基于叶绿素荧光成像技术的藻毒性检测法的建立及在环境监测中的应用

应用新型大面积调制叶绿素荧光成像系统(Maxi-Imaging-PAM),以蛋白核小球藻作为指示生物,以典型的光合作用抑制剂敌草隆和莠灭净为测试物质,建立了微孔板式藻毒性检测方法,确定了实验参数对结果的影响,并将该方法应用于检测石油废水的藻毒性.结果表明,最适实验条件为:藻细胞的暴露浓度在3.45×10~6～5.28×10~6 cell·mL~(-1)范围内,暴露时间为2 h时,毒性检测最灵敏,获得的敌草隆和莠灭净的半最大效应浓度(EC_(50))分别为(4.33±0.38)μg·L~(-1)和(3.87±0.27)μg·L~(-1).将该方法成功应用于某石油废水的藻毒性检测,确定其EC_(50)值为1.03%±0.07%(稀释百分数),相当于414.96μg·L~(-1)的敌草隆的毒性.本研究建立的微孔板式藻毒性检测方法具有灵敏度高、所需样品量少、可大批量测试等优点,对毒理学发展具有重要意义.     

基于复杂网络的海洋生态系统压力影响量化方法及应用

海洋生态系统压力、状态与生态系统服务因素的识别及影响关系分析是实施基于生态系统海洋管理的前提和基础。基于对压力-状态-生态系统服务三者网络化影响关系的认识,本文引入DEMATEL（decision making trial and evaluation laboratory technique）方法并与DPSER（driver-pressure-state-ecosystem service-response）概念模型结合,进行海洋生态系统压力对状态与生态系统服务影响问题的量化研究。首先对研究范围确定、概念模型选择、分析要素确定及DEMATEL量化方法进行了简要介绍,并对实施基于生态系统海洋管理过程中的压力管理和状态监测等问题进行了探讨。尔后,利用美国南佛罗里达州MARES研究计划提供的相关数据进行了模型的实证分析,结果显示本文方法能够更加系统和全面地反映三者之间的影响关系,多种类型的计算指标可以为基于生态系统海洋管理的有效实施提供有效支撑。     

松花湖表层沉积物中PAHs及PAEs污染特征

松花湖是吉林省面积最大的湖泊和重要水源地,具有防洪排涝、灌溉供水、航运旅游等重要功能.为探究松花湖中PAHs（多环芳烃）和PAEs（邻苯二甲酸酯）的主要污染来源及生物毒性风险,于2017年7月采集松花湖21个表层沉积物样品,采用GC-MS测试16种US EPA（美国环境保护局）优先控制PAHs和6种PAEs的质量分数,并通过统计学方法对调查结果进行分析.结果表明:①松花湖沉积物中w（∑₁₆PAHs）范围为23.1~554.8 ng/g,平均值和中位值分别为172.9和123.2 ng/g,w（∑₁₆PAHs）高值分布在漂河镇和丰满乡附近湖区,主要来源于石油燃烧污染,贡献率为57.9%,其次为煤及生物质燃烧污染、石油泄露污染,贡献率分别为21.1%、21.0%.②松花湖沉积物中w（∑₆PAEs）范围为33.7~2 062.3 ng/g,平均值和中位值分别为240.4和72.7 ng/g,主要成分为DBP（邻苯二甲酸二正丁酯）和DEHP（邻酞酸二辛酯）,w（∑₆PAEs）高值分布在旺起镇附近湖区,其来源主要与城镇生活污染输入有关.③松花湖沉积物中PAHs、PAEs污染生态风险较低,只有部分采样点存在低度潜在生态风险,但旺起镇附近湖区沉积物中的w（DBP）已经临近ERL（效应区间低值）,需加以关注.研究显示,松花湖PAHs、PAEs污染程度较低,为加强松花湖饮用水源地保护,应着重加强交通燃油污染源的风险防控,同时在乡镇附近湖区应加强燃煤和生活污染源的监管力度.      

餐厨垃圾制备的外源有机碳对土壤团聚体的影响

为了阐明外源有机碳对土壤碳库的作用机制,以餐厨垃圾为原料,制备了4种不同分子量级的外源有机碳,通过室内试验,研究了外源有机碳对土壤有机碳组分及土壤团聚体的影响.结果表明:①以分子量≤1 ku为主的小分子有机碳处理组土壤中w（DOC）（DOC为水溶性有机碳）比CK组增加了0.383 g/kg,CO₂累积释放量达到（6.595±0.259）mg/kg（以C计）;微生物活性增强,>5 mm水稳大团聚体质量分数相对于CK组提升了25.06%,表明小分子有机碳增强了土壤微生物活性,微生物通过菌根网络缠绕作用促进大团聚体形成,增强土壤团聚体稳定性.②以分子量≥5 ku的大分子有机碳为主的大分子有机碳处理组w（POC）（POC为颗粒态有机碳）为CK组的5.65倍,0.5~1 mm水稳大团聚体质量分数增加了10.84%,有机碳贡献率提升了14.79%,表明大分子有机碳通过增加土壤中w（POC）,促进0.5~1 mm水稳大团聚体形成,提高团聚体有机碳贡献率.研究显示,不同分子量级外源有机碳通过不同的方式改善土壤团聚体结构进而促进土壤有机碳固定,餐厨垃圾生物强化有机肥中各量级有机碳比例合理,能够明显提升土壤有机碳水平,增加土壤团聚体稳定性.      

基于碳氮同位素的澜沧江水库TOC来源差异性分析

水库建设所导致的生态问题正引发前所未有的深度思考,梯级水库在时间和空间尺度上的影响效应更加值得探究.为揭示新老水库有机碳分布特征及其沉积物TOC来源的差异,于2017年11月采集了苗尾、功果桥和大朝山这3个不同时期建设的水库的水样和沉积物样柱.测定了水体的温度(T)、溶解氧(DO)、总有机碳含量(TOC)、沉积物总有机碳(TOC)、氧化还原电位(ORP)、总氮(TN)和总磷(TP)等指标,并利用15N和13C同位素,结合Iso Source软件,解析沉积物中TOC来源及其来源物质对相应水库沉积物中TOC的贡献量,从而探究其内在的碳循环机制和梯级水库演进模式.结果表明,苗尾、功果桥和大朝山水库水体有机碳质量浓度平均值分别为0. 95、1. 97和4. 64 mg·L-1.对应水库沉积物中有机碳含量变化范围分别为4. 41～81. 63、18. 30～28. 42和9. 16～14. 46 g·kg-1.水库的梯级建设,使得新老水库的沉积物来源,周围补给等出现差异,使得新老水库TOC出现巨大差异.对于水体TOC,水体热力学状态和溶解氧的差异从而间接影响了水体中TOC的分布趋势.沉积物中主要考虑生源要素的影响,即沉积环境对有机质的保存能力是造成DCS、MV和GGQ沉积物垂向分布有差异的主要原因.而梯级水库的演进模式中,MV时空尺度上处于第一级段,是以累积上游来流TOC为主; GGQ处于第二级段,是以主要消耗分解上游来流TOC; DCS处于第三级段,是以主要积累水库周边TOC来源.     

高原生境下A2O工艺对污水处理的微生物机制

基于Illumina MiSeq高通量测序技术,以高原生境下A²O工艺的活性污泥为研究对象,探讨不同温度下微生物群落结构、丰度及相关性.结合污染物分解、吸附及转化等代谢过程中的主要功能蛋白、功能基因、酶的种类及丰度在碳、氮、磷等污染物代谢途径中的作用,从生物化学和分子水平的角度分析了高原地区A²O工艺对污水处理的微生物学机制.结果表明：优势细菌门为变形菌门、拟杆菌门、放线菌门、厚壁菌门及绿弯菌门,优势细菌属为norank_f__AKYH767、腐败螺旋菌、Ottowia、伯克氏菌、IMCC26207、Novosphingobium.污染物去除和微生物群落发挥作用的效果在15℃为最优,微生物群落的COG、代谢途径、基因和酶活性最适宜的温度为20℃.主要功能蛋白为一般功能预测、氨基酸运输与代谢和基因转录;主要代谢途径为：ABC转运蛋白,细菌双组分调节系统,嘌呤、核糖体及嘧啶等代谢,主要功能基因的产物（酶）为：烯酰辅酶A水合酶、乙酰辅酶A C-乙酰转移酶、醛脱氢酶（NAD⁺）、硫代硫酸盐及外多磷酸酶.     

3DBER系统功能强化与协同作用机制研究

针对污水厂二级生物处理出水C/N低且可生化性差、深度脱氮需外加碳源等问题,结合污水资源化对二级处理出水深度去除TN、TP和微污染物的技术需求,通过改变传统三维电极生物膜工艺（3DBER）的填料组成,构建了强化反硝化脱氮、并具备同步除磷、除微污染物（以邻苯二甲酸二丁酯（DBP）、邻苯二甲酸（2-乙基已基）酯（DEHP）为例,用PAEs表示）功能的3DBER多功能复合反硝化系统,探讨了3DBER工艺强化脱氮同步实现除磷、除微污染物复合功能的技术途径,并从工艺性能、微生物种群分布等角度,深入解析了实现复合功能的技术方法与微观作用机制.结果表明,硫/铁复合功能填料是实现低C/N二级生物处理出水深度脱氮、除磷、除微污染物的关键因素,多功能复合反硝化系统脱氮效率比传统3DBER工艺平均提高20%左右,TP去除率可达80%,PAEs去除率在90%以上.化学计量学和分子生物学技术的分析表明,复合系统脱氮、除磷过程中在微生物生态、电子供体补偿和酸碱度平衡等方面存在协同促进作用.其中,脱氮功能来自异养与多种自养反硝化共同作用,除磷的关键是海绵铁的持续腐蚀,PAEs的去除过程则是吸附、电化学氧化与生物降解协同作用的结果.     

新型水泥基材料富镁C3A对氮磷的共去除

将镁掺杂进水泥基材料铝酸三钙（C₃A）制得新型富镁铝酸三钙（Mg@C₃A）应用于水体氨氮（NH₄⁺-N）和磷（PO₄^3-）的共去除.通过批量实验,考察了Mg@C₃A投加量、氮磷浓度、溶液pH值、温度等因素对NH₄⁺-N、PO₄^3-共去除的影响,并阐述了共去除机制.结果表明：Mg@C₃A是由Mg掺杂C₃A同构体和表面MgO组成,其中Mg的引入未改变C₃A晶体结构和基本形貌.Mg@C₃A材料对NH₄⁺和PO₄^3-具有良好的共去除效果.当Mg@C₃A的投加量为3g/L,NH₄⁺和PO₄^3-的最大去除量分别为38.4,78.9mg/g;温度升高有利于Mg@C₃A对NH₄⁺和PO₄^3-的共去除,而高pH值可促进NH₄⁺的去除.Mg@C₃A材料对NH₄⁺的去除主要是OH^-的中和作用和鸟粪石的沉淀作用主导,PO₄^3-主要是与Mg²⁺或Al³⁺结合形成鸟粪石或磷酸铝被去除.     

京津冀区域臭氧时空分布特征及其背景浓度估算

为研究京津冀区域臭氧时空分布特征,并估算区域传输贡献,对2017~2019年京津冀区域68个国控站点资料进行主成分分析,并采用TCEQ法估算京津冀区域及细分的次区域内O₃背景浓度.结果表明,京津冀区域O₃浓度整体上呈现南高北低态势,地理位置的差异及其距离对于各城市臭氧浓度的均匀性分布影响较大.经最大方差法旋转后,主成分分析结果可将京津冀区域划分为河北省中南部、京津冀北部以及渤海西岸地区等3个稳定的次区域.对3个次区域分别采用TCEQ法估算O₃背景浓度,计算得到3个次区域本地生成O₃浓度依次为71,60,59μg/m³,区域背景浓度占O₃日最大8h浓度的比值依次为34.3%,39.4%,42.2%.京津冀区域O₃本地生成占主导,区域传输也不容忽视.     

纳木错夏季酵母菌多样性及其影响因素

以纳木错湖水为研究对象,采用膜过滤平置培养法分离纯化酵母菌,并结合ITS区域序列分析与经典分类法对酵母菌菌株进行鉴定,运用生物信息学和统计学方法分析水体可培养酵母菌的多样性及其与理化因子之间的相关关系.结果显示,从纳木错水体中分离出1067株酵母菌,分属于27个属45个种及2个潜在新分类单元,优势种为Vishniacozyma victoriae和Naganishia adeliensis.NMDS分析显示,纳木错不同区域水体可培养酵母菌群落β多样性差异明显.Pearson相关性分析结果表明,酵母菌总丰度与pH值、电导率、总溶解固体量、盐度呈极显著负相关（P<0.01）,与总氮、氨氮呈显著正相关（P<0.05）;物种数、Shannon-Wiener多样性指数、Simpson多样性指数均与总磷呈显著负相关（P<0.05）.冗余分析显示,pH值是影响纳木错水体酵母菌种群分布的主要理化因子.综上,纳木错水体酵母菌资源比较丰富且存在明显的空间异质性,水体理化因子对纳木错水体可培养酵母菌的分布有较大的影响.