基于环境DNA宏条形码的太湖流域底栖动物监测与生态健康评价

大型底栖动物是生态环境监测和评估的主要目标生物类群之一。环境DNA宏条形码技术的发展为提高底栖动物多样性监测的通量、精准性、标准化程度提供了新的机遇,但该方法在我国尚未有流域尺度的应用先例,其结果的可靠性和对生态环境健康状况的指示性有待检验。率先将环境DNA宏条形码技术用于太湖流域65个点位的底栖动物监测和流域生态健康评价,并与同步进行的形态学监测结果进行了比较。结果表明:①环境DNA方法能检出更多的底栖动物类群,在科、属、种水平上检出的分类单元数分别是形态学监测结果的106%、132%、155%;②基于环境DNA技术的检测方法能够很好地识别形态学监测结果中的优势物种,检出的科级、属级分类阶元能够覆盖形态学监测结果中90%以上的生物量和个体数,同时包含60%以上的物种数;③两种方法对同一物种的检出频次显著相关(R²>0.7,P<0.0001),总体检出一致率达72.3%;④在底栖动物完整性指数(B-IBI)方面,环境DNA方法与形态学方法的计算结果显著相关(R²=0.235,P<0.0001),94%的点位的B-IBI等级划分误差在1级以内,且两种方法的计算结果在底栖动物完整性的流域空间格局描绘上高度重合。综上所述,环境DNA宏条形码技术在太湖流域底栖动物群落监测和评价中的整体应用结果表明,环境DNA监测方法结果可靠,将其进一步规模化应用有望显著提高我国水生态系统生物监测结果的准确性和生态健康评价的技术水平。     

百乐克(BIOLAK)活性污泥宏基因组的生物多样性及功能分析

百乐克(BIOLAK)是一种在全球范围内得到成功推广的多级活性污泥工艺,然而,迄今对于百乐克工艺的核心元件——活性污泥的生物群落及其功能尚鲜见报道.以连云港市大浦工业区废水处理厂为例,借助于新一代高通量测序技术,获得百乐克活性污泥中大规模的宏基因组数据(428 588条高质量DNA序列).鉴定出47个门类、872个属及1 351个物种.细菌域(289 933条序列)中包含33个门,其中变形菌门Proteobacteria是生物量最丰富的门(62.54%),其次是拟杆菌门Bacteroidetes(11.29%)、硝化螺旋菌门Nitrospirae(5.65%)和浮霉菌门Planctomycetes(4.79%),显示这些生物类群在百乐克废水处理系统中发挥着关键作用.在748个细菌属中,硝化螺菌属Nitrospira(5.60%)最为丰富,为活性污泥氮循环过程中的关键菌群.其次为芽单胞菌属Gemmatimonas(2.45%),是生物除磷过程的重要菌属.在古菌域(1 019条序列)中鉴定出3个门及39个属.在真核域(1 055序列),鉴定出10个门及60个属,其中,纤毛虫门Ciliophora是最大的门(257条序列).同时,检测到448条病毒序列,主要为噬菌体.在百乐克活性污泥中,参与氮、芳香化合物和磷代谢的功能基因比例分别为2.50%、2.28%和1.56%,均高于美国和澳大利亚两个废水处理厂活性污泥中功能基因的比例.在氮代谢的4个过程中,反硝化相关基因所占比重最高,达到80.81%,其次是氨化(12.78%)、硝化(4.38%)和固氮(2.04%).总之,在百乐克活性污泥中蕴藏着惊人的生物多样性,同时,参与氮、芳香化合物和磷代谢的功能基因非常丰富.     

松花江流域生物完整性时空变化分析

采用大型底栖动物生物完整性指数(B-IBI)法对松花江流域的水生态环境质量进行研究分析。结果表明,2015年松花江流域各点位水生态环境质量17.24%为优、10.34%为良好、24.14%为一般、41.38%为较差、6.90%为很差。与2012年松花江流域水生态环境质量的比较和趋势分析表明,松花江干流下游、第二松花江、松花江支流的水生态质量均出现不同程度的改善,松花江干流下游改善尤为显著,松花江干流上游生态质量基本保持不变,嫩江水生态质量有下降迹象。流域总体水生态环境质量得到进一步改善,总物种数和清洁指示类群EPT丰度均有增加。     

嘉善前体物与气象因子对臭氧生成的影响及臭氧潜在源区分析

利用2017年嘉善善西超级站臭氧(O₃)及其前体物(NO_x和VOCs)以及气象因子(温度、湿度、风速)逐小时数据,分析了2017年全年NO_x和O₃的变化特征以及春季(4—5月)、夏季(7—8月) NO_x和气象因子对O₃生成的影响,利用O₃生成潜势(OFP)评估了VOCs大气化学反应活性,并通过潜在源区贡献(PSCF)和浓度权重轨迹(CWT)方法分析了嘉善春、夏季O₃潜在源区贡献特征。研究发现:O₃日变化特征为单峰结构,NO_x为弱双峰结构。O₃浓度在3—9月较高,春、夏季O₃浓度峰值分别出现在15:00和14:00,春、夏季的NO_x、O₃日变化与2017年全年日变化趋势基本一致。NO_x对O₃存在滴定作用,且低湿高温有利于O₃     

土壤污染物的生态毒理效应和风险评估研究进展

环境生态风险评估（ERA）流程已经被纳入全球环境政策中,既用于规范新化学物质的授权和营销（前瞻性环境生态风险评估）,也用于评估潜在的污染场地（回顾性环境生态风险评估）。将土壤生态毒理学应用于风险评估,能阐明有毒物质对土壤生态系统中生命有机体的危害程度与范围。笔者主要介绍了应用评估因子法和物种敏感度分布法对基于效应数据进行的外推与估算,并综述了欧美等主要国家和地区的土壤生态风险评估框架、相关法律法规及其实施情况等,为中国开展土壤污染物生态毒理效应和风险评估等相关研究提供参考。     

饮用水源微生物快速检测技术的发展及应用

微生物是威胁饮用水安全的首要问题,水环境微生物快速检测技术的开发和应用是推动饮用水源微生物快速检测和水质安全预警技术发展的保障。随着对水质微生物污染快速检测和准确预警新要求的提出,水环境中微生物在线检测和预警技术得到了越来越多的开发和应用。笔者总结了水环境常见微生物检测方法和技术的发展,重点讨论了饮用水源微生物快速检测技术的发展和应用,根据各项技术的应用和推广使用程度,将其归纳为常用快速检测技术、潜在适用快速检测技术和新型快速检测技术等类别,并详细阐述了一些应用较广的技术,以期为构建水质微生物污染早期预警系统提供参考。     

基于时间序列法的滇池流域新宝象河污染风险预测

入湖河流是滇池流域主要污染物的输送途径,为减少入湖污染负荷,需保证入湖断面水质达标。以新宝象河入湖河口2005—2017年的水质数据为基础,使用描述统计方法分析年度水质波动,采用单因素方差分析法对水温、降雨、污染物浓度进行季节性差异分析,并应用时间序列法对多年水质情况建立模型。结果表明,入湖污染最严重的时间是2007年,之后除总氮外其他污染物浓度迅速下降,直至2014年入湖河口水质达到地表水Ⅳ类标准,满足了规划的要求。河流的水温和区域降雨量具有显著的季节差异性,污染物浓度受降雨、回补水等各种因素的影响,总体呈现春季较高、秋季较低的现象。时间序列模型预测结果显示CODCr超标风险最大,为了预防超标的情况出现,提出了相应的防控措施,包括提升旁路治理能力、优化湿地调蓄、启动面源拦截等。     

油脂对污泥和餐厨垃圾厌氧消化的影响

探究了油脂对污泥和餐厨垃圾厌氧消化性能的影响。结果表明,油脂对污泥和餐厨垃圾厌氧消化的影响与油脂的含量相关。当油脂质量分数由0提高至30%时,生物气的产量(以挥发性悬浮固体VSS计)也由385 m L/g提高至489 m L/g,然而继续升高油脂含量会抑制生物产气。机理分析表明,适当提高油脂含量能够提高有机物的溶出、VSS的减量以及挥发性脂肪酸(VFA)的积累,从而为微生物提供了良好的条件。过高含量的油脂会抑制有机物溶出和VFA的积累。     

基于SVM的矿井通风阻力系数影响因素分析与预测

矿井通风阻力系数是通风安全最重要的基础参数之一,为了实现矿井通风阻力系数简单准确地预测,提出了利用支持向量机（SVM）来预测矿井通风阻力系数的方法。通过分析影响因子与矿井通风阻力系数的相关性关系,并利用MATLAB逐步建立单影响因素与矿井通风阻力系数、多影响因素与矿井通风阻力系数之间的SVM预测模型,对比分析各预测模型的相对误差,确定最佳矿井通风阻力系数预测模型,即当输入模型影响因素为巷道断面积、周长和支护方式时,预测相对误差小于10%的样本数占测试样本的76%,相对误差小于20%的样本数占测试样本的90%。结果表明:该预测方法在矿井通风阻力系数预测中是可行的,并具较高的准确性。