人工纳米材料与生物膜相互作用机制及影响因素研究进展

人工纳米材料在水体中的环境行为与生物环境安全问题成为环境科学领域研究的热点,人工纳米材料与生物膜相互作用机制和影响因素是其中迫切需要研究解决的关键科学问题。本文主要探讨了人工纳米材料释放进入到水体中后对生物膜细菌活性、微生物群落结构、净污活性等的毒性效应,分析了人工纳米材料对生物膜的毒性作用机制及其影响因素,同时探讨了生物膜对人工纳米材料的吸附作用及机理,为深入研究人工纳米材料与生物膜的相互作用机制提供了重要的理论基础。     

人工碳纳米材料在环境中的降解与转化研究进展

随着人工碳纳米材料的大量生产和使用,其潜在的生态风险已引起学术界的广泛关注.碳纳米材料在环境中的转化和降解直接影响它们在环境中的归趋及生态毒性,对该过程的研究是确定其环境可容纳量及进行生命周期评价的重要环节.本文概述了主要人工碳纳米材料(碳纳米管、富勒烯)在环境中的化学转化、微生物降解及光降解过程,总结了影响人工碳纳米材料降解的环境与结构因素及降解的机理,指出了现有研究的不足和未来研究的方向.     

河岸带对陆地水体氮素输入的截流转化作用

氮素是陆地水体的重要污染物之一,相邻高地土壤中的氮素经非点源途径通过河岸带进入水体.河岸带是高地和水体之间的过渡带,健康的河岸带系统能够通过物理的、生物的和生物化学的过程,实现对氮素的截留转化.本文系统地介绍了氮素进入陆地水体的主要途径和河岸带对陆地水体氮素污染物截留转化的机制,并从河岸带水文过程、土壤特征、植被状况、人为活动等方面,论述了影响河岸带氮素截留转化作用的因素;在此基础上,对目前河岸带研究中存在的问题进行了讨论,并对我国开展河岸带的研究提出了建议.     

碳纳米材料的环境行为及其对环境中污染物迁移归趋的影响

碳纳米材料具有广阔的应用前景,近年来已成为一大研究热点.工程碳纳米材料的大量生产和使用将不可避免地造成这些材料向环境中的释放,可能带来环境和生态风险.一方面,碳纳米材料本身具有环境毒性,另一方面碳纳米材料对环境中有毒有害污染物有较强的吸附性能,因此会影响污染物迁移转化等环境行为.目前,对碳纳米材料生态风险的研究主要集中于碳纳米材料对生物体可能的毒性,而对其自身环境行为以及影响污染物迁移归趋等方面的研究较少.本文简要概述了碳纳米材料的来源、暴露途径、环境行为以及对污染物迁移归趋的影响,阐述了这些研究对于评估碳纳米材料的环境和生态风险所具有的重要意义.     

纳米银在水-沉积物中的迁移机制研究

为研究纳米银(Ag NPs)在水体中的迁移、水-沉积物中的分配及转化机制,采用武汉东湖湖水及沉积物开展模拟实验,以硝酸银(Ag NO3)为参照,研究了Ag NPs和聚乙烯吡咯烷酮包裹纳米银[Poly(vinylpyrrolidone)-coated silver nanoparticles(PVP-Ag NPs)]在上覆水中的沉降、在沉积物中的迁移和形态分布、以及扰动释放过程。结果表明,上覆水银初始浓度均为75 mg/L的Ag NO3、Ag NPs及PVP-Ag NPs在120h后分别为0.086、0.957和2.770 mg/L,显示纳米银和硝酸银进入水体后120h内大部分沉入沉积物中,且经过包裹的纳米银比未包裹的纳米银在水中停留时间稍长;60d后三种银均主要分布在表层沉积物中,Ag NO3体系银含量随深度的增加而逐渐降低,Ag NPs和PVP-Ag NPs体系银在2 cm以上随深度的增加而增高,随后逐渐降低,表明纳米银比硝酸银具有更强的迁移能力。此外,PVP-Ag NPs在2—3 cm层中的银含量占总量的24.6%,而Ag NPs在同一层中含量仅为2.6%,说明前者的迁移能力更强。在沉积物中,硫化物和有机物是银的主要结合相。释放实验结果表明,沉积物中纳米银的释放量远小于硝酸银的释放量,表明纳米银一旦与沉积物结合就难以再次释放。以上实验结果为评价纳米银的生态安全提供了科学依据。     

湿地氮素传输过程研究进展

综述了湿地氮素传输过程的研究进展。湿地氮素传输过程包括物理过程、化学过程和生物过程 ,与土壤、植物的发生、发育紧密联系在一起 ,并形成了空气 -水 -土 -生命系统中物质循环和能量流动的复杂网络。湿地硝态氮的淋失直接威胁着湿地地下水水质安全 ,N2 O源汇转变受土壤和水体等环境因子的制约 ,氨挥发则与水体 p H值密切相关排放。湿地氮素的化学转化过程是矿质养分供给和 N2 O产生的主要机制 ,受环境因子和人类活动干扰的影响 ;动力学模型可用于描述氮素的化学转化过程。湿地植物的吸收和累积以及微生物的分解过程是湿地氮素循环的重要环节。最后分析了当前国内外研究中存在的不足 ,并对未来研究的重点领域进行了展望     

纳米材料在污染水体和土壤修复中的应用

纳米材料由于其特有的理化性质,如强的吸附性能、高的催化效率,不仅克服了传统污染水体和污染土壤修复技术的不足,而且表现出更高的修复效率。因此,利用纳米材料对污染环境进行修复已成为当今环境领域的研究热点。本文对纳米Fe0、表面修饰的纳米材料、纳米螯合剂等纳米材料近几年在污染水体和污染土壤修复中的进展进行了归纳和总结,并且对其在环境科学与工程领域应用的研究重点进行了展望。     

砷与天然溶解性有机质相互作用研究进展

砷(As)是一种来源广泛的重金属元素,其在天然水体中的主要存在形式为无机态的砷酸盐和亚砷酸盐。天然水体中的溶解性有机质(DOM)会与砷发生复杂的络合作用,探究两者间的络合作用对了解砷在水体中的迁移转化规律有着重要意义。现有研究缺乏对As-DOM络合物关系的深入讨论,为厘清水体As与DOM的络合机制及影响因素,本文重点综述了:(1)水体中不同形态、价态砷的来源及转化过程;(2) As与DOM的直接络合及金属离子参与下的间接络合机理;(3) p H、温度和盐度等环境因子对As-DOM络合作用的影响;(4)对As-DOM络合物的分离、分析技术进行归纳对比,如色谱法、光谱法及多种分析手段联用的方法;(5)总结现有研究的不足之处及展望后续研究发展方向。本文为后续水体砷迁移转化及砷-溶解性有机质络合物相关研究提供参考及理论支撑。     

纳米银对污水生物处理系统的影响

纳米银(silver nanoparticles,Ag-NPs)是目前商业化应用最多的纳米材料,因其优越的抗菌性能,广泛使用于纳米技术强化的消费品。释放到环境中的Ag-NPs随污水收集系统进入市政污水处理厂。市场上Ag-NPs产品日益增多,Ag-NPs与污水处理系统中微生物相互作用,可能影响污水处理厂的运行,引起人们广泛关注。污水中Ag-NPs去向和形态变化具有很大的不确定性。本文总结了Ag-NPs抗菌机制以及污水中Ag-NPs暴露对污水生物处理系统去除有机物、氮、磷等微生物的影响。为了降低Ag-NPs在水环境中的风险,今后需要关注的研究方向,包括:研究不同暴露时长下,Ag-NPs在污水中的形态转变,确定各种形态银的数量,寻求控制或消除Ag-NPs对污水处理系统微生物毒性作用的有效措施,为全面评估水体中Ag-NPs的环境风险提供依据。     

内质网在纳米材料毒性效应形成中的作用及机制

随着纳米材料在食品、药物、生物医学等多领域的应用,其在生产使用过程中对人类健康的影响引起了广泛关注.内质网是蛋白质折叠与加工修饰、脂质合成以及Ca~(2+)储存的主要场所,是维护细胞内稳态的重要细胞器.内质网作为纳米材料的主要靶细胞器之一,在纳米材料引起的毒性效应中起重要作用.本文结合近年来国内外相关研究进展,阐述了纳米银(Ag-NPs)、纳米金(Au-NPs)、纳米二氧化钛(TiO_2-NPs)、纳米氧化锌(ZnO-NPs)、纳米二氧化硅(SiO_2-NPs)、富勒烯(C_(60))、单壁与多壁碳纳米管(SWCNTs/MWCNTs)以及石墨烯与氧化石墨烯(GO)等典型纳米材料对内质网结构与功能的影响,并归纳总结了内质网在不同纳米材料诱导的毒性效应中的作用及其异同点.纳米材料可通过引起内质网应激诱导细胞凋亡、炎症反应以及细胞自噬,还可通过激活IP_3信号通路诱导内质网Ca~(2+)释放激活钙依赖的细胞凋亡.纳米材料可在内质网中积累造成结构损伤及功能障碍,还可诱导内质网自噬.     

三峡库区坡耕地利用转型及其社会经济-生态环境影响——以奉节县为例

探究典型生态脆弱区坡耕地利用转型及其对区域社会经济-生态环境的影响,对于合理利用山区坡耕地资源、实现社会经济-生态环境系统可持续发展具有重要意义。基于奉节县2000、2010、2020年土地利用数据,采用坡耕地利用形态转型测度、社会经济发展水平和生态环境质量评价等方法,揭示山区坡耕地利用转型的一般规律,综合定量探究坡耕地利用转型对区域社会经济、生态环境的影响,并测量对其耦合变化类型的驱动机理。结果表明：(1)2000—2020年奉节县坡耕地面积整体缩减,以廊道和边缘斑块坡耕地形态减少为主,减少的坡耕地主要向具有生态功能的林地和生态经济功能的园地转换;(2)社会经济发展水平和生态环境质量整体均呈增长趋势,且区域差异显著,前者呈“长江河谷区高—山区低”的分布格局,后者呈“长江河谷区低—山区高”的空间格局;(3)坡耕地利用转型对社会经济发展-生态环境质量耦合响应类型可以归纳为社会经济-生态环境同步发展型、社会经济发展-生态滞后型、社会经济滞后-生态恢复型、社会经济发展水平偏低型和生态环境质量偏低型5种;(4)社会经济-生态环境变化的各类型主要受到坡耕地利用强度、土地利用多样性、距县行政中心距...     

我国农户生计转型的生态效应研究综述

生计作为人类最主要的行为方式,对人地系统的演化起着主导驱动作用,探讨人类生计与生态环境的相互关系成为当前人地系统科学的研究热点,农户作为广大农村最主要的经济活动主体与最基本的决策单位,其所采取的生计策略对生态环境产生着深远影响。在阐释农户生计转型及其驱动因素的基础上,建立了农户生计转型的生态效应分析框架,梳理了近年来国内农户生计转型的生态效应研究主要进展,指出未来研究中需关注农户的生计演变规律及其调控机制、农户生计策略对生态环境的作用机制、农户生计转型的生态效应评估与监测、农户的可持续生计方式塑建等关键问题。     

Mapping the Progress in Surface Plasmon Resonance Analysis of Phytogenic Silver Nanoparticles with Colorimetric Sensing Applications

Nanotechnology is gaining enormous attention as the most dynamic research area in science and technology. It involves the synthesis and applications of nanomaterials in diverse fields including medical, agriculture, textiles, food technology, cosmetics, aerospace, electronics, etc. Silver nanoparticles (AgNPs) have been extensively used in such applications due to their excellent physicochemical, antibacterial, and biological properties. The use of plant extract as a biological reactor is one of the most promising solutions for the synthesis of AgNPs because this process overcomes the drawbacks of physical and chemical methods. This review article summarizes the plant-mediated synthesis process, the probable reaction mechanism, and the colorimetric sensing applications of AgNPs. Plant-mediated synthesis parameters largely affect the surface plasmon resonance (SPR) characteristic due to the changes in the size and shape of AgNPs. These changes in the size and shape of plant-mediated AgNPs are elaborately discussed here by analyzing the surface plasmon resonance characteristics. Furthermore, this article also highlights the promising applications of plant-mediated AgNPs in sensing applications regarding the detection of mercury, hydrogen peroxide, lead, and glucose. Finally, it describes the future perspective of plant-mediated AgNPs for the development of green chemistry.     

真菌介导纳米银生物合成的研究进展

纳米银(Silver nanoparticles,AgNPs)是指三维结构中至少有一维在1-100 nm范围内的金属银材料,在光学、电学、催化和医药等领域得到了广泛应用.利用真菌生物合成AgNPs相比于传统的化学、物理合成方法,具有反应条件温和、绿色低毒、环境友好等优势备受关注.综述了近年来合成AgNPs真菌种类的研究...     

城市地表热环境研究进展

近50年来,以中国为代表的发展中国家快速城市化过程所引起的生态环境问题直接导致了城市地表热环境的剧烈变化。当前,采用定量化的研究方法开展城市地表热环境研究已成为国内外城市生态环境与气候领域的研究热点之一。因此,厘清城市地表热环境的研究进展对于今后更好地开展城市空间热环境定量评价研究以及进一步促进城市可持续发展具有重要的现实意义。在对城市空间热环境和城市热岛等相关概念、主要研究方法和数据获取方式进行简要叙述的基础上,着重从城市地表热环境的时空特征及其变化、驱动力和驱动机制、城市地表辐射与能量平衡、城市地表热岛与城市大气热岛的关系及其演变规律、城市绿地和水体对城市热岛效应的缓解、城市地表热岛的尺度转换等6个主要方面对当前国内外已开展的城市地表热环境研究进行了归纳总结,并就当前研究过程中存在的问题以及未来的研究重点进行了探讨,以期为今后更好地开展城市地表热环境定量化研究提供参考。     

人工沟渠的生态环境效应研究综述

人工沟渠主要指以排水和灌溉为目的人工挖掘的水道.人工沟渠作为排水和引水的廊道改善了土壤的结构、促进了作物的生长,从而提高了农作物的产量;同时人工沟渠这种景观的存在对周围的环境也产生了巨大的影响.水文效应是被大家普遍接受的生态环境效应.在整个降雨期间或之后,观察显示出沟渠对出口径流的贡献：一些沟渠收集和向河流输送水;另一些沟渠收集水但是减慢了水流的速度.本文从水文效应、对元素地球化学循环、生物及其生境的影响到对生态环境整体影响方面总结了人工沟渠的生态环境效应,并对其进一步的研究提出一些建议,旨在最大限度发挥人工沟渠的生态环境效应,改善整个生态环境.     

吉林省大安市生态环境规划系统动力学仿真模型

生态环境是人类生存和发展的基本条件,经济、社会发展的物质基础。如何保护和建设好生态环境,合理开发利用自然资源,是当今世界所面临的共同问题。针对吉林西部研究区的特点,要使生态环境和经济协调发展,必须统筹规划,突出土地盐碱地治理的重点,实施土、林、水综合治理。根据农业生态环境系统多目标、多层次、多变量、非线性的特点,应用系统动力学的原理与方法,建立系统动力学仿真模型,模拟封闭系统的动态变化,定量预测系统行为。并以吉林省大安市为例,采用系统动力学方法,开展了该区生态环境规划仿真研究,经过模型调控对比,提出了适合经济发展的最佳方案。     

特殊生境微生物及其活性代谢产物研究进展

微生物是一种重要的生物资源,特别是近来年,从特殊生境微生物中寻找具有重要生物活性代谢产物成为一个热点研究领域。主要就特殊生境微生物代谢产物的特殊性、特殊生境适应机制及其活性代谢产物等方面的研究进展和前景进行了简要的阐述,为特殊生境微生物的研究与开发提供参考。     

洞穴体系对外界气候与生态环境的响应

从大气降水、土壤水和洞穴滴水的继承关系的角度,在对洞穴化学沉积物形成的必备因素-洞穴滴水的地球化学形成过程作逐步分析的基础上,综合讨论了洞穴体系对外界气候与生态环境的响应关系。提出对洞穴综合体系开展详尽的长期观测与研究,更加深入地揭示现在正在进行的洞穴碳酸盐沉积过程,即观测现在环境下洞穴化学沉积物的沉积过程及其对环境的响应,是洞穴化学沉积物应用于全球变化研究领域需要更加引起重视的方向。     

海洋生物资源与可持续利用对策研究

海洋生态环境恶化和不合理的开发利用,使我国海洋生物资源严重衰退。开展海洋生物资源学相关基础研究,重点进行海洋环境与生物资源保护,运用海洋生物技术等高新技术,科学、合理地开发利用生物资源,是实现海洋生物资源可持续利用和长久发展的可行策略。着重分析了海洋生物资源状况及其生态环境问题,提出了未来我国海洋生物资源的发展对策。