重庆市老龙洞地下河流域硝酸盐来源和生物地球化学过程的识别

为明确城市地区岩溶地下水系统硝酸盐污染来源和生物地球化学过程,于2019年7月至2020年10月期间,采集了重庆市老龙洞地下河流域内的污水、井水和地下河水,测定其水化学和硝酸盐氮氧双同位素值（δ¹⁵ N-NO₃^-和δ¹⁸ O-NO₃^-）.结果表明：①污水的δ¹⁵ N-NO₃^-和δ¹⁸ O-NO₃^-分别介于-3.3‰~14.6‰和-5.2‰~20.6‰之间,说明污水中的硝酸盐主要来源于生活污水排放及化肥渗漏;井水的δ¹⁵ N-NO₃^-和δ¹⁸ O-NO₃^-分别介于3.1‰~12.6‰和2.9‰~8.9‰之间,说明井水中的硝酸盐主要来自于粪肥及土壤有机氮矿化分解;地下河水中的δ¹⁵ N-NO₃^-和δ¹⁸ O-NO₃^-分别介于5.6‰~28.6‰和-2.0‰~15.7‰之间,说明市政污水以及农田中施用的粪肥是地下河水中主要的硝酸盐来源.②基于MixSIAR模型计算得出,粪肥污水是地下河水中硝酸盐的主要贡献源,贡献占比为89.1%,土壤有机氮、化肥和大气降水贡献率分别为4.4%、3.4%和3.1%.③流域内的COD ：ρ（NO₃^-）由低到高依次为：井水（0.14~5.15）、地下河水（0.50~9.36）和污水（4.08~89.50）.仅有50%井水样品的COD ：ρ（NO₃^-）略高于反硝化发生的化学计量比最低限（0.65）,说明COD可能不足以支撑井水中发生反硝化,井水中的硝酸盐氮氧双同位素未发生明显富集,验证了井水中未发生反硝化作用;90%地下河水样品的COD ：ρ（NO₃^-）高于0.65,硝酸盐氮氧双同位素同步富集,δ¹⁵ N ：δ¹⁸ O为1.8,介于反硝化发生时的1.3~2.1,说明地下河水在流动过程中发生了反硝化作用;所有污水样品的COD ：ρ（NO₃^-）远高于0.65,其中25%污水样品的COD ：ρ（NO₃^-）高于发生异化还原为铵（DNRA）的优势化学计量比（29.34）,δ¹⁵ N-NO₃^-和ρ（NH₄⁺）：ρ（NO₃^-）同步升高,表明污水中可能发生了DNRA.     

碳氮氧同位素解析典型岩溶流域地下水中硝酸盐来源与归趋

利用多同位素（C、N和O）和水化学方法解析贵州八步地下河流域水体中硝酸盐（NO₃^-）来源与转化过程,利用SIAR模型定量计算NO₃^-不同输入端的贡献比例.结果表明,研究区地下水NO₃^-污染严重,近38%的地下水样品NO₃^-超过饮用水限值.地下水的δ¹⁵N-NO₃值介于2.3‰~30.33‰,均值9.68‰,δ¹⁸O-NO₃值介于2.65‰~13.73‰,均值6.64‰,δ¹⁸O-H₂O值介于-8.83‰~-7.37‰,均值-8.18‰.同位素组成（δ¹⁵N-NO₃、δ¹⁸O-NO₃和δ¹⁸O-H₂O）指示硝化作用主导着流域内氮素循环.硝化作用产生的硝酸加速了碳酸盐岩溶解,导致地下水中δ¹³C_DIC与δ¹⁵N-NO₃存在显著负相关性（P<0.001）,说明δ¹³C_DIC与δ¹⁵N-NO₃相结合是判断岩溶水中NO₃^-转化的有效手段.地下水和地表水中NO₃^-主要来源于土壤氮、粪肥污水和铵态氮肥料,其对地下水中NO₃^-贡献率分别为36.19%、33.71%和30.1%,对地表水贡献率分别为39.15%、36.08%和24.77%.岩溶流域内污水处理应同时去除污水中的NO₃^-和NH₄⁺,农业区应科学施肥,以有效降低地下水中NO₃^-的补给通量.     

基于多同位素的不同土地利用区域水体硝酸盐源解析

不同的土地利用类型对所在流域内的水质产生不同的影响.本研究选取典型城市河流（京杭运河杭州段）和典型山林农业区河流（余英溪）为研究对象,利用多同位素技术（δD-H₂O,δ¹⁸O-H₂O,δ¹⁵N-NO₃^-和δ¹⁸O-NO₃^-）结合稳定同位素（stable isotope analysis in R,SIAR）模型,对运河和余英溪的硝酸盐来源进行了识别并计算了各污染源的贡献率.结果表明,运河和余英溪均存在不同程度的氮污染,运河以NO₃^--N和NH₄⁺-N为主,余英溪以NO₃^--N为主.运河和余英溪水的氢氧同位素（δD-H₂O,δ¹⁸O-H₂O）沿当地大气降水线分布,两者存在明显线性关系（R²=0.78）,表明降水是这两条河流的主要补给源.运河和余英溪水体NO₃^-的氮同位素值（δ¹⁵N-NO₃^-）均小于15‰,说明这两条河流中主要存在硝化作用.部分运河水样NO₃^-的δ¹⁵N-NO₃^-/δ¹⁸O-NO₃^-值介于1.3~2.1之间且伴随着低浓度的DO和NO₂^-,可见部分运河水体存在反硝化作用.运河水样δ¹⁵N-NO₃^-值（均值：6.1‰）明显高于余英溪水体δ¹⁵N-NO₃^-值（均值：2.3‰）.各NO₃^-源对运河的贡献率：生活污水/粪肥（37.0%） > 土壤氮（35.7%） > 化学肥料（19.1%） > 降水（8.2%）;对余英溪的贡献率：化学肥料（46.1%） > 土壤氮（22.8%） > 降水（17.3%） > 生活污水/粪肥（13.8%）.在人类活动强度大的城市区域的河流（运河）中由于生活污水的零星排放和城市降雨径流的汇入导致生活污水/粪肥类氮源的污染明显加剧.化学肥料不可避免地成为山林农业区河流（余英溪）的主要污染源,可见农业面源污染带给所在区域水体的氮污染已非常严重.人类活动强度大的区域,降水对于水体NO₃^-的贡献降低.反硝化作用产生的同位素分馏对利用SIAR模型计算各NO₃^-源的贡献率产生不同程度的影响,其中对生活污水/粪肥和化学肥料的影响很大,对土壤氮的影响其次,对降水的影响最低.     

岩溶槽谷区地下河硝酸盐来源及其环境效应:以重庆龙凤槽谷地下河系统为例

以重庆典型岩溶槽谷龙凤槽谷地下河系统为研究对象,于2017年5月~2018年4月收集大气干、湿沉降和两条地下河（凤凰河、龙车河）水样,利用水化学、δ¹⁵ N（NO₃^-）、δ¹⁸ O（NO₃^-）、δ¹⁸ O（H₂O）和δ¹³C（DIC）同位素等数据来探讨岩溶地下河水NO₃^-来源及其环境效应.结果表明：①两条地下河水化学类型均属于HCO₃-Ca型,NO₃^-浓度变化范围在17.58~32.58 mg·L^-1之间,平均值为24.02 mg·L^-1,雨季略高于旱季,存在明显污染迹象;②两条地下河水δ¹⁵ N（NO₃^-）、δ¹⁸ O（NO₃^-）值变化于-3.14‰~12.67‰和-0.77‰~12.05‰之间,均值分别为7.45‰和2.90‰,表现为旱季偏正、雨季偏负的特点,且两条地下河水NO₃^-来源无明显差异,动物排泄物和生活污水是全年稳定来源,降雨、化肥和土壤氮是雨季地下河水NO₃^-的主要来源,硝化过程是地下河系统氮的主要转化过程;③两条地下河水（Ca²⁺+Mg²⁺）/HCO₃^-的量比介于0.65~0.82之间,凤凰河均值为0.75,龙车河均值为0.70,δ¹³C（DIC）在-12.46‰~-9.20‰之间,凤凰河均值为-10.72‰,龙车河均值为-11.10‰,说明各个来源的HNO₃和NH₄⁺硝化形成的HNO₃参与了碳酸盐岩的风化过程;④地下河水中8%的DIC来源于HNO₃溶蚀碳酸盐岩,凤凰河、龙车河分别为9%和7%.     

春季南海东沙岛硝酸盐干沉降通量、形成机制及其来源

硝酸盐是大气中主要的酸性离子,也是大气活性氮沉降主要的组成部分。中国目前对大气硝酸盐形成机制及其来源的研究主要集中在陆地区域,对海洋气溶胶的硝酸盐的形成机制及其来源的研究较少。本研究于2013年春季（3—5月）,在中国南海东沙岛共计采集了86个总悬浮颗粒（TSP）气溶胶样本,分析了TSP样品中NO₃⁻浓度、δ¹⁵N-NO₃⁻和δ¹⁸O-NO₃⁻值。结果表明：东沙岛春季TSP中浓度呈现逐月下降的趋势。基于浓度估算东沙岛春季NO₃⁻-N干沉降通量范围为(1.0±0.5)—(3.4±1.7) mg·d⁻¹·m⁻²（以N计,余同）。δ¹⁸O-NO₃⁻值在3月和4月（76.1‰±3.8‰和79.1‰±5.6‰）明显高于5月（67.0‰±7.5‰）,表明东沙岛3月和4月硝酸盐的形成路径不同于5月。贝叶斯同位素混合模型计算结果显示：N₂O₅参与的路径（N₂O₅+H₂O/Cl⁻和NO₃+VOCs）在3月和4月生成了37.2%和43.3%的硝酸盐,5月NO₂+OH路径是硝酸盐的主要形成路径,形成了80.2%的硝酸盐。δ¹⁵N-NO₃⁻值和气团后向轨迹表明,东沙岛春季不同月份TSP中NO₃⁻的来源不同,3月和4月以陆地源为主,5月主要受海洋源影响。     

滇池周边浅层地下水硝酸盐来源及转化过程识别

明确硝酸盐的主要来源及转化过程对地下水氮污染防治和水资源开发利用具有重要意义.为了探明滇池周边浅层地下水中硝酸盐污染现状及来源,于2020年雨季（10月）和2021年旱季（4月）在滇池周边共采集73个浅层地下水样,运用水化学和氮氧同位素（δ¹⁵N-NO₃^-、δ¹⁸O-NO₃^-）识别浅层地下水中硝酸盐的空间分布、来源及转化过程,并结合同位素混合模型（SIAR）定量评价不同来源氮对浅层地下水硝酸盐的贡献.结果表明,旱季浅层地下水中有40.5%的采样点ρ（NO₃^--N）超过地下水质量标准（GB/T 14848）Ⅲ类水质规定的20 mg·L^-1,雨季超过47.2%的采样点ρ（NO₃^--N）超过20 mg·L^-1.氮氧同位素和SIAR模型分析结果证明了土壤有机氮、化肥氮、粪肥和污水氮是浅层地下水硝酸盐的主要来源,以上氮源对旱季浅层地下水中硝酸盐的贡献率分别为13.9%、11.8%和66.5%,对雨季的贡献率分别为33.7%、31.1%和25.9%,而大气氮沉降贡献率仅为8.5%,对该区浅层地下水中硝酸盐来源贡献较小.硝化作用是旱季浅层地下水中硝态氮转化的主导过程,雨季以反硝化作用为主,且反硝化作用雨季比旱季明显.     

异养硝化-好氧反硝化菌株的分离筛选及复配菌剂对河水的净化效果

从天然河水中富集分离出8株异养硝化-好氧反硝化（HN-AD）菌株.将单菌株根据其自身的种属类别及脱氮性能复配成5种由不同菌株构成的菌剂,优选出脱氮效果最佳的复配菌剂-2,其包括6株菌株,分别为Pseudomonas stutzeri MR1,Pseudomonas sp. MR2,Pseudomonas sp. MR3,Pseudomonas balearica MR4,Klebsiella variicola MR6和Catellibacterium terrae MR8.将复配菌剂-2投加至COD_Cr/TN比分别为20和5的河水中,其对NO₃^--N的去除率分别为87.1%和97.5%,期间无NO₂^--N积累;对NH₄⁺-N去除效果在第1 d分别达到96.6%和57.6%.复配菌剂可以获得对河水较高的反硝化脱氮效率,并可以强化河水中NH₄⁺-N的去除,对实际河水的脱氮净化具有较强的应用潜能.     

氮肥-垃圾渗滤液复合影响区非饱和-饱和带全剖面氮素分布特征及微生物响应

农田氮肥和垃圾填埋场渗滤液是我国地下水氮素污染的两大来源,从氮肥-垃圾渗滤液复合影响区域内采集6份土壤剖面-地下水样品,分析非饱和-饱和带全剖面中氮素的分布特征,来清晰判识该类典型区域的氮素跨介质污染特征和途径,同时通过高通量测序进行氮循环功能微生物分析,来解析氮循环功能微生物对氮素分布的响应.结果发现,在高施肥量采样点中,土壤中的硝态氮（NO₃^--N）和溶解性有机氮（Dissolved Organic Nitrogen,DON）含量均显著高于低施肥量采样点（p<0.01）,NO₃^--N大量分布在深度0~240 cm的土壤中（p<0.05）,部分NO₃^--N下渗进入地下水,高施肥量采样点地下水中NO₃^--N浓度在总溶解性氮（Total Dissolved Nitrogen,TDN）中占比达31.93%~84.70%,硝化菌在氮循环功能菌中占比为27.08%~87.99%,说明氮肥是该区域地下水NO₃^--N的主要来源.铵态氮（NH₄⁺-N）在非饱和带深度0~20 cm和400~460 cm的范围内含量较高（p<0.05）,垃圾填埋场下游的地下水NH₄⁺-N浓度均超标,在TDN中占比为26.40%~59.71%.统计分析表明,垃圾填埋场渗滤液可能是造成地下水中NH₄⁺-N浓度空间差异的重要因素,并很可能是导致地下水位波动带附近出现NH₄⁺-N高积累的主要原因（p<0.05）.这些结果将有助于复合影响区氮素的污染评估和防控.     

高效异养硝化-好氧反硝化菌Glutamicibacter sp.WS1低温下对多种氮源的脱氮特性及氮代谢机制

针对污水处理厂冬季生物脱氮效率低、出水水质不达标的问题,从活性污泥中分离出1株耐低温异养硝化-好氧反硝化菌株Glutamicibacter sp.WS1.采用PCR技术扩增该菌株的脱氮功能基因,研究其对不同氮源的低温脱氮效能,通过单因素实验探究环境因子对其低温好氧反硝化性能的影响,并利用氮平衡解析其氮代谢路径.结果表明,菌株WS1含有氮代谢相关的功能基因amoA、napA、nirS和nirK;在15℃低温条件下,菌株WS1在以NH₄⁺-N、NO₃^--N、NO₂^--N+NO₃^--N和NH₄⁺-N+NO₃^--N为氮源时,对各无机氮的去除率分别为100%、98.10%、99.87%+100%和100%+94.92%;菌株WS1的最佳反硝化条件：柠檬酸钠为碳源、C/N为16、pH为8、ρ（DO）为4.5~6.8 mg ·L^-1和温度为30℃;在低温（15℃）和低C/N （10）条件下,菌株WS1对NO₃^--N的去除率达到92.50%;异养硝化-好氧反硝化/好氧反硝化和同化作用是菌株WS1去除不同氮源底物的主要途径,其中大部分的无机氮（47%~56%）通过异养硝化-好氧反硝化/好氧反硝化作用转化为了气态氮.菌株WS1在低温污水脱氮领域具有广阔的应用前景.     

异养硝化细菌Acinetobacter junii WZ17的脱氮特性及动力学研究

异养硝化-好氧反硝化细菌Acinetobacter junii WZ17脱氮效果良好,为确定其脱氮特性及动力学过程,利用“样条插值法”研究了菌株生长阶段,并采用Logistic模型和修正的Gompertz模型对菌株生长及氮素去除过程进行拟合,结合反硝化过程中间产物,分析菌株脱氮途径.结果显示,菌株WZ17以NH₄⁺-N、NO₃^--N和NO₂^--N唯一氮源时,生长适应期分别为2.89、3.13和3.13 h,最大去除速率分别为8.47、5.76和5.18 mg·L^-1·h^-1,生长和底物去除过程分别符合Logistic模型（R²>0.9）和修正的Gompertz模型（R²>0.9）.硝化过程中,NO₃^--N和NO₂^--N的积累量仅为0.13和0.14 mg·L^-1,反硝化过程中,NO₂^--N的积累量为1.55 mg·L^-1.“样条插值法”的运用可以准确地划分菌株WZ17的生长阶段,菌株WZ17对NH₄⁺-N、NO₃^--N和NO₂^--N均具有较好的去除效果,反硝化途径为NO₃^--N→NO₂^--N→N_xO_y.     

森林与径流关系——一致性和复杂性

@论文综述国外近一个世纪以来在配对集水区研究方面所取得的结论,从水的自然属性出发,从森林变化对径流(年径流量、洪峰与枯水径流)的影响,径流响应的干扰临界值及水文恢复各方面探讨森林变化与径流关系的一致性与复杂性。森林变化与径流关系的一致性主要表现在由较长时间尺度表达的年径流量上。绝大多数的配对集水区的试验研究表明,采伐森林就会增加年径流量,而在荒地上造林就会减少年径流量。而由较短时间尺度表达的洪峰径流与枯水流量则呈现较大的复杂性和难预估性。综述表明,对径流特别是洪峰与枯水径流的定义及分析方法的不同也是造成森林与径流关系复杂性的重要原因。森林与径流关系的复杂性要求人们在研究及应用其关系时就必须有系统观,必须考虑植被、径流与其它过程(土壤变化、气候变化等)的相互作用。论文还认为尽管配对集水区试验作为一种研究方法为研究者提供了许多可靠的结论,但由于许多研究者只把集水区看作是“黑箱”Q从而对认识森林与径流关系的复杂性有一定的局限性。未来的研究应把配对集水区的试验与其它对过程的研究技术(同位素、GIS等技术)结合起来。     

科技与可持续发展

科学技术对生产力发展的巨大作用。不仅表现在它对生产力3个要素的渗透性影响。而且表现在它促进生产力结构的优化和系统功能的发挥，但经济发展会带来资源破坏和环境污染等负面影响。应在发挥科技作为第一生产力作用的同时，遏制其带来的负面影响，以促进可持续发展。     

Homology and phylogeny and their automated inference

The analysis of the ever-increasing amount of biological and biomedical data can be pushed forward by comparing the data within and among species. For example, an integrative analysis of data from the genome sequencing projects for various species traces the evolution of the genomes and identifies conserved and innovative parts. Here, I review the foundations and advantages of this "historical" approach and evaluate recent attempts at automating such analyses. Biological data is comparable if a common origin exists (homology), as is the case for members of a gene family originating via duplication of an ancestral gene. If the family has relatives in other species, we can assume that the ancestral gene was present in the ancestral species from which all the other species evolved. In particular, describing the relationships among the duplicated biological sequences found in the various species is often possible by a phylogeny, which is more informative than homology statements. Detecting and elaborating on common origins may answer how certain biological sequences developed, and predict what sequences are in a particular species and what their function is. Such knowledge transfer from sequences in one species to the homologous sequences of the other is based on the principle of 'my closest relative looks and behaves like I do', often referred to as 'guilt by association'. To enable knowledge transfer on a large scale, several automated 'phylogenomics pipelines' have been developed in recent years, and seven of these will be described and compared. Overall, the examples in this review demonstrate that homology and phylogeny analyses, done on a large (and automated) scale, can give insights into function in biology and biomedicine.     

真菌和细菌对染料的吸附脱色及再生能力的研究

进行了真菌和细菌共培养对染料的吸附脱色和吸附脱色能力再生的研究。结果表明，青霉菌G－1首先对偶氮染料S－119、蒽醌染料艳紫KN－B（C．I．Reactive violet 22）水溶液中染料进行快速吸附去除，菌丝对同种染料的吸附速度随菌丝培养液中葡萄糖浓度的增加而加快，吸附染料的G－1菌丝在与细菌的共培养中完成对染料的脱色降解，脱色速度受培养液中葡萄和氮源浓度影响较大，从吸附速率和完全脱色时间综合评价，以葡萄糖浓度为5g/L、酒石酸铵为20mmol/L的培养基中培养的菌丝对染料的吸附脱色效果最好，吸附在菌丝上的艳紫KN－B脱色后菌丝吸附脱色能力得到再生，菌丝对100mg/L的艳紫KN－B染料水溶液可重复处理4次。青霉菌G－1对酸性染料废水处理3h，色度去除率为75．9％，吸附染料的菌丝在与细菌共培养中完成对染料的脱色，对试验所用染料废水，菌丝的处理能力获得1次再生。     

油气集输联合站火灾爆炸危险分析与事故后果模拟

以某联合站为例,根据油气集输联合站站场功能,将联合站划分为油气处理、储运及污水处理3个单元,对各单元发生火灾爆炸事故的可能条件进行分析,并利用DNV公司的SAFETI软件对事故后果进行模拟计算,根据事故影响范围数据,提出相应的安全措施。     

Pesticides and trace elements in cannabis: Analytical and environmental challenges and opportunities

Cannabis is increasingly used for both medicinal and recreational purposes with an estimate of over 180 million users annually. Canada has recently legalized cannabis use in October 2018, joining several states in the United States of America (e.g., Colorado, California, and Oregon) and a few other countries. A variety of cannabis products including dry flowers, edibles, and oil products are widely consumed. With high demand for cannabis products worldwide, the quality of cannabis and its related products has become a major concern for consumer safety. Various guidelines have been set by different countries to ensure the quality, safety, and efficacy of cannabis products. In general, these guidelines require control of contaminants including pesticides, toxic elements, mycotoxins, and pathogens, as well as residual solvents in regard to cannabis oil. Accordingly, appropriate analytical methods are required to determine these contaminants in cannabis products for quality control. In this review, we focus on the current analytical challenges and method development for detection of pesticides and toxic elements in cannabis to meet various guidelines.     

砷的污染、检测与防治

在环境化学污染物中,砷是最常见、最严重的污染物之一.随着现代工农业生产的发展,砷对环境的污染日趋严重.为了更好地评价砷污染对环境和人体的影响,介绍了砷污染的来源、对人体的危害、标准的检测方法和目前砷污染治理的现状.     

土壤及果树中HCH和DDT残留及分布规律研究

采用索氏提取、弗罗里土固相微萃取小柱净化结合GC-ECD测定了苹果园土壤和果树样品中4种六六六(HCH)和4种滴滴涕(DDT)的残留量,并对果树的根、枝、叶中HCH和DDT的分布规律进行了研究。实验结果表明,土壤和果树样品中均有HCH和DDT检出。土壤样品中两类农药的含量分别在0.51～3.97ng/g和1.46～15.55ng/g之间,其中β-HCH是六六六残留的主体,滴滴涕类的含量以p,p'-DDT为最高,并且(DDE+DDD)/DDT<1表明近期果园中有新的DDT输入。果树样品中,HCH和DDT的残留量分别在0.22～2.01ng/g和0.38～6.08ng/g之间,都要低于相应土壤中有机氯农药的浓度。果树中总OCPs的含量在4.88～17.94ng/g之间,是土壤和大气中OCPs污染共同作用的结果。根部的OCPs的含量明显高于枝和叶,其分布规律为根>叶>枝,这主要取决于根、枝、叶各组织的结构以及农药的理化性质。     

Comparison of transabdominal and transcervical CVS and amniocentesis: Sampling success and risk

A total of 2931 women randomized to either transabdominal CVS, transceirvical CVS, or amniocentesis were studied. Unless intended or unintended abortion had occurred, they had completed up to 28 weeks of pregnancy. No significant difference was seen between total fetal loss in the transabdominal CVS group and the amniocentesis group (6.5 and 6.8 per cent, respectively, SE difference = 0.92 per cent, p = 0.01). The total fetal loss in the transcervical CVS group was 10.1 per cent. After pooling our data with data from the Canadian randomized study and the American non-randomized study, the difference in risk between trans-cervical CVS and amniocentesis was 1.8 per cent (SE difference = 0.64 per cent, p = 0.8). When the number of failed procedures and those cases evaluated as infeasible for the assigned method-for anatomical reasons-are compared, the overall sampling efficacy is poorer transcervically than transabdominally.