生物质类吸附材料在环境污染治理中的研究进展

以农林废弃物等生物质为原料制备各种新型吸附剂,既实现了对农林废弃物的资源再利用,也可以用其简单高效处理各类污染物废水。本文主要综述了以农林废弃物为原料制备生物炭,用以去除环境中污染物的研究进展,讨论了生物炭的制备和改性方法,以及其在治理重金属离子、有机污染物、新污染物,以及土壤修复和“碳中和”等方面的应用,并对生物质类吸附材料在未来环境污染治理中的发展方向进行了展望。

南京老山秤锤树空间分布格局及种间关联性

以南京老山1 hm^(2)样地秤锤树(Sinojackia xylocarpa)天然种群为研究对象,运用成对g(r)函数,选择完全随机模型、异质泊松模型与先决条件零模型,分析秤锤树种群结构和空间分布格局及其空间关联性,从空间格局角度来深入认识其种群结构和分布格局及形成该格局可能存在的机制并提出保护建议。结果表明:(1)秤锤树天然种群中小径个体数量占优,属于增长型种群。(2)种内空间分布研究中,基于完全随机模型分析,秤锤树种群在尺度0~26 m时为聚集分布,尺度29~30 m时为均匀分布;基于异质泊松模型分析,秤锤树种群在0~23 m时为聚集分布,尺度27~30 m时为均匀分布。秤锤树空间分布表现为由聚集分布向均匀分布变化。(3)主要种间关联性研究中,秤锤树与朴树(Celtis sinensis)的种间关联性表现为小尺度下负关联,随着空间尺度的增加变为正关联。秤锤树与黄连木(Pistacia chinensis)和秤锤树与三角槭(Acer buergerianum)的种间关联性大致相同,基本为大尺度下正关联,偶尔出现负关联和无关联。上述结果表明,秤锤树种群更新状况良好,种群空间分布以聚集分布为主,其主要受种间竞争、扩散限制与密度制约的影响。基于种群现状开展就地保护与适当干扰其生存群落,是濒危物种秤锤树的科学有效的保护措施。

生物炭去灰分对萘和1-萘酚的吸附动力学影响

为探究生物炭矿物组分对有机污染物吸附过程的影响机制,考察(非)极性有机污染物萘和1-萘酚在不同温度(300、400、500℃)下制得的小麦秸秆原始生物炭以及去灰分后生物炭上的吸附动力学。结果表明:拟二级和双室一级动力学模型能较精确地描述目标污染物的动力学吸附过程。去灰分处理增加生物炭芳香碳含量,增强其与萘和1-萘酚间的p-p和疏水作用;同时降低生物炭表面极性,特别是减少表面烷氧基官能团的分布,提高疏水碳吸附域(主要是芳香碳)的可达性,导致平衡吸附量(Qe)增大。除灰后极性官能团在生物炭表面的暴露减少,促进萘分子向表面疏水吸附位点扩散,使得萘在生物炭上快吸附单元的吸附速率常数(kfast)升高;而极性1-萘酚结构中的—OH能通过氢键与生物炭表面极性官能团或矿物含氧表面相互作用,对快吸附有重要贡献,去灰分削弱氢键,造成其kfast下降。致密的芳香碳组分和纳米级孔隙结构主要对萘和1-萘酚在生物炭上的慢吸附起作用,去灰分提高生物炭芳香化程度和孔隙度,使慢吸附对总吸附的贡献(fslow)增大;同时使得化合物分子较难扩散进入更致密的生物炭内部。另外表面积和孔隙度的增大延长吸附平衡时间,两种化合物的慢吸附速率常数(kslow)均降低。研究表明,生物炭的矿物组分、化学组成和极性官能团的空间分布显著影响有机污染物的动力学吸附过程,从而影响生物炭在有机污染控制中的吸附性能。

土壤中纳米颗粒的生物效应研究进展

纳米材料广泛应用于诸多行业,不可避免地导致大量纳米颗粒被排放到环境中.已有许多研究评估了纳米颗粒的生态环境效应和人体健康风险.然而,土壤中纳米颗粒对生物潜在的生态危害和风险仍不明确.重要的是,土壤生物通常同时暴露于纳米颗粒和其他污染物,如重金属和有机污染物.现有文献对真实土壤环境中纳米颗粒与共存有机污染物之间复杂的相互作用及相关生物效应的研究非常有限.本文综述了土壤中纳米颗粒的生物有效性和毒性,特别是纳米颗粒与微生物、植物和蚯蚓等不同生物的相互作用.此外,从不同生物响应水平上探讨了纳米颗粒释放对共存有机污染物生物有效性的影响.最后总结了目前纳米颗粒的生物效应与毒性研究中的不足,后续研究应重点关注纳米颗粒与污染物共暴露的复合毒性效应.

腐殖酸负载对萘和1-萘酚在生物炭上吸附动力学的影响

进入环境的生物炭对有机污染物的吸附过程受到普遍共存的溶解性有机质的影响.本研究将两种腐殖酸组分负载在以玉米秸秆为原料、不同炭化温度下(200、400、600℃)制得的生物炭上,考察极性和非极性有机污染物萘和1-萘酚在原始和腐殖酸负载生物炭上的吸附动力学,分别应用拟一级、拟二级和双室一级3种动力学模型对实验数据进行拟合.结果表明,拟二级和双室一级动力学模型均能较好地描述动力学吸附过程.腐殖酸负载对生物炭上萘和1-萘酚的吸附动力学有显著影响,使得平衡吸附量(Qe)下降,而表观吸附速率提高.致密的芳香碳组分和纳米级孔隙主要对萘和1-萘酚在生物炭上的慢吸附单元起作用,腐殖酸负载降低了生物炭的芳香化程度和孔隙度,慢吸附对总吸附的贡献(fslow)降低.生物炭内部有机碳的致密性降低,使得萘和1-萘酚分子容易扩散进入生物炭颗粒内部,加之表面积和孔隙度减少,缩短吸附平衡时间,两种化合物的慢吸附速率常数(kslow)均提高.负载腐殖酸后,两种化合物的快吸附速率常数(kfast)的变化却不同.腐殖酸负载向生物炭表面引入含氧极性官能团,阻碍萘分子向表面疏水吸附位点扩散,使得萘的kfast下降;而由于1-萘酚是极性有机物,除了疏水作用,其结构中的—OH能通过氢键与生物炭表面相互作用,其kfast反而升高.

去灰分对生物炭理化性质及芳香族污染物吸附的影响

本研究考察极性和非极性芳香族化合物1-萘酚和萘在以小麦秸秆为原料、不同炭化温度(300、400、500℃)下制得的原始生物炭以及去灰分处理后生物炭上的吸附,以探究生物炭的矿物组分对其吸附芳香族污染物的影响机制.结果表明,去灰分后,萘和1-萘酚在生物炭上的有机碳标化吸附分配系数Koc普遍增大(除了1-萘酚在300℃生物炭上的Koc值减小),吸附等温线的非线性程度增强,主要是由于去灰分改变生物炭的组成结构和表面性质.去灰分后,生物炭的整体极性略有提高,而表面极性明显降低,表明矿物组分影响生物炭中极性官能团的空间分布,有助于极性官能团在生物炭表面的向外暴露.与脂肪碳相比,原始和去灰分生物炭中的芳香碳组分对于萘和1-萘酚是更为有效的吸附位点,其与这些芳香族化合物间的疏水作用是主导吸附机制.去灰分潜在增加了生物炭的芳香碳含量,增强其芳香性;同时减少生物炭表面极性官能团的暴露,使得原来被屏蔽的疏水吸附域外露,促进与目标化合物的疏水作用,导致吸附强度(Koc)增大.除了疏水作用,1-萘酚结构中的极性官能团—OH能与矿物含氧表面或极性官能团形成氢键作用,对其在低温生物炭(300℃)上的吸附有重要贡献,去灰分后氢键作用减弱,导致吸附强度(Koc)下降.这说明生物炭中的无机矿物一方面可以通过特定作用机制有效结合芳香族有机污染物,该作用对总吸附的贡献与污染物性质、生物炭的制备温度和理化属性以及二者之间的主导作用机制有关;另一方面屏蔽有机组分上和孔内的有效吸附位点,抑制芳香族污染物在生物炭上的吸附,酸洗去灰分对生物炭吸附芳香族污染物的影响取决于这两个方面的平衡.

转PeTLP基因‘南林895’杨对土壤微生物的影响及外源基因分子检测

转基因技术是当今林木分子育种的手段之一,但其生物安全性问题广受关注。本研究选择进入田间试验的转PeTLP(类甜蛋白)基因‘南林895’杨Populus deltoides×P. euramericana cv.‘Nanlin 895’为材料,开展转基因杨树对土壤微生物影响及外源基因分子检测等分析。结果显示,转基因杨树在进入田间试验一年后,外源基因仍稳定存在于转基因植株基因组中;转基因与非转基因植株根系周围可培养土壤微生物菌落数量无显著差异,表明外源基因对土壤微生物无显著影响;对土壤微生物总DNA进行分子检测也显示外源基因未有向周围土壤微生物扩散现象;叶片化感作用试验显示转基因植株叶片未对生菜Lactuca sativa L. var. ramose Hort.种子的生长造成显著影响。初步分析结果表明,转PeTLP基因‘南林895’杨在进入田间试验后未出现外源基因水平转移,也未对周围生态环境造成显著影响。

南京紫金山国家森林公园繁殖鸟类多样性及年间变化

城市森林公园是城市鸟类重要的栖息地,研究繁殖季节城市森林公园的鸟类群落有助于鸟类保护与公园管理。自2014～2017年,每年5月和6月,采用固定样线对南京紫金山森林公园的鸟类种类和数量进行了调查。共记录鸟类73种(10目28科),其中4种鸟类为国家Ⅱ级保护动物,雀形目鸟类占主要地位(66%)。从繁殖季节月份变化上看,鸟类种数、密度不存在显著差异。从年间变化上看,鸟类群落多样性指数为3.0510～3.3174,均匀度指数为0.8241～0.8524,优势度指数为0.9358～0.9510;不同年份鸟类群落相似性全部处于中等相似水平。繁殖季节鸟类群落结构组成和多样性在4年间的波动并不明显,总体上较为稳定。

马鸡属球虫的形态学鉴定及其与宿主协同进化探讨

以南京市某动物园圈养的蓝马鸡和褐马鸡为研究对象,使用显微摄影技术与图谱比对的方法鉴别马鸡属(Crossoptilon)动物感染的球虫种类。结果表明,马鸡粪便中分离到的球虫种类均属于原鸡属(Gallus)动物中发现的艾美球虫(Eimeria),不同于火鸡属(Meleagris)动物携带的艾美球虫,其中蓝马鸡携带球虫为布氏艾美球虫,褐马鸡携带球虫属于堆型艾美球虫。球虫寄生宿主特异性与马鸡属、原鸡属、火鸡属动物的系统进化关系相对应,这可能是球虫与宿主协同进化的结果。因此,动物园需加强原鸡属与马鸡属动物间球虫交叉感染的防治工作。

根系分泌物主要作用及解析技术进展

根系分泌物是植物保持根际微生态系统活力的关键因素,也是根际物质循环的重要组成部分,对根际土壤生态环境中的物质循环具有重要的驱动作用。根系分泌物可以刺激微生物生长,增强其活性,加速根际养分循环,增加土壤养分利用率,并在小规模空间引起温室气体通量的变化。此外,它也是植物参与竞争的重要策略,植物通过根分泌物以获取种间长期生存的养分,甚至分泌对自身有害的化感物质来排挤其他植物,实现自我生存,即使存在自毒作用或引起连作障碍等。植物的健康生长依赖于自身与土壤微生物复杂动态群落的相互作用,但是根际微生物群落结构和组成却又受植物物种、植物生长期、土壤性质、功能基因等因素影响,这些因素的动态变化可能导致根系分泌物的多样化,从而形成复杂多变的根系分泌物与植物的关系,进而影响植物的健康生长。目前,对植物根系分泌物的研究是土壤生态学、植物营养与代谢等领域的研究热点,且随着分析技术手段的快速发展,根系分泌物相关研究也逐渐深入,进一步揭示植物与微生物间的协同作用机理对农、林等行业生产具有重要的指导意义。

基于MaxEnt模型的油麦吊云杉西藏潜在适生区预测

为预测西藏自治区在实地调查中不可到达区域内油麦吊云杉的分布情况,通过MaxEnt生态位模型软件和ArcGIS软件预测其在西藏的潜在分布范围,用ROC曲线检测预测精度,用刀切法筛选主要环境变量,并通过主要环境变量的响应曲线分析适宜油麦吊云杉的生态环境条件。结果表明,建立的预测模型的A UC为0.992,预测精度高;油麦吊云杉在西藏的分布范围主要位于藏东南区域,位于巴宜区、墨脱县的雅鲁藏布江沿线山地,波密县易贡藏布和帕隆藏布沿线山地,察隅县贡日嘎布曲、察隅河沿线山地,左贡县、芒康县南面的怒江、澜沧江沿线山地,与现地调查结果高度契合;年降水量、顶层土壤有机碳含量和年均温变化范围等条件对油麦吊云杉分布的影响最大。

江苏盐城滨海湿地越冬丹顶鹤种群动态变化与生境选择

对2006—2014年江苏盐城滨海湿地越冬丹顶鹤(Grus japonensis)种群进行同步调查,分析其中4个年度的种群分布和2个年度的生境利用、选择情况。结果表明,2006—2010年在盐城滨海湿地越冬的丹顶鹤数量呈下降趋势;2010—2014年丹顶鹤种群数量稳定,且略有增长。丹顶鹤分布区域有向核心区集中的趋势。丹顶鹤对苇滩和盐蒿滩表现出正选择,对农田、盐田、水产养殖塘表现出负选择。丹顶鹤种群动态变化及生境选择与保护区内土地利用形式、人类活动和生境变化等因素有关。

东洞庭湖4种濒危鹤类近30年种群动态及栖息地景观格局变化

东洞庭湖是4种濒危鹤类:白头鹤(Grus monacha)、白枕鹤(G.vipio)、白鹤(G.leucogeranus)和灰鹤(G.grus)的越冬地,但尚无东洞庭湖越冬鹤类种群动态及栖息地变化的系统研究.本研究调查收集了近30年来东洞庭湖4种鹤类的种群状况,并选取相应越冬季的东洞庭湖卫星图片,提取不同时期东洞庭湖湿地景观格局数据,分析鹤类种群动态与湿地景观格局之间的关联.结果表明:近30年来,东洞庭湖4种濒危鹤类种群数量均呈不同程度的下降.目前4种鹤类集中分布于采桑湖、丁字堤一带,灰鹤种群数量尚维持有二百余只,而白头鹤、白枕鹤和白鹤仅有不足10只的零星分布.1999-2000年后东洞庭湖水域及泥滩面积迅速下降并快速破碎化是导致鹤类种群下降的重要原因.未来应从保护及恢复东洞庭湖鹤类栖息地入手,加大鹤类保护,逐渐恢复东洞庭湖鹤类种群.

基于叶绿体DNA atp B-rbc L片段的典型樱亚属部分种的亲缘关系及分类地位探讨

蔷薇科典型樱亚属植物(Subg. Cerasus Koehne)(樱花类)具有重要的观赏价值,深入研究其种间亲缘关系及分类地位,对于国产樱属植物系统发育与种质资源创新具有重要的理论指导意义。基于PCR扩增与测序技术研究了从云南、江西、福建采集的典型樱亚属3个种(含变种)的叶绿体DNA非编码区atpB-rbcL片段,结合Gen Bank数据库已经提交的其它4个种的同源序列,共获得7个种的30条序列矩阵,以此构建了单倍型中介网络图与系统发育树,分析和探讨了它们的亲缘关系与分类地位。(1)在atpB-rbcL序列矩阵中,774个有效位点中共发现15个多态性位点,占分析序列的1. 94%,(A+T)含量为70. 50%,存在明显的碱基偏好;(2) DNASP 5共检测到9个单倍型,物种间平均单倍型多样性(H_d=0. 880 5±0. 026),平均核苷酸多态性(π=0. 007 11±0. 000 54),除尾叶樱桃(Prunus dielsiana)外(Hap5～Hap7),其余物种拥有各自独特的1个单倍型,具有较丰富的遗传多样性;(3)综合Network中介图与系统发育重建结果:推测磐安樱桃(P. pananensis)处于较原始的进化阶段,相比尾叶樱桃,与浙闽樱桃(P. schneideriana)亲缘关系较近;长柱尾叶樱桃(P. dielsiana var. longistyla)与尾叶樱桃互为姊妹支,并共同构成独立进化单元。综上,叶绿体atpB-rbcL片段在典型樱亚属下种间的适用效果较好,可以优先选为DNA条形码;分子证据结合形态学特征支持将长柱尾叶樱桃作为尾叶樱桃变种的处理意见,而磐安樱桃的分类地位则需要更多的证据。

干旱胁迫下银杏雌雄植株的生长及内源激素含量的差异

采用2 a生"大佛指"雌雄银杏扦插苗,温室盆栽方法模拟自然干旱,研究干旱胁迫下银杏雌雄植株的生长及内源激素含量的性别差异。结果表明:(1)同一干旱胁迫阶段,雄性银杏叶片的萎蔫现象更加严重,株高和地径的增长量减小速度更快。雌性银杏表现出更好的生长情况。(2)同一干旱胁迫阶段,雌性银杏比雄性银杏具有更高含量的促进生长型内源激素IAA、GA_3和ZR,而抑制性内源激素ABA含量更低。(3)与雄性银杏相比,同一干旱阶段雌性银杏具有更高的IAA/ABA、GA_3/ABA、ZR/ABA比例和更低的GA_3/IAA比例。综上所述,干旱胁迫下,雌性银杏比雄性银杏具有更好的干旱适应性。另外干旱胁迫下雌性银杏比雄性银杏具有更高的株高和地径增长量可能是受生长型内源激素IAA含量及IAA/ABA、GA_3/IAA比例的影响。

武夷山常绿阔叶林空间结构参数分布特征

基于武夷山9.6hm^2常绿阔叶林动态监测样地调查资料,采用角尺度、大小比数、混交度等空间结构参数分析其群落乔木层内部空间结构特征,阐述群落结构的形成与维持机制。结果表明,该样地乔木层以随机分布为主,聚集分布为辅;树种混交度也极高,具有很强的物种异质性;树种的优劣程度参差不齐,整体处于中庸的生长状态。样地呈强度混交的轻度聚集分布格局。前10位优势树种均呈集聚分布,且它们的树种混交程度都极高。木荷、甜槠等喜阳植物在乔木上层占有一定的生长优势;随着林内微环境的不断改变,赤楠、格药柃等喜阴植物开始在乔木下层广布繁殖,并占据有利地位,这不仅提高了该区域的物种混交程度,还大大增加了该生境中的物种多样性,有助于群落形成较为稳定的动态结构。同时,该样地当前以中、幼龄树木居多,暂未有建群种出现,可能正处于演替中后期。只有角尺度和混交度这两个参数间存在着极显著负相关,说明当一个样地内的树种混交程度越高,物种多样性越大,其空间分布也就越密集,反之亦然。

浙闽樱桃地理分布模拟及气候限制因子分析

为了解浙闽樱桃(Cerasus schneideriana)地理分布特征及与气候限制因子之间的关系,基于DIVA-GIS平台获取实际地理分布点的气候资料,利用BIOCLIM模型预测当下适生区范围以及预测其未来潜在分布。结果表明,浙闽樱桃实际分布区覆盖浙江、福建、安徽、江西、广西及湖南6省,浙闽交界的山区是自然分布的核心区,浙皖交界是其分布的北界。未来气候变化情境(CCM3)下,浙闽樱桃的潜在分布区概率将增大,且有北扩的趋势。主成分分析(PCA)表明,年降水量(bio12)、最湿季降雨量(bio16)、最暖季降雨量(bio18)、温度季节变化方差(bio4)是影响浙闽樱桃当下适生区的气候限制因子,频率直方图进一步确定他们的适宜范围分别为1503~2003 mm、604~951 mm、528~791 mm和601~872(标准差*100)。ROC曲线检验表明BIOCLIM对浙闽樱桃分布预测的精度很高(AUC=0.998),结果是可信的。因此,浙闽樱桃适合生长在我国北亚热带温暖湿润区,水热因子是造成其分布格局的主导气候限制因子。

增温促花对盆栽海棠‘长寿冠’复栽后光合特性日变化的影响

为探讨增温促花对海棠光合特性的影响,以盆栽海棠‘长寿冠’为试验材料,通过设置室外对照(CK)、双层膜大棚(T2)和玻璃温室(T3)3种温度处理,检测增温处理对复栽后‘长寿冠’7、8月份光合日变化参数的影响。结果表明,7、8月份各组‘长寿冠’净光合速率(P_n)日变化均呈不对称双峰型,与CK相比,增温处理虽未改变双峰型变化趋势,但使光合"午休"现象加剧,并使P_n日均值下降,其中T3处理组受影响程度较大,其7、8月份Pn日均值分别比对照下降24.62%和25.45%。增温对气孔导度(G_s)、蒸腾速率(T_r)、胞间CO_2浓度(C_i)的影响与Pn类似,但使气孔限制值(L_s)上升。光合"午休"期间(12:00—14:00)各处理P_n、G_s、C_i的变化趋势类似,即P_n、G_s下降而Ci上升,但T3处理C_i上升趋势更明显。灰色关联分析揭示,影响Pn的主要环境生态因子为大气温度(T_a)与大气相对湿度(RH),生理因子为G_s和T_r。影响G_s的主要因素是T_a与RH。以上结果说明,增温导致‘长寿冠’夏季光合能力下降总体上主要是气孔限制因素造成,但"午休"现象的加剧主要受非气孔限制的影响。

2011—2016年武夷山甜槠常绿阔叶林乔木层群落动态

武夷山保存了典型的中亚热带原生性森林生态系统。加强武夷山常绿阔叶林研究,对支撑武夷山生态保护实践具有重要意义。2016年,对按照美国史密森热带研究所热带森林研究中心调查技术规范建立的甜槠常绿阔叶林样地进行了首轮复查,并从物种组成、群落多样性、重要值、死亡率、补员率、胸径等方面分析了其群落动态。结果表明:2016年的乔木个体为25科44属88种,较2011年增加了2科2属7种。群落的优势种组成及其优势程度变化不大,在重要值大于1的21个常见树种中,10个树种的重要值增高,11个降低。甜槠仍为建群种,其重要值略下降。乔木个体增加到3888个,年死亡率为1.31%,年补员率为2.98%。43个树种出现死亡,46个出现补员。4个常见树种的种群数量下降,16个上升。群落的平均胸径从4.82 cm增大为4.89 cm,5个常见树种的平均胸径下降,16个上升。死亡个体的平均胸径为4.47 cm,补员个体为1.67 cm。甜槠仍然将在乔木层,马银花和鹿角杜鹃在亚乔木层保持优势地位。在短期内群落结构不会出现较大的变化,但黄绒润楠、厚皮香等阴生树种和中性树种优势度的增加可能预示群落将向中生群落(顶级群落)演替。

武夷山亚热带常绿阔叶林物种多样性的尺度效应

武夷山存留着典型的中亚热带原生性森林生态系统,为进一步探索该区域物种多样性的形成和维持机制,探讨了样地内物种多样性指数的空间分布格局及其尺度效应。以福建武夷山9.6 hm2森林动态监测样地内的乔木(≥1 cm)为研究对象,分别在7个取样尺度(5 m×3 m、10 m×6 m、20 m×12 m、40 m×24 m、80 m×48 m、133.3 m×80 m、200 m×120 m)上,计算其Simpson多样性指数、Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数,并采用方差、变异系数描述其空间变异特征以及各指数与取样尺度的关系。结果表明,3种指数均与取样尺度相关,且表现出较强的区域性分布特征。此外,物种多样性的多寡不仅与空间尺度密切相关,其分布特征也具有尺度推演规律。因此,今后在对植物群落物种多样性进行分析时,应慎重进行物种多样性尺度推演,同时应考虑因取样尺度和取样区域的不同而带来的空间差异。