典型有机磷阻燃剂对蓝藻的Hormesis效应及机制探究

为探究有机磷阻燃剂(Organophosphate Flame Retardants,OPFRs)对蓝藻的毒性效应,以铜绿微囊藻为蓝藻受试模型,测定典型OPFRs{烷基OPFRs磷酸三乙酯(Triethyl Phosphate,TEP)和氯代OPFRs磷酸三(2-氯乙基)酯[Tris(2-Chloroethyl)Phosphate,TCEP]}对蓝藻生长及光合色素、氧化应激、细胞膜疏水性等相关生理指标的影响。结果显示,TEP与TCEP均对铜绿微囊藻的生长产生了低质量浓度促进、高质量浓度抑制的Hormesis效应,促进生长的质量浓度分别为6.80×10^(-4)~1.53×10^(-1)mg/L和5.87×10^(-5)~1.54×10^(-1)mg/L。相关生理指标变化显示,低质量浓度OPFRs通过提高光合色素的合成及调控活性氧的适当增加可刺激蓝藻增殖;相反,高质量浓度OPFRs则阻碍光合作用,对藻细胞产生氧化胁迫,进而改变细胞膜疏水性致使细胞膜受损,最终导致蓝藻大量死亡。研究结果表明,OPFRs能引发蓝藻生长的Hormesis效应,且氯代OPFRs比烷基OPFRs具有更明显的生物效应,在一定暴露质量浓度内具有促进蓝藻水华形成的潜在环境风险。研究可为OPFRs水生毒性和相应的环境风险评价提供数据基础和理论依据。

江西省农业绿色发展协同效应研究

探究江西省农业绿色发展水平的提升路径,可为农业绿色发展提供理论依据。以江西省为例,构建农业资源、生态环境和社会经济3个维度的协同发展关系,测度与评价2008—2020年江西省农业绿色发展水平现状,并通过系统动力学模型设计农业生产方式、农业科技创新、经济发展、消费习惯、政策支持5种策略下的7种情景模式对2021—2030年江西省农业绿色发展系统的影响。结果显示:在2008—2020年,江西省农业绿色发展水平先降后升,总体趋势向好,化肥农药零增长行动效果显著。在维持现有情景模式下,在2021—2030年江西省农业绿色发展水平能够进一步提升,7种情景模式均能有效促进江西省农业绿色发展水平。在各要素独立作用下,调减耕地复种指数、提高化肥利用率对江西省农业绿色发展水平的促进效果更为显著;与单要素发展相比,多要素协同发展对江西省农业绿色发展促进效果更大。为了使江西省农业绿色发展水平朝着有序方向发展,未来应构建区域多要素协同发展机制,实现农业生产生态生活全过程全方位绿色化。

土荆芥凋落物腐解液的化感效应及根边缘细胞的响应机制

为深入探讨入侵植物土荆芥(Chenopodium ambrosioides L.)的化感作用机制,以土荆芥入侵地广泛种植的农作物玉米(Zea mays L.)、大豆[Glycine max(L.)Merr.]、苦荞麦[Fagopyrum tataricum(L.)Gaertn.]为受体,采用纯琼脂悬空气培养法和根边缘细胞(Root Border Cells,RBCs)移除试验,研究土荆芥凋落物腐解物对受体RBCs的作用,以及RBCs存在与否条件下对受体作物幼根长度、根冠果胶甲基酯酶(Pectinmethyl Esterase,PME)活性的影响,并用化感效应指数进行评价。结果显示:土荆芥茎和叶腐解液对3种受体植物幼根生长均具有抑制作用,其化感效应指数依次为苦荞麦(0.295)、大豆(0.239)、玉米(0.163),对本地种(苦荞麦、大豆)的化感效应大于外来种(玉米);叶腐解物的化感抑制作用普遍强于茎腐解物;腐解时间越短,腐解物化感抑制效应越强。3种作物的RBCs数量与PME活性均呈显著正相关,当处理时间延长或腐解天数减少时,高浓度处理组的PME活性减弱,RBCs数量下降,死亡率上升,根长变短;移除RBCs后,根生长受抑制程度加剧。其中,玉米和苦荞麦在去除RBCs及处理12 h时部分处理组的PME活性增加,RBCs数量与根长变化量呈极显著正相关。结果表明,在受到土荆芥腐解物化感胁迫早期,作物可通过应激反应增加PME合成提高其活性,并释放较多的RBCs以保护幼根生长。当胁迫超过一定阈值后PME合成减少,RBCs数量降低且死亡率增加,根的生长受到抑制,但大豆存在不同的响应机制。

赤铁矿纳米晶吸附水中砷的晶面依赖性

赤铁矿会影响地下水砷的迁移转化,探索赤铁矿对As(Ⅲ)吸附的晶面依赖性对理解地下水As(Ⅲ)迁移转化和吸附去除具有重要意义。研究制备3种不同晶面暴露的赤铁矿纳米晶并用于水中As(Ⅲ)的去除,在室温条件下,当As(Ⅲ)初始质量浓度为1 mg/L、原始pH值为6.10、吸附剂质量浓度为0.20 g/L时,赤铁矿纳米棒(Hematite Nanoplates,HNRs)在吸附平衡时对As(Ⅲ)的去除率最高为73.95%,吸附容量为8.23 mg/g,吸附行为符合Langmuir模型,As(Ⅲ)在赤铁矿表面形成了单层吸附。不同晶面暴露赤铁矿纳米晶在pH值为6时对As(Ⅲ)的去除率最高,尤其是HNRs,可达到81.67%;HNRs去除水中As(Ⅲ)受共存离子F^(-)和PO_(4)^(3-);的静电吸附、络合效应影响较大。As(Ⅲ)通过在赤铁矿纳米晶表面形成As(Ⅲ)—OH、Fe(Ⅲ)—O—As(Ⅲ)进行去除,As(Ⅲ)能优先吸附在{110}晶面上并在赤铁矿表面形成Fe(Ⅲ)—O—As(Ⅲ)络合物。研究为赤铁矿对地下水中As(Ⅲ)迁移和吸附的晶面依赖性提供了新的思路和策略。

银纳米线SERS快速高灵敏检测水中痕量Hg2+研究

水中痕量重金属汞离子(Hg^(2+))对人类健康会构成严重威胁,因此快速高灵敏检测水中痕量Hg^(2+)具有重要科学意义和实际应用价值。为实现这一目标,研究运用银纳米线(silver nanowires, AgNWs)作为表面增强拉曼散射(Surface-Enhanced Raman Scattering, SERS)基底来快速高灵敏检测水中痕量Hg^(2+)。用旋涂法制备了均匀分布的AgNWs基SERS基底,并用罗丹明6G(Rhodamine 6G,R6G)作为拉曼信标分子,以间接检测水中痕量Hg^(2+)。通过研究SERS活性、稳定性、重现性、选择性、AgNWs直径及pH值对其SERS活性的影响,用时域有限差分法(Finite Difference Time Domain, FDTD)模拟了AgNWs表面电场分布情况。结果显示,AgNWs基SERS基底具有良好的活性、优异的信号再现性、稳定性和选择性,SERS活性随着直径的增大而增强,对Hg^(2+)的检测限(Detection Of Limit, LOD)达10-11mol/L,远低于美国环境保护署(The U.S. Environmental Protection Agency, EPA)的饮用水Hg^(2+)浓度标准(10-8mol/L)。在低浓度范围内,SERS特征峰强度(R^(2)=0.9919)有良好的线性关系。FDTD模拟结果为试验结果提供了有力的理论支撑,可为水中检测痕量Hg^(2+)提供新策略,在环境监测中具有广阔的应用前景。

基于LCA法的3D打印建筑碳排放量及减碳效果分析

气候变暖已成为全球生态环境问题,而建筑业占据碳排放总量的近三分之一,建筑建造过程减碳潜力巨大。针对3D打印建筑碳排放及减碳效果评价问题,采用全生命周期评价方法定义3D打印建筑碳排放计算模型,对比分析3D打印建造与传统建造和常规绿色建造方式物化阶段碳排放。量化分析得到以下结果:首先,3D打印混凝土掺入粉煤灰、硅灰等材料替代部分水泥用量,对比普通混凝土其每立方米碳排放有效降低10%~30%。其次,3D打印建造材料运输及施工过程碳排放低于传统和常规绿色建造方式。最后,建筑物化阶段中3D打印建造比传统建造和常规绿色建造方式碳排放总量分别降低15.97%和8.78%。3D打印建造物化阶段碳排放均低于传统建造和常规绿色建造方式,且减碳效果显著。

热辐射与灰分耦合对矿区表层土壤Cr、As、Cu和Zn赋存及浸出影响机制研究

为了解热辐射与灰分耦合对矿区表层土壤理化性质及其重金属Cr、As、Cu、Zn赋存和浸出毒性的影响,采用锥量仪在不同热辐射温度(400℃、600℃、750℃)及生物质负载量(1 kg/m^(2)、3 kg/m^(2)、5 kg/m^(2))下开展室内燃烧试验,对样品理化性质、Cr、As、Cu、Zn质量比和形态进行分析,并通过TCLP法对重金属潜在的浸出风险进行评估。结果表明:热辐射与灰分耦合作用显著改变表层土壤的理化性质。其次,耦合作用使得表层土壤Cr、As、Cu和Zn的总质量比增加,说明生物质燃烧产生的热辐射与灰分是影响矿区林地表层土壤重金属浓度的重要因素。此外,耦合作用使得Cr有效态的比例由50%下降到40%,As有效态的比例由14%增加到22%,对Cu和Zn有效态的作用则不明显,说明其对表层土壤Cr、As的迁移性分别起到了抑制和促进作用。TCLP试验结果表明,仅土壤受热或生物质与土壤共同燃烧都会使土壤中Cr、As、Cu和Zn的浸出水平增大;Cr、As、Cu和Zn浸出质量比最高分别为0.88 mg/kg、0.81 mg/kg、654.13 mg/kg和35.58 mg/kg,其中Cu、Zn均超出监管值。

不同表面特性纳米银对铜绿微囊藻的抑制机制

银纳米粒子(AgNPs)会对水生生物产生不利影响,然而这些影响背后的抑制机制仍不清楚。通过测定藻细胞生物量、光合色素、氧化应激水平、细胞膜完整性及胞外聚合物含量等指标,研究了表面修饰不同涂层的AgNPs包括支链聚乙烯亚胺涂层带正电的纳米银(bPEI-AgNPs)和柠檬酸盐涂层带负电的纳米银(Cit-AgNPs)对淡水藻类中的代表性蓝藻铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)的影响作用机制。数据表明,两种纳米颗粒均对铜绿微囊藻生长起到抑制作用,损害其光合作用,导致大量电子累积从而使藻细胞产生氧化胁迫,细胞分泌大量胞外聚合物来减缓损伤,且抑制程度随着颗粒投加量的增加而增大,特别是带负电荷的Cit-AgNPs对藻细胞的抑制效应更明显,其抑制程度是同质量浓度带正电荷的bPEI-AgNPs的4~5倍。总的来说,该研究结果为不同表面电特性纳米银与铜绿微囊藻的相互作用提供了新的见解,促进了对于纳米银在淡水藻类中的抑制机制的理解,同时有助于后续研究不同表面电性纳米银颗粒在水环境中的迁移转化规律。

纳米金属氧化物对人体细胞毒性效应的构效关系研究

为建立高效的纳米金属氧化物细胞生物毒性构效关系预测模型,研究了20种纳米金属氧化物在不同生物条件下对人正常肺上皮细胞(BEAS-2B)和角质层细胞(HaCaT)的毒性效应构效关系,并首次将元素周期描述符(定量描述符)与试验条件参数(定性描述符)相结合,共同表征金属氧化物的纳米结构特征。在采用支持向量机-特征递归消除法(Support Vector Machine-Recursive Feature Elimination,SVM-RFE)筛选的最优描述符作为输入参数的基础上,分别应用支持向量机(Support Vector Machine,SVM)和随机森林(Random Forest,RF)2种高效的建模方法,建立纳米材料构效关系(Structure-Activity Relationships for Nanoparticals,Nano-SAR)预测模型。2个算法训练集的准确率(ACC)均大于0.9,内部验证准确率均大于0.7,测试集外部验证的准确率也均大于0.8,模型验证结果表明2个算法均具有良好的稳定性和较强的预测能力。对比2个算法研究结果表明,RF算法优于SVM算法,且优于文献报道的已有算法。模型机理解释结果表明,水合粒径和电负性是影响两种细胞毒性的主要因素。

北京市绿色发展要素协同效应研究

为探究提升北京市绿色发展水平的路径,结合DPSIR模型和物质流分析法全面评价北京市绿色发展现状,构建包含经济、人口、资源、环境、科技和政策6要素的系统动力学模型。通过设计8种方案研究要素独立与协同作用下对绿色发展系统的影响。研究发现:1992—2019年北京市绿色发展水平总体向好;维持现有发展状态下,2020—2035年北京市绿色发展水平能够进一步提高;在各要素独立作用下,加强科技创新对北京市绿色发展水平的促进作用最大,降低人口规模的促进作用最小;6要素协同发展对北京市绿色发展水平的促进作用最显著,且能够产生“1+1>2”的协同效应。未来北京市要注重高素质人才培养,提高自主知识创新能力,以科技为核心推动要素协同发展,全面提升北京市绿色发展水平。

基于可持续发展视角下我国资源型城市经济发展态势分析

资源型城市可持续发展是我国经济新常态建设的重要环节,为理清资源型城市转型过程中存在的问题和发展现状,基于CiteSpace软件,对CNKI总库中1991—2021年4436篇中文核心文献构建共现图谱,从发文机构、发文作者、研究内容3个角度深入研究了我国资源型城市可持续发展态势。结果表明:我国相关高校(研究所)均对资源型城市的可持续发展转型态势开展了研究,发文机构集中于东北地区和西部地区,具有较强的区域性特征,且机构间合作处于较低水平。该领域核心作者数量众多,其中绝大多数偏向单独研究,作者间合作水平较低,未能形成固定合作团队。从关键词时间分布来看,该领域的研究内容以2004年、2014年为界可划分为3个阶段,由此产生的重要关键词节点有“经济转型”“产业转型”“城市转型”“循环经济”“低碳经济”。目前对资源型城市可持续发展转型态势的研究则更关注“新常态”和“耦合协调”。

基于演化博弈的环境治理主体行为分析

在环境治理过程中,由于未能准确把握社会组织和公众参与的作用机理及其对政府监管效果的具体影响,致使我国多元主体参与及监管的相关政策难以发挥应有作用。在构建多元主体参与背景下政府与企业之间演化博弈模型的基础上,通过模型求解和数值模拟,探究了多元主体参与对环境治理系统稳定演化结果的具体影响。结果显示,社会组织和公众在环境治理中的参与对政府监管效果起着极大的促进作用;社会组织对环境治理系统达到最优情形具有更大贡献;公众参与过多可能会造成政府“懒政”现象的出现。研究结果有利于明晰社会组织和公众参与环境治理的作用机理及其对政府监管效果的具体影响,为实现多元主体参与环境治理监管模式创新提供借鉴。

2,2′,4,4′-四溴联苯醚对斑马鱼胚胎生长发育的影响研究

为探究2,2′,4,4′-四溴联苯醚(BDE-47)对生长发育的影响,以斑马鱼为模型,将发育至受精后4 h(受精后小时数,hours post-fertilization,hpf)的斑马鱼胚胎暴露于0.312~1.25 mg/L BDE-47中,培养至72 hpf,观察胚胎心率和畸变率。测量斑马鱼胚胎胚体长度和卵黄延伸部长度;吖啶橙染色后荧光显微镜分析斑马鱼胚胎细胞凋亡情况;RT-qPCR分析心脏发育、骨骼形态和生长相关基因的表达变化。研究结果显示,BDE-47促使斑马鱼胚胎的心率和畸形率增加,阻滞了胚体和卵黄延伸部发育,致使胚胎细胞凋亡;BDE-47暴露对etv2基因表达无影响,但上调了胚胎早期心肌标志基因gata4的表达,抑制了骨形成蛋白质基因bmp2b的表达,干扰了GH/IGF1/PI3K通路相关基因(gh1、ghra、igf1、pik3ca、pik3r1、akt和mTOR)的表达。这表明,BDE-47对斑马鱼胚胎具有生长发育毒性,其机制与上述基因表达异常有关。

转运蛋白在细菌吸附铜(Ⅱ)中的作用机理研究

为研究转运蛋白在细菌响应铜(Ⅱ)胁迫中发挥的作用,从Transporter Classification Database(TCDB)数据库中检索得到嗜根寡养单胞菌(Stenotrophomonas rhizophila)JC1基因组中4个参与Cu(Ⅱ)吸附、转运和外排的转运蛋白,并对其结构和功能进行分析。此外,研究菌株JC1对不同质量浓度的Cu^(2+)的吸附能力和耐受能力,并利用扫描电镜(SEM)、能量色散X射线光谱仪(EDS)和傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)分别分析Cu^(2+)胁迫后,菌株JC1的形态学、元素组成和官能团的变化。结果显示,菌株JC1可耐受Cu^(2+)的质量浓度为160 mg/L,但对120 mg/L Cu^(2+)有最大吸附率,为72.3%。经Cu^(2+)胁迫后,菌株JC1光滑的杆状结构消失,表面褶皱、呈短杆状,且其元素组成中出现了3个Cu^(2+)吸收峰。FT-IR分析结果表明,—OH、—C—O和—C—C等官能团在菌株JC1胞外吸附Cu^(2+)中发挥了重要作用。对4个转运蛋白质的结构分析结果显示,铜稳态蛋白cutC同源物存在于细胞质中,其氨基酸序列中有多个Cu^(2+)结合位点,可为菌株JC1吸附Cu^(2+)提供条件。铜抗性蛋白A位于周质空间,其特异性负责对Cu^(2+)的吸附。CopB是一种外膜孔蛋白,其氨基酸中含有的N、O、P等元素为菌株JC1与重金属的结合提供了电子。另外,菌株JC1的铜转位P-ATPase属于P1B-ATPase,含有8个跨膜结构,其中N-端含有丰富的组氨酸残基在菌株JC1结合Cu^(2+)过程中发挥重要作用。

金属和氧化物纳米颗粒对细菌毒性的研究进展

阐述了纳米颗粒的组分、尺寸、形状和表面电荷等性质与毒性的关系,介绍了纳米颗粒对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌的毒性差异,指出了分散介质、暴露方式等毒性试验条件对纳米颗粒细菌毒性的影响,讨论了纳米颗粒对细菌毒性的可能机制,如氧化损伤、破坏细胞壁、作用于蛋白和核酸以及释放出金属离子等。针对目前纳米毒性研究尚处于起步阶段的现状,提出了建立纳米材料的毒性评价方法,加强从分子生物学水平开展对毒性机制的研究等建议。

中山杉406对富营养化水体营养物质去除效能的研究

采用室内盆栽方式研究中山杉406(Taxodium‘Zhongshanshan406’)在5 cm与10 cm两种淹水水平下对轻度、中度、重度富营养化水体营养物质的去除效能。结果表明,中山杉406在3种水体中生长良好,其对N的吸收量显著高于自来水的对照处理。中山杉对水体N、CODMn的去除率随着取样时间的延长而升高;且40 d时,3种水体中山杉处理的TN与CODMn去除率显著高于各自未种植物的空白处理,其中在轻度富营养化水体分别高出53%、7%,在中度富营养化水体分别高出10%、9%,在重度富营养化水体分别高出8%、16%。除中度富营养化水体10 cm淹水水平外,其余水体中山杉处理的TN质量浓度均低于国家地表水环境质量标准II类水质的标准限值(0.5 mg/L)。中山杉406的P含量在自来水的对照处理与3种富营养化水体之间没有显著差异;同样,种植中山杉406并没有显著影响3种富营养化水体P的去除率。可见,中山杉406对3种不同程度富营养化水体的N等营养物质有较强的去除能力。

菹草衰亡腐烂对水质持续性影响试验研究

为研究菹草衰亡残体对水质的持续影响,在铺有10 cm厚底泥的A、B、C、D、E 5个实验桶内添加生物量分别为4 kg/m^2、3 kg/m^2、2kg/m^2、0.8 kg/m^2、0 kg/m^2的处于衰老期的菹草,跟踪监测水质变化情况。结果表明:1)试验开始第10～16 d,各实验桶水体TN、TP、COD_(Mn)都达到峰值,溶解氧(DO)达到谷值,随后TN、TP、COD_(Mn)快速下降,45 d后主要水质指标都明显改善,表明菹草衰亡腐烂对水体的影响时间较短;2)试验后期,A桶内的TN、TP明显高于对照,其他桶与对照差异不大,表明在试验条件下,生物量大于3 kg/m^2的菹草残体腐烂分解会对水体产生比较严重的氮磷污染,生物量小于2 kg/m^2时,其死亡残体腐烂分解对水体营养盐增加较少;3)试验后期A、B、C桶的COD_(Mn)仍然超过Ⅳ类水标准,表明有机质降解比较慢;4)试验后期,除对照外,各实验桶的DO小于5.0 mg/L(Ⅳ类水标准)。

地下水污染指标分类综合评价方法研究

近年来随着污染的加剧,地下水中检出的污染指标种类不断增加。原有的地下水污染评价方法未对天然劣质指标进行突出考虑,对指标性质差异性也未考虑,已不适用。在综合分析了地下水污染评价的各种方法后,考虑天然状态下地下水水质差异巨大,天然劣质指标的参评容易使评价结果出现偏差,对天然劣质指标进行单独考虑。另外,判别组分信息,分别对天然组分与人工组分进行评价,最后采用指标分类的污染综合评价方法对地下水的污染状况进行评价。将其运用到淮河流域某地区地下水污染评价中,结果表明,淮河流域某地区地下水中总硬度、铁、锰、氟化物、苯并(a)芘5项指标为劣质指标。研究区感官性状与一般化学指标以Ⅰ级、Ⅱ级为主,Ⅳ级中污染、Ⅴ级重污染水主要分布在研究区中西部的城区;毒理学指标以3级为主,其次为4、5级。评价结果简单明了,物理意义明确,对比内梅罗污染指数法,评价结果更加符合实际情况。提出的地下水污染指标分类综合评价方法对劣质指标进行了考虑,有效解决了评价结果偏差、夸大污染程度与范围、不同性质指标容易产生歧义的问题,综合体现了地下水污染信息。

酸雨对植物光合作用影响的研究进展

随着近年全球酸雨污染程度加重,酸雨对植物的影响受到国内外学者广泛关注。光合作用既是植物生物量和生态系统初级生产量形成的物质基础,也是影响植物生长发育的重要生理过程,因此研究酸雨对植物光合作用影响意义重大。综述了近年有关酸雨对植物叶片形态结构、叶绿体微结构、不同生态型、生活型和不同生育期植物净光合速率的影响,以及不同酸雨组成与复合污染对植物净光合速率影响的相关报道;并从气孔参数、光合色素、叶绿素荧光参数和叶绿体微结构等方面分析酸雨对植物光合作用影响的机制。结果表明:酸雨对植物光合作用器官叶片的影响由外向内递进,由结构向功能延伸;酸雨对植物的胁迫效果存在生态型与生活型差异;在作物不同生育阶段,酸雨对孕穗期影响最为明显;不同成分酸雨对植物影响存在差异,且硝酸型或混合型酸雨对植物的影响大于硫酸型酸雨。

盐度胁迫对云纹石斑鱼鳃离子调节酶及渗透压的影响

为探讨云纹石斑鱼鳃离子调节酶活力及血清渗透压对盐度骤降的响应,设置4个盐度梯度(27、21、15和9)对云纹石斑鱼进行盐度骤降胁迫试验,在0、1 d、2 d、3 d和7 d时取样,测定其鳃中Na+/K+-ATP(NKA)酶、Ca^(2+)-ATP酶(Ca^(2+)-ATPase)、琥珀酸脱氢酶(SDH)、乳酸脱氢酶(LDH)活力及血清渗透压。结果表明,盐度21组与15组NKA及Ca^(2+)-ATPase活力在第1 d大幅上升,显著高于对照组(p<0.05),随后下降趋于稳定,而盐度9组NKA及Ga2+-ATPase活力一直呈下降趋势;血清渗透压呈先下降后上升的变化趋势(p<0.05);SDH活力变化与离子酶一致(p<0.05);LDH活力变化与离子酶相反(p<0.05)。研究表明,在盐度骤降的情况下,云纹石斑鱼鳃进行渗透压调节分为两个阶段,一是应激反应阶段,此时NKA及Ca^(2+)-ATPase迅速升高,血清渗透压降低;二是适应阶段,离子酶活力下降趋于稳定,血清渗透压升高恢复至正常水平,而且SDH与LDH酶活力也相应变化,为渗透压调节提供能量。