基于LOADEST和数字滤波的水源地基流氮素输出定量方法应用实例

地表直接径流和基流均是流域非点源氮/磷养分输出的重要水文途径.科学认识和定量模拟基流氮/磷养分输出对于准确解析水源地水体非点源污染来源至关重要.基于Load Estimator模型和数字滤波算法,建立了定量水源地基流氮素输出的方法体系.以浙江省珊溪水源地的玉泉溪流域为例,利用玉泉溪2010-01—2013-12期间逐月总氮(TN)水质监测数据和逐日流量数据,展示了该方法的计算过程.结果表明,本文建立的水源地基流氮素输出定量方法结果合理,模拟精度高,决定系数和纳什系数分别为0.83和0.80;玉泉溪流域2010—2013年TN负荷量为141.21～274.68 t·a~(-1),平均208.63 t·a~(-1),年基流TN负荷量为84.39～168.68 t·a~(-1),平均127.69 t·a~(-1);基流对玉泉溪年均TN负荷量贡献率高达60%以上,流域基流养分输出对地表水体的污染应引起足够重视.     

东南沿海某水源地水质健康风险评价

以东南沿海某典型水库型饮用水水源地(水库A和水库B)为研究区域,根据2007—2016年期间的水质监测数据,采用美国环保署的健康风险评价模型(US EPA health-based risk assessment model)进行水质健康风险评价.结果表明,水库A和水库B对于成人的健康总风险分别为3.21×10~(-5)和3.26×10~(-5) a~(-1)(风险等级Ⅱ级,属低-中等水平),对于儿童则分别为1.05×10~(-4)和1.07×10~(-4) a~(-1)(风险等级Ⅳ级,属中-高等水平).健康总风险包括致癌风险和非致癌风险,而在该水源地前者高于后者3—4个数量级.该水源地的主要致癌污染物是As、Cd和Cr~(6+),其中Cr~(6+)和As是关键致癌污染物,在致癌风险中的比重高达98%.在2007—2016年期间,水库B对于成人和儿童的水质健康总风险具有显著上升趋势.     

铅和得克隆联合暴露对斑马鱼胚胎的神经毒性作用

以斑马鱼(Danio rerio)为研究对象,探讨铅(Pb)、得克隆(DP)及二者联合急性暴露对斑马鱼胚胎的神经毒性作用。结果表明,Pb(5、20μg·L~(-1))和DP(15、60μg·L~(-1))单独暴露均会引起斑马鱼自主运动频率增加,触摸反应能力和自由游泳活力下降,并且抑制初级运动神经元的生长,加剧尾部细胞凋亡。但与20μg·L~(-1)Pb单独暴露相比,高剂量联合暴露(20μg·L~(-1)Pb+60μg·L~(-1)DP)使斑马鱼的自主运动频率显著降低(P0.05),触摸反应能力和自由游泳活力显著增强(P0.05),初级运动神经元轴突长度显著增加(P0.05),尾部细胞凋亡减少。与5μg·L~(-1)Pb单独暴露相比,低剂量联合暴露(5μg·L~(-1)Pb+15μg·L~(-1)DP)也显著减少斑马鱼尾部的细胞凋亡(P0.05)。上述结果表明,Pb或DP单独暴露对斑马鱼均可引起神经毒性作用;但二者联合暴露对斑马鱼自主运动、触摸反应以及自由游泳活力的影响则表现为拮抗作用。     

大肠杆菌IscA膜表面表达菌株在吸附水体重金属中的应用

为构建一种能够高效、同时吸附水中多种重金属离子的大肠杆菌,利用融合蛋白表达技术,首先将大肠杆菌前脂蛋白信号肽Lpp、膜蛋白OmpA的N端部分氨基酸和铁硫簇组装蛋白IscA的编码基因序列进行融合,构建pET-Lpp-OmpA-IscA表达载体,将此载体导入大肠杆菌BL21菌株.在IPTG诱导下,IscA蛋白可表达于细胞膜表面.然后对IscA膜表面表达菌株对重金属的吸附能力进行评估,包括测定最大吸附容量、绘制吸附浓度依赖曲线和时间依赖曲线,以及对菌株清除工业污水中重金属的性能进行初步探索.研究结果表明,与本底对照菌株相比,IscA蛋白在细胞膜表面表达能够使菌株对水中的Cu~(2+)、Ni~(2+)、Cd~(2+)、Pb~(2+)、As~(3+)、Co~(2+)、Hg~(2+)这7种重金属的吸附能力提高2～5倍不等,并且在pH为6～8范围内保持其吸附能力基本不变.此菌株能够在30 min内将各种重金属溶液中超标5倍的金属含量降低至最大允许排放浓度以下,并且对吸附的重金属具有不同程度的回收能力和菌株再生能力.此外,该菌株能够同时吸附工业污水中的多种重金属,有效降低各种重金属含量.因此,利用膜表面表达技术对大肠杆菌进行改造,成功提高了大肠杆菌对多种重金属的吸附能力,为利用微生物治理环境重金属污染提供了良好的应用前景.     

基于Monte Carlo模拟的河流水质评价——以温瑞塘河为例

基于水质评价的综合污染指数（CWQI）法和水质指标实测含量的统计分析,应用Monte Carlo模拟方法,建立了河流水质评价的Monte Carlo-CWQI耦合模型并进行实例研究.通过建立的耦合模型和温瑞塘河流域14个监测断面2004~2010年的水质监测数据,定量分析各监测断面隶属于不同污染等级的概率水平和各水质指标对水体污染的影响程度.结果表明：温瑞塘河水系水质污染十分严重,勤奋、九山、东水厂、十字河、南白象、灰桥、新桥、米筛桥、仙门、光明、郭溪、瞿溪、西岙和梧田监测断面处于重度污染的概率分别为28.50%,0.55%,92.71%,59.73%,78.85%,39.38%,78.87%,83.09%,65.32%,78.08%,0.00%,0.96%,68.09%,86.06%;处于严重污染的概率分别为71.28%,0.01%,4.33%,39.76%,21.07%,60.59%,4.42%,12.41%,11.02%,21.24%,0.00%,0.02%,1.42%,13.12%.各监测断面总氮（TN）,氨氮（NH₃-N）和溶解氧（DO）的Spearman等级相关系数范围分别是0.41~0.76、0.25~0.63和0.14~0.66,是其他指标的2倍以上,表明影响该地区水质达标的主要因子是TN,NH₃-N和DO.本研究拓宽了河流水质评价的研究视角,能够为流域水环境管理提供丰富的决策依据.     

无柄小叶榕对盐碱地Cd、Cu的吸收特性及修复潜力

采用盆栽试验,研究无柄小叶榕(Ficus concinna var.Subsessilis)对盐碱地土壤重金属Cd和Cu的富集和转运能力,并探讨投加生物表面活性剂鼠李糖脂(RL)对无柄小叶榕生长及其吸收Cd、Cu的影响.结果表明,人工模拟盐碱环境下无柄小叶榕能在不同浓度Cd、Cu单独或复合投加胁迫下正常生长,且体内重金属含量随投加浓度增大而升高,均表现为根地上部分;无柄小叶榕对Cd和Cu具有较强的富集能力,Cd的最大生物富集系数(BCF)为4.52±0.73,Cu为2.1±0.18,BCF值随着重金属投加浓度的增大逐渐减小,Cd、Cu转移系数(TF)均小于1;在Cd 50 mg·kg~(-1)、Cu 400 mg·kg~(-1)下的修复率最高分别为4.07%和2.66%;投加鼠李糖脂可以显著提高无柄小叶榕体内重金属的含量,土壤Cd 25 mg·kg~(-1)时,根部Cd含量最大提高了2.38倍,Cu 50 mg·kg~(-1)时根部Cu含量最大提高了1.91倍.综上,无柄小叶榕对温州重金属污染的盐碱地有很好的修复潜力,投加生物表面活性剂可有效提高无柄小叶榕对重金属Cd和Cu的吸收富集效率.     

楠溪江硝态氮来源定量识别及其不确定性分析

选择温州市楠溪江流域为研究区,通过水化学分析和硝态氮中氮氧稳定同位素示踪技术,对水体硝态氮时空分布特征、迁移转化过程和污染来源进行识别,结合稳定同位素源解析模型（SIAR）,定量识别不同污染源的贡献率,并在此基础上应用概率统计方法对模拟结果的不确定性进行分析.结果表明：研究区水体氮素赋存形态以硝态氮为主;硝态氮含量呈现明显的时空变化,时间上,丰水期硝态氮浓度高于枯水期,空间上,支流硝态氮浓度高于主河道;硝化作用主导了流域内硝态氮的转化过程,化肥、土壤有机氮和粪便污水是楠溪江水体硝态氮的主要来源;SIAR模型计算显示大气沉降、化肥、土壤有机氮、粪便污水对枯水期水体硝态氮的贡献率分别为3.0%~12.9%,25.5%~32.7%,28.7%~36.2%和24.7%~37.5%,对丰水期水体硝态氮贡献率为2.5%~14.3%,28.5%~40.0%,28.8%~39.7%和18.9%~29.90%.模拟结果的不确定性分析表明SIAR模拟结果存在一定程度的不确定性,不同污染源贡献率的不确定性从大到小排序为：土壤有机氮>化肥>粪便污水>大气沉降.     

一株海洋柴油降解菌的分离筛选鉴定及其生物表面活性剂特性分析

从中国浙江省舟山渔场油污染的海水和海洋沉积物中分离筛选产生物表面活性剂的柴油降解菌株。经富集培养、形态观察、测定单菌噬油斑、柴油降解率大小初筛到3株柴油降解菌。然后对初筛到的3株菌进行液滴坍塌实验、发酵液的表面张力、排油圈和乳化稳定性的大小测定进一步复筛,最终筛选出1株产生物表面活性剂的柴油降解菌,经18s rRNA鉴定为海洋解脂耶罗威亚酵母（Yarrowia lipolytica）。其柴油降解率为80%,发酵液液体表面张力可从73.4 mN/m降至23.56 mN/m,乳化效率E₂₄为60%。通过薄层色谱、傅里叶变换红外光谱、GC/MS鉴定,其产生的表面活性剂是由C₁₄、C₁₅β-羟基脂肪酸组成的脂肽。     

生物表面活性剂和化学螯合剂强化无柄小叶榕修复Cd、Cu重金属污染盐碱地

采用盆栽试验研究海洋细菌和酵母产生物表面活性剂、化学螯合剂对无柄小叶榕(Ficus concinna var.Subsessilis)修复盐碱地重金属Cd、Cu的强化效果.结果表明,强化试验下无柄小叶榕能耐受Cd、Cu胁迫正常生长,且体内重金属含量随生物表面活性剂投加浓度增大而升高,表现为根地上部分;300 mg·kg~(-1)细菌产生物表面活性剂强化下,根部Cd含量最大值为313 mg·kg~(-1),1 mmol·kg~(-1)柠檬酸(CA)-300 mg·kg~(-1)酵母产生物表面活性剂强化下,根部Cu最大含量为2156 mg·kg~(-1).强化剂添加下,能显著提高Cd、Cu在小叶榕体内的累积量,无柄小叶榕对土壤Cd、Cu的吸收富集能力显著提高,1 mmol·kg~(-1) CA—300 mg·kg~(-1)酵母产生物表面活性剂强化下Cd的最大富集系数为(9.76±0.10),是对照组S1(1.1±0.02)的8.90倍,300 mg·kg~(-1)酵母产生物表面活性剂单独强化下Cu的最大富集系数为(7.42±0.16),是S1(0.77±0.03)的9.60倍;无柄小叶榕向地上转移Cu的能力较弱,TF1,对Cu的提取修复潜能有限;300 mg·kg~(-1)细菌产生物表面活性剂强化下Cd的最大修复率为2.56%,是对照组S1的4.70倍,300 mg·kg~(-1)细菌产生物表面活性剂—1 mmol·kg~(-1) EDTA联合强化下Cu的最大修复率为1.80%,为S1的3.30倍.综上,无柄小叶榕对重金属污染的盐碱地有良好的修复潜力,生物表面活性剂和化学螯合剂的添加可有效提高小叶榕对重金属Cd和Cu的吸收富集效率.