对延安黄土沟壑区农业可持续发展的建议

黄土高原是中国农业文明的发源地,该区总面积大约64万平方公里,养育了约1亿人口。新中国成立以来,党和国家十分重视黄土高原可持续发展问题。为了进一步巩固退耕还林(草)工程取得的成效,帮助老区人民尽快脱贫致富,发展现代农业,2013年国土资源部、财政部等批准在延安市实施治沟造地重大工程,总规模50.67万亩,总投资51.72亿元。2015年,全市累计完成治沟造地面积21万亩,取得了显著成效。但是,目前仍有许多地方需要进一步改进,建议坚持造田不毁林的原则,增加造地成本投入,建设高质量农田,科学管理提高效益,科学评估、稳妥推广,以促进黄土高原地区农业可持续发展。     

Fenton法和类Fenton法降解土壤中的二苯砷酸

本文对Fenton法与类Fenton法降解土壤中的二苯砷酸(diphenylarsinic acid,DPAA)进行了研究.考察了H2O2投加量和催化剂种类(Fe2+/Fe3+)对红壤及黑土中DPAA降解效果的影响,并采用高效液相色谱-质谱联用法(HPLC-MS/MS)对降解中间产物进行了初步鉴定.结果显示,针对红壤与黑土分别采用类Fenton法与Fenton法,在H2O2投加浓度为1 mol·L-1,含铁催化剂浓度为0.25 mol·L-1,土水比为1∶3,反应时间为1h的条件下,红壤及黑土中DPAA的降解率均可达到65%以上.HPLC-MS/MS的分析结果表明,DPAA可脱苯环形成降解产物苯砷酸(phenylarsinic acid,PAA),而PAA进一步氧化生成无机砷,这可能是Fenton/类Fenton法降解DPAA的途径之一.     

黔中黄壤坡耕地区域降水及其氮磷输入特征

黄壤坡耕地不仅具有“黏、酸、瘦”的特点,而且水土、养分流失普遍严重,引起一系列农业面源污染环境问题。以黔中黄壤坡耕地氮磷流失长期定位监测基地为平台,于2008─2012年连续5年进行观测,研究了降水及氮磷湿沉降浓度、总量及季节性变化等特征,探明了降雨带入的氮磷养分对黄壤坡耕地养分流失的贡献,为农业生产、农业面源污染防治对策提供科学依据。结果表明：2008─2012年间,年降雨次数变幅为46~109次,年均64次;年降雨量变幅为558.4~901.5 mm,年均695.7 mm;频次降雨量变幅为6.5~15.5 mm,平均10.9 mm。5年湿沉降TN、NO3--N、NH4+-N、TP浓度变幅,分别为1.57~3.31、0.17~0.79、0.10~0.94和0.06~0.48 mol·L-1,平均值分别为1.91、0.42、0.28、0.14 mol·L-1,均与降水量呈负相关,但未达到显著水平;5年湿沉降TN、NO3--N、NH4+-N、TP输入量变幅,分别为11.19~18.47、0.96~5.47、1.22~6.65和0.42~1.34 kg·hm-2·a-1,平均值分别为14.32、3.37、2.77、1.09 kg·hm-2·a-1,TN、TP输入量与降雨量呈正相关(相关系数分别为0.774、0.707,P值分别为0.0003、0.0015)。输入量季节性变化5─8月最为集中,5─7月TN输入量为6.95 kg·hm-2,占全年TN输入量的比例高达51.1%;6─8月TP输入量为0.49 kg·hm-2,占全年TP输入量的比例高达47.4%,即冬、春季较低,夏、秋季较高。湿沉降TN、TP输入量相当于当地施肥投入的氮、磷素总量的7.54%、1.14%,因此在农业生产中制定施肥方案时,可考虑坡耕地湿沉降养分的输入,尤其是氮养分的输入。     

碱/抗坏血酸活化分子氧氧化水中As（III）

研究了碱/抗坏血酸（H₂A）活化分子氧体系（碱/H₂A体系）氧化水中三价砷（As（III））的过程与机理.考察了pH、H₂A浓度、As（III）初始浓度、水中常见阴离子（Cl^-、NO₃^-、HCO₃^-）和有机质富里酸对As（III）氧化效率的影响,通过自由基抑制实验及电子自旋共振（ESR）鉴定了体系中的活性氧物质（ROS）,并采用液相色谱-质谱分析技术鉴定了H₂A的降解产物.结果表明,在pH=9~12范围内,pH值越高,As（III）氧化速率越快;pH=10条件下,随着H₂A浓度从0.05 mmol·L^-1增加到1 mmol·L^-1,反应1 h后,As（III）氧化率从24%增加至92%.机理研究结果表明,H₂O₂是碱/H₂A活化分子氧体系中氧化As（III）的主要ROS,它主要来自碱性条件下H₂A与分子氧的单电子或双电子反应,同时,体系中H₂A也发生了氧化性降解.碱/H₂A体系可用于含砷废水的预处理,并与离子交换吸附方法联合,实现高效除砷.     

裂片石莼和土霉素复合压力下弧菌群落及耐药基因变化特性研究

近年来,水产养殖病源弧菌污染及其耐药性问题备受关注,本研究首次采用宏基因组测序技术分析了海水养殖沉积物在大型海藻裂片石莼（12 g·L^-1）与不同浓度（0、10、100、500 μg·L^-1）土霉素作用3个月后,弧菌群落结构及其耐药基因变化特性.结果表明,经裂片石莼诱导培养后,沉积物中弧菌属相对丰度降低了0.22%,但对弧菌多样性和弧菌耐药基因含量提升明显.裂片石莼和土霉素复合压力下,100 μg·L^-1土霉素对弧菌群落多样性及弧菌耐药基因影响最大,而500 μg·L^-1对其影响最小.沉积物弧菌属共检测出21种耐药基因,多为BL1_fox、BL2be_per、BL2_veb等β-内酰胺类耐药基因.裂片石莼能减少耐药基因tetPB富集,而进一步添加土霉素能诱导产生VatB、BcrA耐药基因.此外,弧菌耐药基因迁移与转化还受弧菌群落结构变化影响.     

臭氧氧化印染工业园废水的效能与机理研究

本研究开展了印染废水臭氧氧化影响因素、降解动力学和淬灭实验,测定了自由基物种、降解产物和琥珀酸脱氢酶活性.结果表明,苯胺去除效率随着pH值、臭氧投加量和臭氧投加速率的增加分别逐渐减小、增加和减小,且臭氧浓度为24 mg·L^-1时苯胺去除效率最高.臭氧氧化苯胺的适宜条件为：臭氧浓度为24 mg·L^-1、臭氧投加量为200 mg·L^-1和臭氧投加速率为4 mg·min^-1,此时苯胺的去除效率为47.2%.臭氧氧化苯胺是直接氧化为主结合羟基自由基反应的作用过程.苯胺脱氨基和裂解苯环后生成戊二酸或L-焦谷氨酸直至矿化.大肠杆菌在原水和臭氧氧化后废水中的酶抑制率分别为83.4%和24.7%.臭氧氧化前处理后,混凝去除色度、SS、COD、总氮、总磷、硫化物和苯胺的效能分别提高了0.72%、0.46%、31.40%、9.40%、22.80%、31.40%和63.30%.研究结果为臭氧氧化印染工业园废水前处理的应用提供了基础依据.     

纳米氧化锌对大型溞肠道组织毒性效应及机理研究

研究了不同浓度纳米氧化锌（ZnONP）及其在水中释放的对应浓度的Zn²⁺溶液对大型溞（Daphnia magna）肠道组织显微和亚显微结构的影响,探讨了ZnONP对大型溞的肠道组织毒性效应特征和作用机理.结果表明,0.3 mg·L^-1-Zn²⁺组（Zn²⁺浓度0.170 mg·L^-1）和0.3 mg·L^-1 ZnONP溶液皆对大型溞的肠道造成损伤,主要导致大型溞中肠与直肠之间的连接处发生扭曲,其中ZnONP对肠道组织结构弯曲影响最为明显,0.3 mg·L^-1 ZnONP组引起大型溞个体最大肠道弯曲率高达42%.大型溞肠道组织HE染色结果显示,ZnONP暴露会造成大型溞肠道上皮组织断裂、胞间连接空泡化、纹状缘模糊及杯状细胞脱落等,而相对应浓度Zn²⁺组的毒性较弱.电子显微镜下对大型溞肠道组织亚显微结构观察发现,0.3 mg·L^-1 ZnONP处理组大型溞肠道上皮细胞组织出现微绒毛排列紊乱、脱落、溶解,上皮细胞松散,线粒体双层膜结构不完整,嵴溶解消失,核糖体增多等现象.0.3 mg·L^-1-Zn²⁺组大型溞肠道组织上皮细胞有损伤,但整体结构基本完整.从ZnONP和对应的Zn²⁺所产生的毒性效应特征和各组大型溞机体中Zn元素含量的测定分析,ZnONP对大型溞造成的肠道组织损伤不仅与其释放的Zn²⁺引起的毒性有关,更可能与大型溞对颗粒物摄取的方式或ZnONP在体内的积累量、排泄速率和作用的细胞器等有关.因此,ZnONP对肠道组织毒性效应产生的分子机制还需要 进一步研究.     

碳中和趋势下数学模拟在污水处理系统中的发展与综合应用

数学模拟技术在污水处理方面被广泛应用,为了系统总结相关技术,本文回顾了污水处理系统中数学模拟技术的发展历程;综述了活性污泥模型(ASM)与机器学习(ML)在水质预测及参数工况优化领域中的应用;重点探究了污水处理系统中温室气体排放模型,以及多目标优化模型在污水处理系统中温室气体排放(GHG)、出水质量(EQI)和运行成本(OCI)的权衡问题;归纳了数学模拟技术在实现污水厂能量自给与资源回收的应用发展.研究结果表明数学模拟技术能准确预测出水水质、快速优化工艺参数、权衡温室气体排放、出水水质与运行成本之间的关系、以及提高资源回收效率等.因此,数值模拟技术可有效指导污水处理工艺的运行优化以及管理,为污水处理行业减污降碳协同增效提供技术支撑.     

基于RuO2-IrO2/Ti和Fe0电极的电氧化-电絮凝处理含Tl废水

基于RuO₂-IrO₂/Ti形稳电极和Fe⁰牺牲电极实现电氧化-电絮凝(EO-EC)一体化处理含Tl (I)废水,并与单一的电絮凝(EC)进行比较,探讨了EO-EC处理含Tl废水的机理.结果表明,相较于单一EC,EO-EC (1:1)组合技术适应于宽pH (4-10)以及电流密度范围(5-20mA/cm²)下含Tl废水高效处理,且不易发生钝化;活性氯以及氧化还原电位在Tl (I)间接氧化Tl (III)过程中扮演重要角色,沉淀分析表明生成的Tl (OH)_3(s)与絮体Fe (OH)_3(am)共沉淀,纤铁矿位点可吸附残留Tl (I).EO-EC一体化技术可满足实际含Tl废水达标处理(<2µg/L)且具有经济可行性.     

微生物光电还原CO2合成乙酸对外电压的响应机制

以TiO₂光阳极结合自养型生物阴极,构建双室微生物光电合成（MPES）系统,以光能作为主要的能量来源,探究MPES还原CO₂合成乙酸的性能及其限制因素.结果表明,光阳极取代纯电化学阳极显著降低了MPES生物阴极对外电压的需求.MPES能持续稳定运行,平均产乙酸速率为（1.18 ±0.11） mmol/（L·d）,法拉第效率为45.75%±3.97%.光阳极驱动阴极产生氢气,推测阴极微生物倾向于利用氢转移的方式来进行电子传递.外加电压通过影响光阳极的给电子能力从而对MPES的性能产生显著的影响,当外电压从0.4V升高至0.6V时,MPES的电流,乙酸产量和法拉第效率都显著提高,系统的性能主要受限于阳极.当外电压高于0.6V,系统电流,乙酸产量的增速减缓,法拉第效率在外加电压0.8V时达到最大值,随后下降,表明生物阴极的得电子能力已经达到饱和,此时MPES的性能主要受限于阴极.作为电子传递中间体,H₂的不完全利用是法拉第效率没有随着外电压的增加进一步提升的原因.