典型城市单元的土壤重金属溯源方法与实证研究

随着城市化进程的不断深入,土壤中重金属污染现状及其治理情况越来越受到重视,而查明污染源是有效治理污染的前提。源解析技术目前已广泛的应用于环境受体重金属来源解析实践中,总结了近年来土壤重金属成因分析的常用方法及原理,并提出了一种将多种方法相配合使用的方法体系。选取珠三角某市城郊农田作为研究对象,结果表明,Cd、Pb、Cu、Zn、As存在含量超过国家农用地筛选值的情况,其中Cd超标率高达60.1%。农业活动、工业生产、交通源和自然母质均对研究区土壤重金属的累积产生一定的贡献。正定矩阵因子分析法(PMF,Positive Matrix Factorization)模型模拟的Cd、Ni、Zn和Hg预测值与实测值线性拟合r~2均大于90%,其余元素r~2均大于60%,呈现出很好的相关性,满足研究需要。PMF模型和铅同位素比值法计算得到的交通及农业对土壤Pb累积的贡献率之和分别为86.0%和84.8%,PMF模型和物质流分析法计算得到的农业对土壤Cd的贡献率分别为86.7%和79.7%,结果均比较接近。结果表明正定矩阵因子法、同位素比值分析法,物质流分析法能很好的联用应用于土壤重金属源解析研究。     

基于生态系统评价的山水林田湖草生态保护与修复体系构建研究——以乌梁素海流域为例

山水林田湖草系统保护与修复工程实施的重要目标是维护和提升区域生态系统服务。从乌梁素海流域山水林田湖草的生态现状与功能出发,对乌梁素海流域水土流失、土地沙化等生态敏感性及土壤保持、水源涵养、生物多样性等生态功能重要性进行系统评价,形成基于生态敏感性和生态功能重要性相结合的空间格局评价结果。以维护和提升人类福祉所需的重要生态系统服务为目标,以乌梁素海流域生态敏感性和生态功能重要性相结合的空间格局评价结果为基础,制定了“一中心、二重点、六要素、七工程”的乌梁素海山水林田湖草生态保护与修复体系,并基于此将乌梁素海流域生态保护修复分为6个主要治理区域,形成“四区、一带、一网”的生态安全格局,通过具体工程实施,流域生态环境质量和生态服务能力将取得明显提升,防风固沙能力有效增强,生物多样性持续改善,水环境质量稳定达标,生态系统的稳定性明显加强。通过乌梁素海流域的分析案例为流域山水林田湖草生态保护与修复关键区域的识别提供了定量分析方法,为流域尺度构建生态安全格局、实现山水林田湖草系统保护和修复提供思路和途径。     

倭蜂猴粪便微生物苯酚羟化酶和邻苯二酚1,2-双加氧酶基因多样性研究

【目的】分析倭蜂猴粪便微生物中苯酚羟化酶(Phenol hydroxylase,PH)和邻苯二酚1,2-双加氧酶(Catechol 1,2-dioxygenase,C12O)的基因多样性。【方法】利用简并引物,以倭蜂猴粪便微生物宏基因组DNA为模板,通过PCR扩增,分别构建PH和C12O基因克隆文库,并对克隆进行测序分析。【结果】倭蜂猴粪便微生物来源的PH和C12O基因序列经BLAST比对分析,与GenBank中相应酶的序列一致性分别介于92%?100%和87%?100%。系统进化树分析表明PH基因序列与Neisseria、Burkholderia、Alcaligenes、Acinetobacter 4个属来源的PH序列相关;C12O基因序列全部与Acinetobacter来源的C12O序列相关。序列比对结果表明PH序列具有LmPH (Largest subunit of multicomponent PH)中高保守的两个DEXRH结构域;C12O序列具有能被Ag+和Hg2+抑制的位点(半胱氨酸)。【结论】倭蜂猴粪便微生物来源的PH为多组分PH,其降解苯酚的中间产物邻苯二酚可以被C12O通过邻位开环途径裂解。     

灰葡萄孢侵染垫缺失突变体的筛选及其相关生物学特性的研究

【目的】从农杆菌介导获得的灰葡萄孢RoseBC-3的突变体库中筛选侵染垫缺失突变体菌株,并明确其相关生物学特性。【方法】将菌株接种于洋葱表皮,利用棉兰染色观察侵染垫形成情况,筛选得到一个侵染垫缺失突变体(AT19)。采用形态学方法、离体叶片接种法、钌红染色法、小麦种子幼芽生长抑制法分别对该菌株的菌落培养性状、侵染垫产生情况、致病力、产果胶酶能力以及产植物毒性代谢产物能力进行测定。【结果】筛选灰葡萄孢突变体168株,根据侵染垫形成可分为三类：快速形成侵染垫型(158株)、缓慢形成侵染垫型(9株)和侵染垫形成缺陷型(1株,AT19)。AT19在接种洋葱120 h后依然无法形成成熟侵染垫。该菌株生长较为缓慢,菌落扩展均匀,可以产生分生孢子,对烟草、草莓、蚕豆和豌豆叶片均不能致病,可以产生果胶酶和植物代谢毒性物质。【结论】突变体菌株AT19可以产生果胶酶和植物代谢毒性物质,其致病力缺失与侵染垫产生缺陷相关。研究结果为了解灰葡萄孢侵染垫形成分子机制提供基础材料。     

黄河下游平原不同非农生境中植物多样性

自然、半自然等非农生境是区域农业景观的重要组成部分,对区域生物多样性保护具有重要意义。黄河下游平原区是典型的农业景观,农田是最主要的景观类型,林地、树篱等景观要素散布其中,为研究区内非农生境中生物多样性及其生态效应,采用典型样地法对区内典型农业景观中林地、树篱、田间道路和沟渠等主要非农生境中的植物群落进行调查研究。结果显示:区内植物组成以菊科、禾本科等为主;区内植物科的地理成分以世界分布和泛热带分布为主,各生境间有一定的差异,属的地理成分复杂,具有中国15个种子植物属分布型中的13个,以温带分布、世界分布和泛热带分布为主,总体上区内的植物组成以广布种为主,优势科属明显,特有种缺乏;各非农生境中的植物多样性存在一定的差异,林地和树篱生境具有较高的物种丰富度和多样性,显著高于田间道路,沟渠、林地和树篱生境中的物种均匀度和群落盖度均显著高于田间道路;β多样性分析表明田间道路生境中的群落组成分化程度在各样点间最大(β多样性指数最高);树篱、林地和田间道路等生境间群落相似性均较高,但其群落结构和优势种组成方面却存在显著的差异,沟渠作为一种特殊生境与其它生境间的群落相似性相对较低。研究表明,在黄河下游平原典型农业景观中,作为非农生境存在的林地和树篱在物种多样性维持中具有重要地位,沟渠为水生和湿生植物提供了庇护所,意义重大;各生境间高的群落相似性仅是物种组成名录相似性的反映,其空间格局和优势种群间差异明显,各生境植物群落的生态功能差异巨大。未来区内生物多样性的保护应重在生态系统过程、功能的加强以及生态系统服务的维持和提高,且需进一步在景观水平上探讨各非农景观要素的空间构型对其生态效益的影响机制及其调控和管理策略。     

烷烃溶剂对耐有机溶剂极端微生物地衣芽孢杆菌YP1产胞外蛋白酶的影响

考察了添加5%(V/V)浓度的正庚烷、正辛烷、正癸烷、十二烷、十四烷、十六烷等烷烃溶剂对耐有机溶剂极端微生物地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)YP1的生长及产胞外蛋白酶的影响.结果表明5%(V/V)浓度的各种烷烃溶剂对YP1蛋白酶的稳定性及菌体生物量均无显著影响,正庚烷、正辛烷、正癸烷等溶剂显著抑制YP1产蛋白酶,而十二烷、十四烷,十六烷能提高YP1产蛋白酶1倍以上.发酵液中十四烷的浓度(1%-8%,VIV)与蛋白酶的活力呈正相关性,添加十四烷后发酵过程中蛋白酶活力的显著增加出现在菌体生长的对数后期.培养过程中添加十四烷能导致YP1菌体形态显著变小.首次报道了烷烃溶剂对极端微生物产蛋白酶的影响.     

湿地植物根系泌氧及其在自然基质中的扩散效应研究进展

湿地植物根系径向泌氧(ROL)是构造根际氧化-还原异质微生态系统的核心要素,其扩散层为好氧、厌氧微生物提供了良好生境并促进其代谢活动,使湿地植物根际成为有机物降解、物质循环及生命活动最为强烈的场所,已有成果证明湿地植物根系ROL的强弱与污染物的去除效果密切相关。因此,开展湿地植物根系ROL及其在自然基质中的扩散效应研究,对于了解湿地植物根系ROL机理及其根际氧环境特征,进而发挥湿地植物的污染去除功能具有十分重要的意义。基于此,首先归纳了湿地植物根系ROL特征及其受影响机制的研究现状,而后从种属差异、时空分布及对微生物的影响等方面对根系ROL在自然基质中的扩散效应国内外研究成果进行了总结,最终根据研究现状与不足对今后的研究方向进行了简要展望。创新之处在于:1)提出影响根系氧供给及氧输送释放通道的环境、生物等因素,阐述了其对根系ROL的影响机制;2)着重阐述了目前研究较少提及的根系ROL扩散效应测定方法。     

沼泽、盐化沙丘过渡带和沙丘生境下芦苇的光合及生理生化特性

对于田地区3种不同生境(沼泽、盐化沙丘过渡带和沙丘顶)芦苇的生长环境特征、光合特性、渗透调节及抗氧化系统的特征进行研究。结果表明:芦苇叶片的Pn日变化在沼泽生境呈单峰曲线,在盐化沙丘过渡带和沙丘顶部均为双峰曲线,光合"午休"现象明显,气孔导度降低是其主要原因。脯氨酸和可溶性糖含量随根区土壤水分减少和盐分加剧增加显著,其中可溶性糖含量变化剧烈,对抵御干旱和盐渍化危害的贡献较大。芦苇叶片超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性随干旱及盐分加剧增加显著,两者对水分亏缺的响应较盐分敏感,且可有效缓解沙丘生境由于缺水所造成的氧化损伤,使丙二醛(MDA)含量维持在相对较低水平。过氧化物酶(POD)活性在沙丘和盐渍化生境内都比较高,对抵抗盐渍化和干旱起着同样重要的作用。     

蚯蚓作用下污泥重金属形态变化及其与化学生物学性质变化的关系

城市污泥处理是一项世界性难题,污泥农业利用是其最简单有效的资源化利用方式之一,但污泥中较高的重金属含量限制了其实际推广应用,利用蚯蚓-超富集植物联合修复污泥重金属的方法已引起国内外研究者的关注。以新鲜城市脱水污泥为研究对象,接种赤子爱胜蚓(Eisenia fetida)进行室内培养试验,系统研究蚯蚓作用下污泥重金属形态的变化,及其与污泥氧化还原条件、化学和微生物性质变化的关系,以期为蚯蚓-超富集植物联合修复技术在污泥重金属处理中的应用提供理论依据。结果表明,试验前期蚯蚓在污泥中能正常生长和存活,前20 d总生物量增加了52%。蚯蚓可以显著促进污泥中的Cu、Zn、Cd、Ni等重金属从残渣态和铁锰态等稳定形态向交换态和水溶态等有效形态转化。还可以显著降低污泥中还原性物质的含量,减缓p H值下降速度,降低总有机碳含量,促进铵态氮向硝态氮转化,减少污泥微生物的数量并增加其种群活性。蚯蚓作用下,污泥中重金属的活化程度与还原性物质的含量呈显著负相关,而与微生物种群的活性呈显著正相关(P0.05)。综上所述,蚯蚓可以促进污泥重金属的活化,并改善污泥的肥力条件,为修复植物在污泥中的正常生长和对重金属离子的快速吸收提供有利条件。     

基于遥感的建筑物高度快速提取研究综述

近年来我国城市化进程不断推进,不仅体现在城市面积上的增长,也体现在建筑物高度的增长。高度增长一方面能尽量克服城市土地资源匮乏的瓶颈,另一方面为优化城市结构及城市功能做出贡献。在城市遥感研究领域,对于城市建筑物高度的提取也成为研究的重点。城市建筑物高度的估计与测量,已成为城市规划和扩张、城市灾害风险预警与评估的重要参数,同时也为数字城市三维模型的建立提供了基础测绘资料。分别基于光学遥感影像、高分辨率SAR(Synthetic Aperture Radar)影像以及光学遥感影像与高分辨率SAR影像的融合三方面,全面阐述城市建筑物高度的提取方法,并比较两类影像在提取建筑物高度的优劣势,通过回顾早年研究方法,逐步引入近年来新的发展趋势。