Microalgae Scenedesmus obliquus as renewable biomass feedstock for electricity generation in microbial fuel cells （MFCs）

Renewable algae biomass, Scenedesmus obliquus, was used as substrate for generating electricity in two chamber microbial fuel cells （MFCs）. From polarization test, maximum power density with pretreated algal biomass was 102mW·m^2 （951mW·m^3） at current generation of 276mA·m^-2. The individual electrode potential as a function of current generation suggested that anodic oxidation process of algae substrate had limitation for high current generation in MFC. Total chemical oxygen demand （TCOD） reduction of 74% was obtained when initial TCOD concentration was 534mg · L^-1 for 150 h of operation. The main organic compounds of algae oriented biomass were lactate and acetate, which were mainly used for electricity generation. Other byproducts such as propionate and butyrate were formed at a negligible amount. Electrochemical Impedance Spectroscopy （EIS） analysis pinpointed the charge transfer resistance （112Ω ） of anode electrode, and the exchange current density of anode electrode was 1214 nA·cm^-2.     

CO2浓度升高对湖泊浮游藻类与浮游细菌耦合关系的影响

采用控制空气CO2浓度的围隔体系(P1: 400×10-6体积分数,下同,P2: 800×10-6,P3: 1200×10-6),在不同空气CO2浓度条件下,分析水华微囊藻对CO2的同化作用和异养细菌对藻源性有机碳的异化作用,以及二者出峰时间耦合关系的变化.结果表明,CO2浓度升高能够促进水华微囊藻的生长,P1、P2和P3条件下藻的数量分别达9.4×106,1.1×107,1.5×107cells/mL.同时高浓度CO2降低了藻细胞内酯酶活性但并未影响藻达到峰值所需时间.在不同CO2浓度水平下,浮游细菌达到峰值的时间顺序是P1(12d)vP2>vP1,细菌活性是P3>P2>P1.高CO2浓度条件下,浮游藻类呈现高生物量和低活性的状态,而浮游细菌呈现低生物量和高活性的状态,反映出CO2浓度的改变对同化和异化作用不同的影响机制.因此,CO2浓度升高后导致的浮游藻类生物量的积累可能无法通过促进浮游细菌的生长达到有效转化.     

基于二维湖泊藻类模型的洪泽湖藻类空间动态模拟

将洪泽湖分为北、东、西3区,基于二维湖泊藻类模型构建洪泽湖藻类空间动态模型.利用水文、气象、水质数据初始化模型、设定边界条件,并用2012年逐月叶绿素a实测浓度校正模型参数,模拟出洪泽湖2012年叶绿素a浓度连续变化过程.从时间维度看,叶绿素a浓度变化多呈“双峰型”趋势,分别在4月和8月左右出现峰值;湖心和出湖口站点呈单峰型或无明显峰值;颜圩站点出现多个浓度峰值.从空间维度看,西区叶绿素a平均浓度最低且空间差异不明显;北区因湖水流动性差,浓度分布均匀,且靠近湖岸地区浓度较高;东区叶绿素a浓度受过水通道影响较大,空间差异显著.虽然受大型浅水湖泊模拟不确定性等因素影响,个别点位模拟误差偏高,但不会影响整体分析结果,模拟结果具有较高可信度.     

光照、温度和氮磷限制对6种典型鱼毒性藻类生长及产毒的影响

为了探究温度、光照、和营养盐对鱼毒性藻类产毒的影响,本文分析了6种我国沿海典型具溶血活性的鱼毒性藻类在不同温度(15℃,25℃,30℃)、光照强度(20 mol/m2/s,60 mol/m2/s,100 mol/m2/s)、氮磷限制(1:1;1:16;1:128)条件下的生长和溶血活性的变化。结果表明,鱼毒性藻类的溶血活性在不同生长期差异明显。海洋卡盾藻(香港株)(Chattonella marina)、卵圆卡盾藻(C.ovata)、米氏凯伦藻(Karenia mikimotoi)、赤潮异弯藻(Heterosigma akashiwo)在对数期溶血活性较高,衰亡期溶血活性较低,而球形棕囊藻(Phaeocystis globosa)与小定鞭藻(Prymnesium parvum)在稳定期溶血活性最高,对数期溶血活性最低。藻类的培养环境和营养条件对鱼毒性藻类溶血毒素的合成有明显的影响,在光照强度、温度和氮磷限制条件下,藻类单个细胞的溶血活性会发生明显变化,6种藻类的溶血活性均随光照强度的升高而增强,在培养温度15~30℃范围内,除球形棕囊藻外,其他5种藻类的单个藻细胞溶血活性随温度的上升而增加,氮磷限制可促进溶血毒素的合成。     

纳米氧化锌对凋落物降解微生物群落结构和代谢功能的影响

随着纳米技术的迅速发展,纳米氧化锌广泛应用于抗菌涂料、电子装置、个人护理品等产品中,其生态毒理机制已成为生态学的研究热点。为了探究水生丝状真菌对纳米氧化锌的响应及适应机制,本文选用3种不同粒径的纳米氧化锌30 nm、90 nm和200 nm作为影响因子,通过室内模拟钻天杨Populus nigra L.凋落叶降解过程,研究纳米氧化锌的慢性暴露对水生丝状真菌生物量及代谢功能的影响效应,其中包括真菌的生孢率、群落多样性、脱氢酶活性、胞外降解酶活性、体系pH值、凋落叶降解速率以及碳氮含量,结果表明,粒径较小的纳米氧化锌(如30和90 nm)对水生丝状真菌活性及细菌代谢功能的抑制作用更强,且抑制作用达到显著水平所需的时间越短。46 d的慢性暴露显著影响了水生丝状真菌的生孢率与群落组成,其中Alatospora的生孢率与凋落叶降解速率呈显著负相关,表明该菌是纳米氧化锌的敏感菌,而Anguillospora和Flabellospora在纳米氧化锌的介入环境中产出较多的分生孢子,表明其为纳米氧化锌的耐受菌。另外,纳米氧化锌的长期暴露使水生丝状真菌对有机氮的降解功能具有促进作用,而对有机碳的代谢功能没有明显影响。总之,水生丝状真菌对纳米氧化锌的响应导致了凋落叶降解速率及碳氮分解效率在各处理间呈现显著差异。综上所述,本研究为纳米氧化锌对生态过程的毒理机制提供了必要的理论基础。     

地表水中抗生素复合残留对水生生物的毒性及其生态风险评价

针对上海地区地表水中混合并持久残留的抗生素对水生态的危害,测试了3种主要被使用的抗生素(磺胺甲恶唑,SMZ;土霉素,OTC;氟苯尼考,FF)对4个不同营养级的水生生物代表种(蛋白核小球藻、费氏弧菌、大型蚤和斑马鱼胚胎)的单一毒性和联合毒性,并进一步对生态风险进行评估来探究抗生素对水生态系统的综合作用。研究表明:水生生物对单一抗生素暴露的毒性敏感顺序为:蛋白核小球藻斑马鱼胚胎费氏弧菌大型蚤。用联合指数(CI)来评价抗生素二元混合物之间的相互作用时发现对于不同水生模式生物,抗生素之间的相互作用方式以拮抗作用(CI1)为主。通过与浓度加和(CA)和独立作用(IA)2个传统模型的预测效果比较,发现CI模型能准确预测到抗生素联合毒性偏离相加作用。由于养殖废水中这3种抗生素的含量均远高于其他水体(如黄浦江、长江口、工厂废水),其对不同营养级的水生生物均表现出较高的风险性,需要对养殖废水采取相应的风险削减措施;相比之下,其他水体中抗生素对费氏弧菌、斑马鱼胚胎、大型蚤均表现出低风险,但是对蛋白核小球藻仍具有一定的风险性,需要警惕抗生素对水体初级生产者的风险性。     

水体硬度对铅水质基准值的影响及校正方法探究

水体硬度对铅的水生生物毒性具有显著影响,但我国当前关于铅水质基准的研究中还缺乏针对硬度影响的关注.本文选用"集合斜率"和"标准斜率"2种典型的硬度校正法对搜集筛选后的毒性数据做校正处理,通过物种敏感度分布法推导铅的淡水水质基准.结果表明,在水体硬度为100 mg·L-1(以CaCO3计)水平下,2种校正法所得铅的短期水质基准分别为90.7μg·L-1和89.8μg·L-1,长期基准分别为2.7μg·L-1和3.9μg·L-1;在急性毒性数据充足条件下,2种校正法所得基准值极为相近;而在慢性数据量较少情况下,2种方法所获得的长期基准值在较高硬度水平下表现出明显差异,对比之下,"标准斜率"法为更优选择;与未校正硬度的结果比较发现,水体硬度参数会对铅的水质基准值产生显著影响.该结论对我国其他同类水溶态金属(如镍、镉和铬(Ⅲ)等)的水质基准研究具有一定借鉴意义.     

纳米颗粒对淡水藻类生长的影响:毒性机制与复合毒性

近年来,纳米颗粒在生活、工业生产中的应用日益广泛,而这些纳米颗粒的应用引起的一系列环境问题越来越被密切关注.纳米材料在使用过后不可避免地会释放到水环境中,不仅会影响水生生物的生长代谢,也会污染水体,影响水源水质.而藻类作为水生食物链的初级生产者,对于纳米颗粒在水环境中的积累和迁移起着至关重要的作用.本文首先总结了不同种类的纳米颗粒对水环境中不同藻类生长代谢的影响和相关的毒性机制,包括破坏细胞完整性、氧化应激胁迫、破坏光合系统、基因水平异常和有毒物质的释放等.其次,系统总结了纳米颗粒表面特性(如粒径、晶型、表面电荷、亲疏水性、光敏性、表面涂覆、老化和纳米颗粒的均相与非均相等)、水环境影响因素(如自然有机物质、环境胶体、离子强度、pH、硬度、光照和温度等)和藻类胞外聚合物对纳米材料毒性的影响.最后,还综述了水环境中关键污染物和纳米颗粒对藻类的复合毒性.对于纳米颗粒对水环境中藻类生长的毒性作用、影响机制以及复合毒性的系统总结,有利于全面了解纳米颗粒的环境行为和生物毒性.