氧化石墨烯强化铜绿假单胞菌降解污染土壤多环芳烃的效果及其机制研究

微生物修复技术具有经济绿色、环境友好等特征,已成为多环芳烃(PAHs)污染土壤的主要修复手段之一。然而,针对经历长期老化的污染场地土壤,微生物修复效率偏低,生物强化技术亟待进一步提高。以PAHs高效降解菌铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa,PAE)为对象,研究了新型碳质纳米材料氧化石墨烯(GO)对PAE生长和PAHs降解的影响,探讨了GO强化PAE降解土壤PAHs的效果及其机制。结果显示:(1)50~100 mg/L GO可以显著促进PAE的生长和胞外聚合物(EPS)的分泌。(2)PAE及GO(100 mg/kg)的添加显著促进了老化土壤中PAHs的降解。(3)GO添加前期,土著微生物群落丰度下降,PAE丰度显著增加;处理后期,土壤细菌群落丰度恢复至对照组水平。适宜浓度GO的添加可以影响土壤微生物的多样性和丰度,促进PAHs的降解,然而,修复后期GO的影响力下降,土壤微生物群落呈现出“扰动—恢复”模式。研究结果有助于深入理解GO对环境微生物的效应,为PAHs污染土壤的微生物修复提供新思路。

能值理论在农业生态经济的应用与展望

农业生态经济系统是由农业生态系统和农业经济系统紧密嵌合而成的特殊的人工-自然复合系统,是人地关系地域系统研究的主要对象之一,也是关于现代生态经济研究的核心主体之一。文章论述了能值理论内涵与方法,基于CNKI与Web ofknowledge数据库的文献分析表明,能值理论在中国农业生态经济领域研究具有普遍的认可度;能值研究在基础理论阐释、指标体系开发、案例实证研究等方面取得了进步,但也存在一些急需解决的关键问题,主要包括农业能值流程图的绘制,农业能值强度的区域适用性,农业能值计算的时空比较研究等三个方面。

老工业区城市功能的生态化路径评价——以沈阳为例

城市是由经济、社会和环境三个子系统共同组成的复合型生态经济功能体,其可持续发展的目标就是走向生态化,实现经济、社会、环境系统呈正反馈关系。以沈阳为例,采用雷达图综合评价方法,定量研究沈阳市2000—2010年的城市功能的生态化过程,并提出了对策建议。在参考国内外生态城市建设等指标体系的基础上,遴选了26个评价指标,并基于雷达图进行定性和定量评价。结果表明,过去近十年中,沈阳市经济功能、社会功能和环境功能都有一定程度的提升,但是在速率上具有差异性。在三个子功能系统的作用下,沈阳市城市功能系统生态化水平也得到一定的提高。沈阳市应该加大基础设施与环境建设的投入,大力发展循环经济与低碳经济。

铁尾砂资源化利用及铁矿区土壤修复技术研究进展

随着铁矿资源的持续大规模开采,铁尾砂量逐年增加,因其综合利用率低,不仅占用了大量土地资源,还引发了土壤重金属污染等环境问题。本文综述了我国铁尾砂在工业和农业领域的资源化利用现状,指出了铁尾砂资源化利用存在的问题;总结了铁矿区土壤污染修复技术如物理修复、化学修复、生物修复以及联合修复技术的优缺点,提出了铁矿区土壤污染修复发展对策,以期为我国铁矿产业高质量发展提供参考。

基于MSIASM方法的中国省级行政区体外能代谢分析

通过社会代谢多尺度综合分析方法,采用社会不同层次人类活动时间、体外能代谢率与人类活动的社会开支和体外能的社会开支等指标,评价我国北京、天津、河北、山西、内蒙古自治区、辽宁、黑龙江、上海、福建、山东、河南、湖南、陕西、甘肃、宁夏回族自治区、新疆维吾尔自治区、吉林、江苏、浙江、安徽、江西、湖北、广东、广西壮族自治区、海南、重庆、四川、贵州、云南和青海30个省级行政区的社会可持续发展水平,并通过因子分析和相关分析方法,识别限制区域可持续发展的因素。结果表明,社会代谢多尺度综合分析方法适合于中国省级行政区的可持续发展评价;与2003年相比,2007年我国各省级单位的社会生产和消费水平普遍提高。在内蒙古自治区,矿业的迅速发展及其对工业和服务业的剧烈带动作用,造成了体外能代谢改善水平高于全国其他省级行政区。在海南省,整体工业化水平不高,以农业和旅游业为主的产业特点,使其体外能代谢的改善水平低于全国其他省级行政区。在江西和贵州,生产性行业发展过快,而服务业发展的和人民生活水平改善的滞后,导致生产部门体外能代谢水平提高,而消费部门体外能代谢水平下降。在河北、青海和新疆维吾尔自治区,社会各行业均发展较快,而人民生活水平的改善较慢,使其付薪部门体外能代谢水平提高,而家庭部门体外能代谢水平下降。在安徽和广西壮族自治区,农业生产发展和消费水平提高较快,而工业生产水平和服务业发展有所降低,使其非农生产部门体外能代谢水平下降,而农业和家庭部门的体外能改善水平提高。在山西和上海地区,工业、服务业的发展和人民生活水平改善较快,而农业生产发展较慢,导致非农部门和家庭的体外能代谢水平提高,而农业部门的体外能代谢水平有所降低。资本和技术聚集是我国大部分地区社会发展的重要影响因素。北京、天津、河北、山西、内蒙古自治区、辽宁、黑龙江、上海、福建、山东、河南、湖南、陕西、甘肃、宁夏回族自治区和新疆维吾尔自治区仍需加大力度调整地区产业结构;吉林、江苏、浙江、安徽、江西、湖北、广东、广西壮族自治区、海南、重庆、四川、贵州、云南和青海继续加大资本技术的引进力度,以解决个省级行政区经济发展中的资本技术聚集与区域产业结构的不协调问题。而且,2007年中国省级行政区社会代谢表现异常,大多数省级行政区社会开支并未随社会发展而增加,社会负担表现为自南方向北方转移的倾向;内蒙古、宁夏和新疆3个矿产资源丰富的省级行政区的经济发展使当地环境承压过重。30个省级行政区中只有上海接近中等发达国家水平,大部分省级行政区仍处于发展中国家水平,对这些国家和地区曾遇到的不可持续发展问题应引以为戒。

基于MSIASM方法的中国不同区域社会代谢分析

通过社会代谢多尺度综合分析方法,评价东北、华北、西北、西南、华中、华东2003年和2007年的社会代谢状况,并结合社会代谢多尺度综合分析与因素分解等方法进行对比分析,识别出限制区域可持续发展的关键因素。结果表明,华北、东北、西北、华中和华东区迫切需要采取措施调整区域产业结构;西南区亟需加大资本技术的引进力度,以解决不同区域经济发展中的资本技术聚集与区域产业结构的不协调问题。从与2003年的对比来看,2007年社会负担出现南方转移到北方的倾向,而且除东北地区外其他地区的资源品质和数量与技术水平的改善状况与社会发展需求不相协调,致使六大区的社会代谢状况略显异常。

基于MSIASM方法的沈阳城市代谢研究

本文采用社会代谢多尺度综合分析方法分析沈阳经济的演化过程。研究表明，1978～2003年，沈阳投入在第一、二产业的人类活动时间（HA值）所占比重有所下降；而第三产业的比重有增加趋势，但不明显；同时投入在家政部门的人类活动量（包括所有非经济活动）逐年下降；1978-1995年每个工作时间负担的非工作时间数量越来越小，1995-2003年每个工作时间负担的非工作时间数量越来越大，这与沈阳市的经济发展规律一致；沈阳社会/劳动生产率显著增加，社会经济生产率、社会劳动生产率、农业部门劳动生产率、生产部门劳动生产率，以及服务与管理部门的劳动生产率增长了20～30倍，说明沈阳的社会经济发展主要靠工业的拉动力。

盐碱地治理研究综述:现状、问题与对策

作为重要的潜在耕地资源,盐碱地的利用对确保我国耕地总量动态平衡、实现可持续发展具有重要意义。从物理治理、化学治理、生物治理、综合治理4个方面综述了盐碱地治理技术现状,提出了利用矿砂治理盐碱地的方法并阐述了其原理,总结了盐碱地治理过程中存在的问题,并从管理角度提出了发展对策,以期为我国盐碱地生态农业发展提供参考。

叶面喷施硒肥对紫花苜蓿富硒降镉效果的影响

为了缓解紫花苜蓿的镉累积并实现富硒目的,探究了不同浓度镉胁迫下叶面喷施硒肥对紫花苜蓿生长特征及富硒降镉特性的影响。以草原三号和中苜一号紫花苜蓿为材料,采用叶面喷施硒肥的方式,在初花期测量紫花苜蓿的株高、生物量并检测根茎叶部位的总硒、硒代蛋氨酸(SeMet)、镉等含量,分析叶面喷施硒肥对紫花苜蓿富硒降镉效果的影响。结果表明,施加外源硒对紫花苜蓿的生长和富硒量均有促进作用,表现为两个品种紫花苜蓿的株高、生物量、总硒和SeMet含量均显著提高,镉含量、镉富集系数、镉转运系数均显著下降。相同喷施硒肥浓度下,低浓度镉污染促进紫花苜蓿的生长,高浓度镉污染则抑制紫花苜蓿的生长。镉浓度为1 mg·kg^(-1)、施硒量为100 mg·kg^(-1)时,紫花苜蓿中硒含量最高、镉含量最低,各组织中总硒、SeMet含量:叶>茎>根,镉含量:茎<叶<根。相同条件下,中苜一号的生物量、总硒、SeMet含量均高于草原三号,镉含量低于草原三号,且在镉浓度为1 mg·kg^(-1)、施硒量为50 mg·kg^(-1)的条件下富硒降镉效果最佳。

基于MFA的兰州市经济增长与环境压力关系变化分解分析

基于物质流分析方法,采用以物质投入与消耗为表征的环境压力函数,结合"修正后的Laspeyres方法"并运用结构分解分析模型,分析了兰州市19902004年经济增长与环境压力之间的时序关系及其变化趋势和各驱动因素对它的影响程度.结果表明:随着兰州市经济的快速增长,直接物质投入与国内物质消费总体呈上升趋势,由物质投入与消耗所产生的环境压力主要是由经济增长过程中自然资源的消耗所致.人口因素和经济增长因素对环境压力的增大具有正向效应,技术因素对它则具有负向效应,人口因素对它的影响程度相对较小且比较稳定,而经济增长因素与技术因素的影响更为显著.

不同利用方式对棕壤微团聚体组成的影响

棕壤是我国东部地区典型的地带性土壤,其特殊的气候地形条件决定了必须科学合理的开发利用才能保证该地区农业的可持续发展。对林地、蚕地和耕地3种利用方式下棕壤土体内部微团聚体的剖面分异情况进行了研究,结果表明：（1）不同利用方式下,各粒级微团聚体在各层间差异较大。0-20 cm土层的〈10μm微团聚体和特征微团聚体比例表现为随干预程度的提高而增加的趋势,而10-50μm和50-250μm微团聚体的变化均表现为随人为干预程度的提高而减少的趋势;（2）从各粒级微团聚体在剖面间的分布来看,〈10μm微团聚体呈向下富集的趋势,与不同利用方式下无定形氧化铁的变化规律一致,同时特征微团聚体比例的变化规律与此相同;〉10μm呈向下减少的趋势,与有机质的变化规律一致。上述土壤微团聚体特征反映出在现阶段耕种制度下,开垦程度的提高不利于形成较大粒级的微团聚体,也不利于土壤肥力的维持和土壤结构的改善。

东北老工业区植被覆盖度时空特征及城市化关联分析

植被覆盖度研究一直是揭示自然生态系统演化以及人类活动与环境演化关系的重要路径。基于MODIS数据,结合像元二分模型和一元线性回归方法,定量估算东北老工业区2000—2015年的植被覆盖度及其时空变化特征,并特别分析辽宁省植被覆盖度变化与城市化水平的关系。结果表明,1)东北老工业区的植被覆盖度呈现"中部高-东西低-西部最低"的空间分布态势;2)黑龙江省和吉林省高植被覆盖区明显增加,但辽宁省高植被覆盖区面积比重由2000年全省总面积的49.99%下降到2015年的25.99%,这一变化情况在辽宁省城市化水平的空间差异中得到进一步的验证;3)除部分辽西城市植被退化趋势严重并且逐渐向东蔓延,东北老工业区植被覆盖表现出增加的趋势,特别是黑吉两省与内蒙古交界的大部分地区植被覆盖度明显提高。研究结果阐明了东北老工业区植被演化格局与过程,对推动绿色可持续转型及生态文明建设具有重要意义。

田菁对农田氯嘧磺隆去除及土壤微生物群落的影响

氯嘧磺隆被广泛应用于农业生产活动中,长期大量使用会导致其残留在土壤中,对生态系统造成潜在危害。本文以绿肥植物田菁为对象,通过发芽实验和盆栽实验,测定田菁种子发芽率、植株生长指标、土壤氯嘧磺隆含量和微生物群落结构,研究了田菁对除草剂氯嘧磺隆的耐受性,对氯嘧磺隆污染土壤的修复效果,以及对土壤微生物群落的影响。结果表明:田菁对氯嘧磺隆(≤1 mg·L^(-1))具有较高的耐受性并且能显著降低土壤中氯嘧磺隆的残留量。0.4 mg·kg^(-1)氯嘧磺隆处理下,田菁提高了土壤微生物群落的丰富度和多样性。1 mg·kg^(-1)氯嘧磺隆处理下,田菁根际土壤中微生物群落的丰富度与多样性减少。此外,田菁提高了根际土壤中变形菌和酸杆菌的数量,其中变形菌效果最为明显。

铜绿假单胞菌SQ6开放式发酵生产鼠李糖

为降低发酵成本,提高微生物采油效率,本研究开展了采油功能菌SQ6(鼠李糖脂产生菌)的开放式发酵探索研究。考察了菌株SQ6在常规发酵和开放式发酵方式不同温度下的生长、鼠李糖脂产量、表面张力及乳化指数等参数,采用液相色谱高分辨质谱联用仪分析了鼠李糖脂产物同系物组成,高通量测序分析了开放式发酵的细菌群落结构和杂菌率。结果表明:菌株SQ6最高生长温度是45℃,能够合成大量鼠李糖脂的最高温度是40℃;开放式发酵产量最高、杂菌率最低的发酵温度是37℃,鼠李糖脂产量达到7050.1 mg·L^(-1),仅比常规发酵的10513.2 mg·L^(-1)降低了33%,杂菌率最低,达到3.13%;针对SQ6菌株,高温发酵并没有更好的杂菌抑制效果并且降低了鼠李糖脂产量,发酵产物结构显示产物以单鼠李糖脂为主,占比达到96.1%。高浓度单鼠李糖脂的合成可能是中温条件下开放式发酵具有较好杂菌抑制率的主要原因。菌株SQ6是一株具有较大开放式发酵潜力的采油功能菌。

我国生物质资源能源开发利用潜力评估

生物质作为可再生的碳源,其有效开发利用对我国碳达峰与碳中和目标的实现至关重要。我国生物质资源丰富多样,然而生物质能资源的定量评估研究较少,存在较大不确定性。我国生物质资源到底有多大,未来能源利用开发潜力有多少,一直是人们关注的焦点。本文构建了基于不同类别的生物质资源量综合核算模型,基于2001—2019年数据,分析了我国生物质资源量时空分布特征,并采用ARIMA模型模拟预测了我国未来生物质资源量及能源开发利用潜力。结果表明,我国生物质资源量和能源开发利用潜力,以年均约3%的增长率,从2001年的17.64和10.91 EJ,分别增加至2019年的30.59和18.08 EJ。我国生物质资源主要来自农林业废弃物和粪便(78.5%),且大西南、黄河中游、长江中游综合经济区的生物质资源量占比较高(50.3%)。具体到各省份,河南、山东、广西、四川省生物质资源尤为丰富,占总生物质资源量的25.8%。未来伴随我国人口、粮食产量、畜牧业发展和造林面积的增加以及城镇化的推进,我国生物质资源量和能源开发利用潜力将不断增加,到2030年我国生物质资源量与能源开发利用潜力将增至38.17与22.46 EJ,到2060年将增至66.19与38.85 EJ,转化为生物质清洁能源产品的开发潜力巨大。本研究成果可推动我国生物质能源可持续发展,为我国清洁低碳能源资源普查和信息平台建立提供数据支撑。

砷输入对河口沉积物微生物厌氧发酵的影响

为探究外源五价砷(arsenate,As(Ⅴ))输入对砷污染环境沉积物原位微生物厌氧发酵和群落结构影响,阐释As(Ⅴ)与砷污染河口沉积物微生物群落结构互作效应,本研究以辽宁省葫芦岛市某锌厂排污口下游高砷污染的五里河河口沉积物为对象,通过外源添加As(Ⅴ)(1、10、60 mg·L^(-1))进行富集培养,测定产氢产酸、pH与碳源消耗等理化参数,结合高通量测序技术检测沉积物中微生物群落组成变化;同时采用平板稀释涂布方法筛选高浓度As(Ⅴ)富集菌液中优势菌株。结果表明,富集培养过程中,所有处理组的砷形态都发生了转化,其中在60 mg·L^(-1)外源As(Ⅴ)投加下,约43%的As(Ⅴ)转化为三价砷(tarsenite,As(Ⅲ));微生物群落组成自原始沉积物的11个门转为单一厚壁菌门(Firmicutes),优势菌属狭义梭菌属1(Clostridium_sensu_stricto_1)占据优势生态位。自60 mg·L^(-1)的As(Ⅴ)输入的富集菌群中,筛选分离出一株厌氧发酵丁酸梭菌(Clostridium butyricum CXL⁃1),该菌株具有较高的As(Ⅲ)耐受性(≥200 mg·L^(-1)),并能利用葡萄糖发酵代谢产生有机酸和H2等发酵产物,为硫酸盐还原菌、产甲烷古菌等提供氢气和碳源。本研究结果可为砷污染环境微生物厌氧矿化修复提供参考。

活化铁尾砂硅⁃纳米硒复合营养液对水稻幼苗生长的影响

本研究旨在制备一种铁尾砂硅⁃纳米硒复合营养液,为促进水稻生长和硒吸收利用措施提供理论依据。以稻花香2号为研究对象,开展两因素实验,设置4个硅水平(0、300、600、900 g·hm^(-2))和4个纳米硒水平(0、18.75、37.5、56.25 g·hm^(-2)),另设亚硒酸钠组(硒37.5 g·hm^(-2)+硅600 g·hm^(-2))作为对照组,探究营养液中硅、纳米硒水平对水稻幼苗生长及富硒的影响,明确最优硅⁃硒配比,阐明硅对水稻幼苗富硒的影响及其生理机制。结果表明:相较于单硒或单硅的处理组,硅⁃硒配施对水稻生长有一定协同作用,硅元素通过提高水稻幼苗超氧化物歧化酶(SOD)与过氧化氢酶(CAT)活性,进而影响水稻幼苗生长。响应曲面法结果表明,营养液中硅水平600 g·hm^(-2)、纳米硒水平37.5 g∙hm^(-2)时,水稻幼苗生长显著优于其他处理组,株高、根冠比分别较施用亚硒酸钠处理组增长了9.9%和5.3%;根、茎、叶硒含量分别增加了41.4%、32.4%和42.3%。

阿莫西林对厚壁菌门微生物生长及代谢的影响

抗生素污染对微生物生态造成严重影响。发酵是厌氧条件下的重要生物过程,但其对于抗生素污染的响应仍有待研究。本研究以典型β⁃内酰胺类抗生素阿莫西林为例,探究了不同浓度抗生素对两种厚壁菌门产芽孢微生物———丁酸梭菌和凝结芽孢杆菌发酵代谢的影响,主要关注两株菌发酵过程中生长曲线、碳源消耗、有机酸产量和pH的变化。结果表明:阿莫西林对丁酸梭菌和凝结芽孢杆菌的生长和碳源消耗均有抑制作用,对细菌形态的影响较小,50 mg·L^(-1)阿莫西林使丁酸梭菌停止生长,而凝结芽孢杆菌在培养24 h后可继续生长。在有机酸代谢方面,阿莫西林对凝结芽孢杆菌影响更为显著。两株菌的丁酸、甲酸、乳酸和乙酸生产均受到抑制,但在添加低浓度(1 mg·L^(-1))阿莫西林时,凝结芽孢杆菌的乳酸产量显著提高。

铁锰氧化物和黏土矿物对正构烃非生物自然衰减过程的影响与作用机制

土壤组分中铁锰氧化物和黏土矿物(FeMn⁃Clay minerals,FM⁃C)在有机污染物的非生物转化中发挥着重要的作用,而有关黑暗环境下FM⁃C对正构烃的非生物自然衰减过程和作用机制鲜有报道。本研究以正构烃中长链C16~C31为对象,探讨无机矿物磁铁矿(Fe_(3)O_(4))、赤铁矿(Fe_(2)O_(3))、针铁矿(FeO(OH))、软锰矿(MnO_(2))、蒙脱石和高岭石在黑暗环境下对正构烃的非生物自然衰减的影响和作用机制。通过人工合成土壤,剔除自然土壤中所含的复杂元素,设置FM⁃C的浓度梯度(1%、2%、3%)来考察FM⁃C含量对正构烃降解的影响。结果表明,在黏土矿物表面上的铁锰氧化物会加速正构烃的降解和转化,且降解率随着FM⁃C的浓度增加而增加。采用X射线光电子能谱技术对反应前后黏土矿物上铁锰离子进行了半定量研究,结果显示,Fe(Ⅱ)和Mn(Ⅲ)的作用效果尤为明显,这是因为Fe(Ⅱ)和Mn(Ⅲ)可以直接与矿物上所吸附的氧气反应生成超氧自由基(O_(2)·-)。通过电子顺磁共振技术检测发现,在正构烃转化降解过程中O_(2)·-反应前后具有明显的变化,并且在正构烃的降解转化过程中起到了促进作用,从而提出了FM⁃C对正构烃降解转化的反应机理。本研究对在黑暗条件下土壤中无机矿物对正构烃类有机污染物的非生物自然衰减作用提供了有价值的见解。

不同选冶固废材料对土壤重金属稳定化效果的影响

碱性工业废渣已经广泛应用于土壤重金属修复,经复配、加工、改性后可稳定化土壤中的重金属,从而降低重金属的毒性。本文探究了高炉渣(FG)和铁尾砂(T)对重金属污染土壤的稳定化效果,并结合SEM⁃EDS和XRD等手段揭示土壤中重金属的钝化机制。高炉渣材料水洗和高温煅烧后获得产品WFG和HFG;铁尾砂高温煅烧后获得产品HT。结果表明:稳定化材料施加显著提高土壤pH,电导率值变化不显著,稳定40 d后,土壤pH有所下降;土壤DTPA提取态Cd、Pb、Zn含量均下降,HFG⁃10%处理对Cd和Zn的稳定化效果最佳,稳定化率分别为66.04%和92.21%,HT⁃10%对Pb的稳定化效果最佳,稳定化率为69.67%;施加稳定化材料导致土壤重金属残渣态和可还原态含量随时间的增加先增大后减小;生态风险指数表明,施加10%高炉渣材料(FG、WFG、HFG)后土壤中Cd、Pb、Zn的风险指数下降了一个等级。总的来说,HFG⁃10%处理对土壤中Cd、Pb、Zn的稳定化效果最好,重金属钝化机制主要包括表面吸附和络合反应。