区域土地利用变化的物质代谢响应初步研究

文章在描述相关研究进展的基础上,认为在物质资源不断减少的情形下,物质代谢效率提高对于人类社会发展具有更为重要的意义。并在此基础上,分析了土地利用方式、土地利用强度、土地利用布局等土地利用变化过程对于物质代谢变化的影响机理。以江苏省为例进行实证分析,构建区域土地利用变化的物质代谢驱动力模型。结果表明,随着1989年以来江苏省土地利用强度的不断提高,物质代谢通量快速增长。土地利用强度越高,物质代谢通量值越大,土地利用强度提高10%,则物质代谢通量将提高5.62%,因此,资源利用量与污染物排放量越多,带来的环境冲击也就越大;但土地利用强度越高,物质代谢效率值就越小,土地利用强度每提高10%,物质代谢效率就提高5.03%,因而单位GD P的资源利用量与污染物排放量也就越少。虽然物质代谢效率在提高,但是物质资源日益稀缺,物质代谢效率需进一步提升。最后提出了区域土地利用变化物质代谢效应响应的研究方向。     

水库沉积物贫营养型好氧反硝化菌(Pseudomonas sp.)分离及其对微污染水体脱氮效率分析

为探究深水水库沉积物微生物功能特征及利用价值,于2019年在实验室对小湾水库表层沉积物微生物进行了驯化分离,并分析了其中一株细菌的脱氮效率.结果表明,分离出的细菌XW731经鉴定属于假单胞菌属（Pseudomonas sp.）,是一种贫营养型好氧反硝化菌;在分别以NH₄⁺-N、NO₃^--N和NO₂^--N为唯一氮源时,该菌对NH₄⁺-N、NO₃^--N和NO₂^--N去除率分别为33.6%、68.5%和9.1%;以NH₄⁺-N和NO₃^--N为氮源时,对NH₄⁺-N和NO₃^--N去除率分别为66.4%、89.6%,同步硝化反硝化能力更强.将该菌投加到两种城市微污染水体后测试表明,该菌对城市河道水体的NH₄⁺-N和NO₃^--N去除率分别为38.3%和42.4%,对城市降雨水体的NH₄⁺-N和NO₃^--N去除率分别为22.2%和7.7%.     

两种木材生物炭对铜离子的吸附特性及其机制

为探索高效利用废弃生物质资源制备生物炭去除水体和土壤中Cu~(2+)污染的可行性,本文以常见的农林废弃物苹果树枝和梧桐木锯末为原料,采用450℃限氧热裂解法制备生物炭,通过两种生物炭对Cu~(2+)的批量吸附试验,利用4种等温吸附模型(Langmuir、Freundlich模型、Temkim、D-R模型)和4种吸附动力学模型(准一级动力学、准二级动力学、Elovich模型、颗粒内扩散模型)研究了苹果枝和锯末生物炭对Cu~(2+)的吸附行为.同时,使用FTIR红外、SEM和BET比表面积及孔径分析等技术表征了生物炭的理化性质,研究了两种生物炭对Cu~(2+)吸附机制,分析了两种生物炭之间的吸附特性差异及其影响因素.结果表明:(1)苹果枝生物炭在3 h达到吸附平衡,理论最大吸附量为15.85 mg·g~(-1),锯末生物炭在6h达到吸附平衡,理论最大吸附量为17.44 mg·g~(-1),与其他研究相比,这两种生物炭体现了较高的Cu~(2+)吸附性能;(2)两种生物炭对Cu~(2+)的热力学吸附均较好地符合Langmuir模型,表明吸附过程主要是近似单分子层的有益吸附;动力学吸附均符合准二级吸附动力学模型,表明其对Cu~(2+)的吸附包括表面吸附、颗粒内扩散和液膜扩散等多种过程;(3)吸附机制主要包括静电吸附,配体(酚羟基)/离子(H+)交换和阳离子—π键作用.     

应用WRF/Chem模拟河南冬季大气颗粒物的区域输送特征

基于WRF/Chem模式,设置多组区域排放源的情景实验定量估算河南、京津冀、山东、山西、安徽和江苏、湖北6个区域人为源排放对河南省2015年12月PM_(2.5)和PM_(10)浓度贡献率,并结合气象资料研究3个代表性城市的污染输送特征.结果表明:河南省冬季PM_(2.5)和PM_(10)主要来源为本省排放,平均贡献率分别为54.83%、61.32%.区域污染输送对河南颗粒物的贡献也占有很大比例,京津冀、安徽和江苏、山东、山西以及湖北对PM_(2.5)平均贡献率分别为11.95%、11.69%、7.95%、7.40%、4.30%,对PM_(10)平均贡献率分别为10.42%、10.03%、7.00%、6.89%、3.80%.PM_(2.5)外来输送率比PM_(10)要高,表明细颗粒物比粗颗粒物更易跨区域长距离输送.冬季长持续时间的污染过程大多受静风或小风控制,省内污染贡献最大,过程结束时伴随着大风,周边区域的污染贡献有所增加.不同城市的颗粒物来源与其地理位置、风速、风向等气象条件密切相关.区域污染来源具有复杂性,改善河南省空气质量是需要整个区域共同面对和解决的问题.     

适冷微生物研究进展及应用现状

适冷微生物(包括嗜冷微生物、耐冷微生物)是在低温下仍具有生存和繁殖的能力的一类微生物,低温会对微生物产生如酶活性降低、膜流动性变差、蛋白质冷变性、不适当的蛋白质空间折叠和低温下细胞内部构造破坏等不利影响。适冷微生物能克服低温带来的消极影响,并能在极端环境下生长及代谢。随着宏基因组测序、蛋白质组学以及其它分析手段在环境微生物中的应用,作者对低温微生物的一些适应性改变有了新的认识。酶活性中心结构的改变、膜中脂质成分含量的增加,冷适应蛋白的快速表达等都被证明在对低温适应中起着重要作用。文章综述了适冷微生物的适冷机理及其在污染控制领域的应用,为适冷微生物的实际工程应用提供参考,为适冷微生物在环境工程中的进一步广泛应用奠定基础。     

非点源污染模型AnnAGNPS在三峡库区林农复合小流域模拟效果评定

应用连续农业非点源污染AnnAGNPS模型(Annualized AGricultural NonPoint Source Model)模拟三峡库区林农复合小流域的径流、泥沙和营养物输出,以2003年和2004年的小流域观测数据对模型分别进行校准和验证,并以统计参量决定系数(R2)、Nash-Sutcliffe效率系数(E)和相对误差(VE)对模拟结果进行评定.结果表明,径流量模型模拟结果误差在可接受范围之内,模型校准期模拟值VE值为5.0%(R2=0.93,p<0.05),验证期内模型VE值为6.7%(R2=0.90,p<0.05);与径流模拟比较,泥沙模拟结果精度较低,校准期内模型VE值为15.1%(R2=0.63,p<0.05),验证期内模型VE值为26.7%(R2=0.59,p<0.05);次降水较小,产生径流和泥沙较少时,模型模拟值则偏高,反之则偏低.氮输出模拟决定系数R2值0.68(p<0.05),略高于磷输出模拟决定系数(R2=0.65,p<0.05).模型对径流输出的模拟精度高于对泥沙和营养物的输出模拟.在三峡库区农林复合小流域应用AnnAGNPS模型模拟农业非点源污染输出满足流域管理要求.     

不同布局高层建筑群的风环境状况评价

采用数值模拟方法对由6幢方形截面高层建筑组成的建筑群的周围风环境进行了计算和分析。6幢建筑起初呈两行三列布置,通过改变各列建筑的横向间距,得到了6种不同布局型式的建筑群。对各建筑群周围人行高度处的风速比和风速矢量场进行了计算和分析、比较,据此对不同布局形式的建筑群的风环境状况作了评价,提出了通过调整平面布局改善高层建筑群风环境的措施和建议。     

丹江口水库真核浮游植物群落分布特征及其与环境因子的关系

浮游植物是湖库生态系统物质循环和能量流动的主要参与者,了解其群落组成对保护水生生态系统平衡具有重要意义.2021年6月在南水北调中线工程水源地丹江口水库淅川库区设置7个采样点,分4层分别在0.5、5、10和20 m处共采取28个样品.采用高通量测序测定真核浮游植物群落结构,分析真核浮游植物群落在水平和垂向上的分布特征.采用冗余分析探讨了浮游植物主要类群与环境因子的关系.结果表明：①库区真核浮游植物共12门68属,物种为甲藻-硅藻-绿藻型结构.水平方向上浮游植物群落差异较大,各采样点垂直方向上浮游植物丰度和多样性存在较大差异.宋岗、土门和党子口浮游植物群落多样性和丰度随水深增加呈下降趋势,其他采样点的浮游植物群落与水深关系趋势不明显.②硝氮（NO₃^--N）、水深、溶解氧（DO）、pH和水温（WT）是影响库区浮游植物垂直分布的重要环境因子.环境因子对浮游植物门类影响各异,甲藻门与NO₃^--N和水深呈负相关,与其他环境因子呈正相关;硅藻门与NO₃^--N和水深呈正相关,与其他环境因子呈负相关;绿藻门与WT、pH和DO呈负相关,与水深无明显相关性.     

藻菌生物膜胞外聚合物与铅锌尾矿重金属的络合配位作用

矿产资源开采冶炼产生大量尾矿渣,其中富含的可溶性重金属引发的生态环境问题日益突显.铅锌矿是我国重要的矿产资源,尾矿露天堆放使得其富含的可溶性重金属淋溶迁移,对矿区周边地表环境造成严重污染.为探明自然水体环境中的藻菌生物膜与重金属的作用机理,采用三维荧光光谱技术研究干旱区天然湖泊中的藻菌生物膜EPS（胞外聚合物）与铅锌尾矿渣中5种重金属离子的络合配位作用.结果表明:①从藻菌生物膜EPS荧光光谱图中可检测出两个荧光峰,均来源于芳香类蛋白酪氨酸物质;②铅锌尾矿淋滤液中的重金属元素主要包括Pb、Co、Ni、Zn和Cd,且这5种金属离子均能有效淬灭EPS的荧光强度;③荧光淬灭滴定试验得出,Pb2+与EPS的络合能力最强,最大络合常数为4.523 1,最大结合位点数为1.177 5;Cd2+与EPS的络合能力最弱,最大络合常数为1.957 1,最大结合位点数为0.684 8;Co2+、Ni2+和Zn2+与EPS的络合能力相似.研究显示,藻菌生物膜EPS中含有的荧光基团与重金属离子的作用强度与金属离子的类型相关,二者的络合配位作用可能会影响重金属在水环境中的化学形态、迁移、生物有效性和生态毒性.      

菌藻复合体系氮代谢性能及菌群特征

为了城市尾水深度脱氮,控制地表水体富营养化,利用分子生物学等方法,分别对脱氮复合菌群和藻菌共生系统的氮代谢性能进行研究.结果表明,氮代谢复合菌群具有较高氨化和反硝化性能.JZ组对城市尾水中氨氮的去除效果最好,降解率高达95%以上,在实验室模拟污水中JZ组系统总氮去除效果优于J组.高通量测序显示,J组主要优势菌群及占比分别为：厚壁菌门44.53%,变形菌门43.41%,放线菌门5.37%,类杆菌门3.04%,绿弯菌门1.35%;JZ组丰度主要优势菌群和占比分别为：蓝藻门33.89%,绿弯菌门25.34%,变形菌门19.38%,厚壁菌门10.02%,酸杆菌门4.20%;各优势物种在J组和JZ组比例不同,厚壁菌门分别为82%和18%,变形菌门为69%和31%,蓝藻门为1%和99%,绿弯菌门为5.1%和95%,放线菌门分别为73%和27%.表明JZ组在城市尾水中去除氨氮效果较好,J组氮代谢菌群随着微球藻加入和生长,JZ组氮代谢菌群构成随之发生变化,以适应优势藻类形成的环境,与微球藻构成新的菌藻氮代谢体系.研究结果为藻菌共代谢体系应用提供了理论和数据基础.