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作物根际激发效应:调控农田土壤碳动态及助力碳中和的关键因素

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浙江大学学报（农业与生命科学版） 2024年第2期50卷 172-189页

作者：郑维维何超杨京平浙江大学环境与资源学院浙江杭州310058

土壤碳是陆地碳库的重要组成部分,碳输入及输出、矿化与固定的动态平衡是实现碳中和的关键因素。根际激发效应(rhizosphere priming effect,RPE)是指活体植物的存在会显著影响植物-土壤系统碳动态,其微小变化都会影响宏观尺度上的土壤-... 详细信息

土壤碳是陆地碳库的重要组成部分,碳输入及输出、矿化与固定的动态平衡是实现碳中和的关键因素。根际激发效应(rhizosphere priming effect,RPE)是指活体植物的存在会显著影响植物-土壤系统碳动态,其微小变化都会影响宏观尺度上的土壤-大气碳动态。因此,作物RPE是调控农田土壤碳动态和碳中和的主导因子。本文通过文献回顾,首先阐述了农业实践过程中各种生物因素和非生物因素对作物RPE影响的研究现状;其次,归纳总结了当前作物RPE研究中的热点、难点,并分析其对土壤碳排放调控的意义,阐明了当前研究普遍存在案例特异性且缺乏普遍规律;最后,基于已有的研究提出农田生态系统中土壤碳调控和管理优化的潜在策略,为农业实践中有目的地调控作物RPE,在田间、种植模式及区域尺度上提出可能的方案指明了方向。本文可为生态农业实践中保障粮食安全的同时助力碳中和这一双赢方案提供理论参考。

关键词：作物-土壤系统根际激发效应土壤有机碳粮食安全碳中和

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改性镁铝水滑石对印染废水中锑的去除研究

环境科学学报 2024年第2期44卷 145-155页

作者：胡韵璇张双玉万磊吴霜徐新华浙江大学环境与资源学院杭州310058

锑(Sb)是印染废水中的特征污染物,常规处理工艺难以实现印染废水Sb(Ⅴ)的稳定达标排放,出水Sb(Ⅴ)浓度超标的问题亟待解决.本文选用十二烷基硫酸钠改性的镁铝水滑石(DS_(4)-LDH)为吸附剂,对印染废水中的Sb(Ⅴ)进行深度去除研究,系统考... 详细信息

锑(Sb)是印染废水中的特征污染物,常规处理工艺难以实现印染废水Sb(Ⅴ)的稳定达标排放,出水Sb(Ⅴ)浓度超标的问题亟待解决.本文选用十二烷基硫酸钠改性的镁铝水滑石(DS_(4)-LDH)为吸附剂,对印染废水中的Sb(Ⅴ)进行深度去除研究,系统考察不同条件下印染废水中Sb(Ⅴ)的去除效果.研究结果显示,0.05 g·L^(-1)投加量的DS_(4)-LDH可使Sb(Ⅴ)浓度为500μg·L^(-1)的模拟印染废水的出水Sb(Ⅴ)浓度小于50μg·L^(-1),满足相应排放标准.DS_(4)-LDH对印染废水中Sb(Ⅴ)的去除效果受到废水pH值、染料分子、共存离子等因素的影响.在酸性条件下,DS_(4)-LDH对Sb(Ⅴ)有更好的去除效果.染料种类对Sb(Ⅴ)的去除也有影响,酸性橙-7的影响较大.共存的磷酸根离子对Sb(Ⅴ)的吸附影响比较大.在对实际印染废水的处理中,调节池、气浮池和二沉池出水经DS_(4)-LDH深度吸附处理后能实现Sb(Ⅴ)的稳定达标.本文的研究成果为印染废水高效除Sb(Ⅴ)提供了潜在途径,具有一定的现实意义.

关键词：水滑石锑(Ⅴ) 印染废水去除效果

全球和生物群系尺度土壤有机碳分布控制因子及其分异规律

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生态学报 2024年第8期44卷 3382-3396页

作者：钱恬魏宇宸王明明郭晓伟罗忠奎浙江大学环境与资源学院杭州310058

土壤有机碳(SOC)是陆地生态系统碳库的核心组成部分,其动态平衡受气候、土壤、植被、地形及人类活动等的影响,但在不同的空间尺度上,这些影响因素的相对重要性和差异还不明确。为阐明不同尺度和不同土层深度土壤有机碳密度(SOCd,kg/m^(3... 详细信息

土壤有机碳(SOC)是陆地生态系统碳库的核心组成部分,其动态平衡受气候、土壤、植被、地形及人类活动等的影响,但在不同的空间尺度上,这些影响因素的相对重要性和差异还不明确。为阐明不同尺度和不同土层深度土壤有机碳密度(SOCd,kg/m^(3)土壤)的环境影响因子差异,选用全球113571个土壤剖面SOCd测量数据以及38个环境协变量数据,利用数据挖掘方法,分析了全球尺度和生物群系尺度不同土层深度SOCd的控制因子,并量化了空间自相关对相关结果的影响。研究结果表明:仅空间自相关就能解释全球尺度不同土壤深度13%—20%的SOCd空间变异,但是随土壤深度的增加,空间自相关的解释率降低。在剔除空间自相关的影响后,分析结果表明:全球尺度上,气候因素对SOCd空间变异的解释率最高,但只能解释17%—20%,这种解释率在不同土层之间没有显著差异。在生物群系尺度上,除北方森林地区,气候因素能够解释SOCd空间变异的24%—37%;而在北方森林地区,地形是影响SOCd空间变异的重要因素,对SOCd的解释率为21%—43%。这些结果表明,SOCd的控制因子在不同的尺度上明显不同。无论是在全球尺度上,还是生物群系尺度上,如果不考虑空间自相关,地形的影响会被低估,其他环境因素的影响被严重高估。为了准确计算全球与生物群系尺度上各土层SOCd分布的控制因子及其分异情况,空间自相关必须被考虑。

关键词：土壤有机碳控制因子空间自相关尺度效应机器学习

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生物炭负载纳米零价铁催化降解亚甲基蓝性能研究及机理分析

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浙江大学学报（理学版） 2024年第3期51卷 355-369页

作者：闫敏琪韩玉杨淳轲史惠祥浙江大学环境与资源学院浙江杭州310058 生态环境部南京环境科学研究所江苏南京210042

为提升纳米零价铁在类芬顿反应体系中的催化能力,减少团聚现象,采用液相还原法制备了生物炭负载纳米零价铁材料(nZVI@BC)。通过表征、亚甲基蓝降解实验,探究材料性能、降解最佳条件及作用机理。结果表明,纳米零价铁(nZVI)均匀分布于生... 详细信息

为提升纳米零价铁在类芬顿反应体系中的催化能力,减少团聚现象,采用液相还原法制备了生物炭负载纳米零价铁材料(nZVI@BC)。通过表征、亚甲基蓝降解实验,探究材料性能、降解最佳条件及作用机理。结果表明,纳米零价铁(nZVI)均匀分布于生物炭表面,且材料纯度较高、稳定性较好。在降解实验中,降解100 mg·L^(-1)亚甲基蓝溶液的最佳反应条件为25℃、初始pH=3、nZVI@BC投加量30 mg·L^(-1)、H2O2投加浓度4 mmol·L^(-1),10 min内几乎完全降解。在降解过程中,·OH起主要作用,发色官能团首先断裂,随后芳环结构被破坏,最终彻底降解。且nZVI@BC循环使用性能较好,3次循环后亚甲基蓝去除率仍达85%以上。在印染废水处理实验中,nZVI@BC处理效果良好,当H2O2投加浓度为0.9 mmol·L^(-1)、nZVI@BC投加量为60 mg·L^(-1)、pH≤4.5时,出水化学需氧量(CODcr)可降至50 mg·L^(-1)以下,达到回用水标准。

关键词：纳米零价铁类芬顿反应亚甲基蓝生物炭负载纳米零价铁

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施硅对稻田土-水稻系统磷活化与吸收的调控机制

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浙江大学学报(农业与生命科学版) 2024年

作者：史馨怡管冬兴邱丽雪刘艺文庞志豪廖敏浙江大学环境与资源学院

磷是作物生长必需的营养元素。为探讨施硅对稻田土-水稻系统磷活化与吸收过程的调控机制，选取3种典型农业土壤（黑土、红壤、黄棕壤）开展盆栽试验，研究不同施硅量（0、30、60 mg/kg）对水稻全生育期不同部位磷含量、产量、根表铁膜... 详细信息

磷是作物生长必需的营养元素。为探讨施硅对稻田土-水稻系统磷活化与吸收过程的调控机制，选取3种典型农业土壤（黑土、红壤、黄棕壤）开展盆栽试验，研究不同施硅量（0、30、60 mg/kg）对水稻全生育期不同部位磷含量、产量、根表铁膜、根际土壤磷有效性和磷酸酶活性的影响。结果显示，在用黑土、黄棕壤培植的盆栽中，施硅大幅提升了水稻产量和籽粒磷水平（增幅分别为32.9%～115.0%和9.9%～137.0%），同时提高了磷向地上部和籽粒的迁移能力；施硅降低了根表铁膜中固结的磷（降幅为6.3%～43.0%），对根表铁膜中的铁含量也有一定程度的降低作用，在高铁背景值的红壤中下降尤为明显（降幅为33.6%～47.6%）；施硅使黄棕壤中碱性磷酸酶活性提高了95.5%～123.0%，提升了土壤解磷能力。综上所述，施硅改善了水稻的生长状况，并能够改变根表铁膜的含铁量，降低铁对水稻植株特别是根系的毒害作用，提升土壤解磷能力，从而活化稻田土-水稻系统中的磷，提升水稻植株的磷吸收效率。

关键词：水稻土硅磷水稻根际根表铁膜

钒基催化剂协同控制氮氧化物和含氯有机物研究进展与展望

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科学通报 2024年

作者：鲁爽李仁娜翁小乐浙江大学环境与资源学院

固废焚烧、金属冶炼等工业过程易同时排放氮氧化物（NOx）和含氯有机物（COCs）.基于选择性催化还原（selective catalytic reduction, SCR）脱硝协同控制COCs被认为是经济高效的技术选择之一,已在环境催化领域引起广泛关注.目前,钒基... 详细信息

固废焚烧、金属冶炼等工业过程易同时排放氮氧化物（NOx）和含氯有机物（COCs）.基于选择性催化还原（selective catalytic reduction, SCR）脱硝协同控制COCs被认为是经济高效的技术选择之一,已在环境催化领域引起广泛关注.目前,钒基催化剂(V-W（Mo）/Ti)因其良好的SO2抗性,已实现广泛工业化应用.然而,在实际应用过程中,仍存在一些问题,如NOx还原与COCs氧化反应温窗不匹配、复杂烟气环境导致催化剂中毒等.为解决这些难题,需要深入理解协同催化反应中NOx还原与COCs氧化的两种反应路径,在催化剂上合理调控酸及氧化还原双核心位点,并提升催化剂的抗中毒能力,以获得高活性、高稳定性、抗中毒的协同反应催化剂.本综述以商用钒基脱硝催化剂为对象,系统梳理了NOx和COCs协同控制材料、过程与技术的研究进展,总结了协同控制反应中多污染物相互作用机理,汇总了钒基催化剂多效性能提升策略;剖析了NOx和COCs协同控制反应的副产物生成路径,探讨了水汽、SO2、重金属等烟气杂质对协同反应的影响机制,以及多种烟气杂质共存时的共中毒与补偿效应,旨在深入理解NOx和COCs的多污染物复合反应过程,为提升钒基催化剂抗多杂质中毒性能提供科学基础.

关键词：钒基催化剂 NO 含氯有机物 PCDD/Fs 协同催化控制反应机制

我国主要河流水系硝态氮污染特征及定量源解析

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环境科学 2024年第2期45卷 755-767页

作者：韦英怀胡敏鹏陈丁江浙江大学环境与资源学院杭州310058 浙江大学环境修复与生态健康教育部重点实验室杭州310058 浙江大学浙江省农业资源与环境重点实验室杭州310058

准确定量污染来源组成是有效控制水体硝态氮污染的关键科学基础.采用荟萃分析的方法,收集了2000~2022年我国167条主要水系河流的硝态氮浓度和硝态氮的氮氧同位素等数据,分析了七大主要河流水系硝态氮污染的时空变异规律及其转化特征,定... 详细信息

准确定量污染来源组成是有效控制水体硝态氮污染的关键科学基础.采用荟萃分析的方法,收集了2000~2022年我国167条主要水系河流的硝态氮浓度和硝态氮的氮氧同位素等数据,分析了七大主要河流水系硝态氮污染的时空变异规律及其转化特征,定量识别了河流硝态氮的污染来源组成.结果表明,我国主要河流水系ρ(NO_(3)^(-)-N)平均值为(4.54±3.99)mg·L_(-1),其中9.6%的河流硝态氮浓度超过我国地表水环境质量标准(GB 3838-2002)规定的限值(10.0 mg·L_(-1)),海河水系的硝态氮污染最为严重.东部地区河流水系的硝态氮浓度总体高于西部,各大河流水系支流的硝态氮浓度高于干流.除黄河水系以外,其他水系枯水期的硝态氮浓度总体高于丰水期.珠江水系、黄河水系中下游地区、辽河水系中游地区、松花江水系,以及海河水系河流水体存在显著的硝化作用,而长江水系、淮河水系和珠江水系下游地区存在显著的反硝化作用.污水/粪肥是长江水系、海河水系、辽河水系,以及东南诸河水系硝态氮的主要来源(>50%),土壤氮是松花江水系硝态氮的主要来源(56.4%),化肥氮、土壤氮和污水/粪肥对珠江水系、淮河水系和黄河水系硝态氮的污染贡献为20%~40%.污水/粪肥对水系支流硝态氮贡献率总体大于干流的,土壤氮对干流硝态氮的贡献总体大于支流的.土壤氮、化肥氮和大气沉降氮对丰水期河流硝态氮的贡献率高于枯水期,而污水/粪肥对枯水期河流硝态氮的污染贡献率高于丰水期.因此,海河水系、长江水系、辽河水系、黄河水系支流与下游干流地区和珠江水系下游地区应重点控制生活和生产的污水排放等点源污染,而淮河水系、松花江水系、黄河水系中游干流地区和珠江水系中上游地区要重点控制化肥和土壤氮等流失造成的非点源污染.研究结果可为有效控制我国各河流水系硝态氮的污染提供科学依据.

关键词：硝态氮源解析河流氮氧同位素非点源污染点源污染

钱塘江流域杭州段地表水中典型抗生素的分布特征及生态风险评价

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中国环境科学 2024年第6期44卷 3247-3258页

作者：叶旭红张宝锋周猛何平刘子述冒冉叶永根朱英俊陈峰浙江省杭州生态环境监测中心浙江杭州370001 浙江大学环境与资源学院浙江杭州370001 中国科学院生态环境研究中心北京100085

采用固相萃取和超高效液相色谱-串联质谱法(LC-MS/MS)首次测定钱塘江流域杭州段地表水中β-内酰胺类(β-Ls)、喹诺酮类(QNs)、磺胺类(SAs)、大环内酯类(MLs)、四环素类(TCs)、广谱抗菌药物(WAs)等6类83种典型抗生素的浓度水平,初步探明... 详细信息

采用固相萃取和超高效液相色谱-串联质谱法(LC-MS/MS)首次测定钱塘江流域杭州段地表水中β-内酰胺类(β-Ls)、喹诺酮类(QNs)、磺胺类(SAs)、大环内酯类(MLs)、四环素类(TCs)、广谱抗菌药物(WAs)等6类83种典型抗生素的浓度水平,初步探明钱塘江流域杭州段中典型抗生素的区域分布特征,并利用风险熵值法评价了抗生素赋存的潜在风险.结果表明,46种抗生素在钱塘江流域杭州段有检出,地表水中抗生素总平均浓度在枯水期、平水期、丰水期分别为27.8,24.8,23.8ng/L,枯水期抗生素浓度略高于平水期和丰水期,且抗生素总检出浓度呈现上游>中游>下游的趋势.其中,林可霉素(LCM)的检出率高达98.2%,最高检出浓度为22.7ng/L,平均浓度与中位浓度分别为8.04ng/L和8.14ng/L,是区域地表水中的特征抗生素.其他检出率较高的抗生素有磺胺甲噁唑(SMX)、磺胺氯哒嗪(SCP)、甘宝素(CB)、甲氧苄氨嘧啶(TMP)、氟康唑(FCZ)、磺胺(SM)、克拉霉素(CLT)等,其平均浓度分别为3.60,2.56,1.07,0.97,1.09,1.08,0.70ng/L.主成分分析结果显示LCM、SMX、SM、SCP的浓度变化与其他抗生素有相比有显著差异.生态风险评价结果表明,钱塘江流域杭州段所有检出抗生素单项生态风险熵(RQ)均小于1.0,未发现高生态风险抗生素.

关键词：抗生素钱塘江地表水污染特征生态风险评价

土壤可溶性有机硫的微生物分解与植物利用机制

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植物营养与肥料学报 2024年第3期30卷 587-604页

作者：姚瑞琪钭从越王英凡刘秀吴良欢马庆旭浙江大学环境与资源学院浙江省农业资源与环境重点实验室浙江杭州310058 浙江大学环境与资源学院/教育部环境修复与生态健康重点实验室浙江杭州310058

硫(S)是植物生长必需的营养元素,但是近年来植物的潜在缺硫现象在全球范围内普遍发生。可溶性有机硫(DOS)作为土壤硫的一种重要形态,可被微生物快速分解为硫酸盐而被植物吸收,因此,明确土壤DOS含量、组成、微生物分解机制和植物利用过... 详细信息

硫(S)是植物生长必需的营养元素,但是近年来植物的潜在缺硫现象在全球范围内普遍发生。可溶性有机硫(DOS)作为土壤硫的一种重要形态,可被微生物快速分解为硫酸盐而被植物吸收,因此,明确土壤DOS含量、组成、微生物分解机制和植物利用过程有利于解决潜在缺硫问题。本文综述了土壤DOS[可溶性蛋白质、含硫氨基酸蛋氨酸(Met)和半胱氨酸(Cys)]的微生物分解过程及植物吸收利用机制。可溶性蛋白质可以在数天内分解成无机硫(SO42-),而含硫氨基酸可以在数分钟到数小时内被分解。微生物吸收含硫氨基酸后的几分钟到几小时内,可将含硫氨基酸中的碳、氮和硫分别以CO^(2)、NH^(4+)和SO_(4)^(2-)的形式释放到微生物体外,释放的无机硫会被微生物再次利用以满足其生长发育。微生物能迅速利用DOS(Met、Cys),当其被微生物同化时,其原始分子结构决定了其转化成的生物大分子,从而影响DOS与SO_(4)^(2-)之间的转化速率。Cys的硫醇基(H-S-C)易被氧化,因此微生物吸收利用Cys后SO_(4)^(2-)释放量高于Met。小麦和油菜对Met和Cys的摄取量随着其供应量的增加而增加,田间条件下小麦和油菜可吸收0.63%~2.2%的外源Cys和0.4%~2.1%的外源Met。Met和Cys在植物氮营养中的作用有限,但它们在植物硫营养中的作用非常重要,约占植物硫吸收总量的10%。土壤DOS可被微生物快速分解,产生的SO_(4)^(2-)可被植物快速吸收利用。即使存在土壤微生物的激烈竞争,植物也能够吸收完整的分子态有机硫(Met和Cys),DOS是植物生长的重要硫源,其吸收主要发生在富含有机质的土壤中。

关键词：缺硫含硫氨基酸硫分解硫的生物利用率植物硫吸收