基于信息安全与功能安全融合的安全控制系统设计方案研究

随着工业控制系统网络走向开放性,亟需推出信息安全与功能安全“两安”融合一体化技术方案。针对信息安全措施与原有的功能安全措施可能产生矛盾和冲突的问题,以SIL3安全控制系统为例,首先确定功能安全措施,通过定义系统边界识别出系统的威胁与脆弱性,得到信息安全防护措施,最后综合分析两种措施的可同时实现性,提出基于“两安”融合技术的控制系统设计方案。该方案以系统功能安全的可用性为目标和约束,通过考虑信息安全实现迭代优化设计,实现工业系统的“两安”融合。     

三峡库区退耕还林后植物多样性研究

通过对三峡库区不同退耕还林阶段的植物群落调查,结果表明退耕还林后植物群落演替基本沿着:农田杂草→草地→灌木林地→天然次生乔木林的方向而发展.但由于退耕还林阶段受环境因素或干扰状况对群落植物多样性的影响,加上退耕还林中树种较为单一,退耕还林后群落的物种丰富度和物种多样性没有得到提高.通过对处于相同退耕还林阶段的不同植物群落类型的调查,以及对同一群落类型中具有不同群落结构的植物物种组成情况的调查发现,在植物群落内部,群落组成中的不同生活型的物种多样性表现为草本层＞灌木层＞乔木层.从优势种来看,乔木层主要为马尾松和柏木;灌层中为火棘、栓皮栎、山莓、黄构皮等;草本层中主要为白茅、茅叶荩草、白喜草、竹枝细柄草、渐尖毛蕨、日本金粉蕨、过路黄等.退耕还林10年后发育形成的密林中,乔木物种数目较多,多样性指数最大.     

基于MBBR技术的白酒窖底废水与低C/N生活污水协同处理系统的构建及功能微生物分析

为解决低C/N污水和高浓度白酒废水(HCBW)处理所面临的问题,采用移动床生物膜反应器(MBBR),构建了白酒窖底废水与模拟低C/N生活污水协同处理系统,以改性海绵填料和流化床填料分别探究HCBW作为反硝化外加碳源对低C/N生活污水处理的影响.结果表明:海绵填料协同处理系统(A1)对COD、NH4+-N、TN和色度的平...     

反硝化硫氧化工艺中功能菌株的筛选、识别及验证

反硝化硫氧化工艺是处理含硫含氮有机废水生物处理技术中最具潜力的污水处理技术之一。为了解反硝化硫氧化工艺中发挥主要功能的菌属信息,同步运行3个膨胀颗粒污泥床反应器,测定反硝化硫氧化效能,解析活性污泥微生物群落结构变化,分离筛选出活性污泥中的菌株并进行功能验证。结果表明：3个反应器稳定运行后均可实现100 mg/L NO^-₃-N和100 mg/L Ac^--C的100%去除,最高可以去除90%的200 mg/L S^2-;16S rRNA分析表明：稳定运行反应器活性污泥的微生物群落结构和多样性中,相对丰度较高的5个菌属为Azoarcus、Pseudomonas、Thauera、Arthrobacter和Desulfomicrobium;采用平板分菌和流式分选2种分菌方式共得到分属于19个菌属的50株菌,综合活性污泥群落结构和碳氮硫污染物的去除率,初步确定Azoarcus、Thauera、Pseudomonas、Acinetobacter和Agrobacterium为反硝化硫氧化工艺的功能菌属。     

再生水构建水环境中沉水植物附着细菌群落特征

沉水植物茎、叶附着生物膜对再生水构建水环境的水质改善具有重要作用.为探究再生水水质及沉水植物种类对附着生物膜细菌群落特征的影响,选取再生水构建的水环境中不同种类沉水植物为研究对象,采用16S rRNA高通量测序技术对其附着生物膜及周围环境样本的细菌群落结构和功能基因进行分析.结果表明,再生水水体中氮磷营养物质在水环境中得到了20%~35%的吸收利用,下游水体中COD、浊度和色度呈现升高趋势.沉水植物附着生物膜中细菌群落与周围环境（土壤、底泥和水体）及再生水处理厂活性污泥的细菌群落存在差异：在群落多样性上,其丰富度和多样性显著低于土壤和底泥中细菌但高于水中浮游细菌;在群落结构上,其优势菌属及对应相对丰度与其它样本不同,主要优势菌属有鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）、气单胞菌属（Aeromonas）、假单胞菌属（Pseudomonas）和不动杆菌属（Acinetobacter）,分别占比7%~40%.沉水植物种类和再生水水质（BOD₅、TN、NH₄⁺-N和TP）均会影响植物附着细菌群落,但水质对附着细菌群落的影响大于植物种类,且水质也会影响沉水植物附着细菌群落功能基因相对丰度,氮磷浓度较高区域氮循环与磷循环功能基因相对丰度较高.研究结果为揭示沉水植物附着细菌群落特征和优选沉水植物种植种类提供科学依据.     

聚乙烯微塑料对盐渍化土壤微生物群落的影响

地膜覆盖保墒已成为盐渍化土壤种植中重要的农艺措施,而盐渍化与微塑料双重胁迫对土壤微生物的影响越来越受到重视.为探究聚乙烯微塑料对盐渍化土壤微生物群落的影响,通过室内模拟盐渍化土壤环境中微塑料污染的方法,探究不同类型（氯盐类和硫酸盐类）和不同含量（弱、中、强）的盐渍化土壤赋存不同丰度聚乙烯（PE）微塑料（土样干重的1%和4%）条件下对土壤微生物群落的影响.结果表明,PE微塑料会降低盐渍化土壤微生物群落多样性和丰富度,且硫酸盐类盐渍土处理受到的影响更强烈.赋存PE微塑料后不同处理微生物组成基本一致,但其相对丰度会发生变化,硫酸盐类盐渍土处理中各菌群相对丰度的变化较氯盐类盐渍土处理更强;门水平上,变形菌门相对丰度与赋存PE微塑料丰度呈正相关,而拟杆菌门、放线菌门和酸杆菌门相对丰度与赋存PE微塑料丰度呈负相关;科水平上,黄杆菌科、食碱菌科、盐单胞菌科和鞘脂单胞菌科相对丰度随赋存PE微塑料丰度增大而增大.KEGG代谢通路预测显示,赋存PE微塑料会降低微生物新陈代谢和遗传信息等功能相对丰度,硫酸盐类盐渍土对新陈代谢功能的抑制作用强于氯盐类盐渍土,而对遗传信息功能的抑制效果弱于氯盐类盐渍土;新陈代谢功能二级通道中氨基酸代谢、碳水化合物代谢、能量代谢等功能受到抑制,推测新陈代谢功能的降低可能是由于上述二级代谢通路相对丰度降低引起的.试验结果可为微塑料和盐渍化双重污染条件下对土壤环境的影响研究提供理论依据.     

大通河流域土壤细菌及氮循环功能菌群沿海拔的空间分布

探究土壤微生物的海拔分布格局及其驱动机制对理解气候变化下陆地生态系统的响应至关重要.土壤微生物群落的海拔分布格局随空间尺度有所差异,为此分别沿大通河流域干流流向（海拔梯度1 000 m）和山体坡面（海拔梯度500 m）设置了两种空间尺度的样带,利用高通量测序技术分析土壤细菌群落结构和多样性沿海拔的分布特征,基于FAPROTAX数据库分析氮循环功能类群的海拔分布,探讨驱动土壤细菌群落沿海拔分布的关键环境因子.结果表明:①土壤理化性质沿海拔分布有显著差异,总氮（TN）和硝态氮（NO₃ ^-）含量与海拔正相关（P < 0.01）,土壤容重（BD）、pH与海拔负相关（P < 0.001）;②细菌群落OTU丰度沿海拔升高显著增大（P < 0.01）,丰富度和多样性指数沿海拔增大,但趋势不显著（P > 0.05）;③细菌群落以酸杆菌门（Acidobacteria）、变形菌门（Proteobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）为优势门,其相对丰度随海拔升高分别增加、减小和微弱减小;④参与氮循环的功能类群共13种,以硝化作用、好氧氨氧化和好氧亚硝酸盐氧化作用为主,随海拔升高响应规律不同,其中硝化作用细菌丰度显著增加（P < 0.01）,好氧氨氧化和硝酸还原细菌丰度微弱增加,而参与含氮化合物异化还原的细菌丰度先增后减;⑤冗余分析表明海拔（ELEV）、pH和氨氮（NH₄ ⁺）是驱动门水平土壤细菌群落的主要因子,Mantel分析表明土壤细菌氮循环优势类群均受海拔驱动（P < 0.01）.⑥流域和坡面尺度上细菌群落α-多样性沿海拔的规律一致,但土壤性质、氮循环功能菌群丰度和主要环境影响因子均不同.因此从不同空间尺度探究土壤微生物的海拔分布格局具有重要意义.     

不同曝气方式对人工湿地细菌多样性、代谢活性及功能的影响

细菌在人工湿地去除污染物过程中起着非常关键的作用.基于DNA和RNA高通量测序技术探讨了不同曝气强化方式影响下的人工湿地单元内细菌多样性、代谢活性和功能.结果发现:①养殖废水和人工湿地处理组共检测到细菌4 042个操作分类单元(OTUs),其中α-变形菌、γ-变形菌和拟杆菌为多样性最高的类群,且人工湿地曝气强化方式会在...     

基于习性和食物网的白洋淀大型底栖动物群落恢复研究

白洋淀由于长期受人类活动影响,部分区域内源污染严重.针对该类区域,"十三五"水专项开展了生态清淤试点工程以实现内源治理.在清淤过程中底栖生物容易遭到严重破坏,与之密切联系的食物网受到影响.在沉水植物补种成功后,如何科学地恢复底栖动物群落并维持长效稳定,急需寻求解决方案.本研究于2018年对白洋淀大型底栖动物群落进行调查,根据调研结果、习性特征和食物网模型,提出了受损后大型底栖动物群落恢复方案.研究发现,春季优势种为螺类软体动物和虾类甲壳类动物,夏季和秋季为螺类软体动物和昆虫类摇蚊幼虫.全年主要优势种为中华圆田螺、中国圆田螺、羽摇蚊和大红德永摇蚊.通过食物网模型计算,确定了软体动物是2010年和2018年的关键功能组.因此,综合优势种和关键种,底栖动物群落恢复物种主要选择虾类、螺类和摇蚊幼虫.根据底栖动物的习性,确定甲壳动物和摇蚊幼虫以自然恢复为主,螺类以人工恢复为主的恢复方式.针对螺类关键物种,根据2018年调研生物量、工程经验值和生态容量综合确定其恢复投加量合理范围.通过以上研究,建立了基于食物网成熟度和稳定性的底栖动物群落恢复优化调控方案,为受损底栖动物群落的恢复提供借鉴.     

府河水体及沉积物细菌群落结构分布特征及其影响因素

城市河流承接不同类型的废水导致水质恶化,影响河流生态系统.通过分析河流细菌群落结构变化,不仅可以判断河流污染特征,还将有助于河流污染治理与生态修复.笔者研究了府河夏季上下游水体和沉积物理化性质,并采用高通量测序法分析了细菌群落结构特征.结果 表明,府河上游水质化学需氧量(COD)、氨氮(NH3-N)和总磷(TP)浓度显著高于下游(P＜0.05),沉积物中重金属镉、锌和铅含量较高,均值分别为(0.44±0.03)、(182.17 ±0.34)和(35.76±0.20) mg· kg-1.府河沉积物细菌多样性及丰富度明显高于相应上覆水体,变形菌门(Proteobacteria)是水体和沉积物中的第一优势菌,水体中参与氮循环的蓝藻菌门(Cyanobacteria)的高丰度说明府河存在一定的富营养化,此外,可以分解有机物的放线菌门(Actinobacteria)在下游丰度高于上游;沉积物中具有致病作用的拟杆菌门(Bacteroidetes)在上游城市河段丰度较高.细菌群落空间异质性结果表明下游硝化细菌(nitrifying bacteria)和反硝化细菌(denitrifying bacteria)的丰度(分别为62.25％和31.29％)明显比上游高.水体细菌多样性和温度、pH、总有机碳有显著相关性(P＜0.05),冗余分析显示NH3-N、总氮(TN)、TP和pH对细菌群落结构影响较大;而pH、TN和重金属镉是影响下游沉积物细菌群落结构的主要环境因子.