Development and applications of functional gene microarrays in the analysis of the functional diversity, composition, and structure of microbial communities

Functional gene arrays (FGAs) are a special type of microarrays containing probes for key genes involved in microbial functional processes, such as biogeochemical cycling of carbon, nitrogen, sulfur, phosphorus, and metals, biodegradation of environmental contaminants, energy processing, and stress responses. GeoChips are considered as the most comprehensive FGAs. Experimentally established probe design criteria and a computational pipeline integrating sequence retrieval, probe design and verification, array construction, data analysis, and automatic update are used to develop the GeoChip technology. GeoChip has been systematically evaluated and demonstrated to be a powerful tool for rapid, specific, sensitive, and quantitative analysis of microbial communities in a high-throughput manner. Several generations of GeoChip have been developed and applied to investigate the functional diversity, composition, structure, function, and dynamics of a variety of microbial communities from different habitats, such as water, soil, marine, bioreactor, human microbiome, and extreme ecosystems. GeoChip is able to address fundamental questions related to global change, bioenergy, bioremediation, agricultural operation, land use, human health, environmental restoration, and ecological theories and to link the microbial community structure to environmental factors and ecosystem functioning.     

不同交通状况下道路边大气颗粒物数浓度粒径分布特征

研究了不同交通状况下北京交通环境大气颗粒物数浓度的污染特征.应用扫描电迁移率颗粒粒径谱仪(SMPS)测定了2009年8月常规交通状况和2008年8月奥运交通状况下北四环道路边大气颗粒物的数浓度,分析了数浓度的粒径分布特征及其逐时变化规律,目的为辨析交通流改变对交通环境中颗粒物数浓度的影响.常规交通状况下道路边超细颗粒物(10～100nm)和10～478 nm颗粒物总粒数浓度分别为(1.15±0.49)×104个.cm-3、(1.61±0.57)×104个.cm-3,奥运交通状况下分别下降到(0.55±0.14)×104个.cm-3、(1.21±0.24)×104个.cm-3,不同粒径段中超细颗粒物数浓度降幅最高,为52.2%.常规交通状况下道路边大气中颗粒物粒数浓度呈双峰分布,峰值粒径依次为22.5 nm和113.0 nm.奥运期间由于机动车单双号限行和黄标车禁行等措施的实施,22.5 nm处颗粒物数浓度峰值消失.粒径分布逐时变化显示,常规交通状况下00:00～04:00柴油车流量高峰、11:00～13:00高温强光照和17:00～20:00交通晚高峰这3个时段内超细颗粒物数浓度较高;而奥运期间受到交通流量下降、平均车速提高等因素影响,道路边颗粒物数浓度粒径分布逐时变化趋于平缓.     

基于AERMOD线源模式的城市路网一次PM2.5排放扩散特征研究

机动车排放的一次细颗粒物(PM_(2.5))易在城市交通密集区域和高峰时段扩散积累,形成高浓度的排放热点区域,对人体健康影响显著.本研究基于本地化机动车路网排放清单,应用AERMOD扩散模型对北京市六环内区域进行线源扩散模拟,探讨城市路网一次PM_(2.5)扩散浓度的时空变化规律与排放特征、气象条件和临时控制措施的关系.研究表明,在典型工作日的排放水平下,冬季工作日的机动车源一次PM_(2.5)模拟浓度日均值为2.94μg·m-3,夏季工作日为1.95μg·m-3.两季24 h浓度变化均呈夜间浓度高于日间的特点,但两季峰值在气象条件和排放强度的双重作用下又有所区别.冬季早晚高峰峰值浓度分别为日均浓度的2.3和1.7倍,而夏季早晚高峰由于扩散条件相对较好并未明显形成一次PM_(2.5)峰值.研究还以APEC峰会为例,评估峰会期间临时交通管控措施的影响.结果发现,在相似的季节气象条件下,APEC峰会期间机动车源一次PM_(2.5)模拟浓度日均值较峰会前削减50.1%,凌晨5:00达到小时最大削减率66.6%.冬夏季工作日机动车源一次PM_(2.5)扩散浓度的空间分布呈偏态分布,65%的浓度集中在30%的网格面积上.以冬季工作日为例,高浓度热点区域主要集中在各环路快速路、易拥堵主干道及省道、国道和高速路上,以上道路应成为排放控制的重点对象.     

京津冀冬季与夏季PM_(2.5)/PM_(10)及其水溶性离子组分区域性污染特征分析

为研究京津冀地区冬、夏两季大气颗粒物质量浓度与水溶性离子组成特征,于2013年2月、7月对北京、天津、石家庄及4个国家大气背景点进行了PM2.5及PM10的采样,分析了质量浓度及9种水溶性离子,结果表明:(1)京津冀地区颗粒物污染冬季重于夏季,冬季污染水平石家庄天津北京,夏季污染天津、北京石家庄,区域内PM2.5与PM10之间有很好的相关性,相关系数r冬季为0.8796,夏季为0.8424,说明整个区域颗粒物污染有较为相近的来源,大气颗粒物污染表现出区域性特征;(2)京津冀地区PM2.5及PM10中的9种水溶性离子浓度规律为NO-3、SO2-4、NH+4Cl-、Ca2+K+、Na+F-、Mg2+.该地区水溶性离子污染冬季最重为石家庄,夏季则为北京;(3)在京津冀地区二次离子NO-3、SO2-4、NH+4是主要的污染离子,3种离子质量浓度总和在PM2.5、PM10中冬季分别占48.9%、27.8%,夏季分别占58.7%、48.5%.二次离子主要集中在PM2.5中,其对细离子浓度的升高起到直接作用,且二次离子的构成关系也在发生变化.整个区域向硝酸型污染转变,二次离子的季节分布也呈现区域特征,冬季NO-3离子质量浓度比重最大.夏季则为SO2-4;(4)粒径越小富集水溶性离子的能力越强,在PM1中分布了50%以上的水溶性离子,73.9%—94.8%的水溶性离子分布在PM2.5中.     

无机复合调理剂对污泥脱水性能的影响

针对污泥的固化填埋或建材化利用等后续处置方式,采用FeCl3与生石灰、粉煤灰两种骨架构建体为主要成分的无机复合调理剂对市政污泥进行调理.通过污泥真空抽滤、离心脱水及比阻测定实验,分别确定FeCl3、生石灰、粉煤灰的优化投加量为2.0 g.L-1、20.0 g.L-1、30.0 g.L-1.在优化投加量下,污泥比阻可降到...     

城市生态补偿能力衡量和应用

城市生态补偿在城乡开发、城市规划等许多工作中具有重要的意义。为衡量城市生态补偿能力,本文提出了绿当量的概念,并以济南市为例,探讨了对二氧化碳、降尘和二氧化硫的生态补偿方法。根据实际情况,以街道办事处为单元评价济南市内现有绿地的生态补偿能力,并根据环境目标的要求,提出了各办事处需增加的公共绿地面积,为制定市区公共绿地配置规划提供了依据。计算结果表明,从总体上说,济南市现有的绿色植物可补偿济南市排放到大气中的二氧化碳的22.3％,二氧化硫的23.1％;其总吸尘能力略大于年排尘能力。绿当量概念和计算方法在济南市城区公共绿地配置规划中的成功应用,表明它可对其它城市绿地生态补偿能力的评价和城市环境规划的制定发挥指导和借鉴作用。     

蛋白核小球藻与DEP的相互作用

运用评价化学品对藻类毒性的标准实验方法,得出邻苯二甲酸二乙酯抑制蛋白核小球藻生长的９６ｈＥＣ５０为８０ｍｇ／Ｌ。实验结果表明,蛋白核小球藻对ＥＤＰ有明显的富集与降解作用,富集量和浓缩系数（ＢＣＦ）都在１２ｈ达到最大,分别为９．８ｍｇ／ｇ和２０５。此后富集量随时间的延长而逐渐降低,９６ｈ降到１．８ｍｇ／ｇ。ＢＣＦ在７２ｈ内也随时间的延长而逐渐减小,并在７２ｈ降到最小８０,７２ｈ以后又随时间的延长而升     

北京市典型道路交通环境细颗粒物元素组成及分布特征

对北京市典型道路交通环境中不同粒径段（0.2～0.5μm、0.5～1.0μm和1.0～2.5μm）的细颗粒物进行了采样分析,在2008—2009年期间5个阶段内共采集了198个细颗粒物样品.通过XRF分析得到细颗粒物中Al、Na、Mg、K、Ca、Si、S、Cl、Fe、Mn、Ti、Cu、Zn、As、Br和Pb16种元素的质量浓度.含量较高的元素有S、K、Fe、Cl、Si、Ca和Zn,占测试元素总浓度的90%以上.应用富集因子法将元素分为地壳元素、双重元素和污染元素三类.应用因子分析法分离出两个主要因子,因子1主要与地壳元素和双重元素相关,可归于扬尘源的贡献;因子2主要与污染元素相关,可能来自机动车、燃煤、生物质燃烧和工业等排放源.人为源对小粒径（0.2～0.5μm）颗粒物的贡献较大,而地壳源的贡献更集中于大粒径段（1.0～2.5μm）.多数地壳元素和双重元素在夏季和冬季均随粒径的增大而富集,且冬季浓度较高,而多数污染元素的分布形态存在季节差异.Br、As和Pb夏季在0.5～1.0μm出现峰值,而冬季在0.2～0.5μm出现峰值.冬季因采暖增加的煤和生物质的燃烧造成部分元素浓度在0.2～0.5μm有显著增加.云层内部的硫酸盐生成过程可能是夏季S元素在0.5～1.0μm出现峰值的原因.通过奥运时期与非奥运时期元素浓度和分布的比较,发现奥运时期交通源临时控制措施对机动车排放和道路扬尘均有显著的削减作用,削减率分别为53%和63%,且随粒径增大而增加.     

杭州市区蔬菜基地蔬菜重金属含量研究

通过对杭州市区主要蔬菜基地蔬菜中8种重金属含量监测分析与评价，结果表明，江干区蔬菜基地除茄果类蔬菜外，其他种类蔬菜中部分重金属指标均存在超标现象。下沙经济开发区蔬菜基地蔬菜中重金属含量均未超标。     

中国主要湖泊营养氮沉降临界负荷的研究

水体营养氮沉降临界负荷是不致使水体产生富营养化的最高氮沉降量。文中探讨了一种依据湖泊氮质量平衡原理计算营养氮沉降临界负荷的方法。用该方法计算表明 ,我国主要湖泊的营养氮沉降临界负荷比较低 ,大部分小于 1keq· hm- 1 · a- 1 ,部分已为目前的氮沉降量或者两者相当接近 ,意味着只接受氮沉降也能导致这些湖泊产生富营养化。但实际统计结果表明 ,氮沉降在导致受工农业生产和生活影响很大的城市和郊区湖泊的水质富营养化的所有氮污染源中所占比例较低 ,而其它来源的氮输入如河道入湖、工业生活废水和农田径流等才是导致富营养化的最主要因素 ,它们的量已远远超过了这些水体可随最高允许氮负荷。因此 ,对控制这些湖泊的水质富营养化而言 ,控制氮沉降并不是目前最紧迫的任务 ,而其它人为污染源的控制才是最急需的。但氮沉降临界负荷在湖泊富营养化的中长远控制中仍具有十分重要的意义。