Biochar-derived dissolved organic matters influencing bacterium characteristics during biodegradation of sulfamethoxazole and chloramphenicol under alternation of visible and avoiding light

The influence of biochar-released dissolved organic matter(BDOM)on the transcription of gene(DEG)in Pseudomonas stutzeri and Shewanella putrefacien during sulfamethoxazole(SMX)and chloramphenicol(CAP)biodegradation under visible light was investigated in this study.The results indicated that BDOM components would be nutrients for bacterial amplification and growth under the culture conditions of xenon lamp irradiation and avoiding light,especially BDOM from low temperatures.Additionally,visible light irradiation would improve the saturated fatty acid by stimulating the cell membrane of the microorganism,thus promoting the biodegradation of antibiotics through altering P.stutzeri and S.putrefaciens reoxidative and catabolism processes and significantly inhabiting the copy number of their genes.Moreover,the upregulated genes and enzymes related to SMX and CAP-metabolic and catabolic processes were enriched,which were involved in the pathways of biodegradation,further improving biodegradation efficiency.In particular,interaction network analysis between the top 100 dominant functional genes from P.stutzeri and S.putrefaciens and the molecular types of BDOM,e.g.,CHO,CHON,and CHOS(p<0.05),indicated that the genes of molecular function showed a high positive or negative correlation with the CHO type of BDOM.The results revealed that the CHO type of BDOM affected the functional genes of molecular function,cellular component,and biological process from P.stutzeri and S.putrefaciens,influencing the biodegradation of SMX and CAP.This study provided an basis for BDOM playing a role in antibiotic removal from the aqueous solution using biochar combined with photobiodegradation.

生物炭中溶解性有机质对污染物环境行为的影响

生物炭的广阔应用前景吸引了研究者的广泛关注。生物炭中具有显著流动性的溶解性有机质(Biochar-derived dissolved organic matter,BDOM)作为一种高效的吸附载体,对污染物迁移的影响显著,是了解生物炭环境效应的关键。然而,原料来源及热解温度与BDOM的特性之间的关联性,以及BDOM与污染物相互作用的机制尚未明确。因此,文章通过综述原料及热解温度对BDOM特性的影响,以明确BDOM影响污染物环境行为机制的研究现状。有关研究表明:(1)生物质原料中木质素含量越高,BDOM C含量越高,官能团种类更加丰富,芳香性更强,而产率则越低;(2)随热解温度的升高,BDOM中C含量增加、芳香性增强,而产率及含氧官能团种类降低;(3)BDOM与疏水性有机污染物形成致密的类胶体结构,使疏水性有机污染物的溶解度提高,从而使疏水性有机污染物更容易被降解;(4)BDOM通过增加土壤中溶解性有机质的含量,从而形成新的吸附位点(如羧基官能团),以促进土壤对重金属或有机污染物的固持;(5)BDOM与重金属发生络合或氧化还原作用,影响重金属形态,从而改变土壤中重金属的毒性和生物有效性。该文可为全面评估生物炭在土壤污染修复应用中的功能提供参考。

长三角典型城郊流域生物可降解性有机质的分布及影响因素

快速城镇化改变了流域水体中碳的生物地球化学循环过程,生物可利用性的溶解性有机质组分是其中最为关键的一环,辨识生物可降解性有机质(BDOM)的时空分布特征及其影响因素对流域水质管控具有重要意义和应用价值.以长三角地区典型城郊流域樟溪为研究对象,根据流域地形特征、土地利用及人类活动强度布设监测点位,于2019年分别在雨季和旱季采样,利用三维荧光平行因子(EEM-PARAFAC)方法结合源汇景观模型研究流域水体BDOM的时空分布特征.结果表明,流域中生物可降解性有机碳浓度范围在0.57~6.80 mg·L^(-1),且具有较高的时空异质性,人类活动强度较高的区域水体中BDOM的浓度也相对较高,且雨季显著高于旱季.EEM-PARAFAC分析结果表明,流域BDOM主要包括陆源腐殖质(C1)和类蛋白质类(C2)这2种荧光组分.流域BDOM及其陆源腐殖质荧光组分主要受土地利用和人类活动的影响,其浓度与农业及城镇用地比例和源汇景观负荷比(LWLI)关系密切,表明城镇化过程中人类活动是影响BDOM分布的重要因素.

鄱阳湖不同湿地植物生物炭衍生DOM的光谱特征

目前有关天然湿地植物生物炭衍生溶解性有机质(BDOM)光谱特征尚缺乏系统的分析,因此,本研究采用紫外可见吸收光谱、三维荧光光谱结合平行因子分析法(PARAFAC)、荧光区域积分法(FRI)对鄱阳湖3种湿地植物(苔草、南荻和芦苇)的物质组成和光谱特征进行了分析.结果表明,热解温度对湿地植物BDOM的生物地球化学特征有很大影响,随热解温度的升高其稳定性提高,在500℃及以上的热解温度下可产生有效固碳生物炭.热解温度是影响BDOM释放的关键因子,BDOM释放量与温度呈显著负相关.BDOM释放含量总体上呈苔草>南荻>芦苇的规律.随着热解温度的升高,BDOM的分子量、类蛋白质浓度、有色溶解性有机质相对丰度、富里酸比例和芳香性逐渐下降,而腐殖化程度、自生源成分则先上升后下降.此外,通过PARAFAC解析出2个类腐殖质组分和2个类蛋白质组分,且苔草BDOM中荧光组分总体多于南荻和芦苇.FRI结果表明,300℃下BDOM以类富里酸为主,其他条件下BDOM以络氨酸类蛋白质、色氨酸类蛋白质为主.并且,本研究利用主成分分析进一步探究了这些光谱参数间的相互关系,结果表明,苔草的溶解性有机碳含量、蛋白质浓度、芳香性、有色溶解性有机质相对丰度和自生源有机质浓度均高于南荻和芦苇.