农业生物质废弃物转化功能材料的研究进展

农业生物质废弃物的数量正在迅速增加,导致许多环境和治理问题. 因此,将农业生物质废弃物回收利用并增值应用越来越受到关注. 近些年农业生物质废弃物利用和衍生功能材料的研究进展主要包括以下两个方面：①提取天然聚合物并增值应用;②直接制备新型碳基材料,包括吸附、催化、储能电极和复合功能材料等. 农业生物质废弃物转化功能材料已逐步实现且应用范围广泛;未来的研究需要评估农业生物质废弃物衍生产品的质量和安全性,并开发高度可行且具有成本效益的生物质废弃物转化方法,以期实现规模化工业生产.     

亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化过程影响因素研究

亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化(Nitrite-dependent denitrifying anaerobic methane oxidation,n-damo)是指微生物在厌氧条件下利用甲烷还原亚硝酸盐的过程,该过程的研究可为污水脱氮减排提供技术支持.采用n-damo富集培养物(荧光原位杂交实验结果表明n-damo功能菌丰度可达73%)为研究对象,着重探讨温度(25,35,45℃)、p H值(5.5~9.5)、甲烷分压(0~98 k Pa)和亚硝酸盐初始浓度(0~6.0 mmol·L-1)对n-damo反硝化速率的影响,以获得最优条件,为n-damo过程在污水处理中的应用提供理论依据.结果表明,在本实验条件下n-damo过程进行的最适温度为35℃,最适p H值为7.5,最适甲烷分压为49 k Pa,最适亚硝酸盐初始浓度为2.4~3.42 mmol·L~(-1).     

厦门市道路灰尘中铂族元素的污染特征

鉴于铂族元素(PGEs)对生态环境和人体健康的潜在危害,对厦门市道路灰尘中PGEs的浓度水平和分布特征进行研究.于2012年10月采集城区主干道、隧道、旅游区和工业区的道路灰尘样品,经王水微波消解及阳离子交换树脂(Dowex AG50W-X8)分离纯化后,利用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)进行测定.结果表明,厦门城区主干道道路灰尘中钯(Pd)、铂(Pt)和铑(Rh)的平均浓度(范围)分别为:246.82(58.68~765.52)、95.45(42.14~371.36)和51.76(21.04~119.72)ng·g-1,均比地壳丰度值高出两个数量级.与国内外其它城市相比,厦门城区道路灰尘中Pd、Pt和Rh浓度均处于较高污染水平.不同功能区道路灰尘PGEs含量分布为:隧道城区工业区旅游区,其分布特征主要受机动车流量的影响.PGEs元素之间的相关性分析结果显示Pd与Rh的相关性较大,而Pt与Pd、Rh的相关系数均较小,说明除了机动车排放以外,可能存在其他的污染来源.旅游区禁止机动车行驶,但仍检出较高含量的PGEs,说明周边地区道路灰尘中PGEs可通过大气扩散作用进行迁移.     

城市不同功能区PAHs多介质累积规律研究

以上海市为例,分析了城市地表灰尘、土壤和行道树叶片累积PAHs的水平差异,探讨了形成这种累积规律的原因与机制.结果发现,同一功能区内,地表灰尘和土壤中PAHs含量较高,分别为8 992～141 723 ng·g-1(均值为54 964 ng·g-1)、9 306～146 689 ng·g-1(均值为56 883 ng·g-1);而悬铃木叶片和小叶黄杨叶片内含量较低,且悬铃木叶片中的含量普遍高于小叶黄杨叶片,含量分别为2 423～32 883 ng·g-1(均值为12 983 ng·g-1)、1 498～19 418 ng·g-1(均值为7 612 ng·g-1).不同功能区之间,地表灰尘和土壤中PAHs总量存在显著差异,而悬铃木叶片和小叶黄杨叶片对PAHs的累积水平相似.灰尘和土壤中PAHs组分构成具有明显的功能区差异,且高环PAHs含量占主导地位.植物叶片中PAHs组分构成在不同功能区具有相似性,且低环组分占绝对优势,高环组分含量很少.这种累积规律与PAHs的理化性质,以及各介质累积PAHs的主要途径和方式密切相关.     

铜尾矿坝及其周边土壤真菌群落结构与功能多样性

土壤真菌群落会因环境条件的变化而重新构建.为了探究山西省垣曲县十八河尾矿坝及其周边土壤中真菌群落的结构与功能多样性,本研究探讨了坝体草地、15 a杨树林、农田、10 a杨树林这4种土地利用方式下土壤真菌群落的结构组成和碳源利用功能多样性.结果表明,研究区15 a杨树林地中真菌群落丰度和多样性最高,坝体草地中最低;子囊菌门（Ascomycota）、担子菌门（Basidiomycota）和被孢霉门（Mortierellomycota）是研究区的优势真菌类群,其中,子囊菌门（Ascomycota）在所有样地中均有最大分布,其在坝体草地中的分布达到92.92%;15 a杨树林地中真菌群落碳源利用多样性最高,坝体草地中真菌群落碳源利用多样性显著高于农田和10 a杨树林地,坝体草地土壤真菌群落对糖苷类碳源的利用效率显著高于其余3种土地利用类型.相关分析表明,土壤真菌群落丰度与土壤总氮显著相关（P<0.05）,而与土壤重金属含量不相关.土壤真菌群落多样性指数与重金属Cd、As之间具有显著相关性,与其他重金属无显著相关性.本研究结果表明长期受重金属污染胁迫下,土壤中真菌群落更多受土壤肥力和土地利用方式影响,而与土壤重金属浓度不呈线性关系.本研究结果对土壤真菌群落在重金属污染区土壤修复中的应用具有重要意义.     

移动监测法测量厦门春秋季近地面CO2的时空分布

移动监测对研究城市近地面空气污染物时空分布特征具有重要意义.本研究采用野外移动监测车,利用二氧化碳测量仪、粉尘仪及小型气象站,在春秋季共选取14 d,沿厦门不同功能区,在每天不同时间段(09:00~12:00、13:00~16:00、22:00~01:00)进行了CO2与颗粒物(PM)浓度及气象参数的监测,并分析了春秋季不同时段下各功能区近地面CO2空间分布特征以及CO2与颗粒物的相互关系.结果表明:①监测期间,路线从北部的坂头水库背景区经郊区进入市中心最终在城市南部边缘沿海干道结束,CO2浓度的空间分布呈现中间市中心高沿市中心向两边边缘处降低的结构,不同功能区CO2空间分布存在差异,受城市交通,工业,人类活动等排放,地面植物/作物以及气象条件的影响.主要表现为交通繁忙区(仙岳路/厦禾路/嘉禾路,477.33μmol·mol-1±6.11μmol·mol-1)高于商业居民区(杏林/思北,454.95μmol·mol-1±5.45μmol·mol-1)高于自然风景区(文屏/环岛路/演武路,441.01μmol·mol-1±6.24μmol·mol-1)高于耕地(农田,436.79μmol·mol-1±1.87μmol·mol-1)高于山体林地(坂头水库,434.06μmol·mol-1±0.31μmol·mol-1);②监测期间春季平均CO2浓度为452.04μmol·mol-1±20.24μmol·mol-1,最大值出现在2013年4月12日的嘉禾路路段(市内交通繁忙区)为533.10μmol·mol-1,最小值出现在2013年4月10日的坂头水库路段(远离市区,受人为活动影响较小,水库周围有大量植被,可认为监测过程中的背景区域)为413.25μmol·mol-1.秋季平均CO2浓度为451.80μmol·mol-1±21.56μmol·mol-1,其中最大值出现在2012年11月19日的厦禾路路段(市内交通繁忙区)为526.45μmol·mol-1,最小值出现在2012年11月20日的坂头水库路段为415.01μmol·mol-1.这符合Idso等在1998年提出"城市CO2岛"的现象;③不同时间段CO2浓度表现出夜晚时段(22:00~01:00)高于上午时段(09:00~12:00)高于下午时段(13:00~16:00),阴天普遍高于晴天,且不同功能区CO2浓度在夜晚时段(22:00~01:00)和白天时段(09:00~12:00和13:00~16:00)的差异不同,春季的差异范围为-0.66~29.48μmol·mol-1,秋季的差异范围为-4.01~33.69μmol·mol-1;④市区CO2浓度与周围郊区存在差异,市区CO2浓度均高于郊区;⑤移动监测主要受道路车辆排放的影响,CO2浓度与PM2.5呈显著正相关关系(R=0.73,P<0.01).     

城市功能对贵阳市城区土壤重金属分布的影响

将贵阳市城区土壤按照不同功能区取样分析,研究贵阳市城区多种土地利用功能下土壤重金属累积(污染)程度及分异特征。结果表明:贵阳市城区校园土壤As(21.8mg/kg)、Ni(47.1mg/kg)和Pb(139mg/kg)含量最高,工业区土壤Cd(1.48mg/kg)和Zn(314mg/kg)含量最高,垃圾中转站土壤Cu(115mg/kg)含量最高,工业区、学校、垃圾中转站和交通十字路口土壤重金属累积较重,并已达到轻度污染,住宅、公园和广场土壤重金属累积程度较轻,处于清洁水平。工业区土壤主要污染金属为Cd、Zn和Pb,学校、交通路口土壤主要污染元素是Pb和Cd,垃圾中转站土壤主要污染元素是Cd和Zn。贵阳市城区土壤Cd、Zn和Pb受人类活动影响较大,其中土地利用功能导致贵阳市城区土壤Pb的分异程度最大。     

四明湖水库浮游植物功能类群的季节演替及其影响因子

浮游植物群落变化既受到环境因子单独作用的影响,也受到各因子之间交互作用的影响.为探究浮游植物群落结构的季节演替规律,对四明湖水库浮游植物群落及水体11项非生物因子和4项生物因子进行周年采样调查,分析了水库内浮游植物功能类群组成、季节演替规律及其与生物因子和非生物因子的关系.结果显示,调查期间四明湖水库的浮游植物种类可归入22个功能类群,其优势功能类群主要隶属于绿藻门和硅藻门.非度量多维尺度分析(NMDS)显示,浮游植物群落结构呈现出明显的季节性演替;通过SIMPER分析,筛选出10个与季节变化显著相关的功能类群,其主要变化过程表现为:夏季D+Lo→秋冬季D+P+Lo→春季X2+P+MP.方差分解分析(VPA)显示,浮游植物功能类群的季节变化是由水温-浮游动物交互作用与水温单独作用共同影响的结果;典范对应分析(CCA)发现,水温(WT)、透明度(SD)和硝态氮(NO-3-N)以及浮游动物生物量是影响该水库浮游植物群落结构动态变化的主要因子.     

异养硝化细菌Pseudomonas aeruginosa YL的脱氮过程及N2O产生特性

由于含氮废水的大量排放,水体富营养化日趋严重,如何高效去除废水中的氮素仍是亟待解决的问题.针对传统生物脱氮工艺流程复杂、能耗高、抗冲击能力弱以及释放温室气体N_2O等缺陷,本文基于高效异养硝化细菌Pseudomonas aeruginosa YL,通过探讨其生理生化特征、异养硝化-好氧反硝化脱氮过程和N_2O产生特性,进一步解析异养硝化脱氮理论.结果表明,菌株YL具有高效的异养硝化和好氧反硝化能力,24 h培养期100 mg·L~(-1)的NH_4~+-N、NO_2--N和NO_3~--N能够完全去除;异养硝化过程几乎无中间产物生成,但以NO_3~--N作为氮源时,NO_2--N累积量高达25. 55 mg·L~(-1).同时,反硝化功能基因nap A、nir K和nos Z基因的成功表达,进一步证实菌株YL具有好氧反硝化能力.菌株YL异养硝化-好氧反硝化过程气态氮产物约占去除TN的30%～40%,脱氮产物主要为N2,当NH_4~+-N、NO_2--N和NO_3~--N分别为唯一氮源时,N2生成量分别为3. 46、3. 49和3. 36 mg.相比较,菌株YL脱氮过程仅生成微量的中间产物N_2O,以NH_4~+-N为唯一氮源时的最终生成总量为6. 63μg,低于以NO_2--N和NO_3~--N为唯一氮源时N_2O的生成量.此外,高C/N、低pH、高温以及高NH_4~+-N和NO_2--N环境均会导致N_2O的大量生成,但大多数环境因素对菌株YL的N_2O生成量影响较小,且其最高生成量显著低于短程硝化系统和自养硝化系统.以上研究结果表明菌株YL具有优异的脱氮、N_2O控逸和环境耐受能力,可有效避免水处理过程对大气的二次污染.     

鸭粪和环丙沙星对潮土微生物群落功能多样性的影响

为了评价鸭粪中残留的环丙沙星(ciprofloxacin,CIP)对土壤微生物群落功能多样性的影响,布置培养试验,设五个处理,分别是Ⅰ:CK(对照)、Ⅱ:CIP(人工添加的CIP)、Ⅲ:DF(添加不含抗生素的鸭粪)、Ⅳ:DF+CIP(在Ⅲ的基础上再外源添加CIP)、Ⅴ:DF(CIP)(粪源CIP即含有CIP的鸭粪),培养81 d。借助Biolog技术研究了不同来源的CIP对土壤微生物功能多样性的影响。结果表明,培养1 d后,反映土壤微生物活性的平均颜色变化率(AWCD)表现为DFDF+CIPDF(CIP)CKCIP,说明环丙沙星对土壤微生物活性具有一定的抑制作用,且随着培养时间的延长其抑制作用减弱;添加鸭粪显著增强了土壤微生物活性和群落功能多样性;与人工添加进鸭粪中的环丙沙星相比,粪源环丙沙星对微生物活性的抑制作用更强,并显著降低了土壤中利用碳源微生物的物种丰富度指数(H)、均匀度指数(E)、优势度指数(Ds)和碳源利用丰富度指数(S);在培养过程中,土壤微生物利用的主要碳源种类随培养时间延长有所变化,初期利用的主要是糖类、羧酸类、聚合物类、胺类以及氨基酸类,后期主要是糖类和羧酸类。