不同耕作方式下土壤水分状况对土壤呼吸的初期影响

以2001年在东北典型黑土上进行的保护性耕作长期定位试验下免耕、垄作及常规耕作土壤进行了室内培养实验,按照田间持水量(water-holding capacity,WHC)的30%、60%、90%、120%、150%、180%、210%、240%、270%设定了9个水分梯度,并分别对其二氧化碳(CO_2)排放量进行了22 d的短期观测,以研究不同耕作方式下土壤水分状况对土壤呼吸的初期影响.结果表明:1干土条件下在加水培养初期,3种耕作方式均产生了明显的激发效应,并且土壤呼吸速率与土壤含水量间存在正相关关系.2除干旱(30%WHC)及淹水(240%WHC、270%WHC)条件下,3种耕作方式CO_2排放通量分别为免耕垄作常规耕作.3对不同耕作方式下土壤水分状况及CO_2排放通量进行了方程拟合,在30%~270%WHC条件下,免耕的CO_2排放通量与水分状况拟合为二次回归方程,而垄作与常规耕作则是线性回归方程.在30%~210%WHC条件下,免耕与垄作下土壤CO_2排放通量与水分状况均可拟合为较好的对数方程,可决系数R~2分别为0.966、0.956.     

环丙沙星对膜生物反应器中微生物群落及抗性基因的影响

用膜生物反应器(membrane bioreactor,MBR)处理含环丙沙星(ciprofloxacin,CIP)的合成废水,考察了不同CIP进水浓度(0、5、10、15 mg·L-1)下MBR的微生物群落特征和抗性基因丰度的变化.结果表明,随着进水中CIP浓度从0 mg·L-1增加至15 mg·L-1,变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)仍保持为优势菌门,相对丰度比例分别为57.5%和12.7%;红环菌科(Rhodocyclaceae)、Chitinophagaceae和丛毛单胞菌科(Comamonadaceae)被选择成为优势菌科,比例分别为29.96%、5.44%和6.60%;Methyloversatilis、Ferruginibacter、动胶菌属(Zoogloea)和丛毛单胞菌属(Comamonas)被选择成为优势菌属,比例分别为21.70%、7.56%、5.24%和4.15%;Chao1、ACE、Shannon指数逐渐降低和Simpson指数逐渐升高,表明MBR污泥中微生物丰富度和多样性均降低;亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)、硝化螺旋菌属(Nitrospira)、产碱菌属(Alcaligenes)和硝化杆菌属(Nitrobacter)相对丰度减少,使得氨氮去除率降低.CIP抗性基因(CIP-ARGs)分析表明,当MBR在CIP投加浓度为5 mg·L-1下运行至第33 d时,反应器中的gyr A、gyr B和par C基因相对丰度较CIP投加初期增加,加大了抗药风险.     

DO/NH4+-N实现短程硝化过程中生物膜特性

实验探究了短程硝化实现过程中生物膜特性的变化情况.采用比值控制(DO/NH+4-N)实现短程硝化,分别取亚硝酸盐积累率为10.27%、52.12%和93.54%时生物膜样品,利用荧光原位杂交(FISH)和激光共聚焦显微镜(CLSM)联用技术观察总菌、氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)数量和空间结构的变化,通过三维激发发射矩阵(EEM)观察胞外聚合物分泌和成分变化情况.比值控制成功富集AOB,并可在NOB未洗脱完全的情况下实现短程硝化.异养菌和硝化菌共存于生物膜内上,异养细菌在外层,硝化菌分布在生物膜表面6~25μm.短程硝化实现的过程中,AOB/NOB值逐步增长,稳定运行时期比值高达15.56.反应器运行过程中,EPS和微生物菌群变化息息相关.微生物活性下降,EPS分泌减少;短程硝化稳定运行时期,NOB等不耐高亚硝酸的菌群衰亡,芳香性蛋白质荧光强度降低.但三维荧光光谱显示,短程硝化实现过程中EPS化学成分变化不明显.     

生物质基纳米HZO杂化材料的研制及其除磷特性

采用3-氯-2-羟丙基三甲基氯化胺(CTA)对生物质秸秆进行胺基化改性获得St-N',通过正交试验确定其最佳合成条件为Na OH质量分数30%、CTA体积100 m L、反应温度80℃、反应时间3h.通过原位沉积法将纳米水合氧化锆(HZO)固载于St-N'内部,制备得到生物质基纳米HZO杂化材料St-N'-Zr.SEM、TEM、XRD与BET等技术表明纳米HZO已成功负载于StN'内部,以无定形为主,分布均匀,粒径为50~100 nm.批次吸附实验结果表明,St-N'-Zr吸附磷酸根符合Langmuir吸附等温模型,最大吸附量为33.90 mg·g-1;最佳吸附pH为1.8~6.0,可用于酸性水体除磷;强竞争离子体系中,磷去除率始终高于初始吸附量的70%,性能明显优于商用阴离子交换树脂D-201,吸附选择性良好.经10次吸附-解吸循环,再生性能良好,表明在水体磷污染深度治理领域具有一定应用潜力.     

不同温度下应用比值控制实现连续流好氧颗粒污泥短程硝化

在连续流反应器中接种成熟好氧颗粒污泥（AGS）处理低氨氮污水,通过控制溶解氧（DO）和出水氨氮（NH₄⁺-N）的浓度,研究了控制DO/NH₄⁺-N（R值）实现连续流好氧颗粒污泥系统短程硝化的可行性和不同温度（30、20、10℃）条件下实现短程硝化系统对R值的需求.结果表明,通过比值控制,连续流好氧颗粒污泥系统可以快速实现短程硝化;在30、20、10℃条件下,系统实现短程硝化所需要的R值分别为0.50（±0.05）、0.35（±0.03）和0.20（±0.02）.因此可知,温度越低,系统实现短程硝化所需要的氧抑制越强.采用荧光原位杂交（fluorescence in situ hybridization,FISH）实验表明,通过比值控制,氨氧化菌（AOB）得到一定的富集,而亚硝酸盐氧化菌（NOB）的相对数量逐渐减少.基于比值控制和污水水质的特点,选择短程硝化的方式有所不同,低氨氮废水选择半量亚硝化,而高氨氮污水则选择全量亚硝化.     

硫化纳米零价铁(S-nZVI)对水体中镉的去除研究

由于矿山开采、工业废水排放及农业施肥等人类活动,使得我国镉污染日益突出.本研究采用液相还原法制备硫化纳米零价铁(S-nZVI),研究其对Cd的去除行为.考察了不同硫化剂、合成方法、S/Fe比(物质的量比)及pH对Cd去除的影响,并采用扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)、X-射线衍射(XRD)等技术对反应前后的材料进行表征,结合批实验结果探讨Cd的去除机理.结果表明,采用一步法以硫化钠(Na_2S)为硫化剂合成的S-nZVI对Cd的去除效率远高于其它方法,去除容量可达385.6 mg·g~(-1).反应120 min后,S-nZVI对Cd的去除率随S/Fe比的增加而升高,S-nZVI反应体系受pH影响较小.材料表征结果显示,S-nZVI颗粒由Fe~0、Fe_3O_4、FeS组成,其中,FeS的含量随S/Fe比的升高而增加.S-nZVI对Cd的去除机理主要是Cd将FeS中的Fe置换,与S结合形成稳定的CdS.     

纳米四氧化三铁/过碳酸钠降解DDTs及降解产物

以滴滴涕(DDTs)为降解对象,采用基于纳米Fe_3O_4/过碳酸钠的新型非均相类芬顿试剂进行处理,考察了纳米Fe_3O_4投加量、过碳酸钠投加量和初始pH值对水中DDE、DDD、o,p′-DDT和p,p′-DDT4种DDTs去除率的影响.同时,采用响应面法进行多因素实验设计,利用二次多项式和逐步回归法拟合了DDTs降解率与实验条件之间的关系,并对实验条件进行了优化.结果表明,纳米Fe_3O_4和过碳酸钠单独处理对DDTs降解率的最大值均小于60%,两者联合处理可大幅度提高DDTs降解率,表明两者对于DDTs降解存在较好的协同作用,纳米Fe_3O_4/过碳酸钠体系在碱性条件下可以有效降解水样中的DDTs.在纳米Fe_3O_4投加量为8.0 g·L~(-1)、过碳酸钠投加量为1.5 g·L~(-1)、溶液初始pH值为11的条件下,DDE、DDD、o,p′-DDT和p,p′-DDT的降解率分别为95.5%、84.3%、96.8%和87.5%,与模型预测值接近.自由基猝灭实验结果表明,羟基自由基是降解过程中主要的活性物质.GC/MS检测结果表明,DDTs脱氯生成DDE和DDD,随后DDE和DDD进一步降解生成DDMU、o,p′-TDE、DDNU、DDMS及DBP等物质.     

NF-κB通路参与邻苯二甲酸二丁酯诱导U251细胞毒性的作用研究

为探究nuclear factor-κB (NF-κB)通路及其分子事件相关蛋白参与邻苯二甲酸二丁酯(dibutyl-phthalate, DBP)诱导神经毒性的作用机制,以人胶质瘤细胞U251为对象,设置6个实验组:Control组,Tween 80组(阳性对照组)、25μmol·L~(-1) DBP组、100μmol·L~(-1) DBP组、20μmol·L~(-1)维生素E (vitamin E, VE)组、100μmol·L~(-1) DBP+20μmol·L~(-1) VE组.U251细胞经不同处理组分别暴露12 h及24 h后,观察细胞形态学结晶紫染色结果,检测细胞活性(CCK-8)、活性氧(reactive oxygen species, ROS)、丙二醛(malondialdehyde, MDA)、氧化应激转录因子NF-κB,以及NF-κB通路相关蛋白钙调神经磷酸酶(calcineurin, CaN)、泛素特异性蛋白酶14(ubiquitin-specific protease 14, USP14)、胶质细胞源性神经营养因子(glial cell line-derived neurotrophic factor, GDNF)的表达水平.与对照组相比,100μmol·L~(-1) DBP组U251细胞的数量降低,细胞损伤,CCK-8降低,ROS、MDA含量显著升高,NF-κB水平显著升高,CaN、USP14表达均升高,GDNF表达降低,差异均有统计学意义(p0.05,p0.01);加入抗氧化剂VE处理后,与100μmol·L~(-1) DBP组相比,100μmol·L~(-1) DBP+20μmol·L~(-1)M VE组U251细胞的数量增多,细胞损伤得到缓解,CCK-8上升,ROS、MDA含量显著降低,NF-κB水平显著降低,CaN、USP14表达均降低,GDNF表达增加,差异均有统计学意义(p0.05,p0.01).NF-κB和NF-κB通路相关蛋白的水平或含量变化表明,NF-κB作为氧化应激转录因子参与DBP诱导的U251细胞毒性作用;VE作为抗氧化剂可阻断ROS的生成从而抑制NF-κB的活化,提示VE在体外对DBP介导的神经毒性具有一定的保护作用.     

夏季高原河流CDOM光学特性、组成及来源研究

对高原河流有色溶解有机物(CDOM)光学特性、组成及来源进行研究,有利于更好的了解高原河流水体生态环境,为高原河流生态系统中溶解有机物(DOM)循环过程的研究提供数据参考.利用2017年夏季无定河和湟水流域河流的实测数据对CDOM的吸收特性、荧光特性、水质参数以及它们之间关系进行分析,进而对高原干旱地区河流CDOM光学特性及其组成与来源进行研究.研究结果表明:两流域河流中CDOM吸收系数随波长的增加呈衰减趋势,但吸收光谱曲线差别较大;两流域CDOM在440 nm处的吸收系数[a(440)]与溶解有机碳(DOC)具有显著相关性(p0.01),而与叶绿素a浓度(Chla)不存在相关性.无定河a(440)与Chla浓度的相关性说明其河流现场产生(生物活动)作用较小.通过对比分析S_(275-295)、SUVA_(254)发现,无定河分子量和芳香性程度均大于湟水,且湟水与无定河CDOM的分子量变化要高于其它河流的研究.根据CDOM三维荧光光谱分析发现,类腐殖质荧光峰是两流域河流CDOM荧光的主要贡献者;通过荧光指数FI、腐殖化指数HIX、生物源指数BIX的研究发现,湟水以陆源输入为主,腐殖化程度高,无定河以陆源输入为主的同时存在一定的自生成分,人为生产活动干扰是其陆源输入的主要影响因素.通过冗余分析发现,湟水DOC、Chla、pH对类腐殖质荧光峰及荧光强度影响较大(p0.01);无定河DOC、电导率(EC)、浊度(Tur)与类腐殖质荧光峰及荧光强度显著正相关(p0.01).     

16S rDNA克隆文库分析高含盐生物脱硫系统细菌多样性

采用分子生物学手段16S rDNA克隆文库方法研究连续运行1 a的生物脱硫反应器中细菌的多样性.从16S rDNA克隆文库中随机挑选40个克隆子进行序列测定(约1 400 bp),对测序结果进行了Blast对比.结果表明,脱硫系统中存在比例较高的优势菌种,有33个克隆子分属于3个不同的细菌类群,1个克隆子属于未知类群,优势细菌类群为Proteobacteria类群(变形菌类群),占85.3%.细菌类群优势顺序为:γ-Proteobacteria类群(55.9%),β-Proteobacteria类群(17.6%),Actinobacteridae类群(8.8%),δ-Proteobacteria(5.9%),α-Proteobacteria(5.9%),Sphingobacteria(2.9%).其中盐生硫杆菌属的Halothiobacillus sp. ST15和硫杆菌属的Thiobacillus sp.UAM-I是系统中的主要脱硫细菌.