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绿脱石结构Fe(III)还原程度对氧化过程·OH形成及有机质矿化的影响

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农业环境科学学报 2024年

作者：肖艳琦符俊宏刘细祥廖文娟张娜崔浩杰衡水学院河北省湿地生态与保护重点实验室湖南农业大学资源学院中国地质大学(武汉)生物地质与环境地质国家重点实验室广西民族大学材料与环境学院广西高校环境友好材料及碳中和新技术重点实验室广西先进结构材料与碳中和重点实验室

土壤和沉积物有氧-无氧界面黏土矿物结构Fe(II)氧化产生的羟自由基(·OH)在有机物质转化过程中具有重要作用。土壤和沉积物黏土矿物结构Fe(III)的还原程度会随环境条件变化而不同，然而，关于含铁黏土矿物还原程度[Fe(II)/ Fe总]对氧化... 详细信息

土壤和沉积物有氧-无氧界面黏土矿物结构Fe(II)氧化产生的羟自由基(·OH)在有机物质转化过程中具有重要作用。土壤和沉积物黏土矿物结构Fe(III)的还原程度会随环境条件变化而不同，然而，关于含铁黏土矿物还原程度[Fe(II)/ Fe总]对氧化过程中·OH的形成及有机质矿化的影响尚不明确。本研究以富铁绿脱石为黏土矿代表，研究了不同还原程度绿脱石[Fe(II)/ Fe总：15%，22%，39%和56%]有氧氧化产生·OH的机制及该过程对溶解性有机质(DOM)转化的差异。结果表明，当不同还原程度绿脱石的悬浊液体系中结构Fe(II)浓度为2.2 mmol·L-1时，随着还原程度从15%增加到56%，其氧化120 min后·OH的累积浓度从15.1 μmol·L-1增加到27.1 μmol·L-1，单位O2转化为·OH的效率从3.4%提高到5.9%。傅里叶变换红外光谱(FTIR)、氮蓝四唑(NBT)猝灭实验和2，2’-联吡啶(BPY)钝化边缘反应位点的结果证明了还原程度为15%的绿脱石主要存在二八面体Fe(II)[Al- Fe(II)]，并在边缘位点活化O2产生·OH；而还原程度为56%的绿脱石除二八面体Fe(II)外，还存在高活性三八体[Fe(II)- Fe(II)- Fe(II)]，底面位点和边缘位点均可活化O2产生·OH，并且O2在底面位点还原形成·OH效率更高。氧化过程中·OH矿化溶解性有机质(DOM)形成CO2的含量随绿脱石的还原程度的升高而升高。因此，与低还原程度绿脱石(15%)相比，高还原程度的绿脱石(56%)存在高活性三八面体并能从底面位点形成·OH从而提高了·OH生成的效率并进一步促进了DOM的矿化。

关键词：绿脱石结构二价铁还原程度羟自由基(·OH) 天然DOM转化

太阳光联合高碘酸盐降解水中新污染物卡马西平

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环境科学学报 2024年第7期44卷 95-103页

作者：彭程邱隆慧晏彩霞袁玉龙赖建萍丁明军王鹏聂明华江西师范大学地理与环境学院鄱阳湖湿地与流域研究教育部重点实验室流域生态智能监测与综合治理江西省重点实验室南昌330022 自然资源部生态地球化学重点实验室北京100037

以卡马西平(CMZ)为目标污染物,探索太阳光(SL)活化高碘酸盐(PI)降解CMZ的效能及机理.结果表明,在一定条件下([PI]=0.1 mmol·L^(-1),[CMZ]=5μmol·L^(-1)),SL/PI体系可在20 min内完全去除CMZ,且在酸性和中性条件下更有利于CMZ的降解.... 详细信息

以卡马西平(CMZ)为目标污染物,探索太阳光(SL)活化高碘酸盐(PI)降解CMZ的效能及机理.结果表明,在一定条件下([PI]=0.1 mmol·L^(-1),[CMZ]=5μmol·L^(-1)),SL/PI体系可在20 min内完全去除CMZ,且在酸性和中性条件下更有利于CMZ的降解.活性物种淬灭与电子顺磁共振分析显示,羟基自由基(·OH)、单线态氧(^(1)O_(2))、超氧自由基(O_(2)^(·-))和碘酸根自由基(·IO_(3)、·IO_(4))是SL/PI体系中去除CMZ的主要活性物种.水中Mn^(2+)、Fe^(3+)和NO_(3)^(-)对体系降解有轻微促进作用;低浓度的Cl^(-)对降解无明显影响,而高浓度的Cl^(-)有轻微促进作用;HCO_(3)^(-)和腐殖酸(HA)对降解有一定抑制作用;SO_(4)^(2-)则无明显影响.通过对不同反应时间的中间产物进行测定分析,共检测出5种中间产物,并提出了4种CMZ可能的降解途径.同时,通过评估其降解中间产物的毒性,发现SL/PI体系对CMZ的降解伴随着解毒作用.此外,SL/PI体系在实际水体及多种典型新污染物中均表现出较好的处理效能.

关键词：太阳光卡马西平高碘酸盐新污染物降解

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生物炭DOM光谱特征及其与磺胺嘧啶的络合—不同化学离子条件的影响

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环境科学学报 2024年第6期44卷 193-204页

作者：袁美林聂明华晏彩霞刘永鹏丁明军王鹏江西师范大学地理与环境学院鄱阳湖湿地与流域研究教育部重点实验室流域生态智能监测与综合治理江西省重点实验室南昌330022

了解不同离子条件下生物炭溶解性有机质(BDOM)与污染物的络合行为对生物炭的应用具有重要意义.研究选取玉米秸秆生物炭和磺胺嘧啶(SD)为研究对象,利用多光谱分析技术和方法探究了不同离子类型和浓度对BDOM光谱特征及BDOM-SD络合行为的影... 详细信息

了解不同离子条件下生物炭溶解性有机质(BDOM)与污染物的络合行为对生物炭的应用具有重要意义.研究选取玉米秸秆生物炭和磺胺嘧啶(SD)为研究对象,利用多光谱分析技术和方法探究了不同离子类型和浓度对BDOM光谱特征及BDOM-SD络合行为的影响.紫外-可见吸收光谱结果表明,高浓度离子溶液中BDOM的芳香性及腐殖化程度较低.通过三维荧光光谱结合平行因子分析法共解析出4个类腐殖质组分和1个类蛋白质组分,所有离子条件下均以微生物类腐殖质为主,高浓度阴离子及低价态阳离子可促进荧光组分的溶出.二维相关分析图谱表明,类络氨酸和类富里酸对SD的加入更敏感,并且在Na^(+)、NO_(3)^(-)和低浓度Ca^(2+)浸提液中以类富里酸优先与SD发生反应,而高浓度Ca^(2+)浸提液中则以类络氨酸优先.此外,各离子条件均以微生物类腐殖质和富里酸的猝灭最多,并且除高浓度Ca^(2+)条件外,SD与BDOM猝灭效果均较好.

关键词：生物炭溶解性有机质磺胺嘧啶络合荧光

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基于修订的最小数据集的土壤质量评价—以安徽合肥巢湖湖滨国家湿地公园为例

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地球与环境 2024年第1期52卷 41-52页

作者：崔梦婷刘璇吴继龙黄涛孙庆业安徽大学资源与环境工程学院合肥230601 湿地生态保护与修复安徽省重点实验室合肥230601

运用主成分分析法建立修订的最小数据集(revised minimum data set,R-MDS),计算土壤质量指数(soil quality index,SQI),对安徽合肥巢湖湖滨国家湿地公园土壤质量开展评价。结果表明,建立的最小数据集包括土壤有机质、全氮、速效钾、酸... 详细信息

运用主成分分析法建立修订的最小数据集(revised minimum data set,R-MDS),计算土壤质量指数(soil quality index,SQI),对安徽合肥巢湖湖滨国家湿地公园土壤质量开展评价。结果表明,建立的最小数据集包括土壤有机质、全氮、速效钾、酸性磷酸酶、脱氢酶、过氧化氢酶和含水率。基于修订的最小数据集的巢湖湖滨湿地土壤质量指数(soil quality index-revised minimum,SQI-RM)与基于全体数据集(total data set,TDS)的土壤质量指数(soil quality index-total,SQI-T)呈显著正相关,R^(2)达到0.86(P湿地土壤质量评价。基于修订的最小数据集的安徽合肥巢湖湖滨湿地公园土壤质量指数范围为0.25~0.61(均值0.44),表明湖滨湿地土壤质量整体水平一般。土壤全氮、有机质含量低是巢湖湖滨湿地土壤的显著特征,是土壤质量的限制因子。本研究结果为安徽合肥巢湖湖滨湿地公园管理提供了重要参考依据。

关键词：巢湖湖滨湿地最小数据集主成分分析土壤质量评价

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不同尺度下光伏电站的生态效应探讨

生态学报 2024年

作者：赵春黎马文勇张雅京程恩起曹飞孙浩严岩郭佳玮生态环境部卫星环境应用中心中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室国家环境保护卫星遥感重点实验室可持续发展大数据国际研究中心中国科学院空天信息创新研究院数字地球重点实验室生态环境部环境发展中心

双碳背景下光伏产业发展潜力巨大，未来或将占能源装机总量的40%。大规模光伏电站必然对当地生态系统产生复杂影响，更突显了探究光伏电站发展与生态保护之间平衡关系的重要性。基于文献综述的方法，提出“微观局地-宏观区域-全球尺度... 详细信息

双碳背景下光伏产业发展潜力巨大，未来或将占能源装机总量的40%。大规模光伏电站必然对当地生态系统产生复杂影响，更突显了探究光伏电站发展与生态保护之间平衡关系的重要性。基于文献综述的方法，提出“微观局地-宏观区域-全球尺度”的光伏电站多尺度生态影响路径和概念框架，梳理了光伏在全生命周期不同环节的外部性生态环境影响，其负外部性以光伏组件生产和报废环节的环境污染、资源浪费问题为主，正外部性，表现在其在运营期间各项生态功能的提升、及在全球变化减缓方面的贡献。综述了各尺度所关注的研究方向和主要评估指标：在局地微观尺度，光伏电站主要影响地表温度、空气湿度和局地风速、土壤和植被等要素和指标；在宏观区域尺度，更多研究光伏电站对区域生态系统服务、对生态和经济效益的影响和改变，以及光伏与区域生态保护修复协同发展的潜在方向；在全球尺度重点关注对气候、生物多样性等全球性问题的作用；并探讨了不同多尺度下生态影响和效应的关联关系。期望本研究多尺度光伏电站生态影响和效应的研究，可以为光伏电站和区域生态的协同发展提供理论依据。

关键词：生态效应光伏电站协同发展外部性

不同粒径湿地土壤高光谱特征及碳氮磷含量反演模型研究

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生态学报 2024年第15期44卷 6618-6629页

作者：聂磊超曲柯莹崔丽娟翟夏杰赵欣胜王泽成王金枝雷茵茹李晶李伟中国林业科学研究院湿地研究所湿地生态功能与恢复北京市重点实验室生态保护与修复研究所北京100091 北京汉石桥湿地生态系统国家定位观测研究站北京100091

河流湿地是非常重要的湿地类型,其中河流湿地土壤能够有效维持河流湿地生态系统的稳定性。土壤碳氮磷是支撑湿地土壤质量和植被生长的关键营养元素,利用高光谱遥感数据对其进行估算对实现湿地土壤养分信息的快速和准确检测具有重要意义... 详细信息

河流湿地是非常重要的湿地类型,其中河流湿地土壤能够有效维持河流湿地生态系统的稳定性。土壤碳氮磷是支撑湿地土壤质量和植被生长的关键营养元素,利用高光谱遥感数据对其进行估算对实现湿地土壤养分信息的快速和准确检测具有重要意义。土壤粒径作为土壤最重要的属性之一,对土壤样本的光谱反射率有着重要影响,并且是影响土壤结构、阳离子交换能力、植物养分可用性等的重要因素。以陕西黄河湿地省级自然保护区为研究区,于2022年8—9月采集477份湿地表层土壤样本,经过室内过筛处理后得到1.0 mm、0.3 mm、0.2 mm、0.1 mm四种不同粒径的土壤样本。基于原始光谱数据及一阶微分转换光谱数据对土壤碳、氮、磷含量建立不同粒径的偏最小二乘回归、随机森林、高斯过程回归3种预测模型,比较建模R^(2)以及RMSR选择最优模型,并筛选敏感波段构建模型进行评价。研究结果显示:(1)光谱反射率数值随土壤粒径的减小而增大,0.1 mm粒径的预测模型相比于其他粒径始终有着更好的精度;(2)基于一阶微分光谱建立的土壤有机碳、全氮、全磷含量估算模型均具有更高的精度;(3)基于敏感波段建立的偏最小二乘回归模型,建模R^(2)范围0.62—0.98,验证R^(2)范围0.36—0.94,相比其他模型具有更优秀更稳定的反演效果。研究结果表明通过控制土壤粒径建立土壤碳、氮、磷含量的估算模型是可行的,选择合适的粒径大小能够提高反演模型估算精度。而偏最小二乘回归作为具有较高精度的反演模型可以帮助提高模型的稳定性和预测能力,从而更准确地估算土壤中的碳、氮、磷含量。研究结果为基于高光谱遥感的不同粒径处理的湿地表层土壤碳、氮、磷定量反演提供坚实的理论支撑与技术支持。

关键词：高光谱粒径机器模型湿地土壤模型研究

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还原性绿脱石氧化驱动施化肥和秸秆还田水稻土溶解性有机质转化机制

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农业环境科学学报 2024年

作者：符俊宏肖艳琦宁雅琪谢雯静张娜崔浩杰廖文娟湖南农业大学资源学院江汉大学环境与健康学院衡水学院河北省湿地生态与保护重点实验室

为探讨秸秆还田和化肥施用下的两种DOM在含铁黏土矿物结构Fe（II）氧化过程中的转化机制，本文以富铁的还原态绿脱石（rNAu-2）为黏土矿代表，分别从长期施化肥（CF）和秸秆还田（HOF）的稻田土壤中提取DOM(DOMCF和DOMHOF)，研究了DOMCF... 详细信息

为探讨秸秆还田和化肥施用下的两种DOM在含铁黏土矿物结构Fe（II）氧化过程中的转化机制，本文以富铁的还原态绿脱石（rNAu-2）为黏土矿代表，分别从长期施化肥（CF）和秸秆还田（HOF）的稻田土壤中提取DOM(DOMCF和DOMHOF)，研究了DOMCF和DOMHOF分别对还原态绿脱石有氧氧化产生·OH影响，以及DOMCF和DOMHOF在该过程中DOM的转化差异。研究表明，在rNAu-2 (Fe（II）=1.2mmol·L-1)氧化过程中DOMHOF更容易被矿化，其中，氧化8 h DOMHOF被氧化形成CO2的累积量（以C计）为29.6μg高于DOMCF（16.9 μg ）。DOMCF和DOMHOF均会抑制绿脱石（rNAu-2）有氧氧化产·OH，并且DOMHOF的抑制作用更明显。无DOM存在条件下，rNAu-2有氧氧化8h的·OH累积量为26.06μmol·L-1，高于rNAu-2/DOMCF(19.83μmol·L-1)和rNAu-2/DOMHOF(17.07μmol·L-1)体系(DOM为50mg·L-1)。固液分离结果显示，rNAu-2与DOM或DOM-Fe3+电子传递作用抑制了结构Fe（II）氧化形成·OH。3DEEMs分析表明，秸秆还田促进了水稻土腐殖质和富里酸类有机质的积累，并且氧化后的腐殖质和富里酸变化明显，而在DOMCF中几乎没有检测到这两者的存在。XPS分析表明，·OH可以通过开环和羟基化机制加到芳香族结构或烯烃上，生成了更多的含氧基团（C-O和C=O）。因此，DOM的存在会抑制rNAu-2结构Fe（II）的氧化从而抑制了·OH的形成，而秸秆还田的土壤DOM中含有更多易分解的有机质组分，更容易消耗·OH，并释放更多的CO2。

关键词：还原态绿脱石秸秆还田羟基自由基(·OH) DOM转化

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贺兰山不同海拔土壤团聚体有机碳稳定性

生态学报 2024年

作者：李冰庞丹波陈林高锋吴梦瑶孙浩楠李学斌宁夏大学生态环境学院宁夏大学西北土地退化与生态恢复国家重点实验室培育基地宁夏大学西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室宁夏大学林业和草业学院

贺兰山是我国干旱半干旱地区的典型森林生态系统，为了解土壤团聚体稳定性及有机碳组分变化特征随海拔变化的机制，选择贺兰山1300—2700 m范围内的7种典型植被类型，分析不同海拔土壤理化性质、团聚体分布特征及其稳定性、不同粒级团... 详细信息

贺兰山是我国干旱半干旱地区的典型森林生态系统，为了解土壤团聚体稳定性及有机碳组分变化特征随海拔变化的机制，选择贺兰山1300—2700 m范围内的7种典型植被类型，分析不同海拔土壤理化性质、团聚体分布特征及其稳定性、不同粒级团聚体有机碳组分的变化机制，通过相关性热图分析和冗余分析，揭示影响团聚体有机碳变化的驱动因素。结果表明：随着海拔的上升贺兰山水稳性团聚体主要以大团聚体为主（>0.25 mm），大团聚体的含量和团聚体稳定性随海拔上升呈现先增后减的趋势，2249 m的山杨×油松混交处达到最大值。不同海拔各粒级团聚体土壤有机碳含量随着海拔上升逐渐增加，总体上大团聚体内有机碳高于微团聚体内有机碳含量。团聚体有机碳氧化组分各粒级中有机碳含量随着海拔上升逐渐增多，有机碳含量主要储藏在大团聚体内，在2617 m的高山草甸处达到最大值；中高海拔（1968—2617 m）有机碳氧化稳定性显著低于低海拔（1380—1650 m）地区，且大团聚体比微团聚体和粉黏粒中的有机碳容易氧化分解。相关分析表明，土壤有机碳（SOC）、海拔和全氮（TN）是影响有机碳氧化稳定性组分的主要影响因子，各组分因子之间相互制约。冗余分析分析表明，土壤理化性质及团聚体稳定性系数对有机碳氧化组分的贡献率为62.25%和21.60%。结果揭示了贺兰山不同海拔团聚体稳定性及有机碳组分特征的影响因素，对深入探讨贺兰山有机碳的储存具有重要意义。

关键词：贺兰山海拔梯度团聚体有机碳氧化组分

腾格里沙漠固沙植被区蚂蚁群落分布特征及其对土壤理化性质的影响

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生态学报 2024年第3期44卷 1104-1115页

作者：曾飞越刘任涛吉雪茹杨敏方进周磊赵文智宁夏大学生态环境学院银川750021 西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室银川750021 西北土地退化与生态恢复国家重点实验室培育基地银川750021 宁夏大学农学院银川750021 中国科学院西北生态环境资源研究院兰州730000

为了阐明固沙过程中蚂蚁群落结构分布特征及其对土壤性质的影响,在腾格里沙漠固沙植被区选取流动沙地以及5 a、8 a、34 a和57 a固沙植被区为研究样地,对不同样地蚂蚁群落的个体数、类群数以及蚁丘内外土壤理化性质进行测定,进而分析了... 详细信息

为了阐明固沙过程中蚂蚁群落结构分布特征及其对土壤性质的影响,在腾格里沙漠固沙植被区选取流动沙地以及5 a、8 a、34 a和57 a固沙植被区为研究样地,对不同样地蚂蚁群落的个体数、类群数以及蚁丘内外土壤理化性质进行测定,进而分析了不同样地蚂蚁群落分布特征及其与土壤因子间的关系。结果表明:(1)固沙植被区蚂蚁群落中的优势类群为掘穴蚁(Formica cunicularia),个体数占比为78.87%。(2)57 a固沙植被区蚂蚁密度显著低于8 a和34 a固沙植被区(P植被区蚂蚁类群数显著低于其他植被区(P植被区蚁丘中土壤含水量、土壤黏粒和土壤全钾显著高于非蚁丘,而土壤电导率和土壤粉粒显著低于非蚁丘(P植被区蚁丘中土壤pH显著高于非蚁丘,8 a固沙植被区蚁丘中土壤有机碳显著高于非蚁丘,8 a和34 a固沙植被区蚁丘中土壤全氮显著高于非蚁丘(P植被区蚂蚁群落组成差异较大,更丰富的蚂蚁群落有利于改善土壤质地,促进土壤理化性质向良好的方向发展,对实现荒漠生态系统恢复起到推进作用。

关键词：腾格里沙漠人工固沙林蚂蚁群落土壤理化性质

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