,平均去除率分别为52.51%、76.06%和92.04%,美人蕉（Canna indica）湿地对TP去除效果最好,平均去除率为66.72%;夏季对COD、氨氮、TP和TN处理效果最好的分别是种植丝带草（Phalaris arundinacea）、菖蒲（Acorus calamus）、风车草和芦苇的人工湿地,平均去除率分别为15.83%、78.11%、67.30%和91.73%;秋季对COD、氨氮、TP、TN处理效果最好的分别是种植芦苇、丝带草、风车草、美人蕉的人工湿地,平均去除率分别为12.19%、58.82%、83.16%和94.01%;冬季对COD去除效果最好的是种植丝带草的人工湿地,平均去除率为33.39%,对氨氮、TP处理效果最好的是种植美人蕉的人工湿地,平均去除率分别为76.33%和79.43%,对TN处理效果最好的是种植芦苇的人工湿地,平均去除率为94.97%.在以后的实际工程中,可以考虑用种植不同季节、不同指标对应的最佳去污植物为主,并且搭配种植其他植物的人工湿地进行污水厂尾水的深度处理.     

植物秸秆作补充碳源对人工湿地脱氮效果的影响

研究以芦苇杆、树枝及芦苇杆+树枝这三组植物秸秆作为碳源,分别补充于人工湿地基质表层(0-5cm)和中层(30-35cm)对脱氮效果的影响.试验结果表明,在进水条件下,补充植物秸秆能将人工湿地系统的TN去除率从44%提高到53%-66%,秸秆材料种类对脱氮效果影响不显著;对于三组植物秸秆材料,补充在中层均能较表层更好地提高脱氮效果,而且具有更强的抵抗进水氮负荷冲击能力.沿程氮形态分析表明:补充植物秸秆后,可以解除由于有机碳源不足产生的硝氮、亚硝氮积累,提高总氮的去除效率;而秸秆补充于中层,由于未干扰进水氨氮的硝化过程,增加底物硝氮、亚硝氮的反硝化反应,从而较之补充于表层有更好的脱氮效果.     

改性黑臭河道沉积物对营养盐去除的研究

为研究黑臭河道沉积物资源化利用方式,评估沉积物资源化以后对营养盐去除效果和研究其去除机制,以北京市某黑臭河道沉积物（S）为供试样品,对其进行氧化并负载金属离子改性,最终得到氧化-载钠改性沉积物（MS）.选取S和MS两种材料,评估其对氮和磷的去除效果,通过采用动力学、热力学等手段,进一步阐明改性材料对氮、磷去除机制.结果表明,在环境温度为35℃,固液比1：50（g：ml）的条件下,经氧化-载钠联合改性材料对氮（初始浓度20 mg/L）的去除效果均达到90%以上,其中对磷（初始浓度10 mg/L）的去除率最高可达98%;准二级动力学模型能更好的描述改性材料的吸附动力学行为（R²>0.93）,且动力学和吸附等温分析结果显示,Langmuir模型可以更好地描述两种材料的吸附等温线,改性材料对氮和磷的最大吸附量分别达到0.891和0.474 mg/g;热力学研究结果表明,吸附过程中,标准反应焓变（ΔH⁰）、标准反应熵变（ΔS⁰）均为正值,标准吉布斯自由能变（ΔG⁰）为负值,且随着温度的升高,ΔG⁰呈下降趋势.研究显示,MS具有更高的吸附性能,对氮、磷的吸附主要是材料表面活性吸附点位起主导作用,并且吸附过程是个吸热、自发进行的过程,更高的温度更有利于吸附.在同一温度下,随着氮、磷初始浓度的增加,MS对氮、磷的解吸比吸附过程更容易发生.     

太湖贡湖湾人工湖滨带水生植物恢复及其富营养化控制

以太湖贡湖湾人工湖滨带为对象,研究湖滨水生植物修复过程及其富营养化控制效果.人工湖滨区域内的消浪带、岸上护坡措施为水生植物修复提供了良好的生境条件,形成了包括荇菜（Nymphoides peltatum（Gmel.）Kuntze）、睡莲（Nymphaea tetragona Georgi）、菱（Trapa bispinosa Roxb.）为主的浮叶植物群落,以及以黑藻（Hydrilla verticillata（Linn.f.）Royle）、狐尾藻（Myriophyllum verticillatum L.）、小眼子菜（Potamogeton pusillus L.）、竹叶眼子菜（Potamogeton malaianus）为主的沉水植物群落.通过设置研究区、对照区,持续监测溶解氧、总氮、总磷、氨氮、叶绿素a浓度等水体指标,烧失量、氮含量、磷含量等沉积物指标,水生植物生物量、覆盖度,浮游藻类等指标.不同时期、不同区域间的时空分布显示：随着水生植物的恢复,水体营养状态指数（TLI）、沉积物生物生产力指数（BPI）显著下降,水体透明度显著提升;较高浓度的总氮（>3.0 mg/L）、氨氮（>0.6 mg/L）环境不利于浮叶植物的生长,沉水植物对其则表现出更好的适应性,同时水生植物在成长过程中直接从水体/沉积物中吸收氮;颤藻（Cyanophyta oscillatoria）、直裂藻（Cyanophyta merismopedia）等浮游藻类吸收了水体磷,水生植物利用了沉积物磷,共同缓解了磷在湖滨区域的累计.总结以上,湖滨带的水文水质条件可以影响水生植物群落结构,进而决定氮、磷的控制效果,所以在湖滨带修复中构建合适的生境条件是水生植物发挥氮磷控制效果的重要前提.水生植物在恢复过程中对浮游藻类群落结构的影响是显著的,并且以此影响到湖滨水体中磷的分布.     

水域生境好氧不产氧光合细菌(AAPB)研究进展

好氧不产氧光合细菌（aerobic anoxygenic photosynthesis bacteria,AAPB）是广泛分布于海洋、湖泊及河流等典型水域生境中的异养原核生物,能够以环境中有机物为营养物质来获取细胞生长及代谢所需的能量,同时借助自身独特的菌绿素完成光合作用产能但不合成氧气,在物质循环与能量流动中扮演着重要角色.近年,越来越多的AAPB种属被陆续报道,基于光合基因,例如光合反应中心M亚基（pufM）的分子系统发育分析显示,大部分AAPB属于α-、β-及γ-变形菌,且丰度及多样性随生境的不同而呈现时空地理格局异质性.本文对AAPB的栖息环境与生长特性、丰度与分布、生态功能以及环境驱动因子等方面的研究进展进行了回顾和综述.目前,针对水库生态系统AAPB的研究鲜见报道,作者建议开展水库生境中AAPB多样性分布、环境驱动因素及生态功能研究,丰富对于水生生态系统中功能微生物种群生态结构与代谢功能的认识.     

基于15N稳定同位素示踪技术的太湖梅梁湾浮游植物群落氮吸收动力学研究

浮游植物对氮的吸收与其生长繁殖密切相关,太湖梅梁湾湖区蓝藻水华频频暴发,对该水域浮游植物氮吸收进行研究具有重要意义.本文分别在冬、春、夏、秋4个季节于梅梁湾采样,对水体常规理化指标和浮游植物群落结构进行分析,并利用¹⁵N稳定同位素示踪技术研究了浮游植物对铵态氮（NH₄⁺-N）、硝态氮（NO₃^--N）和尿素态氮（Urea-N）吸收的动力学特征.结果表明,太湖梅梁湾浮游植物群落除了秋季对NH₄⁺-N的吸收不符合米氏方程外,其余均符合.冬季和春季3种形态氮最大吸收速率（V_max）的大小依次为：NH₄⁺-N > NO₃^--N > Urea-N,而夏季为：NH₄⁺-N > Urea-N > NO₃^--N.3种形态氮V_max的季节变化规律为夏季 > 秋季 > 春季 > 冬季.V_max在不同季节以及不同形态氮之间的差异性可能与浮游植物群落组成以及水体中NH₄⁺-N浓度不同有关.浮游植物对NH₄⁺-N吸收的K_S值在冬、春季高于夏季,对Urea-N吸收的K_s值则在夏、秋季高于冬、春季,而对NO₃^--N吸收的K_s值则在夏季显著高于其他3个季节.冬季和春季梅梁湾浮游植物群落最容易受到NO₃^--N限制,而最不容易受到Urea-N的限制;而夏季,则最容易受到NO₃^--N限制,而最不容易受到NH₄⁺-N的限制,且浮游植物群落对NH₄⁺-N的亲和力最高.与NO₃^--N相比,秋季浮游植物更容易受到Urea-N的限制.不同季节,容易对浮游植物产生限制作用的氮的形态不同.     

基于浮游植物的城市湖泊生态健康评价——以长江下游铜陵市西湖为例

为了解铜陵西湖浮游植物群落结构与水生态健康状况,于2016年9月至2017年7月进行6次调查.结果显示：（1）浮游植物共检出6门88种,总密度变化范围为8.20×10⁵~1.60×10⁸ cells/L,均值为2.19×10⁷cells/L,生物量变化范围为1.34~27.76 mg/L,均值为9.45 mg/L,优势种为铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）、浮游蓝丝藻（Planktothrix sp.）和微囊藻（Microcystis sp.）;（2） RDA分析表明浮游植物生物量主要受水温、悬浮物、总氮、亚硝态氮和总磷影响;（3）浮游植物隶属于22组功能群,基于功能群的Q指数表明,铜陵西湖水质整体处于“中等”状态,7月水生态状况最差,11月最佳;（4）依据候选参数与环境因子的相关性,最终选定生物量、密度和Margalef指数来构建铜陵西湖浮游植物生物完整性指数（P-IBI）,其评估结果与Q指数呈显著正相关,但P-IBI评估结果（整体为“较差”状态）更为严格.本研究阐述铜陵西湖浮游植物群落结构特征,并基于浮游植物Q指数和P-IBI评估其生态健康状况,相关研究结果可为其水环境管理及城市湖泊生态健康评估提供一定的科学参考.     

东、南洞庭湖的径流、泥沙特征及冲淤规律

通过实地调查并对1957年以来水文、泥沙观测资料做系统分析和计算,探讨东、南洞庭湖出、入湖水量、沙量的年际和年内变化特征,以及长江下荆江段裁弯对湖区径流和泥沙的影响。提出了湖区泥沙汛淤枯冲的变化规律及水位升降与湖区泥沙冲淤的关系;论证了丰、平、枯年湖区淤积严重,面积日益缩小对径流的调节作用正在减弱。     

燕郊等测点迁移优化与地磁观测研究

为优化地磁观测条件，开展了燕郊、夏垫等测点迁移工作；按照测眯迁移原则与实施技术方案，完整地收集并整理了地质构造与地球物理等方面的基本资料；进行了野外实地勘察，磁场梯度的测量，确定了新测点，在新老测点上进行了较长时间的地磁场对比观测；应用多种方法分析研究了地磁对比观测资料，结果表明，新老测点与有关测点的地磁变化具有良好的一致性，并得到了新老测点之间的地磁数据的按点差。     

Temporal variations and scaling of streamflow and baseflow and their nitrate-nitrogen concentrations and loads

The patterns of temporal variations of precipitation (P), streamflow (SF) and baseflow (BF) as well as their nitrate-nitrogen (nitrate) concentrations (C) and loads (L) from a long-term record (28 years) in the Raccoon River, Iowa, were analyzed using variogram and spectral analyses. The daily P is random but scaling may exist in the daily SF and BF with a possible break point in the scaling at about 18 days and 45 days, respectively. The nitrate concentrations and loads are shown to have a half-year cycle while daily P, SF, and BF have a one-year cycle. Furthermore, there may be a low-frequency cycle of 6–8 years in C. The power spectra of C and L in both SF and BF exhibit fractal 1/f scaling with two characteristic frequencies of half-year and one-year, and are fitted well with the spectrum of the gamma distribution. The nitrate input to SF and BF at the Raccoon watershed seems likely to be a white noise process superimposed on another process with a half-year and one-year cycle.     

GIS与防灾减灾

地理信息系统(GIS)在我国已得到广泛的应用。在简要介绍G1S的发展历程、特点和发展趋势的基础上，重点从防灾减灾的角度介绍了GIS在气象灾害、地震灾害、地质灾害等领域的应用成果。     

Fault and system stiffnesses and stick-slip phenomena

Summary This paper discusses the influence of system stiffness on the dynamic instability of fault surfaces under laboratory conditions for a number of test modes. In conjunction with shear load stiffness, the normal load stiffness, often neglected, is shown to have a considerable effect on the stick-slip process —its presence or absence and its characteristics. Also appropriate stiffnesses are suggested for an earthquake sequence modeled as a growing dislocation.     

Correlation of foreshocks and aftershocks and asperities

A close correlation in spatial distribution of local seismic activity and energy release patterns before and after the 1979 Petatlan, Mexico earthquake suggests heterogeneity within the fault plane of this major low-angle thrust event associated with subduction along the Middle America Trench. A simple two-asperity model is proposed to account for the complexity. Foreshocks and aftershocks of the neighboring 1981 Playa Azul earthquake showed a similar pattern. As both events occurred at the junction of the Orozco Fracture Zone and the Middle America Trench, we speculate that the observed complex fault plane is caused by subduction of the rugged ocean floor of the Orozco Fracture Zone. Short-term precursory seismicity prior to the Petatlan earthquake can be explained by using the asperity model and migration of a slip front from the south-east to the north-west across the main shock source region.     

地震系统科技信息资源集成整合的探索与研究

本文探索了网络化环境下,利用现代化的信息技术,对地震科技信息资源集成整合以及共建共享等问题。     

Causes and solutions of overshoot and undershoot and end swing in Hilbert-Huang transform

Introduction Hilbert-Huang transform (HHT) is a great break in processing nonlinear and non-stationary data and can be successfully used in many science domains. There are mainly two parts in this method. The first part is to decompose the original data into several intrinsic mode functions (IMF) with the empirical mode decomposition (EMD). IMF components are derived from the original data directly according to the local characteristics in the data under some rules, so that IMF are poste…     

石油双机(有机+无机)混合成因的研究与探索

石油与天然气的成因问题关系到我国乃至世界各国能源结构的配置及其能源在社会与经济发展中的地位和导向.自从17世纪展开对石油的有机与无机成因的争论以来,至今已有约300~400年的历史.尽管有机成因论占据了统治地位,但是无机成因论亦不断地在兴起!通过对这二者的理解和研究,从理论上讲他们都具有一定的物质基础和论据.基于对国内、外一些特异油田的生储环境,原油中所富含的微量金属元素的聚集与散失,某些油田中并未找到卟啉分子这样的生物标志物,碳、氢、氧化学合成实验等方面取得了一定的成效,故全盘否定无机生油的论点和论据确尚感为时过早或欠妥!显然,在以有机物成油为主体的前提下,无机物亦可生成部分石油,并通过运移、渗透到各油田的储集层中应是完全可能的.基于这样的分析、研究和探索,现提出石油的双机(a有机+b无机)混合成因的新理念.诚希能在今后的石油工业发展中,从理论、技术、实验和实践中强化对双机混合成因新理念的深化研究与探索,以达深切理解和扩展石油生、储空间环境等是不无裨益的!     

Advancements and best practices for analysis and correlation of tephra and cryptotephra in ice

Geochemical analysis of fine grained (<20 μm) tephra found in ice cores is inherently difficult, due to the typically low number and small size of available particles. Ice core tephra samples require specialized sample preparation techniques to maximize the amount of information that can be gained from these logistically limited samples that may provide important chronology to an ice record, as well as linking glacial, marine and terrestrial sediments. We have developed a flexible workflow for preparation of tephra and cryptotephra samples to allow accurate and robust geochemical fingerprinting, which is fundamental to tephrochronology. The samples can be prepared so that secondary electron imagery can be obtained for morphological characterization of the samples to ensure that the sample is tephra-bearing and then the sample can be further prepared for quantitative electron microprobe analysis using wavelength dispersive techniques (EMP-WDS), scanning electron microscopy with energy dispersive spectrometry (SEM-EDS), laser ablation inductively coupled mass spectrometry (LA-ICP-MS) or secondary ion mass spectrometry (SIMS). Some samples may be too small for typical instrumentation conditions to be used (i.e. 20 μm beam on the EMP) to analyze for geochemistry and we present other techniques that can be employed to obtain accurate, although less precise, geochemistry. Methods include analyzing unpolished tephra shards less than 5 μm in diameter with a 1 μm beam on an SEM; using the “broad beam overlap” EMP method on irregular particles less than 20 μm in diameter, and analyzing microlitic shards as well as aphyric shards using EMP to increase the number of analyzed shards in low abundance tephra layers. The methods presented are flexible enough to be employed in other geological environments (terrestrial, marine and glacial) which will help maximize and integrate multiple environments into the overall tephra framework.