异养硝化细菌Pseudomonas aeruginosa YL的脱氮过程及N2O产生特性

由于含氮废水的大量排放,水体富营养化日趋严重,如何高效去除废水中的氮素仍是亟待解决的问题.针对传统生物脱氮工艺流程复杂、能耗高、抗冲击能力弱以及释放温室气体N_2O等缺陷,本文基于高效异养硝化细菌Pseudomonas aeruginosa YL,通过探讨其生理生化特征、异养硝化-好氧反硝化脱氮过程和N_2O产生特性,进一步解析异养硝化脱氮理论.结果表明,菌株YL具有高效的异养硝化和好氧反硝化能力,24 h培养期100 mg·L~(-1)的NH_4~+-N、NO_2--N和NO_3~--N能够完全去除;异养硝化过程几乎无中间产物生成,但以NO_3~--N作为氮源时,NO_2--N累积量高达25. 55 mg·L~(-1).同时,反硝化功能基因nap A、nir K和nos Z基因的成功表达,进一步证实菌株YL具有好氧反硝化能力.菌株YL异养硝化-好氧反硝化过程气态氮产物约占去除TN的30%～40%,脱氮产物主要为N2,当NH_4~+-N、NO_2--N和NO_3~--N分别为唯一氮源时,N2生成量分别为3. 46、3. 49和3. 36 mg.相比较,菌株YL脱氮过程仅生成微量的中间产物N_2O,以NH_4~+-N为唯一氮源时的最终生成总量为6. 63μg,低于以NO_2--N和NO_3~--N为唯一氮源时N_2O的生成量.此外,高C/N、低pH、高温以及高NH_4~+-N和NO_2--N环境均会导致N_2O的大量生成,但大多数环境因素对菌株YL的N_2O生成量影响较小,且其最高生成量显著低于短程硝化系统和自养硝化系统.以上研究结果表明菌株YL具有优异的脱氮、N_2O控逸和环境耐受能力,可有效避免水处理过程对大气的二次污染.     

玉米根际微生物氮磷转化的功能基因组学分析

化肥减量增效是保障农业生态环境安全的重要基础.微生物是调控土壤氮磷循环的关键驱动力,研究根际微生物氮磷转化功能可以为进一步提高土壤氮磷利用率提供微生物学调控途径.基于3种典型农田土壤（黑土、潮土和红壤）的田间微区试验,利用宏基因组测序技术研究玉米根际微生物在土壤氮磷转化过程中功能基因的差异及调控因子.结果表明,根际微生物功能多样性受土壤类型影响,黑土和潮土的根际微生物功能多样性主要受含水量和养分含量的影响,红壤受全磷（TP）和速效磷（AP）影响.在土壤氮转化方面,编码氮转化过程通路中相关酶的基因丰度以脲酶基因（ureC）和葡萄糖脱氢酶基因（gdh）丰度最高,分别为7.25×10^-5~12.88×10^-5和4.47×10^-5~7.49×10^-5.同化性硝酸盐还原的功能基因在红壤中总丰度要高于黑土和潮土,其它过程相关酶的功能基因总丰度以潮土最高.编码氮代谢过程相关酶的功能基因丰度主要受土壤细菌丰富度、全钾（TK）和TP含量的驱动.在土壤磷转化方面,催化有机磷矿化的碱性磷酸酶基因（phoD）数目为1093个,酸性磷酸酶基因（PHO）数目为42个.phoD丰度高出PHO丰度2个数量级,此外,同种土壤类型下施肥对phoD和PHO丰度没有显著影响.随机森林分析表明phoD和PHO丰度均受土壤水分、有机质（OM）和全氮（TN）显著影响,但AP含量对PHO丰度影响最大.从功能基因组水平研究了玉米根际微生物的氮磷转化特征,为利用微生物功能提高农田生态系统氮磷利用率提供了科学依据.     

基于加权三边测算的井下人员精确定位研究

为促进矿山安全生产管理,针对目前矿山井下人员定位不精确,存在定位盲区的现状,提出一种基于加权三边测算的井下人员精确定位新方法。该方法在不增加节点和成本的基础上,将节点布置成三角模式,依据权重对节点进行优选,运用最大概似法论证了定位的精确性。通过实例对加权三边测算法进行了验证,结果表明:该方法定位误差在3 m以内。加权三边测算法能够实现井下人员精确定位,可以运用于矿山的安全生产管理。     

填埋场覆盖土微生物好氧/厌氧共代谢降解氯乙烯的特性、贡献度及微生态研究

填埋场已成为氯乙烯污染的重要来源,明晰覆盖层土壤中氯乙烯的降解特性及功能微生物群落组成对氯乙烯污染控制具有重要意义.基于填埋场覆盖土系统开展了典型氯乙烯的好氧/厌氧共代谢降解研究.结果显示,好氧和厌氧条件下CH₄均可发生降解,二氯乙烯（DCE）只能在好氧条件下被降解,净降解速率为50μg·h^-1·L^-1;三氯乙烯（TCE）可同时发生好氧共代谢和厌氧共代谢转化,净降解速率分别为38和5μg·h^-1·L^-1;四氯乙烯（PCE）只能发生厌氧共代谢,降解速率为0.77μg·h^-1·L^-1,发现好氧共代谢速率远高于厌氧共代谢速率.构建了覆盖层中氯乙烯的分布模型并评估了CH₄及氯乙烯好氧/厌氧共代谢贡献度,CH₄好氧和厌氧降解贡献度分别为59%～70%和30%～41%,TCE好氧和厌氧共代谢降解贡献度分别为73%和27%.对氯乙烯厌氧/好氧共代谢降解过程的微生物群落组成及潜在功能菌属进行了分析,发现好氧...     

海岸带国土空间开发适宜性评价及功能空间配置——以海南岛为例

海岸带国土空间开发适宜性评价及功能空间布局优化是推进陆海统筹战略目标的科学基础。以海南岛为例,基于环境损益分析思想构建海岸带“潜力—限制”评价指标体系,综合运用多要素乘积及空间叠置等方法,对海南岛海岸带地区的国土空间开发建设适宜性进行集成评价,并依据功能空间判别条件识别“港—工—城”区、滨海旅游区、农林牧渔区以及自然保护区四类海岸带功能空间。研究表明：海南岛海岸带国土空间开发适宜区总体呈现“西岸多,东岸少”的空间分布格局,适宜、基本适宜、基本不适宜、不适宜建设区面积依次为1785.32 km²、1724.57 km²、812.86 km²、4051.67 km²,适宜区与不适宜区重叠交错,给海岸带国土空间开发带来巨大压力。海岸带地区四类功能空间面积依次为1813.39 km²、2138.26 km²、1831.62 km²和2591.15 km²,分别占海岸带面积的21.65%、25.53%、21.87%和30.94%,海岸带的功能空间呈现“一环”“两极”和“多点”的空间格局。依据归纳出的三类典型功能空间冲突,对功能空间进行了调整优化,增强了各类功能空间的集聚性和连通性,但仍存在海域与陆域的相同功能空间不连片,海陆经济联系不够通畅,相互支撑不足等问题,国土空间开发还存在较多的陆海矛盾和冲突。研究结果指明了各类适宜性等级区域的开发或保护模式,丰富了适宜性的应用条件,也是对国土空间开发适宜性评价的适当拔高。     

γ-Fe2O3抗As2O3中毒能力的分子模拟

采用密度泛函理论研究了γ-Fe₂O₃表面As₂O₃的吸附以及掺杂改性提高抗As₂O₃中毒性能的作用机理.计算了As₂O₃在完整以及O缺陷γ-Fe₂O₃（001）表面的吸附性能,包括吸附位点、吸附结构、吸附能、PDOS等.同时建立了Mo、Ti、Mg掺杂的γ-Fe₂O₃模型,探讨了助剂掺杂对抗砷中毒能力的作用机制,并考虑了掺杂量的影响.结果表明：As₂O₃倾向于以O端化学吸附在γ-Fe₂O₃（001）表面Fe_oct位,吸附过程发生强烈的相互作用和电荷转移.当表面存在O缺陷时,As₂O₃的吸附能得到提高.Mo、Ti、Mg倾向于掺杂在Fe_oct位,增强了对As₂O₃的吸附能力,并且增大Mo的掺杂量可以强化As₂O₃的吸附.As₂O₃倾向于与活性较强的Mo、Ti、Mg发生反应,从而保护活性Fe位不受砷中毒,Ti和Mg的掺杂还抑制了相邻Fe位对As₂O₃的吸附.Mo、Ti、Mg的掺杂还促进了催化剂表面对NH₃的吸附,增强了表面酸性强度,有利于SCR反应.Mo、Ti、Mg原子的掺杂有利于提高γ-Fe₂O₃催化剂的抗砷中毒性能.     

硫自养反硝化颗粒表面与间隙微生物群落特征和基因分布

研究了单质硫颗粒自养反硝化柱中表面和间隙生物膜的微生物群落结构、功能基因和代谢途径等生物信息学特征.结果表明,硫颗粒表面生物膜的微生物菌群多样性低于间隙生物膜.氮代谢功能基因丰度差异较为显著,间隙生物膜中硝酸盐和亚硝酸盐的胞外转运蛋白基因丰度远高于表面生物膜,分别为0.0792%、0.109%与0.0157%、0.0314%.对于还原性反硝化代谢,表面生物膜的总基因丰度却明显低于间隙生物膜,分别为0.367%、0.406%.此外,参与反硝化过程的基因丰度明显不同,特别是将NO₃^-还原成NO₂^-以及将N₂O还原成N₂过程中的基因.对于硫代谢,没有观察到明显的差异.APS (硫酸腺苷)氧化是将SO₃^2-氧化为SO₄^2-的主要途径,其基因丰度远远高于直接氧化途径,分别为0.137%与0.0005%(表面)、0.138%与0.0007%(间隙).结果表明,在单质硫自养反硝化过程中,间隙生物膜与表面生物膜中的微生物存在合作关系,协同促进硫自养反硝化脱氮过程.     

淮北平原典型农田土壤N2O产生途径及相关功能基因丰度研究

温室气体氧化亚氮（N₂O）已成为全球关注的焦点,全球约60%的人为N₂O排放来自农业土壤.虽然已知微生物硝化和反硝化是土壤N₂O产生的主要过程,但N₂O产生的关键生物学机制以及其调控环境变量之间的相互作用仍然难以预测.本研究选取安徽省亳州市冬、夏两季 农田垂向土壤（0~200 cm）为研究对象,通过乙炔抑制法、¹⁵N-¹⁸O同位素示踪技术分别测定了N₂O产生潜势及产生途径,并利用宏基因组测序技术分析不同N₂O产生途径中功能基因的丰度变化以解析农田土壤N₂O产生的微生物机理.结果显示,在空间尺度上,表层土壤（0~20 cm）是N₂O产生热区,其N₂O产生潜势最高,为（0.364±0.048） ng·g^-1·h^-1.硝化和反硝化潜势均在表层土壤达到最高.在时间尺度上,冬季（15 ℃）是N₂O产生热时,冬季样品N₂O产生潜势显著高于夏季样品,分别为（0.198±0.007）和（0.057±0.009） ng·g^-1·h^-1.总体而言,硝化过程是农田土壤N₂O产生的主要来源,其中,硝化细菌反硝化过程（ND）对N₂O产生的贡献率最高,为52%,而硝化细菌硝化过程（NN）和硝化反应偶联的反硝化过程（NCD）的贡献率分别为24%和0.统计分析表明,农田土壤N₂O产生、硝化及反硝化潜势与理化性质（MC、pH、TN）和功能基因相对丰度（hao、nirK、norB）存在显著相关性.本研究揭示了农田土壤中N₂O的产生机理及关键影响因素,并强调了冬季农田土壤中N₂O的产生不容忽视,这些结果对准确评估我国农业温室气体排放具有重要意义.     

黔中木本植物叶功能性状对退化喀斯特土壤特性的响应

研究不同退化背景下优势木本植物功能性状的适应机制,有助于从功能生态学的角度来解释喀斯特山区的群落演替过程。本研究以贵州普定不同退化背景样地优势木本为研究对象,测定LT、LA、SLA、LDMC、LTD、Chlc6个叶片功能性状指标,分析土壤特性对区域内植被叶片功能性状的作用及影响,揭示喀斯特山区植物对不同环境的适应策略及其演替过程。结果表明:①喀斯特区退化环境下植被叶片向增大化趋势发展,以退耕地经济林最显著;火烧、火烧砍伐、退耕下植被性状差异显著,以LA、LTD、SLA变化范围最大,在相应样地可分别高达121.9%、118.08%、86.00%。②退化样地内叶片性状在乔木、灌木和藤本物种间差异显著,总体上灌木与藤本物种种间变异高于乔木物种,群落处于演替前中期阶段。③不同退化背景下土壤特性差异较大,与植被叶功能性状间具有显著相关性,其中土层深度、土壤养分与土壤含水率是植被叶功能性状的关键土壤特性因子。④退化区域植被叶性状表现出LA大、LT较小、SLA和LTD低、LDMC高、Chlc较低,趋向于发展贫瘠干旱性状组合。揭示了黔中退化喀斯特次生林内在差异性的演替规律,为喀斯特次生林的管理和生物多样性保护提供科学依据。     

移动监测法测量厦门春秋季近地面CO2的时空分布

移动监测对研究城市近地面空气污染物时空分布特征具有重要意义.本研究采用野外移动监测车,利用二氧化碳测量仪、粉尘仪及小型气象站,在春秋季共选取14 d,沿厦门不同功能区,在每天不同时间段(09:00~12:00、13:00~16:00、22:00~01:00)进行了CO2与颗粒物(PM)浓度及气象参数的监测,并分析了春秋季不同时段下各功能区近地面CO2空间分布特征以及CO2与颗粒物的相互关系.结果表明:①监测期间,路线从北部的坂头水库背景区经郊区进入市中心最终在城市南部边缘沿海干道结束,CO2浓度的空间分布呈现中间市中心高沿市中心向两边边缘处降低的结构,不同功能区CO2空间分布存在差异,受城市交通,工业,人类活动等排放,地面植物/作物以及气象条件的影响.主要表现为交通繁忙区(仙岳路/厦禾路/嘉禾路,477.33μmol·mol-1±6.11μmol·mol-1)高于商业居民区(杏林/思北,454.95μmol·mol-1±5.45μmol·mol-1)高于自然风景区(文屏/环岛路/演武路,441.01μmol·mol-1±6.24μmol·mol-1)高于耕地(农田,436.79μmol·mol-1±1.87μmol·mol-1)高于山体林地(坂头水库,434.06μmol·mol-1±0.31μmol·mol-1);②监测期间春季平均CO2浓度为452.04μmol·mol-1±20.24μmol·mol-1,最大值出现在2013年4月12日的嘉禾路路段(市内交通繁忙区)为533.10μmol·mol-1,最小值出现在2013年4月10日的坂头水库路段(远离市区,受人为活动影响较小,水库周围有大量植被,可认为监测过程中的背景区域)为413.25μmol·mol-1.秋季平均CO2浓度为451.80μmol·mol-1±21.56μmol·mol-1,其中最大值出现在2012年11月19日的厦禾路路段(市内交通繁忙区)为526.45μmol·mol-1,最小值出现在2012年11月20日的坂头水库路段为415.01μmol·mol-1.这符合Idso等在1998年提出"城市CO2岛"的现象;③不同时间段CO2浓度表现出夜晚时段(22:00~01:00)高于上午时段(09:00~12:00)高于下午时段(13:00~16:00),阴天普遍高于晴天,且不同功能区CO2浓度在夜晚时段(22:00~01:00)和白天时段(09:00~12:00和13:00~16:00)的差异不同,春季的差异范围为-0.66~29.48μmol·mol-1,秋季的差异范围为-4.01~33.69μmol·mol-1;④市区CO2浓度与周围郊区存在差异,市区CO2浓度均高于郊区;⑤移动监测主要受道路车辆排放的影响,CO2浓度与PM2.5呈显著正相关关系(R=0.73,P<0.01).