纳米金属颗粒在土壤-植物系统中的迁移转化及生物效应研究进展

纳米金属颗粒的安全性是我国纳米产业发展亟需解决的重要课题,认识纳米金属颗粒在土壤-植物系统中的迁移转化和生物效应是其安全性研究的重要内容. 本文系统阐述了纳米金属颗粒在土壤中的迁移转化、在植物中的运输过程和机制以及在植物中的生物转化及其对植物的生物学效应,并在此基础上提出未来研究展望. 结果表明:①复杂的土壤环境(pH、离子强度、离子价态、温度、溶解性有机质)能够影响纳米金属颗粒在土壤中的迁移及其形态转化(吸附/解吸、分散/沉降、解离和氧化/还原);②纳米金属颗粒首先吸附在植物的根部,再通过质外体或共质体途经向植物内部转移,由木质部和韧皮部组成的维管系统进行转运;③根际分泌物以及植物体内的蛋白质与有机酸等对纳米金属颗粒在植物中的生物转化起到重要作用;④纳米金属颗粒可以通过引起氧化应激或抑制营养元素吸收对植物产生毒性效应. 为此,提出未来研究展望:建议重点关注纳米金属颗粒在土壤中形态转变过程的耦合效应,以及各赋存形态在植物体内的运输途径、生物转化过程机制及其对植物生物效应的贡献等.      

典型工程纳米材料对微藻的毒性效应研究进展

近年来,随着纳米技术的快速发展,工程纳米材料由于其良好的物理化学特性而广泛应用于各行各业。然而,在生产、使用和丢弃含有工程纳米材料产品的过程中不可避免地导致纳米材料释放到水环境中。工程纳米材料已在世界多地的水环境中被检测到,给水生态系统和人体健康带来潜在风险。由于水环境的复杂性,工程纳米材料在水体中的环境行为、毒性效应等生态风险还未得到充分的研究。本文以微藻为模型生物,总结了典型工程纳米材料,包括纳米金属、纳米氧化物、碳纳米材料以及量子点的毒性效应。探讨了工程纳米材料在水中的环境行为以及与其它污染物的复合毒性效应,讨论了工程纳米材料自身理化性质和环境因素对其毒性的影响。从生理指标和组学指标出发分析了工程纳米材料对微藻的毒性机制,并展望了工程纳米材料毒性研究的发展方向,以期为工程纳米材料的毒性评价提供一定的理论依据,促进纳米材料的绿色发展。     

黄土区典型小流域矿物化学风化及碳汇效应

黄土中蕴含了巨大的碳库,黄土中碳的转移对区域乃至全球碳循环具有重要影响。本文选择山西省临县一典型黄土小流域青凉寺沟流域进行调查分析,研究黄土水的化学特征及离子来源,分析黄土矿物的溶蚀过程及碳汇效应,并利用正演模型和水化学方法估算不同矿物的离子贡献比例及流域碳汇通量。结果发现,研究区黄土化学成分的含量由高到低依次为SiO_2、Al_2O_3、CaO、Fe_2O_3、MgO、K_2O、Na_2O,表现出贫SiO_2、Fe_2O_3,富CaO、MgO的特点;黄土水的pH呈中性偏碱,阴离子主要以HCO_3~-为主,阳离子以Na~+为主,水化学类型为重碳酸-钠型(HCO_3~--Na~+),水化学组成与黄土的化学组成相对应;流域内不同端元离子来源贡献计算结果表明,大气沉降、人类输入、蒸发盐矿物、硅酸盐矿物和碳酸盐矿物化学风化贡献的溶解物质分别占总溶解物质的1. 66%、6. 32%、10. 38%、62. 23%、19. 31%;黄土区长时间的水-矿物作用是硅酸盐矿物溶解贡献占主导的主要原因,阳离子置换反应、土壤-盐分浸出与蒸发以及人类输入对硅酸盐矿物溶解也有一定的贡献;受黄土区相对低温少雨的影响,黄土矿物的平均化学风化速率较低,为9. 31 t/(km~2·a),低于全球岩石的化学风化速率平均值36 t/(km~2·a),但是其消耗大气CO_2的速率较高,约为6. 34 t CO_2/(km2·a),明显高于同纬度三川河岩溶流域的碳汇速率(5. 28 t CO_2/(km~2·a));利用水化学径流法计算的青凉寺沟黄土小流域的矿物化学风化的大气CO_2消耗量为0. 18×10~4t/a,为中国黄土区大气CO_2消耗量的估算提供基础数据。     

天津中心城区典型下垫面降雨径流污染冲刷特征分析

为研究城市降雨冲刷过程中污染物变化特征,选取天津市中心城区3类典型下垫面,针对2018年6—8月期间5场降雨事件,分析降雨初期冲刷效应和径流污染特征。结果表明:SS和COD是降雨径流中的主要污染物,降雨径流污染程度从大到小依次为小区路面>平屋面>斜屋面。SS与COD、浊度以及TP存在一定相关性,是降雨径流中污染物的主要载体。典型场次降雨事件中斜屋面前30%的径流量输送SS、COD污染物总量的比例分别为73. 33%、57. 78%,平屋面为61. 11%、56. 67%。各下垫面径流污染均存在一定程度的初期冲刷效应,其中屋面径流冲刷与Sartor-Boyd模型拟合相关性较好。     

哈尔滨市大气细颗粒物污染特征及其毒性效应

为研究哈尔滨市大气细颗粒物的污染特征及其毒效应,分别采集PM_2.5、PM_1.0样品,分析其质量浓度、数浓度的变化分布特征以及对小鼠肺损伤的影响.结果表明：2017年全年PM_2.5、PM_1.0的质量浓度均呈冬高夏低趋势;PM_1.0质量浓度占PM_2.5总质量浓度的62%~85%,PM_1.0数浓度变化趋势为两边高中间低,且其大小与温度呈负相关,与相对湿度无显著相关性;研究大气颗粒物对小鼠肺损伤影响时发现,染毒组小鼠肺组织细胞中LDH、ACP、AKP、ALB增高,说明大气颗粒物PM_2.5和PM_1.0对小鼠肺组织细胞具有毒效应;肺灌洗液中MDA、NO、NOS水平升高,SOD活性下降,说明PM_2.5和PM_1.0都使机体发生氧化损伤,且PM_2.5和PM_1.0质量浓度增加,会使小鼠肺组织细胞毒效应增强,由此引发的机体氧化损伤程度增大.     

基于线性混合效应模型的河北省PM2.5浓度时空变化模型研究

京津冀地区大气PM_2.5污染严重.为揭示区域PM_2.5时空分布规律,使用2013-2014年河北省地面站点PM_2.5监测数据、MODIS AOD（气溶胶光学厚度）遥感数据、地面气象站点数据和土地利用调查数据,基于线性混合效应模型（LME）,建立了ρ（PM_2.5）时空变化与AOD因子、气象因子、土地利用因子之间的关系模型.采用十折交叉验证法对模型精度进行检验,并利用计算得到的校正因子[全部实测的ρ（PM_2.5）年均值除以参与建模的所有实测ρ（PM_2.5）年均值]纠正因AOD非随机性缺值导致的抽样偏差.结果表明:①河北省区域模拟精度R2（决定系数）为0.85,经交叉验证后R2为0.77,RMSE（均方根误差）和RPE（相对预测误差）分别为18.28 μg/m3和28.68%.②ρ（PM_2.5）年均值模拟结果的校正因子范围为1.24~2.05,校正后的研究区ρ（PM_2.5）年均值为89.84 μg/m3,与实际监测数据相近.③ρ（PM_2.5）空间分布呈平原高、山区低,平原地区西南高、东北低的趋势.④ρ（PM_2.5）与AOD、温度、相对湿度呈正相关,与风速、大气能见度呈负相关.研究显示,线性混合效应模型能有效对ρ（PM_2.5）进行时空变化模拟,并实现对非地面监测地区ρ（PM_2.5）时空变化的预测,恰当的预测因子组合和模型校正有助于模型预测精度的提升.      

滇西北高原湖泊剑湖演变过程及其生态环境效应分析

以滇西北高原湖泊剑湖为研究区,1974—2015年间8期遥感影像为数据源,运用遥感和地理信息系统技术,研究剑湖湖泊近40年间的时空演变过程,探析剑湖湖泊的入湖污染物及其生态环境效应变化。结果表明:近40年来剑湖湖泊面积呈现先明显减少再增加后缓慢减少的变化规律,由1974年的504.47 hm~2减至2015年的451.72 hm~2;目前剑湖水体中COD含量较低,符合地表水环境质量Ⅱ类标准;TP含量满足Ⅲ类标准;TN含量仅可满足IV类标准;剑湖入湖的主要污染源是农村生活污染和农业面源污染;随着时间的演变剑湖湖泊TN、TP污染物浓度呈上升趋势,剑湖湖泊生态系统受到极大干扰。     

基于宏观计量经济面板数据模型的我国交通事故发生规律研究

从经济发展水平、人口数量、汽车保有量和道路条件等宏观因素入手,分析了我国8个省市不同经济发展条件下,人均GDP与千人汽车保有量、万车死亡人数、十万人口死亡人数和人均道路里程之间的关系,并选取万车死亡人数作为因变量,人均GDP、千人汽车保有量和人均道路里程作为自变量,以科布-道格拉斯生产函数为基础,建立了基于计量经济学的固定效应面板数据模型,并对我国交通事故发生规律进行了模拟分析。结果表明:模型拟合效果较好,相关系数R2为0.957 1,各项因素均表现显著,模型较好地反映了我国2003年之后8省市的交通事故宏观规律。     

电离层对短波测向系统的影响分析

目的研究电离层对短波测向系统的影响。方法从电离层传播介质入手,分析路径偏离效应和波干涉效应的形成机理及其对短波测向的影响。结果电离层系统倾斜引起的测向误差可借助电离层长期预测模型、短期预测算法或电离层实时探测数据对测向方位偏差进行补偿。行波扰动不可预测,只能依据行波扰动观测结果进行测向误差校正。波干涉误差可通过时间平滑进行抑制。结论提升现有短波测向系统测向性能的根本途径是为短波测向系统配备电离层探测设备,准确获取系统覆盖区内电离层状态信息,并进行传播效应补偿。     

黑炭分解的影响因素及其激发效应机制研究进展

黑炭是生物质和化石燃料不完全燃烧形成的富含C的固体有机材料,广泛存在于环境中,具有长期存储C的潜力,在全球C循环中具有重要作用,并且被作为减缓气候变化的重要策略。然而,当前我们有关黑炭分解及其激发效应机制的知识是有限的。因此,需要全面深入了解影响黑炭分解的控制因素及其激发效应的可能机制。本文首先对黑炭分解研究进行综合分析,详细评述了气候/培养条件,土壤特征、黑炭性质以及干扰因素对黑炭分解的影响及其机理。其次,介绍了黑炭激发效应的测定方法,重点综述了黑炭激发效应大小与方向的影响因素及其可能机制。最后,指出了黑炭分解及其激发效应研究的不足,并提出了未来研究需要关注的问题和方向,以期为将黑炭融入到土壤有机质和生态系统模型提供借鉴。