生物炭对污泥施用土壤中三氯生生物有效性和微生物群落结构的影响

污泥农用是三氯生(TCS)进入土壤的一个主要途径,TCS进入土壤后会通过食物链危及人体健康.基于此,本实验将含有TCS的污泥施入土壤后,分别添加不同比例(1%、2%和5%)在300℃和600℃下制备的生物炭(BC300和BC600),进行了为期90 d种植黄瓜的盆栽实验,研究了生物炭对土壤中TCS生物有效性和微生物群落结构的影响.结果表明,生物炭的添加显著降低了黄瓜根系对TCS的富集(p0.05),且生物炭添加量越多,根系富集的TCS量越少.添加1%和2%BC600处理的黄瓜根系富集的TCS量都显著低于添加相应比例BC300处理的黄瓜根系富集量.只添加生物炭并不能显著降低土壤中TCS的含量,添加生物炭并种植黄瓜能够显著降低土壤中TCS含量(去除率为31.57%～50.31%),且生物炭添加量越多,土壤中TCS去除率越高,但相同添加量下BC300和BC600对土壤中TCS的去除无显著性差异(p0.05).添加不同比例的生物炭对土壤中微生物群落结构有明显的影响,特别是添加不同比例的BC600,但种植黄瓜能够降低生物炭对土壤微生物群落结构改变的影响.     

生物炭对土壤中重金属铅和锌的吸附特性

利用固定床热解实验装置在不同热解温度(300~700℃)下制备了3种生物炭[杨树枝炭(PBC)、水葫芦炭(WHC)和玉米秸秆炭(CSC)],以南京市铅锌银矿区周边的菜园土为对象,研究了生物炭种类、热解温度和生物炭添加量对土壤重金属(Pb和Zn)吸附特性的影响,并结合生物炭的孔隙度、XRD和FTIR等分析,初步探讨了生物炭对土壤重金属的吸附机制.结果表明,生物炭的添加均不同程度地降低了土壤中Zn和Pb的浸出含量,水葫芦炭对土壤重金属的吸附效果最佳,在热解温度为500℃和生物炭添加量为5%的条件下,水葫芦炭对土壤中Zn和Pb的吸附率分别为21.83%和44.57%,相应的单位吸附量分别为227.65μg·g~(-1)和363.76μg·g~(-1).随着热解温度的升高,生物炭对土壤中Zn和Pb的吸附率逐渐增大,且在热解温度为500℃和700℃下制备的水葫芦炭对土壤中Zn和Pb的吸附能力相差不大,这表明中等温度热解有利于水葫芦炭形成较好的理化特性.随着生物炭添加量的增加,水葫芦炭对土壤中Zn和Pb的吸附率逐渐增大,但单位吸附量却逐渐减小,当水葫芦炭添加量为10%时,其对土壤中Pb的吸附率可达93.93%.结合生物炭的理化结构和土壤重金属吸附实验的结果,可以推测离子交换和络合作用是水葫芦炭修复重金属污染土壤的主要作用机制.     

生物炭对水中五氯酚的吸附性能研究

利用小麦秸秆和花生壳在300,400,600℃条件下制备生物炭,运用元素分析仪、扫描电镜和比表面积仪对生物炭的理化性质进行表征,同时探讨其对水中五氯酚(PCP)的吸附特性.结果表明,随炭化温度升高,生物炭芳香性增加,极性降低.花生壳生物炭对水中PCP的吸附效果优于小麦秸秆生物炭,3种温度制备的生物炭对PCP吸附量表现为400℃>600℃>300℃.随着生物炭添加量增大,水中PCP去除能力由81.79%提高至89.02%,生物炭的吸附量由30.32减小至5.54mg/g.生物炭对PCP的吸附动力学更符合准二级动力学方程,吸附等温线符合Freundlich方程.吸附过程主要受快速反应控制,降低反应温度有利于生物炭对水中PCP的吸附.     

生物炭增强黄绵土对西替利嗪的吸附作用

生物炭可以作为稳定剂控制污染物在土壤中的迁移转化,削减其环境风险.以西替利嗪(cetirizine,CTZ)为目标污染物,黄绵土为供试土壤,采用吸附批实验法,研究添加了不同质量比、不同碳化温度核桃壳生物炭的土壤对CTZ的吸附作用.结果表明,生物炭对CTZ的吸附能力均强于土壤.添加400~700℃制备的生物炭可显著增强黄绵土对CTZ的吸附能力,这主要与添加生物炭后比表面积(SA)和含碳量相比土壤增大有关.土壤-生物炭混合体系(除添加300℃制备的生物炭)对CTZ吸附分配系数的实验值相比理论值偏小.这是由于土壤和生物炭组分之间发生了一定的相互作用,土壤中有机质及其它组分会与生物炭吸附位点相互堵塞或相互竞争.添加400~700℃制备的核桃壳生物炭有利于稳定土壤中的CTZ,但溶液中CTZ浓度相对较低、添加生物炭的量相对较高时,忽略土壤与生物炭组分之间的相互作用,会高估混合体系对CTZ的吸附能力.     

浒苔生物炭促进土壤Pb固定并缓解植物Pb毒性

本文利用浒苔在不同温度下制备的生物炭（400℃和600℃,记为BC400与BC600）,以30g/kg生物炭添加量对1200mg/kg的Pb污染土壤进行香根草盆栽实验,研究浒苔生物炭对土壤中Pb固定和植物中Pb毒性的影响.结果表明,浒苔生物炭与香根草能协同促进土壤中Pb固定,较生物炭组提高了16.89%和14.82%,比植物组提高17.40%和15.02%.生物炭理化性质影响Pb固定,BC400的pH值（8.97）低于BC600（10.59）,但BC400固定Pb的效果优于BC600,因为羟基（—OH）、羰基（C═O）等基团较BC600丰富,且微孔结构完整.浒苔生物炭可抑制香根草对Pb的吸收,促进香根草生长,其中BC400有助于植物地上部分及根部Pb浓度降低（分别降低23.50%和22.92%）,同时降低富集系数,提高香根草的生物量、叶绿素含量及根系活力,提高抗氧化酶SOD、CAT和POD活性,丙二醛含量可降低13.40%.总之,浒苔生物炭通过高pH值和微孔结构吸附Pb,并通过官能团增加与金属的结合位点固定Pb,以降低Pb的毒性,提高香根草生存能力.鉴于滨海地区浒苔生物质资源丰富,生物炭与植物联合作用可作为Pb污染土壤修复的技术措施之一.     

浒苔生物炭的特征及其对Cr(Ⅵ)的吸附特点和吸附机制

为使浒苔得到资源化利用,本研究采用慢速热解技术于不同温度下制备浒苔生物炭,并对其理化性质进行表征.结果表明,400℃时,浒苔裂解已达较高程度.浒苔生物炭产率及灰分含量与热解温度呈负相关,碳含量与热解温度呈正相关,其表面呈蜂窝状多孔结构,比表面积为44.54~317.82 m~2·g~(-1),表面含有丰富的羟基(—OH)和羧基(—COOH)等含氧官能团.吸附实验显示,浒苔生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附符合准二级动力学方程和Langmuir等温吸附模型.表明浒苔生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附为单分子层化学吸附,主要受快速反应过程控制.浒苔生物炭吸附Cr(Ⅵ)的最适p H为2,吸附容量表现为BC400BC700BC600BC500BC300,其中BC400的吸附量为4.79 mg·g~(-1).浒苔生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附机制主要包括生物炭与HCr O-4和Cr2O_2-7等阴离子之间的静电作用,以及生物炭表面—OH和—COOH等含氧官能团的络合作用.     

中药渣生物炭对磺胺甲基嘧啶的吸附及机理研究

以传统中药-黄芪废渣为原料,分别在200℃、400℃、500℃、600℃和700℃的厌氧氛围下热解制备生物炭材料（BC200、BC400、BC500、BC600和BC700）,并利用BET比表面积分析、FTIR光谱分析、扫描电子显微镜等方法对其进行表征,同时考察不同投加量、吸附时间、初始浓度和pH值下生物炭对磺胺甲基嘧啶的吸附特征.结果表明,随制备温度的升高,生物炭的表面积及吸附性能也显著增加.相比原状黄芪渣（S_BET=0.42m²/g）,BC700的BET比表面积（S_BET=155.69m²/g）增大370倍,对磺胺甲基嘧啶的吸附容量增加185倍.BC700对磺胺甲基嘧啶的等温吸附过程符合Langmuir模型（R²=0.9977）,最大吸附容量为11.96mg/g,吸附反应过程满足准二级动力学方程（R²>0.994）,且为化学吸附.同时随着溶液初始pH值和投加量的升高,生物炭的吸附容量先增大后减小,最佳吸附pH值为4.     

生物炭对盐碱土壤氨挥发的影响

为探明生物炭对黄河三角洲盐碱土壤氨(NH_3)挥发的影响,通过室内连续培养的方式,先测定改良的通气法对土壤NH_3挥发的回收率,再对比施加肥料颗粒与肥料水溶液对土壤NH_3挥发的影响,最后探究生物炭的种类、添加量及施肥种类对NH_3挥发速率和总量的影响.结果表明,以硫酸铵为氮源进行的NH_3挥发捕集实验,NH_3回收率平均值高达100. 30%.在相同施氮量下,施加尿素水溶液的处理比施加尿素颗粒的处理NH_3挥发减少了60. 29%,施加硫酸铵水溶液的处理比施加硫酸铵颗粒的处理NH_3挥发减少了61. 40%.相较于不添加生物炭只施用硫酸铵水溶液的空白处理,添加0. 5%生物炭且施加生物炭种类为水稻300℃(RB-300)、水稻600℃(RB-600)、棉花300℃(CB-300)和棉花600℃(CB-600)的处理,NH_3挥发总量分别减少了18. 68%、16. 16%、9. 35%和8. 26%,且施肥后2d内NH_3挥发速率最大,占总挥发量的53. 80%～64. 02%.添加生物炭后,NH_3挥发量随生物炭添加量的增加呈现出先降低后增加的趋势.因此,田间施肥前添加少量生物炭并结合水肥一体化管理技术,可以有效地减少NH_3挥发并提高氮肥利用率.     

载氧化镁水生植物生物炭的特性表征及对水中磷的吸附

为去除富营养化水体中的磷并实现水生植物的资源化利用,以水生植物芦苇和互花米草为原材料,通过MgCl_2改性制备了不同Mg~(2+)和植物配比的共12种生物炭,考察对水体中磷的吸附能力及镁改性前后生物炭特性的差异.结果表明,当Mg~(2+)与芦苇、Mg~(2+)与互花米草的质量比为0.48、0.36时,制得的两种生物炭对20 mg·L~(-1)磷的吸附能力最强,分别为8.52 mg·g~(-1)和9.21 mg·g~(-1),是未改性时的79倍和66倍;对溶液中20mg·L~(-1)磷的去除率分别达到85.2%和92.1%.改性后芦苇和互花米草生物炭C、H、N含量减少,Mg含量分别增加到22.77%和23.46%.芦苇生物炭改性后比表面积减小了118.71 m~2·g~(-1),互花米草生物炭增加了22.59 m2·g~(-1);二者孔容和平均孔径均有所增加.改性前后生物炭的表面官能团种类相同.XRD测试指出MgO为改性生物炭的复合纳米颗粒中最主要的晶相;SEM展现了布满MgO的改性生物炭表面及孔道.机理分析表明,MgO是生物炭吸附磷的关键.     

不同温度桉树叶生物炭对Cd2+的吸附特性及机制

通过元素分析、BET-N₂、Zeta电位、Boehm滴定,SEM-EDS、FTIR等分析方法对不同热解温度（300、500和700℃）下制备的桉树叶生物炭进行表征,研究了3种生物炭（BC300、BC500和BC700）对Cd²⁺的吸附特性与机制.结果表明,随温度升高,生物炭产率下降,灰分、pH值和Zeta负电荷量上升,比表面积增大.当Cd²⁺浓度为20mg/L时,平衡时间依次为80min（BC700）<360min（BC500）<540min（BC300）,均符合准二级动力学模型（R²>0.98）,以化学吸附为主.BC300和BC500吸附过程均符合Langmuir和Freundlich模型,BC700更符合Freundlich模型,最大吸附量依次为BC700（94.32mg/g） > BC500（67.07mg/g） > BC300（60.38mg/g）.在Boehm滴定结果分析的基础上,结合FTIR和SEM-EDS,表明生物炭吸附机制主要为静电吸附和官能团络合作用.BC700吸附性能最佳,原因可能是具有较大的比表面积、较多的负电荷量和较为丰富的官能团.     

Density and nutritional condition of carabid beetles in wildflower areas of different age

Density and nutritional condition of the five carabid beetle species Agonum mülleri, Anchomenus dorsalis, Anisodactylus binotatus, Pterostichus vernalis and Poecilus cupreus was studied. Carabids were caught in sixteen 1–4-year-old wildflower areas, identified and counted, their nutritional condition was calculated and calculations were related to habitat parameters (i.e. wildflower area age, vegetation cover, soil water content, habitat size, surrounding landscape composition) and sex.Whereas the number of Anisodactylus binotatus caught responded positively to succession in wildflower areas, A. mülleri numbers tended to decrease and the other three species were unaffected. In a stepwise multiple regression species affiliation, sex and age of wildflower area explained together 98.5% of the variance in the pooled nutritional condition of Anchomenus dorsalis, Anisodactylus binotatus, A. mülleri and P. vernalis. Age of wildflower area alone explained 61.7% of the variance and age increased the nutritional condition of carabids. Correspondingly, nutritional condition of Poecilus cupreus was positively correlated with the age of wildflower area. Overall, the nutritional condition of the carabid assemblage studied increased from the first to the second year and then remained stable. To keep the proportion of 1-year-old wildflower areas low, wildflower areas should therefore be maintained for several years to improve the life conditions of carabid beetles and to enhance their beneficial effects in agroecosystems.     

Interspecific utilisation of wax in comb building by honeybees

Beeswaxes of honeybee species share some homologous neutral lipids; but species-specific differences remain. We analysed behavioural variation for wax choice in honeybees, calculated the Euclidean distances for different beeswaxes and assessed the relationship of Euclidean distances to wax choice. We tested the beeswaxes of Apis mellifera capensis, Apis florea, Apis cerana and Apis dorsata and the plant and mineral waxes Japan, candelilla, bayberry and ozokerite as sheets placed in colonies of A. m. capensis, A. florea and A. cerana. A. m. capensis accepted the four beeswaxes but removed Japan and bayberry wax and ignored candelilla and ozokerite. A. cerana colonies accepted the wax of A. cerana, A. florea and A. dorsata but rejected or ignored that of A. m. capensis, the plant and mineral waxes. A. florea colonies accepted A. cerana, A. dorsata and A. florea wax but rejected that of A. m. capensis. The Euclidean distances for the beeswaxes are consistent with currently prevailing phylogenies for Apis. Despite post-speciation chemical differences in the beeswaxes, they remain largely acceptable interspecifically while the plant and mineral waxes are not chemically close enough to beeswax for their acceptance.     

生物炭对华北农田土壤N2O通量及相关功能基因丰度的影响

为了探寻施用生物炭对农田土壤氧化亚氮(N_2O)的减排效果和机制,于2015年3月27日至6月5日,利用盆栽实验研究了施用生物炭(CK,C1:5%,C2:10%,C3:15%,C4:30%)(质量分数)对华北农田土壤N_2O通量、氨单加氧酶(amo A)、亚硝酸盐还原酶(nir S、nir K)以及氧化亚氮还原酶(nos Z)基因丰度的影响.结果表明:(1)施用低量生物炭(5%)能够促进N_2O排放,施用中、高量生物炭可以起到抑制N_2O排放的效果,且生物炭用量为15%时减排效果最佳.(2)实验初期,施用生物炭对土壤硝化反硝化基因丰度影响较大,AOA和nir S基因丰度与生物炭施用量呈极显著正相关关系,nir K基因丰度与生物炭施用量呈显著正相关关系,AOB和nos Z基因丰度与生物炭施用量呈显著负相关关系;实验末期,AOA丰度与生物炭施用量表现为显著负相关关系,AOB丰度与生物炭施用量表现为显著正相关关系.(3)实验初期,N_2O排放通量与AOA、nir S基因呈现极显著的负相关关系,说明在土壤含水量较高的条件下,N_2O的产生受AOA、nir S基因丰度控制调节;实验末期,N_2O排放通量与nos Z基因呈现极显著正相关关系,说明在土壤含水量较低的条件下,N_2O的产生受nos Z基因丰度控制调节.本研究结果表明施用生物炭能够增加硝化反硝化功能基因丰度,并降低N_2O的排放,为华北农田合理施用生物炭提供了一定的理论依据.     

凤眼莲对富营养化水体中氨氧化和反硝化微生物的影响

凤眼莲近年来广泛应用于富营养化淡水湖泊的生态修复中,但其对微生物的相互作用和对水体中氮素的去除鲜有报道.本研究在氮素去除过程中对比凤眼莲和细菌的相对重要性,并且检测浮游植物对硝化细菌和反硝化细菌相对丰度及多样性的影响.水体中氮素的去除率以及硝化和反硝化作用的潜在能力使用定量聚合酶链式反应(qPCRs)对硝化作用基因amoA和反硝化作用基因nirS/K进行检测,从微观角度研究富营养化水体中是否会受到凤眼莲存在的影响.结果表明,TN的减少在70d的实验周期中所有处理组表现较为一致,但凤眼莲存在的实验组在24h内TN和NH_4~+-N的去除上有显著的降低,并且amoA的丰度有所增加,nirS/K的丰度有所降低.T-RFLP结果表明亚硝化单胞菌在氨氧化微生物中占优势.凤眼莲的种植可以实现富营养化水体中NH_4~+-N的快速有效减少,且微生物的相互作用可以充分利用到淡水生态系统的修复中.     

砗磲生长的影响因素及其人工培养研究进展

砗磲是世界上最大的双壳贝类,与虫黄藻共生,生长过程中受到多种自然环境因素的影响。近年来,由于人类的过度捕捞,砗磲数量骤减,对砗磲进行人工培养、繁育、放流,成为砗磲保护的重要工作之一。此外,砗磲碳酸盐壳体还是一种良好的高分辨率古气候研究载体,但其壳体地球化学指标的环境指示意义还存在较大争议,实验室培养也是探讨砗磲地球化学指标环境指示意义的有效途径之一。基于上述原因,近年来有不少研究开展了砗磲的培养试验,通过改变培养条件分析各种环境因子对砗磲生长及壳体地球化学特征的影响。本文就砗磲的培养方法、人工培养条件进行简要综述,并从温度、光照、盐度、p CO2、营养盐、金属离子等多个方面对人工培养条件下,砗磲生长的影响因素及其生理适应性机制进行总结分析,为后续砗磲的培养保护和地球化学研究提供参考。     

松属植物地质历史及生物地理演变

松属（Pinus L.）约113种,是松科现代属中最原始的类群。松属植物种类丰富且研究领域广泛,对其已经积累的资料数据进行系统梳理总结十分必要。本文通过总结国内外松属大化石资料,结合分子系统发育、地质背景和地理隔离事件讨论了其地史分布及植物地理学意义;该属化石在早白垩世至全新世地层中均有记录。化石证据表明松属很可能在早白垩世（之前）起源于西欧地区,从这一起源地通过北大西洋陆桥扩散到北美洲东部,而东亚的类群可能是从北美洲西部经过白令陆桥散布的。在晚白垩世分化出双维管束松亚属Subgenus Pinus L.及单维管束松亚属Subgenus Strobus (D. Don) Lemmon,前者更接近祖先类群。古新世由于全球显著增温以及白垩纪末期大灭绝等地质事件的影响使松属数量急剧减少,在晚始新世至中新世时期随着气温转凉转冷再次分化扩散,中新世达到其发展高峰且分布面貌与现代类群近似。松属多样性时空历史可能和新生代气候变迁及晚新生代构造运动塑造的山地隆升等环境变化紧密相关。     

化感物质对小球藻抗氧化体系酶活性的影响

利用水生植物产生的化感物质抑制有害藻类是1种藻类控制新技术.研究了选择性抑藻化感物质EMA对蛋白核小球藻和普通小球藻抗氧化酶体系活性的影响.结果显示,化感物质浓度为0.25 mg/L时,2种藻类的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性都高于对照组.但随着化感物质浓度的升高,蛋白核小球藻3种酶活性都逐渐下降,当化感物质浓度为4 mg/L时,SOD活性为0;而普通小球藻的酶活性随着化感物质浓度升高持续升高,都达到对照组的3～4倍.     

左氧氟沙星对土壤中汞形态微生物转化的影响

为阐明左氧氟沙星（Levofloxacin）对土壤中汞形态转化的影响效应,探究了左氧氟沙星对2种能够影响汞形态转化的细菌—枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis subsp.spizizenii）和洋葱假单胞菌（Pseudomonas cepacian）的抑菌效果;并通过室内土培试验阐明了添加左氧氟沙星对土壤汞赋存形态的作用机制.结果表明,左氧氟沙星对2种细菌都有较好的抑菌效果,在添加0.1 mg·mL^-1左氧氟沙星时,枯草芽孢杆菌和洋葱假单胞菌的菌群数量都有显著降低.土壤培养实验中,接种枯草芽孢杆菌处理土壤中的Hg²⁺含量显著高于对照组（p<0.05）,而洋葱假单胞菌则导致土壤中Hg⁰生成量明显升高（p<0.05）.左氧氟沙星的添加减弱了土壤细菌对Hg²⁺和Hg⁰的转化作用;这主要归因于左氧氟沙星可以有效抑制土壤中菌群的数量及过氧化氢酶和汞还原酶的活性,从而导致2种菌对Hg的氧化和还原能力下降,降低了土壤中Hg²⁺和Hg⁰的含量.本研究对探究汞与抗生素复合污染土壤中汞的形态变化及其环境归趋具有一定的借鉴意义.     

甲烷丝菌混养促进螺旋藻自发酵产氢

采用只消耗乙酸盐而不消耗氢气的甲烷丝菌与螺旋藻混合培养,以提高螺旋藻利用自身多糖在自身氢酶作用下暗发酵产氢量.通过培养基调控提高了螺旋藻生长富集的总糖产量,当Na Cl浓度由239 mmol·L~(-1)增加到739 mmol·L~(-1),螺旋藻总糖产量提高了107.7%,达到0.54g·L~(-1).螺旋藻在黑暗厌氧条件下加入甲烷丝菌混养后的自发酵产氢量提高了33.8%,达到43.8 m L·g-1;液相主要代谢产物乙酸盐则提高了69.2%,达到1639.1μmol·g-1.同时,螺旋藻加入甲烷丝菌混养后自发酵过程的能量转换效率由6.7%提高到11.6%.甲烷丝菌通过消耗乙酸盐促进了螺旋藻自发酵产氢的乙酸途径反应正向进行,从而提高了氢气产量和能量转换效率.     

浅层地下水升降对菜地土壤剖面硝化/反硝化微生物丰度的影响

为揭示湖泊近岸浅层地下水升降对菜地土壤剖面硝化与反硝化功能微生物基因丰度的影响,以洱海湖滨带菜地土壤剖面为研究对象,通过模拟地下水升降过程,分析了水位升高(S1)、水位降低(S2)及落干(S3)过程中土壤剖面AOA-amoA、AOB-amoA、nirK、nirS、nosZ基因丰度的变化特征,探讨了功能基因与土壤环境因子的耦合关系.结果表明:S3阶段的土壤剖面AOA-amoA和AOB-amoA基因丰度显著高于S1和S2;S1阶段的土壤剖面nirK、nirS、nosZ基因丰度均显著高于S2和S3.AOA-amoA基因丰度显著高于AOB-amoA基因丰度,nirS基因丰度显著高于nirK、nosZ基因丰度;不同取样时期的土壤剖面AOA-amoA、AOB-amoA、nirK、nirS、nosZ基因丰度均表现为A层B层C层D层.水位升降对土壤剖面AOA-amoA、AOB-amoA、nirK、nirS、nosZ基因丰度有显著影响,且AOA-amoA和nirS基因对水位升降更敏感,分别在硝化与反硝化作用中占主导地位;pH、有机碳(SOC)、全氮(TN)为功能基因AOA-amoA、AOB-amoA的环境驱动因子,而功能基因nirK、nirS、nosZ的环境驱动因子为土壤含水量(W)、铵态氮(NH~+_4-N)、硝态氮(NO~-_3-N)、TN、SOC、pH.该研究结果可为揭示浅层地下水升降过程中菜地土壤剖面氮素循环的微生物学机制提供科学依据.