夏季东海和南黄海一氧化碳的浓度分布、海-气通量和微生物消耗研究

于2013年7月对东海和南黄海海水中CO的浓度分布、时空变化、海-气通量和表层海水中CO微生物消耗进行了研究.夏季东海和南黄海大气中CO的体积分数范围为68×10-9~448×10-9,平均值为117×10-9(SD=68×10-9,n=36),呈现出近岸高、远海低的特点.夏季东海和南黄海表层海水中CO的浓度范围为0.23~7.10 nmol·L-1,平均值为2.49 nmol·L-1(SD=2.11,n=36),CO的浓度受太阳辐射影响明显;不同站位CO浓度的垂直分布特征基本相同,CO浓度最大值一般出现在表层,随深度增加CO浓度迅速减小.夏季东海和南黄海海水中CO浓度具有明显的周日变化,最大值是最小值的6~40倍.各层最大值基本出现在中午,最小值基本上出现在凌晨前后.CO明显的周日变化特征进一步证明海水中CO主要由光化学产生.调查期间东海和南黄海表层海水中CO相比大气处于过饱和状态,过饱和系数变化范围为1.99~99.18,平均值为29.36(SD=24.42,n=29),表明调查海域是大气中CO的源.调查期间CO的海-气通量变化范围为0.37~44.84μmol·(m2·d)-1,平均值为12.73μmol·(m2·d)-1(SD=11.40,n=29).调查海域CO的微生物消耗培养实验中,CO的浓度随时间增长呈指数降低,消耗过程符合一级反应的特点,微生物消耗速率常数KCO范围为0.12~1.45 h-1,平均值为0.47 h-1(SD=0.55,n=5),微生物消耗速率与盐度之间有一定的相关性.     

崇明典型水生生物中雌激素含量和分布特征

采用超高效液相色谱串联质谱系统(UHPLC-MS2)检测崇明岛9种典型水生生物体中5种典型雌激素的含量,包括雌酮(E1)、雌二醇(E2)、雌三醇(E3)、炔雌醇(EE2)和双酚A(BPA).并探讨其分布特征,进行初步健康风险评价.结果表明,9种典型水生生物中雌激素总量(以dw计)为1.1~7.38 ng·g-1,平均为4.25 ng·g-1.雌激素脂肪含量(以lw计)在5.01~83.41 ng·g-1之间,平均值为40.75 ng·g-1,雌激素脂肪含量水平表现为鱼类>虾类>蟹类.鱼类和蟹类,虾类之间雌激素脂肪含量差异性显著,蟹类和虾类之间不存在显著差异性.从检出率和检出含量看,甾醇类雌激素(E1、E2、E3和EE2)的残留明显低于酚类雌激素(BPA).E1、E2、E3和EE2的检出率小于66.67%,平均干重含量为0.17~0.69ng·g-1,而BPA的检出率高达100%,检出的平均干重含量为2.60 ng·g-1.健康风险评估结果表明,崇明岛水产品中雌激素对健康影响不大.     

黄土高原纬度梯度上的植物与土壤碳、氮、磷化学计量学特征

选取陕西省延安市的富县、甘泉县、安塞县和榆林市的靖边县、横山县、榆阳区为研究区域,测定和分析研究区植物叶片和不同土层土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)含量,阐明植物叶片和土壤化学计量学特征随纬度梯度的变化模式,为预测黄土高原植物营养元素的限制情况和生态系统的土壤养分状况提供依据.结果表明:1在35.95°~38.36°N的纬度范围内,植物叶片C、N、P含量的变化范围分别是336.95~477.38、18.09~33.17和1.07~1.73 mg·g-1,平均值分别为442.9、25.79和1.37 mg·g-1,变异系数分别为11.9%、17.4%和13.3%;植物叶片C、N、P含量与纬度之间存在显著的相关关系,但植物叶片C含量与叶片N、P含量随纬度的变化存在差异:随着纬度的升高,植物叶片C含量随之降低;而叶片N、P含量随之升高.植物叶片C∶N、C∶P均随着纬度的升高,呈现减小趋势;而植物叶片N∶P与纬度的相关关系并不显著.20~10、10~20和20~40 cm这3个土层土壤C和N的空间分布具有一致性,均随着纬度的升高呈指数减小的趋势,且含量随着土层的加深逐级递减;土壤P的空间分布与C、N不同,随着纬度的升高呈现先增加后减少的趋势.0~10 cm、10~20 cm土层土壤C∶N随纬度的升高变化不显著,20~40 cm土壤C∶N随纬度的升高明显下降;3个土层的土壤C∶P、N∶P均随纬度的升高呈指数减少.3植物C、C∶N和C∶P与不同土层的土壤C、N、P均呈现显著的相关关系,植物N、P与土壤C、N呈现显著的相关关系,而叶片N∶P与不同土层土壤的C、N、P相关关系均不显著.研究表明,植物C、N、P含量与纬度之间存在一定的相关性,而植物与土壤的C、N、P含量之间的相关性并不一致,且与全球尺度相比,黄土高原地区草本植物生长更易受磷限制.     

厌氧条件下砂壤水稻土N2、N2O、NO、CO2和CH4排放特征

了解厌氧条件土壤反硝化气体(N2、N2O和NO)、CO2和CH4排放特征,是认识反硝化过程机制的基础,并有助于制定合理的温室气体减排措施.定量反硝化产物组成,可为氮转化过程模型研发制定正确的关键过程参数选取方法或参数化方案.本研究选取质地相同(砂壤土)的两个水稻土为研究对象,通过添加KNO3和葡萄糖的混合溶液,将培养土壤的初始NO-3和DOC含量分别调节到50 mg·kg-1和300 mg·kg-1,采用氦环境培养-气体及碳氮底物直接同步测定方法,研究完全厌氧条件下土壤N2、N2O、NO、CO2和CH4的排放特征,并获得反硝化气态产物中各组分的比率.结果表明,在整个培养过程中,两个供试土壤的N2、N2O和NO累积排放量分别为6~8、20和15~18 mg·kg-1,这些气体排放量测定结果可回收土壤NO-3变化量的95%~98%,反硝化气态产物以N2O和NO为主,其中3种组分的比率分别为15%~19%(N2)、47%~49%(N2O)和34%~36%(NO);但反硝化气体产物组成的逐日动态均显现为从以NO为主逐渐过渡到以N2O为主,最后才发展到以N2为主.以上结果说明,反硝化气体产物组成是随反硝化进程而变化的,在以气体产物组成比率作为关键参数计算各种反硝化气体产生率或排放率的模型中,很有必要重视这一点.     

三峡库区典型退耕还林模式土壤养分流失控制

选择三峡库区典型退耕还林模式,包括园地(茶园)及林地(板栗)与原有坡耕地对照,观测并分析其土壤养分(氮磷)输出途径及数量情况,以评估实施退耕还林工程对流域土壤养分输出的影响.结果表明:1退耕后土壤养分氮磷年流失量(包括随泥沙和地表径流流失的量)减少;总氮(TN)年输出量从大到小依次为坡耕地(2 444.27 g·hm-2)茶园地(998.70g·hm-2)板栗林地(532.61 g·hm-2);总磷(TP)为坡耕地(1 690.48 g·hm-2)茶园地(488.06 g·hm-2)板栗林地(129.00 g·hm-2);与坡耕地比较,退耕还林模式(园地、林地)总氮、总磷年输出载荷分别减少了68.68%和81.75%.2茶园地、板栗林地与坡耕地相比,土壤养分速效态氮流失量明显减少,硝态氮(NO-3-N)输出总量依次为坡耕地(113.79g·hm-2)茶园地(73.75 g·hm-2)板栗林地(56.06 g·hm-2);铵态氮(NH+4-N)养分输出次序为茶园最大(69.34 g·hm-2),坡耕地次之(52.45 g·hm-2),板栗林地最小(47.23 g·hm-2).3硝态氮、铵态氮主要通过地表径流输出,所占总量比例分别为91.4%和92.2%;总氮和总磷主要通过泥沙输出,所占总量比例分别为86.6%和98.4%.通过退耕还林等措施,该地区地表径流以及土壤侵蚀输出明显减少,土壤养分流失得到有效控制.     

改良剂对4种木本植物的铅锌耐性、亚细胞分布和化学形态的影响

本研究以4种耐铅锌木本植物夹竹桃(Nerium oleander)、栾树(Koelreuteria paniculata)、泡桐(Paulownia)和苎麻(Boehmeria)为材料,在不同改良剂浓度下(CK组:100%铅锌矿渣±少量磷肥、改良一:85%铅锌矿渣±10%泥炭土±5%菌肥±少量磷肥、改良二:75%铅锌矿渣±20%泥炭土±5%菌肥±少量磷肥),进行了耐性木本植物富集与转移能力以及Pb、Zn在4种木本植物不同部位的亚细胞分布和化学形态分析.结果表明:14种植物种植后基质中重金属的浓度基本低于种植前,夹竹桃与苎麻改良一与改良二之间差异不显著,泡桐改良二效果显著优于改良一,栾树改良一效果显著优于改良二;4种植物地上部对Pb、Zn的富集系数都比较低,但具有较高的转移系数,适当的基质改良有利于提高植物对Pb、Zn的富集与转移能力.2Pb、Zn在4种植物各部位的亚细胞分布以细胞壁组分和可溶性组分为主,在线粒体、叶绿体和细胞核等细胞器组分中分布较少;与CK组相比,两改良组使可溶性组分对Pb的滞留作用和细胞壁对Zn的滞留作用在增强.3Pb在植物各部位的化学形态以盐酸、氯化钠和乙醇提取态为主,其他化学形态含量极少;Zn则以残留态、盐酸、醋酸、氯化钠、水和乙醇提取态这6种形态存在,且都具较高分配比例.与CK组相比,两改良组使植物各部位活性较弱的Pb的化学形态比例减少,活性较强的化学形态比例增加;Zn则是根部活性较强的化学形态比例增加,地上部活性较强的化学形态比例减少.     

序批式生物反应器填埋场脱氮微生物多样性分析

为探究序批式生物反应器填埋场脱氮过程中的微生物作用机制,本研究采用建立脱氮功能基因(amoA、nosZ)克隆文库及PCR-RFLP技术对序批式生物反应器填埋场垃圾稳定化后期的主要脱氮功能微生物多样性进行分析.结果表明,矿化垃圾反应器中检测到的氨氧化细菌存在高度多样性,大部分为未知类群,且均为不可培养菌或未经分离获得的细菌,经系统发育树分析系统内氨氧化细菌以β-变形菌门中的亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)为主;新鲜垃圾反应器中反硝化细菌种群丰富,主要有β-变形菌纲中的陶厄氏菌属(Thauera)和硫杆菌属(Thiobacillus).Thauera属在好氧条件下具有反硝化特性,Thiobacillus属中的脱氮硫杆菌(Thiobacillus denitrificans)是一种硫自养反硝化菌,可见新鲜垃圾单元稳定化后期以好氧反硝化和自养反硝化的脱氮途径为主.此外文库中检测到的一部分反硝化细菌可能归属于α-变形菌纲的慢生根瘤菌科(Bradyrhizobiaceae).     

铁氮掺杂碳纳米管/纤维复合物制备及其催化氧还原的效果

阴极催化剂是影响微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)性能的关键因素.通过研究制备成本低廉、氧还原反应(ORR)催化活性高的阴极催化剂来替代Pt/C对于实现MFC规模化应用具有重大意义.研究采用化学气相沉淀法,以三聚氰胺作为碳氮前驱物、以黑珍珠2000或乙炔炭黑作为碳源,外加醋酸亚铁作为铁前驱物,合成了两种铁氮掺杂碳纳米管/纤维复合物(FeNCB和FeNCC),作为MFC的阴极催化剂.通过循环伏安法和旋转圆盘-环电极分析FeNCB、FeNCC和Pt/C的ORR催化活性的差异,并用MFC验证其差异.结果表明,FeNCB性能与Pt/C相当,优于FeNCC,其催化路径是通过4电子途径催化氧还原反应;MFC-FeNCB性能略优于MFC-Pt/C,显著优于MFC-FeNCB有助于MFC的扩大化,其最大功率密度为1 212.8mW·m~(-2),开路电压为0.875 V,电池稳定电压为(0.500±0.025)V.用X射线衍射、X射线光电子光谱、拉曼光谱等进一步分析显示,复合物中碳纳米管管径的大小、铁氮掺杂的类型和含量以及氧含量是引起制备的复合物催化氧还原性能差异的原因所在.     

基于微生物生物完整性指数的地下水生态系统健康评价:以包钢稀土尾矿库周边地下水生态系统为例

生物完整性指数是水体生态系统健康评价的重要指标,已被广泛应用于湖泊河流等的生态系统健康评价中.但利用水体中分解者微生物群落构建IBI评价标准的报道很少,针对地下水生态系统的研究更是鲜见.本研究针对包钢稀土尾矿库周边地下水生态系统健康开展评价工作,基于地下水环境中微生物群落Illumina高通量测序信息,筛选关键环境因子,甄别敏感或耐受微生物分类属,确定候选生物参数,探索针对地下水的微生物完整性指数(microbiome index of biotic integrity,M-IBI)评价流程与标准构建方法.结果表明,总计12个地下水样点中,4个样点属于健康等级(Ⅰ级),占总样点的33.3%;2个样点属于亚健康等级(Ⅱ级),占总样点的16.7%;5个样点属于一般等级(Ⅲ级),占41.7%;1个样点属于较差等级(Ⅳ级),占8.3%;总体来看,靠近尾矿库的样点健康等级较低,而远离尾矿库参照点受到的干扰较小,健康等级较高,这可能与人类活动干扰影响程度密切相关.参照该地区地下水理化参数基础上的水质情况分析结果,发现应用M-IBI指数可较合理地评估包头稀土尾矿区周边地下水生态系统健康状况.结合生态系统健康内涵,本研究初步提出针对地下水生态系统健康的M-IBI指数评价体系构建流程.     

以预处理剩余污泥为燃料MFC产电性能及不连续供电的可行性

为探讨微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)处理经预处理后剩余污泥的可行性以及不连续供电能力,采用双室MFC,以剩余污泥热处理上清液为基质进行启动和运行,通过改变电池阴极电子受体而导致电势差变化来监测其产电的运行稳定性.结果表明,反应器以氧气作为阴极电子受体148 h后启动成功,最大输出电压0.24 V,将阴极电子受体换为铁氰化钾时,能获得0.66 V的最大输出电压和4.21 W·m~(-3)的最大功率密度.当将阴极电子受体分别替换为氧气或者开路,又转换为铁氰化钾后,电池输出功率恢复迅速,电池对有机物去除效率基本不受影响,对化学需氧量(COD)、氨氮去除效率分别达70%和80%.本研究表明,利用预处理剩余污泥进行MFC处理和产电是可行的,可获得较高的功率密度,同时MFC可以实现不连续供电.