Preliminary study of groundwater denitrification using a composite membrane bioreactor

A composite membrane bioreactor (CMBR) integrating the immobilized cell technique and the membrane separation technology was developed for groundwater denitrification. The CMBR had two well mixed compartments with one filled with the nitrate- containing influent and the other with a dilute ethanol solution; the compartments were separated by the composite membrane consisting of a microporous membrane facing the influent and an immobilized cell membrane facing the ethanol solution. Nitrate and ethanol molecules diffused from the respective compartments into the immobilized cell membrane where nitrate was reduced to gaseous nitrogen by the denitrifying bacteria present there with ethanol as the carbon source. The microporous membrane was attached to one side of the immobilized cell membrane for retention of the disaggregated bacteria. Relative to the single dose of external ethanol, the two-dose supplementation produced better treatment results as evidenced by the lower concentrations of NO3--N and ethanol (as measured by total organic carbon) of the effluent. The batch treatment in CMBR removed most of the nitrate in the influent and attained a stable denitrification rate of 0.1 g·m^-2·h^-1 for most of the 96-h cycles during the 30-cycle study. The effluent was essentially free of ethanol and nitrite nitrogen.     

我国全氟辛烷磺酸盐分子毒理学研究进展：纪念金一和教授

全氟化合物(PFCs)在工业和生活中应用广泛,但是PFCs对生物体存在潜在的毒性,其中以8碳链的PFCs,如全氟辛烷磺酸(PFOS)和全氟辛烷羧酸(PFOA)应用最多。这类化合物在环境中很难降解,并能在生物体内富集^[1-6]。2009年PFOS被列入新增POPs名单,PFOS的毒性毒理研究随即成为研究热点。目前,国内研究者已陆续展开
PFOS对各种动物^[7-17],如昆虫、鸟类、鱼类、贝类、两栖类、哺乳类和人体细胞的急慢性毒性。但是这些关于PFOS毒性的研究所用剂量较高,远离了环境浓度范围,而高剂量的毒性效应与低剂量的毒性效应存在很大差异,尤其体现在不同剂量下作用的靶器官和信号通路的生物分子学响应会有很大差异。PFCs除了对肝脏造成慢性损伤、对免疫系统和生殖内分泌系统有明显影响外,还具有神经毒性。
已有的研究结果表明PFCs神经毒性潜在的机制主要有：影响神经元的生长分化、突触发生和脑发育;影响神经递质如多巴胺、谷氨酸和乙酰胆碱的水平;通过ROS诱导神经细胞凋亡;影响信号转导途径;影响甲状腺系统。在PFOS对神经系统毒性毒理方面,金一和教授课题组的研究工作十分系统。
金一和教授课题组针对PFOS对神经系统的影响,由浅入深地展开系列研究,提出了神经系统可能是PFOS的靶系统之一^[18-23]。针对外源性化合物易于蓄积和产生毒害的靶器官——海马结构,他们通过中枢神经系统兴奋性氨基酸和谷氨酰胺合成酶的剂量相应关系分析,提出了氨基酸类神经递质含量的改变是PFOS神经毒性的效应标记之一^[18-20]。这些研究在PFOS是如何干扰氨基酸类神经递质代谢,导致神经细胞损伤及神经功能损害方面给出了重要的线索。同时,他们通过对神经系统发育影响研究和基因组学手段,得出了PFOS会对后代学习记忆功能和脑的健康发育产生不良影响,并提出PFOS可能通过改变脑组织血氧平衡,影响中枢神经系统功能和发育过程的毒理学作用机制^[23-26]。
在PFOS对器官损伤机理方面,金一和教授课题组也做出了许多工作^[27-32]：提出PFOS的主要靶系统中还包括免疫系统,并用来解释PFOS染毒后,各脏器器官所呈现的功能下降的现象。
遗憾的是,金一和教授关于PFCs与生命系统相互作用机理的研究正在蒸蒸日上,他就离所热爱的事业而去。我们也只能以此文给金一和教授一生中最精彩的部分工作一个不完善的总结。金一和教授系统深入的研究成果为我国PFCs的分子毒理学研究奠定了坚实的基础,他颇具前瞻性的研究思想为后继者提供了启迪科研灵感的源泉。
     

太湖水体中5种有机磷农药混合物生态风险评价

有机磷农药是一类广泛分布于我国水环境中的污染物,即使在水体中的污染水平处于规定“安全标准”之下,其联合暴露产生的风险仍有可能威胁水生生态安全。采用基于浓度加和模型与生物敏感度分布曲线的混合物风险商法,评价了太湖水体中敌敌畏、对硫磷、甲基对硫磷、马拉硫磷和乐果5种有机磷农药混合物产生的生态风险。结果表明：2003～2004年期间3个不同时期太湖水体中5种有机磷农药的混合物生态风险商(RQ_m )均大于1,有机磷农药混合物在2003～2004年期间对太湖水生生物构成了一定威胁。     

潖江蓄滞洪区洪灾风险分析及避难转移安置研究

以潖江蓄滞洪区洪灾避难转移安置为研究对象,利用Mike21技术,建立潖江蓄滞洪区洪水演进数值模型,模拟北江遭遇300年一遇洪水时,在潖江口泄洪,潖江蓄滞洪区内洪水演进,分析潖江蓄滞洪区洪灾风险.通过实地调查,结合历史洪水情况,利用潖江蓄滞洪区DEM数据、Google地图及最快避难转移安置时间分析法,详细设计了潖江蓄滞洪区内各行政村落遭遇洪灾时避难转移与人员安置,为潖江蓄滞洪区启用预案科学编制及防洪减灾提供科学依据.     

镧、铈、钕对小鼠肝细胞线粒体的氧化损伤作用

轻稀土元素进入生物体后主要累积于肝脏,进入肝细胞,除蓄积在细胞核中,还存在于线粒体中。为探讨轻稀土元素对小鼠肝细胞线粒体的氧化损伤作用,选用5周龄雄性ICR小鼠分别以10、20和40mg·kg~(-1)的镧(La)、铈(Ce)和钕(Nd)灌胃,6周后测定小鼠肝细胞线粒体中超氧化物岐化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)的活性,以及谷胱甘肽(GSH)和丙二醛(MDA)的含量。结果显示,与对照组相比,La中剂量组和Ce低剂量组SOD活性显著升高,La高剂量组和Nd中、高剂量组中SOD活性显著降低(P<0.05,P<0.01);除个别剂量组外,各染毒组CAT和GPx活性与GSH含量显著降低(P<0.05,P<0.01);Nd各剂量组、La高剂量组和Ce高剂量组的MDA含量显著升高(P<0.05,P<0.01)。研究表明,La、Ce和Nd所导致的CAT和GPx活性以及GSH含量降低可能是造成肝细胞线粒体氧化损伤的主要原因。     

Spatial variability in soil water and salinity in Tamarix community in a semiarid saline region of the upper Yellow River北大核心CSCD

Tamarix is widely distributed in semiarid saline regions of the upper Yellow River. The community of Tamarix affects the spatial distribution of soil water and salinity. It is important to explore the dynamic response relationship of Tamarix community and spatial distribution of soil water and salinity in order to evaluate the effects of vegetation community construction and ecological restoration in this region. The natural Tamarix community in the secondary saline-alkali land of the Ningxia Yellow River Irrigation Area was investigated in July 2016. Classical statistics and geostatistics were used to analyze the spatial distribution characteristics of soil water and salinity. The results showed that the soil water content was relatively low (1.98%-7.55%), whereas the soil salinity was high (average conductivity 10.28-25.38 mS/cm) in the study area. The variability coefficient range of soil water and salinity was 36.1%-83.7%, both with moderate variations. Furthermore, the variation degree of soil salinity decreased with the increase in soil depth. The soil water and salinity had obvious spatial structure characteristics, which was mainly affected by structural factors or structural factors associated with stochastic factors. The coefficients of nugget were 0.04%-49.88%, indicating the strong spatial correlation. The spatial distribution of soil water and salinity in Tamarix community showed a patchy pattern; the soil water and salinity distribution in the areas with high Tamarix growing density were considerably high. The correlation analysis showed that there was a positive correlation between soil water and salinity in the study area. In conclusion, soil water and salinity restrict the distribution and growth of Tamarix. Furthermore, the distribution and growth of Tamarix enhanced the spatial variability of soil water and salinity. Keywords. © 2018 Science Press. All rights reserved.     

滨海滩涂不同围垦年代垦区农作物重金属累积特征及其与氮、磷的关系

为探明滨海滩涂围垦区农作物重金属累积特征及其与围垦年代、作物氮磷含量及化学计量比的关系,采集盐城地区不同围垦年代(围垦20、30、40、60年)农田4种主要作物(大麦、小麦、油菜、蚕豆)样品63个,测定了其根、茎叶和籽粒中Cd、Cu、Zn、Pb、Hg、As及全氮(N)、全磷(P)和粗蛋白(CP)含量,分析了重金属累积特征及与围垦年代、N、P、CP及N/P比的关系,并采用单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法对重金属污染程度和安全水平进行了评价。结果表明,1)围垦农田作物整株各指标含量分别为Cd (0.52±0.94)、Cu (12.98±16.00)、Zn (34.93±27.91)、Pb (3.50±5.88)、Hg (0.0063±0.0063)、As (1.94±3.72) mg·kg~(-1)及N(13.69±8.27)、P (5.98±2.24)、CP (79.55±49.54) g·kg~(-1);籽粒中则分别为(0.0059±0.020)、(1.83±1.48)、(11.13±4.45)、(0.09±0.30)、(0.0023±0.0036)、(0.0021±0.0048) mg·kg~(-1)及(19.21±7.68)、(6.04±1.64)、(111.78±47.81) g·kg~(-1); 2)作物重金属均表现为根茎叶籽粒,N和CP与之相反,表现为根茎叶籽粒,而P则表现为根籽粒茎叶; 3)不同围垦年代之间作物重金属、N、P、CP含量、N/P比及综合污染指数(Pz)均没有显著差异(P0.05); 4)各作物籽粒6种重金属单因子污染指数均值均小于1,除个别样品Pb超标(超标率11%)外,其他重金属均未超标; 5)作物籽粒重金属Pz均值为0.38,表明该地区作物重金属总体处于安全级,但大麦、小麦、油菜籽粒均有样品Pb含量超过警戒线,个别样品甚至达到重度污染水平; 6)作物整株各重金属之间、重金属与P之间均存在显著正相关(P0.01),而重金属与N、CP、N/P存在显著负相关(P0.01),在籽粒中则相关性均不显著(P0.05)。以上结果显示,盐城滨海滩涂围垦区作物重金属累积与围垦时间关系不大,其含量目前尚处于可接受范围内,但Pb污染值得关注,作物重金属与P之间存在一定的相互促进作用,而与N存在一定的拮抗作用,高氮低磷的机体养分状况有助于降低重金属含量。     

武汉月湖水体主要元素与浮游植物的PCA与CCA分析

通过2007年1—12月对武汉月湖不同的取样点进行监测,并选择汉江琴台段水域作为研究对照,调查了月湖水体硅藻、蓝藻与水体主要元素的种类,采用PCA、CCA分析法探讨了月湖水体硅藻、蓝藻与水体元素种类的关系。结果表明：月湖水体中所含元素全年监测出28种;汉江琴台段水域中所含元素全年监测出27种。经PCA分析表明,月湖水体中累计贡献率较大为磷（P）、砷（As）、铁（Fe）、铜（Cu）、锰（Mn）;汉江琴台段水域累计贡献率较大为硅（Si）、锑（Sb）、镉（cd）、钒（V）、钡（Ba）、Ag（银）、钼（Mo）。月湖水体中蓝藻密度大于硅藻,汉江琴台段水域硅藻密度大于蓝藻。经CCA分析表明,月湖硅藻密度与硒（Se）、锶（sr）、银（Ag）、Ba、铝（A1）呈正相关关系;月湖蓝藻密度与P、Cu、铬（Cr）呈正相关关系,月湖蓝藻密度与镁（Mg）、镍（Ni）、钙（ca）、锌（zn）、硫（S）呈负相关关系。CCA分析中,汉江琴台段硅藻密度与铅（Pb）、硼（B）、As、Cr、Zn、A1、Cu、Mn、Fe、P呈负相关关系,汉江琴台段硅藻密度与Mo、ca、钴（Co）、V、Sr、Ag呈正相关关系;汉江琴台段蓝藻密度与钠（Na）、S、Mg、Ni、钾（K）呈负相关关系。月湖水体缺乏可溶硅（dissolvedsilicon,DSi）,硅藻会提升对其他元素（Se、Sr、Ag、Ba、A1）的吸收能力,这些元素会起到缺乏元素（si）近似的作用,替代性可能出现。水中各种元素的组态是导致月湖浮游植物群落发生演变的重要原因之一。     

太湖北部流域水化学特征及其控制因素

为了解太湖北部流域主要河网区水质受该流域地质状况、岩石和土壤的化学风化作用以及人类活动的影响等方面,对太湖北部流域河网区主要河道水体中的主要离子进行了采样研究。结果表明：太湖北部流域水体中的TDS平均值为355．74mg·L-1,变化范围为276．08--681．54mg·L-1,其中ca2＋和HCO3-是占绝对优势的离子,分别占阳离子和阴离子总量的46．2％和48．9％;其次是Na＋和SO42-,分别占阳离子和阴离子总量的35．9％和27．5％。进而判断出该流域水化学类型是以碳酸盐岩石和蒸发岩来源为主的HCO3-Ca2＋-Na＋型。再从离子的自然起源和人类活动角度分别对水化学类型的控制因素进行分析,一方面利用吉布斯分布模式投点作图得出结论：其离子自然起源的优势机制是岩石的风化作用,而蒸发一结晶和大气降水的输入作用十分微弱,这与该流域的水文、地理、地质背景相一致;另一方面通过SPSS软件的相关关系分析得出结论：NO3-、SO42-、心、ca2＋和Mg2＋的相关性较强,与cl‘也呈正相关,说明水体中这些主要离子都具有共同的来源,其中NO3-的较高含量（平均值为14．74mg·L-1）反映了该流域受人类影响较大。尤其是NO3-与sO42-的相关性达到0．83,再次说明氮污染对该流域水体的酸化和水质变化有较大影响。     

有机磷农药草甘膦异丙胺盐对球形棕囊藻的刺激效应

设置0、0．001、0．01、0．1、l和10mg·L-16个质量浓度梯度,测定了草甘膦异丙胺盐（Glyphosate—isopropylammonium）农药对球形棕囊藻（Phaeocystis globosa）生长、叶绿素a含量、SOD和CAT活性的影响,探讨了有机磷农药对球形棕囊藻的毒物刺激效应。结果表明,低浓度的草甘膦异丙胺盐对球形棕囊藻的生长呈现出刺激效应。在实验所设定的6个质量浓度梯度范围内,0．001mg·L0和0．01mg·L-1质量浓度处理下的刺激效应最为显著。该两个质量浓度处理下,球形棕囊藻的平均相对增长率比对照分别提高了1．27％和0．45％,叶绿素a含量分别比对照提高了9．2％和2．5％,SOD活性提高了5．9％和7．2％,CAT活性提高了93％和155％;而当草甘膦异丙胺盐质量浓度在0．1mg·L-1以上时,球形棕囊藻的生长率、叶绿素a含量、SOD活性均显著低于对照。草甘膦异丙胺盐在0．001mg·L-1和0．01mg·L-1范围内对球形棕囊藻均呈现刺激效应,而高于0．1mg·L-1时球形棕囊藻各生理指标表现出显著抑制效应。研究结果为了解有机磷农药对海洋微藻生长的影响特征,揭示有机磷农药对微藻产生低促高抑的规律和为深入探索赤潮暴发的成因提供依据。