微生物光电化学池去除硝酸盐氮:以PANI/TiO2-NTs为光阳极

利用微生物光电化学池(MPEC)去除污染物是一种经济高效环保的方法.本实验在制备获得聚苯胺/二氧化钛纳米管阵列(PANI/TiO_2-NTs)复合光电极的基础上,构建了由PANI/TiO_2-NTs光阳极和生物阴极组成的MPEC系统,并对其去除硝酸盐氮(NO~-_3-N)的性能进行研究.结果表明,PANI负载时间为80 s时,PANI/TiO_2-NTs电极光电性能最佳,相比于TiO_2-NTs电极光电流密度增大约一倍,PANI的修饰有效提高了光能利用率.构建的MPEC系统能在无外加电压的条件下利用光能驱动实现自养反硝化脱氮,NO~-_3-N的生物降解符合准一级反应动力学方程.光响应电流密度越大,系统反硝化脱氮性能越好,NO~-_3-N初始浓度为25 mg·L~(-1)时,当光响应电流密度从0.17 mA·cm~(-2)增加至0.67 mA·cm~(-2),平均反硝化速率从0.83 mg·(L·h)~(-1)增大到2.83 mg·(L·h)~(-1).对生物阴极微生物膜进行了高通量测序,发现Pseudomonas所占比例最大(27.37%)为优势菌属.分析认为PANI/TiO_2-NTs光阳极产生的光生电子通过外电路传递到阴极,Pseudomonas、Alishewanella和Flavobacterium等具有自养反硝化能力和电化学活性的微生物可直接利用电极上的电子作为唯一的电子供体进行自养反硝化脱氮.     

DAPI荧光染色计数法的感潮河段沉积物细菌数量测量影响因素研究

采集珠江广州河段沉积物样品,分析沉积物质地与有机质含量,同时分析了改良DAPI染色操作方法并讨论各因素对DAPI染色剂染色效果的影响,研究DAPI(4′,6-diamidino-2-phenylidole)荧光染色剂在具有感潮性质的沉积物样品中的染色影响因素.结果表明,沉积物稀释2 000倍,超声浴10 min,DAPI浓度为10μg.mL-1,染色时间30 min以上时,可以得到最佳细菌计数数量.细菌数量与褪色比例有良好的相关性(r=0.587,p=0.004).粒径组成与有机质含量有较强的相关性,它是通过影响有机质含量来影响褪色比例的,因此有机质也与褪色比例有一定的相关性.将褪色比例与有机质含量、细菌数量及黏粒比例做回归分析,得到与实测值相关性较好(r=0.694)的拟合值.这些结果表明,在使用DAPI荧光染色法研究感潮河段沉积物细菌数量的过程中,应充分考虑上述影响因素.     

崇明东滩海三棱藨草生物硅分布及季节变化

利用Na2CO3连续提取法,分析了崇明东滩海三棱藨草(Scirpus mariqueter)体内生物硅(BSi)含量与分布特征.结果表明,BSi在海三棱藨草体内的分布存在明显的季节变化差异,在生物体中连续积累是BSi的一个主要特征.地上部分BSi含量变化范围为0.26% ~ 0.93%,地下部分为0.31% ~ 0.92%,果实中则为0.24% ~0.43%.地上部分含量明显高于其他部分,说明BSi主要沉积在蒸发强烈的叶片中,植株个体生长阶段是决定地上部分BSi含量的主要因素.统计分析显示,根际沉积物BSi和植物各器官BSi相关性均显著,说明海三棱藨草依从主动吸硅机制,从根际沉积物获取所需的Si.地上、地下部分BSi含量与有机氮(ON)、C/N、土壤温度、植株高度也存在明显的相关性.     

玉门油田污染荒漠土壤石油降解菌多样性

为探索石油污染荒漠土壤石油降解微生物多样性、筛选高效石油降解菌,采用涂布平板法从石油污染荒漠土壤分离具有石油降解能力细菌,采用细菌形态观察和16S rRNA基因序列分析其多样性,并设计特异性引物,对分离细菌降解相关基因进行检测.结果表明,分离的37株细菌分别属于放线菌纲(Actinobacteria)、γ变形菌纲(Gammaproteobacteria)、β变形菌纲(Betaproteobacteria)、芽孢杆菌纲(Bacilli)和α变形菌纲(Alphaproteobacteria),分别占35.14%、32.43%、13.51%、13.51%、5.41%,归属于21个属的34个种类.优势菌属为假单胞菌属(Pseudomonas)、红球菌属(Rhodococcus)、微球菌属(Micrococcus)、寡养单胞菌属(Stenotrophomonas)、无色杆菌属(Achromobacter)和葡萄球菌属(Staphylococcus),占总数的51.35%,其中有36株细菌能以石油为唯一碳源稳定生长,对原油有明显的降解能力.在石油质量浓度为1 500 mg/L的基础培养基中,菌株YM43在培养7 d后对石油的降解率达55.47%,另有8株细菌的降解率不低于30.55%,11株细菌的降解率介于10.05%~28.37%,18株细菌的降解率不高于8.05%. PCR检测表明,有25株细菌含有烷烃单加氧酶基因,6株含芳烃双加氧酶基因,6株含联苯双加氧酶基因,4株含萘双加氧酶基因,3株含甲苯双加氧酶基因,2株含邻苯二酚双加氧酶基因.研究显示,石油污染荒漠土壤中可培养细菌具有高度多样性,分离的菌株有较强的石油降解能力,其降解功能与所存在的降解基因有关.      

绿地再生水灌溉土壤微生物量碳及酶活性效应研究

再生水灌溉引起了土壤理化性质的变化,其对土壤生物活性的影响备受关注.以再生水利用较典型的北京为研究区,分层采集了不同再生水灌溉历史的城区公园绿地与城郊农田表层土壤样品,测定并分析了一些常规理化指标、土壤微生物量碳及5种土壤酶（脲酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶、脱氢酶和过氧化氢酶）活性,探讨长期再生水灌溉下土壤微生物量碳和酶活性的变化.结果表明,再生水灌溉下公园绿地土壤微生物量碳和酶活性均高于其自来水对照灌区,农田上升不明显.与对照相比,公园绿地与农田再生水灌区0～20 cm土层土壤微生物量碳平均含量分别上升了60.1%和14.2%,公园绿地再生水灌区0～20 cm土层中土壤酶活性平均增幅为36.7%,而农田为7.4%.调查区土壤微生物量碳及酶活性均随土壤深度的增加而降低,其中公园绿地0～10 cm与10～20 cm土层间差异极显著.因此,北京地区城市绿地使用再生水长期灌溉有助于提高土壤生物活性.     

温榆河浮游动物多样性及水质改善效果评价

为评价自2010年5月罗马东湖示范工程运行后温榆河水质变化情况,于2010年5月-2011年2月间,定期采集该流域大型浮游动物,并从浮游动物种类、敏感种数量以及Shannon-Weaver生物多样性指数(H')等3个方面对温榆河流域大型浮游动物多样性进行分析。2010年5月-10月,罗马东湖大型浮游动物种类增加,敏感种数量上升,Shannon-Weaver生物多样性指数(H')由0.650 1升至2.134 2,水质由重污型改善为β-中污型;2010年11月-2011年2月,H'降低,说明季节变化对生物多样性影响较大。下游苇沟桥由于接受示范工程水域敏感种,H'与罗马东湖具有相同变化趋势,但受到清河水体影响,实际水质较差。苇沟桥下游北关闸敏感种再次消失,H'降低。其他位点H'明显较低,并受季节变化影响。结果表明:温榆河水质改善示范工程对局部水域的水质改善效果明显。要实现河流健康目标,必须控制污染源,由点到面,逐步由局部生态修复过渡到流域生态系统的恢复。     

大型底栖动物对长江口潮滩沉积物-水界面无机氮交换的影响

基于实验模拟,通过对比分析潮滩无机氮长短期通量交换、循环规律及沉积物中无机氮的剖面特征在有/无底栖动物活动背景下的差异,探讨了双壳类底栖动物河蚬对长江口潮滩沉积物-水界面无机氮交换的影响及其机制.研究发现:潮滩无机氮界面交换中,河蚬的钻穴活动能增加向上覆水方向氨氮和硝氮的通量值;河蚬长期栖息对界面的生物扰动和代谢物排放能促进氨氮向上覆水的释放并逐渐加强沉积物氧化层中的硝化活动;界面附近河蚬的扰动和喷灌活动改变了沉积物中无机氮的垂直剖面特征,加速了沉积物中有机质的矿化分解和两相界面间氨氮的离子交换,促进沉积物氮库向滨岸水体的释放输出.     

LaBO3钙钛矿催化剂的VOCs催化燃烧特性

采用共沉淀法制备了LaBO3(B=Cr、Fe、Mn、Co、Ni)钙钛矿催化剂,并用XRD、BET、H2-TPR、O2-TPD等手段对其进行了表征,考察了催化剂对苯、甲苯、乙酸乙酯和丙酮的催化燃烧性能.结果表明,Cr、Fe钙钛矿晶相中存在少量的La2CrO6和La2O3杂晶相,破坏了其活性结构.Mn、Co、Ni则能与La形成完善的钙钛矿晶相,且表现出优良的催化性能,其中LaMnO3为阳离子缺陷结构,存在较丰富的晶格氧,更适合催化燃烧C—H键键能较高和难以活化的有机分子(如苯);LaCoO3、LaNiO3属于阴离子缺陷钙钛矿结构,存在更丰富的表面氧,更适合催化燃烧易在低温下活化的含氧类有机分子(如乙酸乙酯、丙酮).     

双季稻田CH4和N2 O排放特征及品种筛选研究

通过大田小区实验,采用静止箱-气相色谱法对早晚两季水稻品种CH4与N2O排放通量进行了观测.结果表明,早稻CH4排放季节变化呈单峰模式,N2O排放呈双峰模式;晚稻CH4与N2O排放季节变化均呈单峰模式.CH4、N2O季节平均排放通量品种间均存在显著差异(P<0.05).早稻品种CH4、N2O季节平均排放通量极差分别为0.58 mg.(m2.h)-1、5.89μg.(m2.h)-1,晚稻为4.06 mg.(m2.h)-1、5.70μg.(m2.h)-1;早稻品种温室气体排放的增温潜势、单位产量增温潜势极差分别为2.92 kg.hm-2、0.097 kg.kg-1,晚稻分别为2 256 kg.hm-2、0.28 kg.kg-1.增温潜势、单位产量增温潜势比较,常规稻>超级杂交稻>杂交稻.早稻无水稻种植区CH4、N2O季节排放通量分别是水稻种植区的27.1%～31.8%、33.6%～88.3%;晚稻分别是23.8%～28.8%、38.6%～45.3%.早稻适宜种植品种为陆两优819、金优402、湘早籼24号,晚稻品种为岳优9113、湘晚籼12号.     

现代能源生态系统建设:一种理论探讨

在现代社会发展中,能源资源开发和利用所产生的巨大极化效应使整个人类可持续发展面临越来越严重的挑战。论文应用工业生态学的观点对能源系统的建设进行重新认识,提出了“能源生态系统”的概念;阐述了能源生态系统的3个组成部分:内生系统,外生系统,共生系统;并探讨了其空间结构的类型划分和基本形态。论文建立的现代能源生态建设基本框架,为进一步开展此方面的理论探讨提供有益借鉴。