玉米秸秆生物炭和碳骨架的制备及对农田土壤CO2排放的影响

为探明生物炭对黄土高原石灰性农田土壤CO2排放的影响及机理,于400、600和800℃条件下制备玉米秸秆生物炭(BC),并采用热水浸提法制备碳骨架(BS)。在分析材料基本性质的基础上,将其分别按质量比1%和2%与土壤充分混匀,开展为期50 d的室内静态土壤培养实验。结果表明,随着热解温度的升高(从400℃上升到800℃),玉米秸秆生物炭和碳骨架的pH值和总碱性含氧官能团含量显著增加,而溶解性有机碳(DOC)含量、易氧化有机碳(ROC)含量和总酸性含氧官能团含量则显著降低(P<0.05)。碳骨架DOC和ROC含量均显著低于同一热解温度条件下制得的生物炭(P<0.05)。随着添加材料(生物炭或碳骨架)热解温度的升高,各处理CO2累积排放量呈降低趋势,且添加生物炭处理的CO2累积排放量高于添加碳骨架处理,尤其是BC-2%处理CO2累积排放量显著高于BS-1%处理(P<0.05)。在整个培养过程中,培养体系的DOC和ROC含量均呈降低趋势,但DOC含量降低幅度(87.90%~89.18%)大于ROC含量(19.29%~38.49%);培养过程中400、600和800℃处理DOC和ROC含量均呈BC-2%>BC-1%/BS-2%>BS-1%>对照趋势。在添加生物炭或碳骨架处理中,与ROC含量相比,DOC含量对CO2排放变化的解释程度更高,且达到显著水平(P<0.01)。DOC和ROC含量均是影响黄土高原石灰性农田土壤CO2排放的重要因素,但相比较而言,DOC含量的影响更加显著。

季铵盐抗菌剂在环境中的迁移转化行为及其毒性效应

季铵盐(QACs)是一类广泛使用的阳离子杀菌剂,流感和新冠肺炎大流行导致其使用量剧增.在其使用或使用后处理处置过程中,QACs可通过各种途径释放到环境中,在水体、沉积物和土壤等多种介质中频繁检出.QACs有较强的表面活性和非专一性的生物毒性,对生态系统构成潜在威胁.围绕QACs在环境介质中的迁移转化、生物毒性效应和细菌出现QACs抗性的主要机制等方面,系统梳理了QACs在环境中的迁移转化行为及其潜在的毒性效应.结果发现好氧生物降解是QACs在环境中的主要衰减途径,降解反应以QACs不同位置C的羟基化来起始,后经过脱羧、脱甲基和β-氧化反应,最终矿化为CO_(2)和H_(2)O.环境浓度的QACs不会对生物产生致死效应,但会显著影响Daphnia magna等水生生物生长繁殖,毒性效应主要受自身结构、受试生物种类和暴露时长等因素影响.探究了QACs对Microcystis aeruginosa急性毒性的作用机制,发现QACs主要通过破坏光合系统,导致电子传递受限,构成氧化胁迫,破坏细胞膜来抑制Microcystis aeruginosa的生长.QACs在环境中的浓度低于其杀菌浓度,且其生物降解易形成浓度梯度,利于诱导细菌出现QACs抗性.归纳出细菌对QACs抗性机制主要有改变细胞膜结构和组成、形成生物膜、外排泵基因的过度表达以及通过水平转移获取抗性基因.由于作用对象和机制的相似性,QACs也会诱导细菌产生抗生素抗性,主要通过协同抗性和交叉抗性来实现.根据目前的研究现状,提出了未来应重点围绕QACs在实际环境介质中的毒性效应以及对环境微生物抗性的诱导机制展开研究.