砷污染湿地生境下土壤微生物多样性及群落结构特征

为研究As（砷）污染对微生物多样性的影响,找寻有利于As污染修复的抗As菌种,利用高通量测序技术分析As胁迫〔w（As）分别为0、80、100、150、200和400 mg/kg,依次记为AT0组、AT80组、AT100组、AT150组、AT200组和AT400组〕对湿地生境中土壤微生物多样性及群落结构特征的影响.结果表明:As污染会引起微生物多样性和群落结构的变化,但并不是简单的负相关.在各处理组中,AT80组的土壤中微生物多样性最高,OTU（operational taxonomic units）数高达1 849,较未经As处理的AT0组增加了58.9%,说明低As胁迫在一定程度上会刺激As敏感微生物的生长繁殖,如Desulfovibrio（脱硫弧菌属）和Allobaculum等菌属,使群落结构更加复杂多样.高w（As）（400 mg/kg）对微生物有明显的抑制作用,导致某些物种消亡和多样性下降.As胁迫会诱导抗As微生物〔如Pseuomonas（假单胞菌属）〕成为优势类群,群落结构趋于稳定、单一.微生物群落结构对不同w（As）胁迫有明显的响应特征,可作为As污染湿地土壤质量评价的灵敏指标.在AT400组中存在大量的Pseudomonas veronii,可为As污染湿地微生物修复提供借鉴.研究显示,微生物对As污染具有较为敏感的响应,其中,Proteobacteria（变形菌门）和Firmicutes（厚壁菌门）为As污染生境中微生物优势门类并且与非专性吸附态As和谷胱甘肽含量呈正相关.      

石墨烯掺杂聚苯胺阳极提高微生物燃料电池性能

微生物燃料电池（microbial fuel cell,MFC）技术可分解代谢污染物质并同步输出电能,在环境及能源领域吸引了越来越多的关注.但是,输出功率密度较低、成本较高、底物降解率低等特点限制了其实际应用,其中阳极是主要限制因素之一.本研究选取具有优异导电性、大比表面积的石墨烯和生物相容性较好的聚苯胺（polyaniline,PANI）,并优化二者比例关系,制备得到石墨烯掺杂PANI复合材料.将复合材料涂覆在玻碳电极表面分析电化学性能,循环伏安（cyclic voltammetry,CV）和线性伏安扫描（linear sweep voltammetry,LSV）测试结果均显示石墨烯含量占比20%的复合电极（20%石墨烯）电化学性能最好.将复合材料修饰在碳布表面作为MFC阳极时以石墨烯含量占比5%的复合电极（5%石墨烯）生物电化学性能最佳,LSV得到最大输出功率密度为（831±45）mW·m^-2,分别是20%石墨烯、1%石墨烯、石墨烯、PANI、碳布阳极的1.2、1.3、1.3、1.5、1.8倍.最大输出电压、开路电压、化学需氧量去除率、库仑效率、生物量密度均以5%石墨烯电极最高.电化学阻抗分析表明5%石墨烯电极极化内阻仅为（24±2）Ω,是碳布电极的19.8%.电化学和生物电化学性能并不完全一致,说明电极材料的生物相容性是影响MFC性能的主要因素之一.5%石墨烯阳极充分发挥了石墨烯和聚苯胺的优点,提高了MFC的产电性能.     

基于能值理论的三江源区生态系统服务物质当量研究

鉴于生态系统服务的多样性和评估方法的复杂性使得生态系统服务研究难于纳入到政府决策和政绩考核的问题,以三江源区为例,提出生态系统服务物质当量的概念,并发展了基于能值理论的物质当量估算方法;进而通过构建用于调节生态系统类型之间与生态系统内部差异的均衡因子和调整因子,发展了生态系统服务快速核算方法.结果表明:三江源区主导生态系统服务(包括水源涵养、土壤保持和生态系统固碳)所具有的能值量为2.74×1022sej/a,标准物质当量(即物质当量单位)的能值基准值为1.58×1017sej/(km~2·a),由此估算的物质当量为173 618.80当量/a,单位面积物质当量为0.56当量/(km~2·a),其中,水源涵养、土壤保持和生态系统固碳服务的物质当量所占比例分别为52.72%、28.14%和19.14%.三江源区主导生态系统服务物质当量的空间分布特征表现为从东南向西北逐渐递减的变化趋势;分县(乡)估算的主导生态系统服务物质当量的空间分布与其单位面积物质当量存在较大差异,前者的高值区主要位于治多县、曲麻莱县和杂多县,后者则主要位于尖扎县、同仁县、久治县和班玛县.基于直接评估法估算的各县(乡)单位面积物质当量与基于快速核算方法估算结果的决定系数为0.72,均方根误差为0.25当量/(km~2·a).研究结果有助于实现生态系统服务的快速评估.     

基于国产高分卫星遥感数据的现代黄河三角洲入侵植物互花米草监测方法

本文以国产高分一号和高分二号影像为数据源,辅以现场调查数据,发展了一种结合空间位置与决策树分类的互花米草信息提取方法。首先基于互花米草适宜生长于高潮带下部至中潮带下部区域的特点,利用高潮时获取的Landsat 5遥感图像缨帽变换的湿度分量,通过二值化处理和矢量后处理提取现代黄河三角洲互花米草生长的向陆边界,进而对高分图像的互花米草生长区域进行掩膜;基于掩膜后的高分图像,利用决策树分类方法对互花米草分布范围进行提取。通过对现代黄河三角洲互花米草信息提取实验,表明提出的分类方法能够较为精确地识别和提取互花米草信息,总体分类精度达到97.05%。通过对提取的互花米草分布情况的统计和分析,发现整个现代黄河三角洲地区的互花米草总面积约有3278.1100 hm2,主要分布于黄河故道西侧、五号桩、孤东油田东南侧和黄河现行入海口两侧等四个区域,其中黄河现行入海口两侧是2002年之后出现的新生互花米草区域,互花米草面积最广,占现代黄河三角洲互花米草总面积的91.39%;其次为孤东油田东南侧及五号桩,自首次引种互花米草至今都有互花米草分布,所占比例分别为6.22%和1.59%;本文首次在黄河故道西侧发现互花米草,在此前的研究工作中均未报道,互花米草面积最小,约为26.1527 hm2。     

梅花鹿养殖场抗生素抗性基因分布特征

梅花鹿养殖是近年来我国南方地区出现的新兴养殖业.为探究梅花鹿养殖对养殖环境抗生素抗性基因的影响,采用高通量荧光定量PCR研究了抗生素抗性基因在养殖场区对照土壤、梅花鹿新鲜粪便、梅花鹿粪便堆肥产物和施用堆肥菜地土壤中的分布、丰度和多样性.结果表明,抗性基因的绝对丰度梅花鹿粪便堆肥产物梅花鹿新鲜粪便施用堆肥菜地土壤养殖场区对照土壤,抗生素抗性基因在4种环境样品中具有不同分布格局;梅花鹿养殖场环境中抗性基因丰度与可移动基因元件丰度显著相关(P0.05),表明可移动基因元件可能加快了抗性基因的水平转移过程,促进了抗性基因的迁移、传播和富集,加剧了养殖环境抗生素抗性基因污染.     

曝晒位置对纯铜热带海洋大气环境腐蚀性能的影响研究

目的研究不同离岸曝晒位置对纯铜热带海洋大气环境腐蚀性能的影响。方法通过对T2铜在三亚热带海滨离岸不同距离进行24个月的大气曝晒试验,结合大气Cl~-在相应位置的沉积量及湿度变化情况,并采用扫描电子显微镜、X射线能谱仪和XRD等对其腐蚀产物形貌、成分和物相进行分析。结果 T2铜热带海洋大气腐蚀以均匀腐蚀为主,其平均腐蚀速率随离岸距离的增加、曝晒时间的延长而下降。腐蚀产物为双层结构,外层为具有疏松结构的绿色Cu_2(OH)_3Cl,内层为致密的Cu_2O。随着离岸距离的增加、暴露时间的延长,试样表面电解液介质中Cl~-浓度越大,T2铜腐蚀产物中Cu_2(OH)_3Cl含量增加,但腐蚀产物生成主要以Cu_2O相为主。结论腐蚀速率与盐雾沉积量与离岸距离变化关系存在差异,盐雾沉积量先升后降,在离岸80 m处有最大值,由于大气相对湿度的影响,导致T2铜腐蚀速率在离岸0 m处有最大值,在离岸80 m处有极大值。     

天然气管路导气球阀失效分析

目的分析西部某气田天然气管路球阀发生开裂泄漏事故的原因。方法对球阀的化学成分、断口、金相组织等进行检测分析。结果球阀裂纹起源于阀体内表面,裂纹沿晶界扩展,晶界未发现贫铬现象,不存在晶间腐蚀;阀体材料存在沿晶铸造缺陷和枝晶露头,水淬激冷过程中形成沿晶微裂纹,承压状态下裂纹沿晶扩展;球阀螺纹根部最薄且应力集中,裂纹由内向外扩展,最终沿螺纹根部环向断裂,断口形貌为沿晶断裂。结论导气球阀失效原因是螺纹根部存在应力集中和铸造阀体存在缺陷。在两者共同作用下,导致阀体承压状态下沿晶脆性断裂。     

西南典型岩溶地下河系统水文地球化学特征对比:以重庆市青木关、老龙洞为例

为探究不同土地利用类型和人类活动方式下西南典型岩溶地下河的水文地球化学特征,以地质背景相似的重庆青木关和老龙洞地下河为例,从月动态、单场降雨动态两个尺度,利用独立样本t检验、主成分分析(PCA)等方法对两岩溶地下河出口姜家泉、老龙洞的水文地球化学特征及其影响因素进行对比研究.结果表明,姜家泉与老龙洞的Ca~(2+)、HCO_3~-、Mg~(2+)、K~+、NO_3~-、Na~+、SO_4~(2-)、Cl~-、电导率等差异显著,姜家泉K+、NO-3的月动态变化幅度和浓度均值大于老龙洞,Na~+、SO_4~(2-)、Cl~-的月动态变化幅度和浓度均值则小于老龙洞.由PCA分析可知,水-岩作用对两岩溶地下河水的水化学特征及变化都起重要作用,但青木关主要受农业活动影响,老龙洞则主要受城镇活动、工业活动影响.由于人类活动影响方式和程度的差异,两岩溶地下河对单场降雨的响应也不同,姜家泉各指标变化与流量变化高度一致,老龙洞各指标的变化相对无序.青木关水化学特征的动态变化受水土流失、农业活动影响较大,水-岩作用次之.老龙洞则主要受到水-岩作用的影响,受城镇活动、工业活动、水土流失作用的影响也较明显.     

太湖表层沉积物中PPCPs的时空分布特征及潜在风险

使用HPLC-MS/MS技术,对太湖周边15个河流入库口和6个水源地沉积物中9种药物及个人护理品(PPCPs)进行检测,其几何均值范围分别为1.60~129 ng·g-1和1.36~22.0 ng·g-1,其中咖啡因的含量占15个河流入库口沉积物中9种PPCPs总含量的52%,为河流入库口沉积物中PPCPs的优势污染物,林可霉素、甲氧苄啶、阿奇霉素、磺胺甲恶唑、泰乐菌素等5种抗生素的含量占6个水源地沉积物中9种PPCPs总含量的79%,为6个水源地沉积物中PPCPs的优势污染物.从空间分布来看,太湖西偏北部分的竺山湾和宜兴东部湖区附近沉积物中的PPCPs含量较高;从PPCPs的组成来看,各采样点PPCPs有不同的来源,总的来说有市政污水排放、畜牧养殖业污水排放和水产养殖业用药直接施用于太湖水体等3个来源.15个河流入库口沉积物中人类使用药物对太湖沉积物中PPCPs含量的贡献较大,6个水源地沉积物中兽用及水产养殖业中使用的药物对太湖沉积物中PPCPs含量的贡献较大.本研究检测出太湖周边河流入库口中有较高含量的PPCPs,说明周边区域有污染源持续向太湖输入;应用风险商值(RQ)模型评价太湖表层沉积物中PPCPs残留对沉积物生态环境的影响,河流入库口与水源地对乙酰氨基酚、阿奇霉素和磺胺甲恶唑的RQ大于1,对沉积物生态环境具有高风险;卡马西平的RQ值介于0.1~1之间,对沉积物生态环境具有中风险;其他几种PPCPs化合物RQ值介于0.01~0.1之间,对底栖生态环境具有低风险.     

氮磷失衡下膨胀污泥性能及膨胀菌群落结构变化

采用高通量测序技术（16S rRNA）、高效液相色谱（HPLC）等方法,重点比较了不同氮磷失衡条件下膨胀污泥性能及群落结构（含膨胀菌）的变化.结果表明,以膨胀污泥为接种污泥（A/O工艺）,经过一段时间培养单独限氮（R_N）组的沉降性能可恢复到SVI<150 mL·g^-1,单独限磷（R_P）组SVI指数呈现相对较弱的改善趋势;正常C/N/P（100：5：1）条件的R₀会导致污泥SVI指数最高（SVI=1496 mL·g^-1）,其次为同时限制氮磷组（R_NP）.正常营养条件下膨胀污泥脂多糖相对含量（LPS/MLVSS）与沉降性能SVI的皮尔逊相关性分析结果存在显著负相关（r=-0.625,P<0.05）;营养限制条件下污泥（膨胀期）LPS对生物量的指示性更为准确.Thiothrix为4组反应器中主导膨胀菌,PCoA的结果显示Ⅱ、Ⅲ阶段中存在氮限制的组（R_NP、R_N）群落迁移变化较大,RDA结果显示Thiothrix与污泥沉降性能及比耗氧速率呈现显著相关.