河流底泥中溶解性有机物的释放途径及影响因素研究

以沈阳市新开河底泥为研究对象,考察了河流底泥中溶解性有机物（DOM）的释放途径,并分析了时间、温度、pH值、底泥粒径、盐度和上覆水体中溶解性有机碳（DOC）浓度对河流底泥DOM释放的影响.此外,还研究了底泥释放对上覆水体中DOM的光谱学特性的影响.结果表明,对底泥DOM释放影响程度最高的是间隙水的混合作用,其次是底泥表层静态释放,而悬浮颗粒释放对底泥DOM释放的影响程度较小.底泥DOM的释放量随温度,pH值,底泥粒径,盐度的增大而增大.上覆水体DOC浓度较高时,DOM由上覆水体向底泥迁移.扰动作用能够影响底泥DOM的迁移.类富里酸荧光物质和类芳香族蛋白质荧光物质是底泥DOM中的主要荧光物质.河流底泥DOM向上覆水体释放的主要是激发波长分别为280~300nm和320~380nm的荧光物质.并且,扰动作用促进了荧光物质由底泥向上覆水体的释放.     

贵州红枫湖水体溶解有机质的剖面特征和季节变化

溶解有机氮(dissolved organic nitrogen,DON)与溶解有机碳(dissolved organic carbon,DOC)相结合在湖泊水体溶解有机质(dissolved organic matter,DOM)的研究中少有报道.本研究对贵州喀斯特地区高原性湖泊———红枫湖水体DOC和DON的含量进行了近2a的测定,研究了DOM的剖面特征和季节变化,并探讨了DOM垂向分布和季节变化的影响因素.结果表明,红枫湖DOC的浓度范围为1.60～3.08 mg·L^-1,DON的浓度范围为0.10～0.37 mg·L^-1.在湖水混合期表层和底层的DOC和DON的浓度基本一致,在湖水分层期DOC和DON浓度表现出从表层往底层减小的趋势.表层水体(0～2m或3m)DOC的浓度在春末夏初或夏季达到最大,DON的浓度在春末夏初稍高于其它月份.结合叶绿素和降雨的数据分析认为,藻类活动和陆源输入直接导致了表层水体DOM的季节变化模式.DOM的C/N在一般情况下向下增大,但在夏季南湖的垂向水柱上,DOC和DON的浓度在12m以下增大,C/N从12m的18.1下降为14m的14.9,并向下持续减小,这很有可能是颗粒态有机质发生降解释放出C/N较低的DOM,成为水体内DOM的一个内源.     

洱海湖滨带挺水植物残体腐解特征及其环境效应初探

采用试验模拟的方法,研究洱海4种主要挺水植物茭草(Zizania caduciflora)、香蒲(Typha latifolia)、水葱(Scirpus validus)和芦苇(Phragnites australis)在水体中的腐解特征. 结果表明:在21 d的腐解试验中,水葱腐解速率最快,茭草和香蒲其次,芦苇最慢; 挺水植物单位干物质TN释放量表现为水葱>茭草≈香蒲>芦苇,TP释放量表现为水葱>茭草>香蒲>芦苇; 4种植物TP释放率均高于TN,腐解出的TP进入水体的比例也明显高于TN. 水体中ρ(TN),ρ(TP)及ρ(COD_Cr)均在腐解初期(1～3 d)快速上升,pH和ρ(DO)快速下降; 随后,ρ(TN),ρ(TP)及ρ(COD_Cr)均缓慢下降,pH和ρ(DO)则缓慢回升. 结合洱海湖滨带挺水植物空间分布的调查结果,估算全湖湖滨带4种挺水植物中TN和TP的总质量分别为17.622和2.870 t,其中茭草和香蒲中的TN和TP分别占91%和95%,对茭草和香蒲进行适时、适宜的收割对改善湖滨带的水质具有重要的意义.      

茭草、芦苇与水葫芦的污染物释放规律

选取昆明某人工湿地中的茭草、芦苇和水葫芦进行浸泡试验,考察因植物组织的溶解而导致的污染物释放规律.最快的释放发生在最初的24h内.COD的释放率小于TN和TP的释放率.芦苇的COD和TN释放速率最小,茭草的TP释放速率最小,茭草的COD释放速率最大,水葫芦的TN和TP释放速率最大.在停留时间为5d,水力负荷为8.7cm/d,TN、TP和COD负荷为1.52,0.11,13.7g/(m²d)条件下,植物组织释放N、P、COD的量分别占去除负荷的29%,20%和38%.这表明对于进水负荷较低的人工湿地,收割植物可以改善湿地低效率时期的处理效率.     

三峡库区消落带典型草本植物淹水浸泡后可溶性有机碳的释放特征

三峡库区消落带出露时草本植被生长旺盛,每年9月底蓄水后植物被淹没并开始腐解,导致有机体分解释放大量可溶性有机碳(DOC),可能对水质产生负面影响.研究选取三峡库区消落带典型草本植物,通过室内模拟浸泡实验,测定上覆水中DOC浓度变化过程,计算其释放速率与通量,旨在查明消落带草本植物淹水后DOC的释放特征,为库区植被修复与管理提供基础数据.结果表明,几种典型草本植物浸泡后上覆水的DOC浓度变化反映出草本植物淹水后DOC释放呈先增后减,后期趋于平稳的变化过程,在15 d左右达到峰值,表明消落带草本植物淹水浸泡后DOC随植物腐解快速释放,随后释放基本稳定,几种典型草本植物的DOC释放过程符合动力学过程.草本植物浸泡后DOC的释放浓度(最大为苦蒿的486.88 mg·L-1±35.97 mg·L-1,最小为稗子的4.18 mg·L-1±1.07 mg·L-1)、释放量(最大为苦蒿的50.54 mg·g-1,最小为水蓼的6.51mg·g-1)存在显著差异,主要受植物基质的影响,特别是植物基质的C/N值.实验浸泡植物的DOC释放量与相应草本植物基质的C/N值呈显著线性关系.     

三峡库区水体中可溶性C、N变化及影响因素

为了解三峡库区水体中可溶性C、N的变化,本研究于2011年3月至2012年8月在三峡水库涪陵段进行了每周一次的水样采集,分析其中可溶性C、N成分的变化及其来源特征.结果表明,库区水中DOC浓度范围为0.64~9.07 mg·L~(-1),且有明显的季节变化,表现为:夏季春季、秋季冬季,DOC年入库总量为1.78×109kg,入库量具有与浓度相似的季节变化趋势;DTN的浓度范围为2.59~4.35 mg·L~(-1),春季冬季夏季秋季,年入库总量为1.32×109kg,入库量的季节变化特征:夏季秋季春季冬季,其中DON、NO-3-N分别占DTN的30.35%~63.45%、35.87%~67.72%.DOC受降水和温度的影响明显,水中DOC主要来自外源输入,春季、夏季降雨径流其外源输入量增加,而秋季、冬季则内源贡献有所增加;DTN受人为排放和水体稀释的影响相对较大.相关分析表明,DOC与DON呈显著负相关(P0.05),通常以DOC/DON比值反映水中DOM的来源,库区DOC/DON范围为0.35~7.28,DOM来源具有明显的季节特征.夏季DOC/DON较高,DOM主要来自流域侵蚀;冬季DOC/DON较低,DOM主要来自生活污水排放和内源现场产生;春季、秋季DOC/DON介于两者之间,DOM来源包括流域侵蚀、生活污水排放及现场产生等.     

三峡库区消落带土壤邻苯二甲酸二丁酯静态释放特征

为了解特大型水库消落带优先有机污染物迁移转化规律,以邻苯二甲酸二丁酯(DBP)为代表性优先污染物,采用静态淹水法研究了土壤中DBP浓度、上覆水离子强度、有机质含量等因素对三峡库区消落带土壤中DBP静态释放规律的影响.结果表明,消落带土壤中DBP在淹水前期由土壤向上覆水中迁移释放,该过程分为短暂但是释放速率较快的快速释放阶段和释放时间较长但释放速率较慢的慢速释放阶段,此过程可以很好地用二室一级动力模型拟合.随着土壤中添加的DBP浓度的增大,DBP向上覆水快速释放速率加快,而快速释放比例则减小;慢释放速率和慢速释放比例则正好相反.随着上覆水离子强度的增加,快速释放比例增加,使DBP向上覆水释放量增加.上覆水高浓度的DBP在淹水初期会抑制土壤DBP的释放而且使DBP释放达到最大值的时间延迟.上覆水添加腐殖酸后,快速释放速率、慢速释放速率和快速释放比例均增大,从而使DBP向上覆水的释放量也增加.     

淹水条件下三峡库区典型消落带土壤释放DOM的光谱特征:紫外-可见吸收光谱

消落带土壤在淹水发生时释放溶解性有机质(DOM),是上覆水体DOM的重要来源.但同时对淹水释放DOM进行定量定性分析的报道并不多见.本文以三峡库区典型消落带为研究对象,通过模拟实验,利用紫外-可见吸收光谱,研究了厌氧淹水和正常淹水条件下,淹水土壤释放DOM的光谱特征.结果表明,消落带4个区域土壤淹水均呈"快速释放-下降-动态平衡"释放规律;释放速率和通量计算表明,DOM释放呈现出"源-汇动态交换"特征.对比两种淹水处理,尽管溶解性有机碳(DOC)和有色溶解性有机质(CDOM)无显著差异,但厌氧淹水DOM芳香性(SUVA280)高于正常淹水,而光谱斜率比值(SR)对不同淹水条件不敏感.同时,厌氧淹水时,DOC和CDOM的相关性也明显高于正常淹水.另外,各区域土壤淹水释放DOM存在差异,以忠县石宝寨土壤释放强度最高,尽管土壤有机质含量是影响各区域土壤淹水释放DOM差异的重要原因之一,但其他地化因素仍需考虑.因此,仅仅关注DOC浓度变化并不足以完全描述DOM的释放特征.     

滇池典型陆生和水生植物溶解性有机质组分的光谱分析

应用紫外-可见光谱、傅里叶红外光谱与三维荧光光谱,对采自滇池外海及湖滨农田的2种典型陆生植物(玉米、紫茎泽兰)和5种水生植物(芦苇、水红花、水葫芦、眼子菜、茭草)所提取的DOM(溶解性有机质)组分进行了光谱分析. 结果表明,陆生与水生植物DOM的紫外-可见光谱曲线基本类似,吸光度均随波长的增加而降低. 陆生植物DOM的SUVA₂₅₄(单位溶解性有机碳浓度下波长254 nm处吸收系数)值大于水生植物,表明滇池外源输入的DOM腐殖化程度大于内源. 植物叶中DOM的A₂₅₀/A₃₆₅(A₂₅₀、A₃₆₅分别为波长250和365 nm处的紫外吸光度比值)小于茎,表明叶中DOM的芳香性和分子量都大于茎. 陆生与水生植物DOM均有相似的红外特征峰带,其中—COO-、—CH₂、—CO、—OH、—NH₂的特征峰明显,表明它们是构成陆生和水生植物DOM的主要官能团. 三维荧光光谱分析表明,陆生植物茎的DOM中含有类富里酸物质,而叶的DOM中含有类腐殖酸物质. 水生植物除了水葫芦叶的DOM中含有类腐殖酸物质外,其他样品无论茎、叶都含有类富里酸物质. 除水葫芦叶外,同种植物茎的DOM中存在类色氨酸物质,而叶中不存在.      

苦草与菖蒲对太湖梅梁湾沉积物磷释放抑制的研究

实验模拟了沉水植物苦草与挺水植物菖蒲生长情况下太湖梅梁湾地区沉积物磷的释放过程,并分别探讨了在2种植物生长过程中上覆水总磷(TP)及其各赋存形态溶解性有机磷(DOP)、可溶性正磷酸盐(DIP)、颗粒态磷(PP)的浓度变化过程。试验结果表明:菖蒲与苦草生长过程中,2种植物均大大降低了水体磷浓度,减缓了沉积物磷的释放速率。菖蒲对沉积物总磷释放的抑制效果优于苦草,针对不同的赋存形态磷,2种水生植物的作用效果有差异。苦草优势在于提高了对DIP的吸收利用和对环境因子DO、pH的改变,而菖蒲的优势在于更有效地抑制PP与DOP的释放。     

应用电致化学发光分子探针技术对微小原甲藻的检测

以双特异分子探针技术(NPA-SH)为基础,运用电致化学发光技术(ECL)和磁性微球分选技术对其进行改进,成功建立了用于赤潮藻类定性定量分析的电致化学发光分子探针(ECL-MP)检测新技术.设计微小原甲藻特异性NPA探针并对其进行联吡啶钌和生物素标记,优化磁性微球使用量,在ECL检测装置中启动电化学反应,建立光信号与微小原甲藻细胞数目间的ECL-MP分析曲线并对其进行验证.结果表明,标记后的NPA探针具有一定的特异性和实用性;4μg是检测20μL目标藻杂交混合液的最适磁性微球使用量;在最适条件下,微小原甲藻细胞数的线性分析范围6.25×102～4×104个;比较ECL-MP和显微计数方法的样品检测结果,在95%置信区间内二者无显著差异(t-检验).ECL-MP方法为实现微小原甲藻现场样品的快速准确检测提供了一种新方法.     

商品氯氰菊酯农药对蛋白核小球藻的毒性效应研究

研究了氯氰菊酯对蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)生长、细胞内含物(可溶性蛋白、可溶性糖)及抗氧化酶类(超氧化物歧化酶,SOD)、膜脂氧化产物(丙二醛,MDA)的影响.结果表明,在氯氰菊酯暴露下,藻细胞的生长受到不同程度的抑制,且抑制程度随氯氰菊酯浓度的增大而增大,氯氰菊酯对蛋白核小球藻生长的72h半效应浓度(EC50)为4.89mg·L-1.藻细胞所有生理生化指标对氯氰菊酯响应迅速,在暴露初期较为敏感,24h后趋于平稳.其中,可溶性糖和可溶性蛋白含量上升,中等浓度组(3.2,5.6mg·L-1)上升趋势最为显著.SOD活性则呈现出低浓度(1.0,1.8mg·L-1)促进、高浓度(>3.2mg·L-1)抑制效应.氯氰菊酯可使藻体内丙二醛(MDA)含量升高,氯氰菊酯浓度越高,藻体内MDA含量越高.研究结果表明,对藻细胞SOD活性的抑制及膜脂过氧化可能是氯氰菊酯对蛋白核小球藻产生毒害作用的重要原因.     

农业废物好氧堆肥中环境因子对nirK、nirS和nosZ数量的影响

应用定量聚合酶链式反应(real-time PCR)技术对农业废物好氧堆肥过程中参与反硝化过程的功能基因(nirK、nirS和nosZ)丰度在堆体不同位置处随时间的变化情况进行了研究.结果表明,随着堆肥进程,3种基因数量整体呈现出先升后降的变化规律,且不同位置处的反硝化基因数量之间存在着显著的差异性.使用Canoco 4.5软件对获得的反硝化功能基因丰度数据与不同时期不同层次堆体温度、pH、含水率、NH4+-N、NO3--N和水溶性有机碳(WSC)等环境因子的相关性进行冗余分析(redundancy analysis,RDA).基于手动选择的RDA分析结果表明,WSC、NH4+-N和堆体温度对反硝化基因丰度有着显著的影响(P<0.05),且前2个因子达到了极显著水平(P<0.01).应用t-value回归分析方法单独分析每种环境因子与3种基因的相关性,其中nirK与温度和pH显著正相关(P<0.05),nirS与温度显著正相关(P<0.05),nosZ与NH4+-N显著正相关(P<0.05)、与WSC显著负相关(P<0.05).     

邻苯二甲酸二丁酯对短裸甲藻活性氧自由基的影响

为揭示邻苯二甲酸二丁酯(dibutyl phthalate,DBP)对短裸甲藻(Gymnodinium breve)的抑制机制,采用荧光探针法和比色法研究了DBP对短裸甲藻活性氧(reactive oxygen species,ROS)、羟自由基.OH和过氧化氢H2O2含量以及超氧阴离子自由基O.2-产生速率的影响,同时观察了电子传递链抑制剂对DBP诱导ROS能力的影响.结果表明DBP诱导了短裸甲藻ROS的积累.随浓度的增大,DBP促进了.OH、H2O2的积累,如3 mg.L-1的DBP处理组,培养至48 h时.OH出现一个极大峰值33U.mL-1,约为对照组的2.4倍;H2 O2含量培养至72 h出现最大值,约为250 nmol.(107 cells)-1,约为对照组的5倍;但是DBP对O.2-产生速率的影响并没有显示出规律性.电子传递链选择性抑制实验表明DBP可能影响了藻细胞线粒体和细胞膜2个位点上电子传递,使.OH、H2O2含量和O.2-产生速率受到了不同的影响,最终诱导了短裸甲藻总ROS的积累.可见,DBP导致ROS的过量积累是其抑制藻细胞生长的主要机制.本研究结果对揭示化感物质抑制藻类的机制提供了科学依据.     

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.     

几种酚衍生物对青海弧菌Q67毒性的3D-QSAR研究

测定了16种酚衍生物对青海弧菌(Q67)的半致死浓度EC50(mol·L-1),通过比较分子力场分析方法(CoMFA)和比较分子相似性指数分析方法(CoMSIA),对16种酚衍生物的毒性进行了三维定量结构-活性相关(3D-QSAR)研究,建立了CoMFA和CoMSIA模型.其中CoMFA模型交叉验证相关系数Q2=0.703,非交叉验证相关系数R2=0.983,F检验值F=178.635;CoMSIA模型交叉验证相关系数Q2=0.588,非交叉验证相关系数R2=0.946,F检验值F=52.074,所建立的模型均有较强的稳定性和良好的预测能力.通过分析比较CoMFA和CoMSIA的三维等势图,全面直观地了解了酚衍生物的结构对致毒性的影响.在酚类化合物毒性作用过程中,化合物的氢键供受体特性因素起主要作用,其次是取代基的电负性和疏水性特征.     

人金属硫蛋白基因(MT1E)在毕赤酵母中的表达及其铬抗性

金属硫蛋白(Metallothionein,MT)是一类富含半胱氨酸的蛋白质,巯基含量丰富,其半胱氨酸上的巯基对重金属离子有极强的结合力,能够结合重金属形成无毒或低毒的络合物,具有重金属解毒的功能.本文根据已公布的人金属硫蛋白基因MT1E序列,用Vector NTI 7.0软件设计合成12条寡聚核苷酸片段,并拼接得到MT1E完整基因.将测序正确的MT1E基因克隆至酵母表达载体pPIC9K,酶切验证后的阳性克隆命名为pPIC9K-MT1E,含有该重组基因的毕赤酵母工程菌命名为GS115/pPIC9K-MT1E.通过酶联免疫(Enzyme-Linked Immunosorbent Assay,ELISA)方法检测到GS115/pPIC9K-MT1E工程菌发酵液有金属硫蛋白酶活性,表明人金属硫蛋白MT1E基因能在毕赤酵母GS115菌株中正确分泌表达.铜(Cu)、锌(Zn)、锰(Mn)、铬(Cr)、钴(Co)重金属抗性分析表明,工程菌GS115/pPIC9K-MT1E对Cr(Ⅵ)的抗性较强,有解毒重金属Cr(Ⅵ)的能力.     

Non-thermal plasma treatment of Radix aconiti wastewater generated by traditional Chinese medicine processing

The wastewater effluent from Radix aconiti processing, an important step in the production processes of traditional Chinese medicine (TCM), is a type of toxic wastewater and difficult to treat. Plasma oxidation methods have emerged as feasible techniques for effective decomposition of toxic organic pollutants. This study examined the performance of a plasma reactor operated in a dielectric barrier discharge (DBD) to degrade the effluent from R. aconiti processing. The effects of treatment time, discharge voltage, initial pH value and the feeding gas for the reactor on the degradation of this TCM wastewater were investigated. A bacterium bioluminescence assay was adopted in this study to test the toxicity of the TCM wastewater after non-thermal plasma treatment. The degradation ratio of the main toxic component was 87.77% after 60 min treatment with oxygen used as feed gas and it was 99.59% when the initial pH value was 8.0. High discharge voltage and alkaline solution environment were beneficial for improving the degradation ratio. The treatment process was found to be capable of reducing the toxicity of the wastewater to a low level or even render it non-toxic. These experimental results suggested that the DBD plasma method may be a competitive technology for primary decomposition of biologically undegradable toxic organic pollutants in TCM wastewater.