七星河湿地氨氧化古菌多样性和丰度及其与环境因子的相关性分析

以典型东北寒温带沼泽湿地——七星河湿地中芦苇和小叶樟植被下不同深度土壤中氨氧化古菌(Ammonia-Oxidizing Archaea,AOA)为研究对象,以编码氨氧化作用关键酶——氨单加氧酶(AMO)的amo A基因为分子标记,通过构建克隆文库和生物信息学方法分析数据,考察了不同植被环境中AOA多样性和丰度的垂直分布规律,及其与环境因子的相关性.研究结果表明,小叶樟植被土壤中AOA amo A基因多样性显著高于芦苇植被土壤中amo A基因多样性,芦苇植被土壤中AOA amo A基因多样性在深度为40~60 cm土层中最高,AOA多样性与NH+4-N、NO-3-N含量呈正相关;小叶樟植被土壤中AOA amo A基因多样性在深度为20~40 cm土层中最高,AOA多样性与NH+4-N、NO-3-N含量呈正相关.芦苇植被土壤中AOA丰度最低值出现于0~20 cm土层中,到20~40 cm土层中出现最高值,随着深度增加AOA丰度下降,AOA丰度则与NO-2-N含量呈正相关.小叶樟植被土壤中AOA丰度变化趋势与芦苇不同,最高值出现于0~20 cm土层中,随着土层深度增加AOA丰度下降,到40~60 cm出现最低值,AOA丰度与NO-2-N、TOC含量呈正相关.两种植被土壤中AOA丰度均在60~90 cm处有升高趋势.芦苇植被土壤中AOA丰度约是小叶樟植被土壤中AOA丰度的1.49倍.以上结果为湿地AOA生态功能及分布模式的研究提供基础数据,对全球氮循环的研究提供补充.     

滤料粒径对BAF小尺度下流场形态及挂膜速度的影响

为探讨颗粒粒径对曝气生物滤池(BAF)运行效果的影响,采用数值模拟和实验研究方法分析了滤料粒径对曝气生物滤池流场形态及挂膜速度的作用机理.选用5个颗粒尺寸结构空间作为计算区域,利用Fluent软件对相同颗粒间隙、不同颗粒粒径下BAF小尺度下的流场形态进行模拟分析,并通过对3种粒径下流线图、速度矢量图、压力分布及湍流强度变化的对比分析,发现颗粒粒径为3 mm时流场形态最好,最有利于气水混合及氧传质的进行.同时,为验证模拟结果的正确性,对同种材质、相同运行条件下3种不同颗粒粒径进行挂膜速度对比,通过考察挂膜启动28 d的COD去除率变化及污泥生物量的对比分析,发现颗粒粒径为3 mm时,运行最为稳定,系统运行第16 d时就达到了80%的COD去除效率.     

双室微生物燃料电池处含银废水的产电性研究

以剩余污泥为阳极底,糖蜜废水为基质,Ag Cl废水为阴极电子受体,构建了双室微生物燃料电池(Two-chamber Microbial Fuel Cell,简称MFCs),并研究了电池的产电特性、库仑效率及金属去除率.结果表明:Ag+不仅可以作为阴极电子受体,而且还能稳定产电,外电阻为1000Ω时,获得的最大电压为514.5 m V,最大功率密度为65.82 m W·m-2.在阴极实现了对废水中Ag+的去除,最大去除率可达71.6%,而且Ag+浓度为2000 mg·L-1时,回收金属银单质质量为197.66 g.在阳极对废水的处理效果也很显著,库仑效率最高为2.66%,COD去除率最大为81.22%.     

一株高效降解废水有机质耐冷菌的筛选、鉴定及特性研究

利用生物法进行污水处理已被国内外广泛使用,但由于温度影响微生物的生长和繁殖,使其成为生物污水处理效率的限制因子.本研究从污水处理厂活性污泥中分离出5株在低温4℃条件下生长良好的菌株,其中菌株DW1在4℃条件下,96 h时可将初始COD为800 mg·L-1的生活污水有机物去除率高达67.7%.结合菌落形态特征、生理生化特性以及16S r DNA序列分析,将菌株DW1初步鉴定为假单胞菌(Pseudomonas sp.).菌株DW1对COD负荷较高的污水处理效果较好;接种量为3%(体积分数)、p H为7.0时,菌株对污水COD去除率和DHA活性较高.在4℃和25℃条件下,菌株DW1均在96 h对污水COD去除率和DHA活性最高,分别为71.2%、11.35μg·m L·h-1(以TF计)和78.8%、15.11μg·m L-1·h-1(以TF计).     

辽河口粪便污染指示菌的时空分布特征

2013年分别于夏季和秋季对辽河口海域的粪便污染指示菌(总大肠菌群、粪大肠菌群和肠球菌)及环境、水化学要素进行分析,研究粪便污染指示菌在海水中的数量、分布特征及其与环境、水化学指标间的相关性,在此基础上,选取河口地区合适的粪便污染指示菌.结果表明:夏季总大肠菌群数量在1.7×105~6.2×106CFU·L-1之间,粪大肠菌群数量在5.0×102~8.7×104CFU·L-1之间,肠球菌数量在1.0×101~2.5×102CFU·L-1之间;秋季总大肠菌群数量在5.0×102~1.1×105CFU·L-1之间,粪大肠菌群数量在4.0×102~1.0×103CFU·L-1之间,肠球菌数量在3~95 CFU·L-1之间.总大肠菌群、粪大肠菌群和肠球菌的数量变化与环境指标之间有着密切联系,特别是与盐度存在显著相关性;粪大肠菌群、肠球菌与水化学指标Si O4-4-Si、NH+4-N、TP和COD之间均存在显著相关性;其中粪大肠菌群与SiO4-4-Si和TP的相关性系数均大于0.742(p0.01),肠球菌与TP和COD的相关性系数均大于0.742.实验结果表明,辽河口粪便污染指示菌的数量在夏季高于秋季,近岸高于远海,其中粪大肠菌群和肠球菌的数量、分布特征与陆源污染物特别是氮磷的输入量密切相关,而且两者之间呈显著正相关关系.粪大肠菌群与肠球菌在一定程度上可以反映河口粪便污染情况,建议采用粪大肠菌群与肠球菌作为河口粪便污染的指示菌.     

苯并芘对稀有鮈鲫的内分泌干扰效应研究

为评价典型有机污染物对长江三峡库区上游特有珍稀鱼类的环境风险,本实验以稀有鮈鲫为对象,研究了低剂量多环芳烃(PAHs)暴露而引起的内分泌干扰效应.将成年稀有鮈鲫暴露于不同浓度(0、0.1、0.3、1.0和3.0μg·L-1)的苯并芘(Ba P)中28 d,测定了体质系数、性激素含量、下丘脑-垂体-性腺(HPG)轴和肝脏中与繁殖相关基因的表达.结果显示:在雌鱼中,Ba P暴露后,睾酮(T)的含量显著升高,雌二醇(E2)的水平显著下降并改变了T/E2的比值;在雄鱼中,T和E2的含量都显著下降.雌雄鱼性激素的改变可能与类固醇合成相关基因(Cyp17、Cyp19a)表达量的改变有关.Ba P暴露显著抑制了雌雄鱼肝脏中卵黄蛋白原(VTG)基因的表达.以上检测到的激素或者基因表达的改变主要发生在高剂量(3.0μg·L-1)Ba P暴露下,而长江上游库区水体中多环芳烃含量较低(100 ng·L-1),因此推测,库区存在的多环芳烃不会对三峡库区上游水体中的鱼类产生内分泌干扰效应.     

PBDEs的来源特征、环境分布及污染控制

多溴联苯醚(Polybrominated diphenyl ethers,PBDEs)生产应用、环境分布与生态风险之间的关系将如何影响我国的未来,具体涉及到工业、环境、健康、人类繁衍等的社会问题.由于PBDEs阻燃效率高,热稳定性好,价格便宜,作为添加剂被广泛应用在电子、电器、化工、交通、建材、纺织、石油等领域的阻燃产品中.PBDEs进入环境后迁移扩散并富集于沉积物和生物体内,进入人体后引起肝脏毒性、内分泌干扰、神经毒性和生育能力下降等而危害人类的健康.基于此,从生产应用、品种生产量、分子的物理化学特性以及毒性等的文献数据分析了PBDEs的来源特征与环境危害,分析这些性质对环境分布与污染控制的基础支持关系;从沉积物、水体、大气、水生生物、人体5个方面考察了PBDEs的环境本底浓度变化、分配关系、迁移规律、时间效应,分析了生产、应用与扩散的多因素影响关系,发现全球性PBDEs污染物蔓延的现象,沉积物是主要的归趋场所,室内空气中的浓度远高于室外,水中浓度较低,水生生物和人体均能富集PBDEs,通过饮食、母乳和呼吸摄入,可实现代际传播,污染的分布呈现介质与区域的不同特征;污染控制需要考虑点源技术与面源修复的联合,结合PBDEs的物理性质、分子结构及其化学特性,统计分析了微生物法、光化学降解法和零价铁还原法的原理及其有效性,根据PBDEs在产品中存在与分布的特点,提出收集-分离-富集-超临界催化还原和氧化毁毒的工艺,针对实际环境(以电子垃圾塑料和流域水体及沉积物为对象)中的PBDEs进行回收或处理,结合材料如催化剂的应用,从动力学和热力学方面提高PBDEs无害化的效率.最后,从生产管理、环境监测、风险评价、技术集成等方面提出了未来的努力方向.     

雄黄矿区不同砷污染土壤中微生物群落结构及碳源利用特征

土壤砷污染是我国乃至世界范围内比较严重的环境问题.有关砷污染的生态毒理效应有很多研究,但对砷污染土壤中微生物群落的关注相对较少.本文以我国湖南省石门县雄黄矿地区长期砷污染土壤为例,采用PLFA及BIOLOG微平板技术考察了7个砷(As)污染程度不同的样点以及一个对照样点土壤微生物群落结构及碳源利用特征.结果发现,雄黄矿区存在多种重金属复合污染,除As含量较高以外,镉(Cd)和镍(Ni)的含量也超过了国家土壤环境质量三级标准.雄黄矿区土壤微生物的群落结构受到土壤有机碳(SOC)、有效磷(AP)、p H以及镁(Mg)、Cd、铁(Fe)、铜(Cu)含量的显著影响.各样点土壤微生物群落均以细菌为主,占微生物总量的71.54%~80.66%,真菌次之,放线菌最少.雄黄矿区土壤中的有效砷对微生物造成了较严重的胁迫.严重砷污染降低了微生物对于碳源利用的多样性以及均匀度.各样点微生物对于碳源的利用也表现出明显的差异.31种碳源中微生物利用较多的只有7类,分别属于糖类、胺类、羧酸类与多聚物,并且以糖类为主.     

北京市MODIS气溶胶光学厚度与PM_(10)质量浓度的相关性分析

利用北京地区2012年1—12月NASA MODIS气溶胶光学厚度(AOD)和通过空气污染指数(API)转换得到的PM10质量浓度进行了相关性分析.结果发现,二者的直接相关程度较低,在引入季节变化的气溶胶标高且考虑了气溶胶的垂直分布后,进行标高订正,二者的相关系数有所提高;在考虑了湿度影响因子后,进行湿度订正,二者的相关系数显著提高;引入平均风速、平均气温和平均气压等气象因素,进行多元回归分析,相关系数进一步提高.证实了卫星遥感气溶胶光学厚度在经过垂直和湿度订正并考虑气象因素的情况下,可以作为监测北京地区颗粒物污染物地面分布的一个有效手段.     

一氧化氮合酶途径参与SO_2胁迫下蚕豆气孔运动调节

以蚕豆为材料,研究一氧化氮合酶(NOS)途径在SO2诱发气孔运动中的作用.研究发现:浓度7.5~200μmol·L-1的SO2衍生物处理后,蚕豆叶面气孔开度减小,气孔开度与SO2衍生物浓度呈负相关;SO2衍生物处理组叶组织中NOS活性增强;加入NO清除剂c-PTIO或NOS抑制剂L-NAME可抑制SO2衍生物诱发的气孔关闭;SO2衍生物处理组保卫细胞内NO和Ca2+水平升高,用c-PTIO降低胞内NO水平后Ca2+水平随之下降.结果表明,SO2衍生物胁迫可诱发保卫细胞内NO合成增加,NO通过调节胞内Ca2+水平升高,激活下游信号转导途径,调节气孔运动;NOS途径介导的NO合成参与了SO2胁迫下蚕豆气孔运动的调节.