连续流双室微生物燃料电池处理工业废水

以实际中药废水作为阳极基质、实际含镉废水作为阴极电解液,构建了连续流双室微生物燃料电池(MFC),考察了其产电性能及对两种废水的处理效果。78 d的运行数据表明:系统可实现最大输出电压417mV、最大体积功率密度11.8 W/m3,最大体积功率密度运行条件下的库伦效率为18.5%;在阳极进水有机物浓度变化较大的情况下,实现了阳极对中药废水中有机物的有效去除,平均COD去除率为81.5%;阴极对含镉废水中Cd2+的去除率为79.4%～84.8%。这表明MFC同步处理中药废水及重金属废水具有一定的可行性。     

基于最小累积阻力模型(MCR)和空间主成分分析法(SPCA)的沛县北部生态安全格局构建研究

沛县北部因采煤导致地形、地貌和地类变化,直接影响了整个区域的生态安全,因此需要在区域生态安全状况评价的基础上构建生态安全格局。该研究以沛县北部地区为研究对象,选取高程、坡度、土地覆盖类型、植被覆盖、距水体的距离、距道路的距离、距矿点的距离、距居民点的距离8个指标,采用空间主成分分析法(SPCA)评价研究区生态安全状况,并利用最小累积阻力模型(MCR)建立生态阻力面,借助GIS空间分析技术提取生态廊道和生态节点,从而构建研究区的生态安全格局。结果表明研究区生态安全水平不高,中度安全水平的面积为447.53 km~2,占研究区总面积的44.53%;较低安全水平的面积为344.58 km~2,占研究区总面积的34.28%;识别的31条潜在生态廊道、31个一类生态节点和20个二类生态节点与生态源地一起构成了研究区的生态安全格局,为沛县北部的生态规划和生态可持续发展提供了有效参考。     

酸性紫色水稻土颗粒有机质对镉的吸附特性

采集典型的酸性紫色水稻土（APPS）,从中分离出颗粒有机质（POM）,通过批量试验研究POM及其来源土壤Cd²⁺的吸附动力学、等温吸附和热力学特征,通过扫描电镜-能谱仪、傅里叶红外光谱仪等手段及吸附前后镉的形态变化的测定,研究了POM对Cd²⁺的吸附机制.结果表明：POM对Cd²⁺的亲和力远高于其来源土壤.POM及土壤对Cd²⁺的吸附动力学最优模型均为准二级动力学.Langmuir、Freundlich方程均能较好地描述其等温吸附特征,其中对POM,以Freundlich方程更优,表明POM对Cd²⁺的吸附属于多分子层的非均质吸附.吸附热力学参数△G^θ均小于0、△H^θ和△S^θ均大于0,表明吸附属于自发吸热过程.根据△H^θ值及解吸试验判定POM对Cd²⁺的吸附以化学吸附为主,土壤对Cd²⁺的吸附过程以物理吸附为主.吸附平衡后,土壤中可交换态镉比例提高,而POM中交换态和络合态镉比例增加.综上及吸附前后POM的表征结果说明,POM对Cd²⁺的吸附机制包括含氧官能团的络合、离子交换、阳离子-π键、沉淀作用和静电吸附.     

核桃壳生物炭对土壤中镉的钝化修复

通过室内模拟试验,研究了核桃壳生物炭（BC400、BC500、BC600）对人工Cd污染土壤（20 mg/kg）pH、Cd赋存形态分布的影响,并探究可能的修复机理。结果显示:经56 d修复后,与空白对照组相比,10%添加量的核桃壳生物炭BC400、BC500、BC600分别使土壤pH升高了1.07、1.31、1.38,弱酸可提取态Cd含量减少了17.02%、20.20%、24.53%,可还原态Cd含量减少了8.9%、19.1%、38.2%,可氧化态Cd含量增加了44.83%、78.45%、100%,残渣态Cd含量增加了66.03%、71.43%、89.21%。同时,土壤pH与土壤中弱酸可提取态Cd含量呈显著负相关（P<0.01）。综上,核桃壳生物炭能够对Cd污染土壤起到钝化修复作用。     

不同浓度锌处理下水稻幼苗对镉的累积效应

为探究锌（Zn）对水稻镉（Cd）累积的影响及其根表铁膜所发挥的作用,选取Cd高累积型水稻品种中9优547（简称"Z547"）和Cd低累积型水稻品种金优402（简称"J402"）,采用温室水培试验,研究0、2、5、10、15和20 μmol/L等6个Zn浓度下水稻幼苗对Cd的累积效应,以及不同浓度Zn处理对根表铁膜生成量的影响.结果表明:①随着c（Zn）的增加,Z547和J402水稻幼苗生物量均呈先增后减的趋势,分别在c（Zn）为2和10 μmol/L时达到最大值.②Z547和J402水稻幼苗中w（Cd）均呈先降后增的趋势,分别在c（Zn）为5和2 μmol/L时达到最小值;当水稻幼苗中w（Cd）达到最小值时,Z547根和地上部中w（Cd）分别为31.65和11.47 mg/kg,J402根和地上部中w（Cd）分别为22.58和14.36 mg/kg.③不同浓度Zn处理下水稻幼苗各部位中w（Cd）均与根表铁膜中w（Mn）、w（Fe）、w（Fe+Mn）呈显著正相关,高铁膜处理水稻幼苗中w（Cd）显著高于低铁膜处理,表明根表铁膜生成量的增加会促进Cd在水稻幼苗中的累积.研究显示,当c（Zn）较低时,c（Zn）的增加会抑制水稻幼苗对Cd的累积;当c（Zn）较高时,c（Zn）的增加会促进水稻幼苗对Cd的累积,而Zn可通过控制根表铁膜的生成来影响水稻幼苗对Cd的累积.      

基于边介数的省域生态廊道构建方法优化

我国城市建设和生态保护工作均对土地资源有大量需求,二者之间的矛盾在经济优先发展区表现尤为明显.为了有效地改善生态环境,管控土地利用并引导其变化发展,需要建设具备不可替代特征的省域生态廊道.最小累积阻力模型（minimum cumulative resistance,MCR）是识别生态廊道最常用、有效的模型,但在应用于省域尺度时,MCR模型识别的潜在廊道路由存在冗余的问题.因此,通过引入网络科学中的边介数指数（edge-betweenness）对MCR模型进行优化,计算潜在廊道路由的边介数指数值,选取出其中最为重要和简明的结构来连通生态源地,即提取潜在路由中的骨干路由（backbone route）和关键战略点（key strategic point）作为不可替代的结构来指导省域生态廊道建设.将优化后的MCR模型应用于广东省,构建了全长5 493 km的省域生态廊道,其中包含生态源地20处,关键战略点11个,骨干生态廊道29条.骨干路由与关键战略点构成的不可替代省域生态廊道（irreplaceable provincial corridor）能够实现"廊道数量和占地面积最少、连通性基本不变"的目标.研究显示,边介数能够对潜在路由进行优化筛选,识别出维护省域生态安全的关键结构;不可替代生态廊道能够指导省域生态规划和土地空间的发展利用,并为更高水平的生态安全环境提供了演进的基础;同时也为土地资源紧张的地区提供了建设生态廊道的参考与依据.      

对二氯苯、四氯乙烯和镉联合污染对草鱼的毒性效应研究

文章采用水生污染暴露试验和Marking相加指数评价法,研究了对二氯苯(P-DCB)、四氯乙烯(PCE)和重金属镉(Cd~(2+))对草鱼的联合毒性。结果表明:单一P-DCB、PCE和Cd~(2+)污染对草鱼的24、48、72和96 h的半数致死质量浓度依次是10.11、9.04、8.52、7.97,46.13、41.58、36.51、34.56和45.58、34.81、28.63、24.05 mg/L;由此可见,它们的单一毒性均为高毒,并且其毒性顺序为P-DCB>Cd~(2+)>PCE。P-DCB、PCE和Cd~(2+)对草鱼的联合毒性,在浓度1∶1时,表现出暴露时间为24、48、72和96 h的相加指数分别为-0.75、-0.46、-0.32和0.11,联合作用结果为先拮抗作用,随着时间的增加,拮抗作用减弱,最后转为毒性剧增的协同效应。而在毒性1∶1时,表现出暴露时间为24、48、72和96 h的AI分别为-0.41、-0.37、-0.17和-0.14,所以联合作用结果是为拮抗作用,随着时间的增加,拮抗作用减弱。     

能源作物甜高粱对镉污染农田的修复潜力研究

通过田间控制试验,研究在不同镉污染条件下甜高粱对镉的吸收和积累规律,并采用先进固态发酵(ASSF)技术对甜高粱进行能源化利用,阐明能源植物甜高粱对镉污染农田的修复潜力.结果表明:甜高粱对镉具有较强的吸收能力和耐性,在不同浓度的镉处理条件下,均可以完成正常生育期(167 d),但当土壤镉含量达到33 mg·kg~(-1)时其生长受到显著抑制.在甜高粱植株内,根部的镉浓度最高,呈现根茎叶籽粒的分布特点,单株镉的积累量最高可达到0.84 mg(土壤镉含量为18 mg·kg~(-1)).甜高粱对镉的吸收与土壤中的镉含量具有显著的线性关系(P0.05),随着土壤中镉含量的增加显著增加,但是镉处理对甜高粱茎秆的糖和水分含量,以及发酵过程中糖利用率和乙醇转化率均没有影响.因此,在镉污染农田上种植甜高粱,可以确保生产的产品不进入食物链而进入能源产业链,既可以生产生物乙醇的原材料,产生经济效益,又可以吸收土壤中镉,实现对镉污染农田的边生产边修复.