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[硕士论文] 张鑫
环境工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:本研究结合浮游植物传统分类和功能群分类方法,探索淮南采煤塌陷湖泊浮游植物群落结构的组成与演替规律及其与环境因子之间的关系,并选取优势功能类群代表物种进行光照、温度和营养等三方面的动力学实验,研究浮游植物群落结构的演替的驱动机制,为矿区水域管理和生态修复提供相关的科学依据。
  研究选取淮南市郊的三个采煤塌陷湖泊,淮南谢家集矿区的淮西湖(HXH)、潘谢矿区的潘谢潘集(PXPJ)和潘谢谢桥(PXXQ)作为研究站点进行了相关研究,相关研究结果如下:
  (1)于2016年2月至2017年12月对3个塌陷湖泊研究站点进行水质与浮游植物调查,并分析了浮游植物群落结构组成与环境因子的关系。HXH站点共观察到浮游植物6门50属89种,PXPJ站点共观察浮游植物7门,53属,93种,PXXQ站点共观察浮游植物7门,52属,101种,3个研究站点浮游植物在夏季均以蓝藻门占据绝对优势,HXH站点其他季节月份浮游植物以隐藻门种类占优势,PXPJ和PXXQ站点主要以隐藻门和硅藻门交叉出现占据优势,且HXH站点全年浮游植物密度以及生物量都远高于其他两个站点。
  (2)利用浮游植物功能群分类方法,将3个站点浮游植物归类,HXH站点共归类22种,优势功能群12种,整个调查期间演替规律为:C、X2、Y→L0→Y、C→X2、y→C、X2、Y→L0→X2、Y→P,夏季主要以L0(代表物种为细小平裂藻)为优势功能群,其他季节主要以C、X2、Y、P功能群占据优势,代表物种分别为小环藻、具尾蓝隐藻、卵形隐藻、颗粒直链藻。PXPJ站点共归类功能群21种,其中优势功能群13种,功能群演替规律为C、X2→S1、X2→D、X2、Y→S1、S2→C、Y→C、X1、X2→S1、Y→Y、X2,夏季主要以S1(代表物种为伪鱼腥藻)功能群占据优势。PXXQ站点共归类功能群23种,优势功能群14种,演替规律为:C、X2、Y→S1、J→S1、S2、L0→C、Y→C、E→D、S1→S1→S1、Y→Y、C,夏季主要以S1功能群占据优势。浮游植物功能类群复杂程度以及稳定程度PXPJ>PXXQ>HXH。3个湖泊浮游植物主要优势功能群为C、X2、Y、L0、S1,体现了塌陷湖泊水体富营养化、弱光、以及低透明度的典型环境特征。影响塌陷湖泊浮游植物功能群结构变化与演替的主要因素为TN、TP、TN/TP、SD、Tem以及pH。
  (3)对浮游植物优势种进行室内营养盐、温度和光照限制培养实验,结果显示:营养限制培养下,具尾蓝隐藻、小环藻以及伪鱼腥藻N限制下μmaxs和Ks分别为:0.66d-1、1.66mg/L,0.37d-1、1.06mg/L,0.71d-1、2.26mg/L;P限制下它们的μmax和Ks则分别为:0.51d-1、0.023mg/L,0.31d-1、0.035mg/L,0.90d-1、0.015mg/L,即在N充足时,伪鱼腥藻能够在竞争中形成优势,同时在P限制情况下易成为优势种;温度限制培养下,具尾蓝隐藻、小环藻以及伪鱼腥藻的最大比生长速率(μmaxT)和最佳生长温度(Topt)分别为0.35d-1、24.5℃,0.32d-1、24.4℃,0.81d-1、35.4℃,高温更适合伪鱼腥藻取得优势;光照限制培养下,具尾蓝隐藻、小环藻以及伪鱼腥藻的最大比生长速率(μmaxL)和最佳生长光照(Ik)分别为0.37d-1、3227Lux,0.34d-1、3300Lux,0.75d-1、2780Lux,低光照更适合伪鱼腥藻的生长。
  (4)根据浮游植物生长动力学参数建立生态模型,拟合结果表明,塌陷湖泊浮游植物群落结构演替主要受温度以及光照的驱动,春秋季节水温较低,光照充足,浮游植物主要以隐藻门种类占据优势,夏季温度光照升高,浮游植物向蓝藻门种类演替,冬季温度低、光照低,适应低温高透明度的硅藻门类占据优势地位。
[硕士论文] 虎帅
地理学;地图学与地理信息系统 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:重庆三峡库区位于长江上游下端,随着城市化进程的不断加快,研究城市扩展对生态系统服务的影响有着至关重要的意义。本文基于2000年、2005年、2010年及2015年土地利用数据,基于构建的CA-Markov模型,加入GDP、人口、高程等限制因子,通过情景设定,模拟出5种不同情景下建设用地演化规律,并结合生态系统服务功能,采用生态系统服务评估与权衡(InVEST)模型,对重庆三峡库区碳储量、水源供给及土壤保持服务功能进行模拟,研究出建设用地对生态系统服务现状及未来的影响,从而确定更适合重庆三峡库区城市扩展的发展模式。研究结果表明:
  (1)2000-2010年土地利用变化显著,建设用地加速扩张至1550.47km2,耕地与阔叶林作为最主要的贡献者,分别转化758.93km2,314.10km2,建设用地主要从西部中心向四周扩张;城市扩展最明显的是自然发展情景,其次是GDP快速增长情景与人口快速增长情景,但对于耕地及林地的侵占较严重,加剧了人地关系的矛盾;生态保护情景虽然降低了耕地及林地的转化量,生态环境有所改善,但生态红线范围内水体面积大量增加;可持续发展情景中建设用地增长较平稳,耕地及林地得以保护的同时,水体面积增长合理,是情景模拟中最适合重庆三峡库区城市化进程的发展情景。
  (2)2000-2010年碳储量持续增长,且增长量加倍,得益于各用地类型固碳能力的普遍增长;水源供给能力减弱,各用地类型水源供给量及水源供给能力普遍减少,原本水源供给量增加的西部城区范围,在2005-2010间有所减少;土壤保持量呈现出先增长后减少的趋势,建设用地的加速扩张,侵占大量的耕地与林地,北部地区林地面积变化较大,降雨侵蚀力的加强,均导致土壤保持功能损失严重。碳储量、水源供给及土壤保持功能均较强的区域很少,仅占研究区面积的2.85%,整体生态系统服务功能较弱。
  (3)建设用地的增长对生态系统服务的影响较大,固碳能力、水源供给能力及土壤保持能力相比其他用地类型较弱,因此,扩张过程导致碳储量、水源供给及土壤保持功能均下降。自然发展情景对生态系统服务的综合影响最大,建设用地扩张造成生态系统服务功能降低也最严重;GDP快速增长情景与人口快速增长情景对生态系统服务的影响依然强烈,耕地与林地的固碳量大量减少;生态保护情景与可持续发展情景对生态系统服务的破坏能力较弱,但生态保护情景中水体固碳能力即固碳量减少,制约着重庆三峡库区水利设施的建设;可持续发展情景中各用地类型固碳能力与固碳量均有所增长,建设用地范围内很重要的碳储量服务功能区较多,对生态环境的破坏程度较小。在建设用地扩张的同时,同样最大限度地保护生态系统服务功能,更有利于重庆三峡库区生态环境的改善。
[硕士论文] 曾一笑
地理学;地图学与地理信息系统 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:重庆三峡库区特殊的地理位置决定它是生态环境敏感的区域,库区自然地理条件和地质条件特殊。三峡水利发电工程竣工以来,对库区的自然生态环境和社会经济变化产生了深远的影响。为揭示三峡库区生态系统健康状态,实现三峡库区人与环境的可持续发展,对重庆三峡库区22个区县进行生态系统健康评价研究与可视化研究是十分必要的。本文基于重庆三峡库区2005~2015年的多源数据,首先,从库区城镇社会经济发展、生态景观、农业三个方面构建了重庆三峡库区生态系统健康横向诊断评价指标体系,结合正态云模型,诊断了各个区县所存在的生态系统健康状态,并与传统熵权模型进行对比分析;其次,应用能值分析理论,从能量流动的角度探讨了2005~2015年重庆三峡库区的生态系统健康变化状态,与熵权模型建模下的纵向评价结论对比,得到重庆三峡库区生态系统健康的变化趋势与规律;最后,基于构建的正态云模型和地理信息软件二次开发技术,实现了重庆三峡库区生态系统健康实时诊断可视化。研究结果表明:
  (1)重庆三峡库区生态系统健康状态横向评价结果显示:库区西部各区县评价等级较高、而中部和库区东部较弱,具体是,渝中区、江北区、渝北区和沙坪坝区等区县在生态城镇经济子系统评价中评价等级较高、而生态农业子系统评价则等级较低;生态农业评价子系统中评价较高的为万州区、云阳县、奉节县和江津区;生态景观子系统则主要分析了各用地比率失衡、生态景观参数和土壤侵蚀性的特征、其中武隆区、石柱县、巫溪县评价等级较低,易受到自然地质灾害的威胁。
  (2)重庆三峡库区生态系统健康纵向诊断评价结果表明:江津区和万州区生态系统健康状态明显上升,而渝中区、大渡口区、北碚区恶化;巫山县、石柱县和巫溪县评价等级上升,生态系统健康状态有所好转;丰都县、忠县、云阳县变化较小,开州评价等级存在波动,巴南区、涪陵区、长寿区无变化。耦合能值分析和正态云模型,对2005~2015年重庆三峡库区的各项能值指标进行核算,并且计算了能值参数在五个评价等级下的隶属度,研究结果显示:重庆三峡库区生态系统健康状态2005~2013年下滑,2013~2015年逐渐优化;生态系统健康能值指标EUEHI由2005年的不适宜状态发展为2014和2015年的非常适宜状态,但可持续发展指数的评价等级逐渐降低,不容乐观。
  (3)应用了Maltab和.NET的混合开发技术,实现了计量地理学模型和地理信息二次开发技术的相结合的技术流程,将二次开发的易于可视化的优点和Matlab易于实现复杂算法的优点相结合,在二次开发的产品中不仅实现了地理信息系统软件应有的数据输入、编辑、存储、处理、输出等功能,更与正态云模型相结合,作为本系统的核心的算法。
[硕士论文] 庞敬文
环境工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:抗生素和重金属污染一直是人们关注的焦点,近年来,各国学者对抗生素和重金属在环境介质上的吸附进行了大量的研究,但大多数集中在土壤、水体、沉积物等环境介质对抗生素和重金属的吸附上。有报道称环境中大量存在的塑料会吸附有机污染物和重金属,对污染物的迁移转化产生不可忽视的影响。目前针对塑料对污染物的吸附机制研究尚不成体系。因此,本论文研究了泰乐菌素(TYL)和Cd2+分别在聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)和聚氯乙烯(PVC)上的吸附机制以及Cd2+对TYL在PS上吸附的影响,得出以下几个成果:
  1.TYL在四种微塑料上的吸附可以用二级动力学模型和颗粒扩散模型较好的拟合,吸附36h后吸附达到动态平衡。吸附等温线可以用Henry模型和Freundlich模型很好的拟合。Freundlich模型中n的值都小于1,吸附具有非线性,四种微塑料的吸附能力依次为PVC>PP>PS>PE,吸附过程受疏水性分配和静电引力的主导。应用吸附热力学模型表明吸附吸热过程,并具有自发性,且随着温度的升高自发趋势越大。溶液中pH值的升高会降低对TYL的吸附量,K+浓度的升高会使吸附量先提高后降低,吸附伴随着静电引力和络合作用。
  2.Cd2+在四种微塑料上的吸附数据可以用二级动力学模型和颗粒扩散较好的拟合,吸附36h达到平衡。Cd2+在PE、PP、PS、PVC上的吸附数据可以用三种模型较好的拟合,其中Freundlich模型拟合效果最好,n小于1,吸附具有非线性,四种微塑料的吸附能力遵循PE<PP<PS<PVC,吸附主要受静电作用主导。溶液的pH和K+浓度的升高会降低微塑料对Cd2+的吸附吸附量,溶液中富里酸(FA)浓度的升高可提高吸附量,吸附主要受静电引力、螯合作用、络合作用和离子交换作用主导。
  3.TYL在复合体系中的吸附可以用Henry模型和Freundlich模型拟合,n接近于1,吸附具有非线性,复合体系中Cd2+会降低PS对TYL的吸附。TYL在复合体系中的吸附会随pH的增大而增大,随K+强度的增大而减小,吸附主要受固液两相的分配系数主导,同时吸附存在静电引力。微塑料先吸附Cd2+后吸附TYL,其对TYL的吸附数据可以用用Henry模型和Freundlich模型较好的拟合。n的值小于1,说明吸附是一个多分子层主导的物理吸附,同时伴有化学吸附。TYL的吸附随pH的增大而增大,随K+强度的增大而减小,吸附主要受疏水性分配、键桥作用、静电作用和络合作用的主导。
[硕士论文] 范杰
土木工程;市政工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:三峡库区河湾型边滩的生态环境建设,直接关系到库区生态景观、生物栖息繁殖生长、库区水质、泥沙淤积、河岸稳定性及边滩生物多样性。本文通过研究三峡库区典型河湾型边滩植被群落环境现状及理化性质变化趋势,理化性质对植被和土壤的作用效果,有助于更好了解植被、土壤和环境对三峡库区河湾型边滩的影响,进而为三峡库区河湾型边滩的植被恢复与重建提供科学参考。本文对三峡库区河湾型边滩(彭溪河黄石段)设置了6个样带18个取样点,对其植被群落和土壤进行了调查和采样。野外调查包括植被组成、高度、频度、盖度。各样带土壤实验室分析包括土壤含水量、有机碳含量、pH值、铵态氮、速效氮、速效磷、速效钾、土壤CO2浓度、土壤CH4浓度和土壤重金属含量。主要结论如下:
  (1)彭溪河黄石段河湾型边滩植被比较丰富,主要有狗牙根、水蓼、蜈蚣草等共12科、15属、16种,包括灌木4种,草本植物共12种,草本植物主要为一年生草本植物。科、属和种的具体分布情况是:马鞭草科、漆树科、冬青科各1属1种,为种灌木或小乔木植物;菊科1属1种,为半灌木;豆科、十字花科各为1属1种,为一年生草本植物;蓼科1属2种,为一年生草本植物;禾本科3属3种,为一年生草本或多年生草本植物;莎草科、堇菜科各1属1种,为多年生草本植物;车前科1属1种,为一年生草本植物。葫芦科2属2种,为一年生蔓生植物;根据植被高度、频度、盖度和重要值分析,边滩植被分为5个群落:油菜-玉米群落、盐肤木-水蓼群落、水蓼-小苔草群落、水蓼-狗牙根群落和狗牙根群落。
  (2)从样带内各群落物种组成上看,1月-2月草本植被群落大多为枯萎期,灌木和乔木植被生长优势明显。3月-5月草本植被群落迅速生长,成为样带内优势物种,草本植物在淹没区占绝对优势,说明草本植被耐水性强,繁殖力强,适应环境能力强。相反,在175米以下淹没区灌木植被和乔木植被缺失或数量极少,说明原生灌木和乔木在河湾型边滩自然环境改变后生存较为困难。可见,三峡库区河湾型边滩植被群落演替表现出了由复杂灌木-草本群落向多草本群和单草本群落发展的趋势。因此,通过人为植入耐水性、耐碱性草本和灌木,可以增加河湾型边滩物种多样性,以实现库区河湾型边滩植被群落改造,促进河湾型边滩植被群落的交替和植被群落的多样性。
  (3)边滩不同样带内植被土壤的pH、有机碳、铵态氮、速效钾、速效磷均发生了不同程度的变化。草本群落pH值高于其他群落,越靠近河边pH值有增高的趋势。植被群落土壤有机碳出现了类似pH值的变化趋势,但有机碳、速效磷、速效钾含量变化受非淹没区农田灌溉影响较大,导致不同植被群落有机碳、速效磷、速效钾含量随月份出现较大波动,边滩植被各项土壤营养值较高,土壤肥沃。草本群落土壤各项营等级逐渐增加,说明土壤和水体富营养化风险增加。
  (4)边滩不同样带内植被群落土壤CO2、CH4含量受气候、水位等因素出现的差异而变化,狗牙根群落土壤CO2、CH4含量高于其他植被群落。随海拔升高土壤CO2、CH4含量逐渐降低,说明有机碳分解、枯萎植被分解、植被根系呼吸会加大土壤CO2、CH4含量。土壤CO2含量和土壤有机碳、pH、速效钾存在显著性相关。
  (5)边滩不同样带内植被群落土壤重金属含量变化不明显,重金属有向河边草本植被群落土壤迁移的趋势,但趋势不明显。不同植被群落在生长阶段,对土壤重金属有一定吸收作用,因此,人为增加河湾型边滩植被多样性和种类有利于减少三峡库区水体的重金属污染。植被群落的高度、盖度和植物种类和土壤的各种理化性质不存在显著关系。说明三峡库区边滩生态系统比较脆弱,未能形成比较稳定的生态体系。加强库区边滩生态修复和建设,有利于增强边滩生态系统的多样性与稳定性。
农药学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:在环境化学领域,手性农药的环境行为是研究的热点。超过30%的农药属于手性化合物。研究手性农药的环境行为有助于我们理解手性农药在环境中的进程以及更加全面的评价。
  本研究选取来自中国不同地区的三种土壤(北京的碱性土壤,长春的中性土壤,武汉的酸性土壤)来研究手性农药三唑酮在这三种不同类型土壤中对映体转化及选择性降解的分子生态机制。主要结果如下:
  1)手性农药三唑酮对土壤微生物群落的影响。
  本文将手性农药三唑酮的外消旋体(Rac),光学纯异构体R(R)和S(S)三种不同形式的化合物添加于三种土壤中并评价微生物群体结构的变化。利用宏基因组学(高通量测序技术)检查和确定微生物群落结构的变化。结果表明三种空白处理的土壤微生物群落结构不同,土壤微生物的物种丰富度和多样性大小为:北京>长春>武汉。此外,长春土壤的主要微生物属于Firmicutes,北京土壤的优势微生物种群是Actinobacteria,Proteobacteria和Acidobacteria是武汉土壤的优势微生物种群。经过R,S和Rac处理的土壤中鉴定到的大部分优势细菌种群(从门到属)表现出明显的降低。大部分Proteobacteria的微生物对于目标化合物表现出抵抗性,尤其是对S及Rac的抵抗性。北京的弱碱性土壤以及长春的中性土壤的微生物优势种群与土壤pH值正相关,与土壤水份含量负相关。相反,武汉的酸性土壤与土壤水份含量正相关,与土壤pH值负相关。此外土壤所含的有机质会影响微生物的活性。
  2)土壤微生物群落对三唑酮对映体转化的影响
  将光学纯的三唑酮R体和S体添加到三种土壤中培养。通过色谱分析(HPLC)与高通量测序技术的联用对目标分析物进行定量分析并且探索与转换过程相关的细菌类别。结果表明不同土壤中三唑酮对映体的转化率明显不同。北京弱碱性土壤中三唑酮对映体转化率比长春的中性土壤快,这与北京土壤中Arthrobacter和Halomonas的丰度更高保持一致。然而武汉酸性土壤没有三唑酮对映体转化的现象,这可能与武汉土壤中缺少Arthrobacter和Halomonas有关。此外,北京土壤中Arthrobacter的存在可能是S体转化成R体的原因,而长春土壤中R体转化成S体可能是由于Halomonas的作用。Arthrobacter和Halomonas与土壤pH值和存在正相关的关系,与水分含量存在负相关的关系。
  3)土壤中三唑酮外消旋体的立体选择性降解及生态机制
  将三唑酮的外消旋体添加到三种土壤中进行培养实验。通过色谱分析(HPLC)与高通量测序技术的联用对目标分析物进行定量分析并且探索与转换过程相关的细菌类别。结果表明不同地区土壤中三唑酮外消旋体的降解速率:北京>长春>武汉。此外,三唑酮外消旋体在三种土壤中的降解存在立体选择性,S体的反应(转化)比R体的快。这些差异可能与Arthrobacter oxydans sp在三种土壤中的丰度有关(丰度比较:北京>长春>武汉)。此外,Arthrobacter oxydans sp与土壤pH值呈正相关,与水分含量呈负相关。
  本文对三唑酮的R体,S体与外消旋体在中国三种类型土壤中的残留降解行为及微生物群落进行了研究,研究结果对进一步阐明土壤微生物群落对手性农药的选择性降解行为具有重要的理论意义和实践价值。
[硕士论文] 宋雅丽
微生物学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:自然界中有十分丰富的微生物资源,目前已分类鉴定的微生物约有15万种仅为微生物总量的10%左右,其中已开发利用的仅占1%。因此,仍有大量的未知微生物资源需要挖掘并研究其应用。
  本研究对韩国釜山公园污水沉积物土壤进行了菌种的分离筛选,对55株菌的168rRNA基因序列进行比对,发现它们分布在Pedobacter、Sphingobium和Sphingomonas等18个属,Sphingobium属菌株所占比例最大。通过进一步鉴定得到了疑似新菌SYL130。SYL130为一株好氧菌株,在R2A培养基中呈橙色菌落。其细胞为弯曲杆状,革兰氏染色为阴性,可进行滑行运动。对SYL130进行16S rRNA基因序列比对发现该菌株与Sediminibacterium aquarii JCM31013T(96.1%)相似度最高且与Sediminibacterium属其它菌株相似性均小于97%。利用邻近距离法、最大似然法、最大简约法构建进化树,发现该菌在进化树中一直稳定的与Sediminibacteriumaquarii JCM31013T聚在一个小分支,再与该属的其他成员聚在一个大分支。根据进化树分析和菌株SYL130的16S rRNA基因序列分析,SYL130可能是Sediminibacterium属的一个新种。以Sediminibacterium属的相关菌株Sediminibacterium aquarii JCM31013T,Sediminibacterium goheungense KCTC23945T和Sediminibacterium salmoneum NBRC103935T为参考菌株对SYL130进行了多相分类学鉴定,发现SYL130对NaCl无耐受性,生长温度范围为4-37C,生长pH范围为5.0-7.0,DNA G+C mol%含量是47.8mol%,主要脂肪酸(>5%)为iso-C151G(23.22%)、iso-C150(28.29%)、anteiso-C150(5.98%)、iso-C1603-OH(5.61%)和iso-C1703-OH(9.56%),主要极性脂为磷脂酰乙醇胺、未知的氨脂、未知的氨基磷脂、两种未知的氨基磷脂和六种未知的脂质,主要的呼吸醌为MK-7。此外,SYL130与参考菌株有明显的生理生化特性差异,如其生长温度和生长pH范围,可同化L-阿拉伯糖和D-麦芽糖,没有α-半乳糖苷酶活性等特性与参考菌株有明显不同。
  通过表型、基因型和化学分类学特征分析证明了SYL130即符合Sediminibacterium属内特征又具有自身独特的特性,因此我们提议将菌株SYL130作为一个新种归类于Sediminibacterium属,命名为Sediminibacterium roseum(KCTC52860T=CCTCC AB2017082T)。Sediminibacterium属菌株在环境污染的治理方面十分有潜力,但是其应用价值仍需通过大量实验进一步挖掘。
[硕士论文] 戴雯
矿物加工工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:在选煤厂中聚丙烯酰胺常用作絮凝剂对煤泥水进行絮凝沉降,聚丙烯酰胺的高分子侧链上带有大量的活性基团因而具有良好水溶性和絮凝性。但残留于选煤厂循环水中的聚丙烯酰胺会影响浮选药剂的吸附率,此外若选煤厂循环水未得到妥善处理外排到环境中将会污染地下水。目前已有不少学者从环境中筛选出微生物菌种用于降解含聚丙烯酰胺废水,但环境菌种的降解率偏低且菌种生长周期较长,不适于工业化生产。原生质体融合技术具有可跨越种属间界限融合多个亲本菌株遗传基因的优点,因此,利用原生质体融合技术构建有效降解选煤厂循环水中残留聚丙烯酰胺的工程菌,对改善降解菌种对聚丙烯酰胺的降解特性有着十分重要的研究意义。
  本论文以球红假单胞菌和枯草芽孢杆菌为研究对象,先驯化球红假单胞菌及枯草芽孢杆菌,考察驯化后的球红假单胞菌及枯草芽孢杆菌对煤泥水中残留聚丙烯酰胺进行复配降解的特性,优选出复合降解菌种对煤泥水中残留聚丙烯酰胺进行降解的最优工艺参数;采用原生质体融合技术,将球红假单胞菌与枯草芽孢杆菌融合,获得对煤泥水中残留聚丙烯酰胺降解率较高的融合菌株,探究原生质体制备的最优工艺参数;然后对比融合子与复合降解菌种对煤泥水中残留聚丙烯酰胺的降解效果。
  试验结果表明:球红假单胞菌与枯草芽孢杆菌经过一段时间的驯化能被诱导为对聚丙烯酰胺有降解作用的功能菌;复配球红假单胞菌和枯草芽孢杆菌进行PAM的降解试验,在因素水平组合为“培养温度”为35℃,“pH为”7,“菌液添加量”2mL。最优参数下进行降解培养时,复合菌对聚丙烯酰胺的降解率为39.24%;球红假单胞菌原生质体制备过程的最优因素水平为蔗糖浓度20%,溶菌酶浓度1.0mg/mL,EDTA浓度为0.2%,作用时间为60min。在此条件下,原生质体形成率为63.7%,再生率为8.9%。枯草芽孢杆菌原生质体制备的最优因素水平为蔗糖浓度20%,溶菌酶浓度1.5mg/mL,作用时间为60min。在上述条件下,原生质体形成率为58.5%,再生率为9.45%;在复合降解菌种最优降解条件下融合子对聚丙烯酰胺的最终降解率为53.14%。
  通过对比融合子与复合降解菌种对煤泥水中残留聚丙酰胺的降解效果,结果显示融合子对煤泥水中残留聚丙烯酰胺的降解效果明显增强,原生质体融合子兼具了两亲本的优良性状。
[硕士论文] 任肇雯
环境工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:随着社会经济的快速发展,温室气体的排放成为了全球人民及国际政府之间最关心的环境问题。通过编制温室气体排放清单,可以更加直观的了解研究区域的温室气体的排放来源、计算方法以及变化趋势等,对于制定温室气体的减排目标、评估减排措施的效果具有十分重要的意义。
  本文以江西省作为研究案例,根据《IPCC国家温室气体清单编制指南》和《省级温室气体清单编制指南》,对研究区能源、工业、农业、林业和废弃物五个部门的温室气体排放进行核算,从人均温室气体排放、单位面积温室气体排放、万元GDP温室气体排放和温室气体排放等级评估模型等来对江西省温室气体排放情况进行多方面评估。运用Kaya恒等式和LMDI分解法对碳排放的影响因素进行分析,并探讨分解结果对温室气体排放的影响力。最后通过情景分析法对江西省2020年的温室气体排放量进行预测分析。
  通过研究得出江西省2005-2015年的温室气体排放总量表现为递增的趋势,从2005年15729.5t增加到2015年的27952.3t,CO2是排放占比最高的温室气体,占总排放量的比例从2005年的78.4%上升到2015年的86.4%,而CH4与NO2排放占总排放量的比例呈现递减的趋势。由于能源消耗排放的温室气体是最多的,占总排放量的比例维持在65%以上。2005-2015年江西省的温室气体排放等级从Ⅰc上升为Ⅱa,这说明了随着工业化进程的加快,环境污染问题也是越来越严重。通过对碳排放的影响因素分析可知,人口数量和人均GDP是促进温室气体排放的两大重要因素。在设定的“基准情景”与“低碳政策情景”两种情景模式下,到2020年万元GDP温室气体排放量分别为1.57t/104yuan和1.37t/104yuan。
[硕士论文] 肖雅玲
建筑与土木工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:洛克沙胂(Roxarsone)作为一种含砷饲料制剂,近年来被大量应用于我国的畜禽养殖中。洛克沙胂在畜禽体内几乎不发生降解,会经由粪肥施用或养殖污水进入环境。洛克沙胂在环境中可能转化成其他形态的有机砷或无机砷,会对生态环境产生潜在的影响,因而引起了人们的广泛关注。本文以多孔介质中洛克沙胂生物转化过程和机理为研究目标,针对影响其生物转化过程的环境条件开展研究,通过改变外源性底物、含水率水平,分别采用纯种菌(Shewannella oneidensis MR-1)和混和菌种进行不同浓度洛克沙胂生物转化影响研究,分析洛克沙胂的转化过程机制,得出的主要结论如下:
  (1)S.oneidensis MR-1不能直接将洛克沙胂作为碳源利用,在外源性底物存在时,例如乳酸钠,则能够提供S.oneidensis MR-1生长所必需的碳源,且能为其提供电子以转化洛克沙胂,将其还原成唯一产物4-羟基-3-氨基苯胂酸(4-hydroxy-3-amino phenylarsonic acid,HAPA)。多孔介质含水率条件显著影响洛克沙胂的转化过程;当实验组中的含水率低于25.00%时,洛克沙胂基本没有发生转化,而只有当含水率达到28.75%以上时,洛克沙肿才得以还原;并且洛克沙胂的还原速度随含水率增大而增加,含水率28.75%实验组中洛克沙胂的降解半衰期约为含水率100%实验组中的8.6倍。
  (2)提取不同深度的土壤微生物进行研究,发现在108h内,有氧状态下均不能进行洛克沙胂转化;厌氧状态下,微生物所处的土壤深度越深,对于洛克沙胂的转化越慢,处于厌氧状态下培养的土壤表层微生物对洛克沙胂的降解效率最高;土壤环境中的洛克沙胂生物转化与土壤含水率密切相关,洛克沙胂的生物转化随着土壤含水率的增加而进行得越快也越彻底;经过144h培养,含水率高于40.25%的实验组中的洛克沙胂全部被转化,含水率30.00%组中的转化率为30%,而含水率12.50%组中的洛克沙胂基本没有被转化;在含水率40.25%和100%的实验组中,洛克沙胂先被土壤微生物还原为HAPA,其中37%的HAPA又被氧化成了毒性更大的三价砷、五价砷,还有极小一部分转化成了一甲基砷(MMA)、二甲基砷(DMA);发现洛克沙胂等量转化成了HAPA和其它形态的砷,还有6%的砷进入了细菌体内。
  (3)研究了含水率水平对于土壤微生物群落及多样性的影响,通过高通量测序法,测得含有洛克沙胂的环境对土壤微生物有筛选作用,洛克沙胂会显著限制土壤微生物的多样性;含水率越高的环境,生物多样性越低;土壤环境中优势菌种为肠杆菌属(Enterobacter,59.15%)、气单孢菌属(Aeromonas,9.25%)和假单胞菌(Pseudomonas,6.63%),经过一段时间的培养后,含水率100%实验组中优势菌种变成了假单胞菌(Pseudomonas,52.87%)、肠杆菌属(Enterobacter,25.82%)和寡养单胞菌(Stenotrophomonas,7.56%),含水率12.50%实验组中优势菌种变成了假单胞菌(Enterobacter,37.19%)、肠杆菌属(Pseudomonas,37.09%)和寡养单胞菌(Stenotrophomonas,11.12%),说明以上三种菌属能很好地适应有洛克沙胂的环境;通过高通量测序,发现洛克沙胂浓度越高对微生物多样性的限制相对越大,2.3mmol/L和0.5mmol/L洛克沙胂实验组中差异较大的菌属为布丘氏菌(Buttiauxella)、赖氨酸芽孢杆菌(Lysinibacillus)和假单胞菌(Pseudomonas)。
[硕士论文] 辛梓
建筑与土木工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:广泛应用于畜禽养殖业中的洛克沙胂是一种有机胂饲料添加剂,主要经由畜禽粪便排出以原型进入自然环境,造成土壤和水源砷污染。深入研究洛克沙胂在环境中的转化途径对于探究其潜在的污染风险至关重要。本文选取奥奈达希瓦氏菌(Shewanella oneidensis MR-1),一种兼性厌氧菌,能在厌氧条件下利用多种电子受体,如三价铁、硝酸盐、亚硝酸盐和某些重金属离子进行产能代谢和电子传递作为模式菌种,研究不同种类铁矿物对奥奈达希瓦氏菌转化洛克沙胂的影响。研究结果表明,铁离子以及含铁矿物会对奥奈达希瓦氏菌转化洛克沙胂产生重要影响,主要结论如下:
  (1)可溶性Fe(Ⅲ)对奥奈达希瓦氏菌转化洛克沙胂的影响研究结果表明:厌氧条件下,洛克沙胂在奥奈达希瓦氏菌的作用下会被还原成4-羟基-3-氨基苯胂酸,可溶性Fe(Ⅲ)离子可以极大提高奥奈达希瓦氏菌转化洛克沙胂的速率,1mmol/L Fe(Ⅲ)的出现可以将奥奈达希瓦氏菌的转化速率提高近一个数量级。然而,奥奈达希瓦氏菌的转化速率与Fe(Ⅲ)浓度并非成正比关系。较低浓度的可溶性Fe(Ⅲ)就可以促进S.oneidensis MR-1生物转化洛克沙胂,当可溶性Fe(Ⅲ)增加到6mmol/L,洛克沙胂转化速率增长减慢,说明了高浓度的Fe(Ⅲ)会抑制洛克沙胂的生物转化。
  (2)洛克沙胂吸附饱和的水铁矿对奥奈达希瓦氏菌转化的影响,结果表明:水铁矿对洛克沙胂有良好的吸附作用,奥奈达希瓦氏菌还原洛克沙胂产物最大生成速率随着水铁矿质量的增加而增长。此外磷酸盐的存在也会对水铁矿还原产生影响。它会和砷竞争水铁矿上吸附点使得水铁矿表面的砷含量大大减少。水铁矿会在磷酸盐条件下生成次生铁矿蓝铁矿。
  (3)不同种类铁矿对奥奈达希瓦氏菌转化洛克沙胂的影响研究结果表明:奥奈达希瓦氏菌可以在有铁矿存在条件下将洛克沙胂还原,还原速率和该铁矿结晶是否稳定有关。还原洛克沙胂和铁矿过程时有次生铁矿生成,不同铁矿在磷酸盐环境中都有次生铁矿蓝铁矿生成。
[硕士论文] 蔡程
化学工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:NH3的选择性催化还原技术(NH3-SCR)是目前最为有效的烟气脱硝手段,其在燃煤烟气和工业焦炉烟气脱硝中得到广泛的应用。催化剂性能尤其是使用温度窗口是NH3-SCR脱硝技术的核心因素。在非电领域,大量工业装置的烟气温度较低,不适用于传统的中高温SCR脱硝技术,因此急需开发应用适用于中低温区的SCR脱硝技术,尤其是具有低温脱硝活性的催化剂。近年来研究发现锰氧化物为活性组分的催化剂具有较好的低温脱硝SCR活性,从而受到较多的关注。近年来,本课题组所开发的锰基低温SCR催化剂已经在焦化烟气低温脱硝领域得到了工业化应用,但烟气中低浓度的SO2对其有严重的毒害作用,导致催化剂中毒失活,从而降低催化剂的使用寿命,增加脱硝成本。因此研究锰基SCR催化剂的SO2毒化机理和再生工艺对于提高催化剂的循环利用、降低脱硝成本、减少环境污染和资源浪费都具有重要的实际意义。
  本文首先以课题组前期开发的凹凸棒石负载锰(Mnx/PG)催化剂为研究对象,评价了催化剂低温脱硝性能,考察了SO2对催化剂的毒化作用,并开展了中毒后催化剂的再生工艺研究。结果显示,所制备的Mn8/PG催化剂具有良好的低温脱硝性能,200℃时,NO转化率达到86%。在烟气中通入400ppm的SO2后,催化剂的脱硝活性急剧下降,直至完全中毒,200℃时标准活性评价条件下NO转化率稳定在24%;采用热再生和水洗再生对失活催化剂进行再生研究,发现热再生只能部分恢复催化剂的脱硝活性,而水洗再生后,催化剂的脱硝活性可以恢复到新鲜样水平。通过对新鲜、中毒和再生的Mn8/PG催化剂的表征分析可知,催化剂在受SO2毒化后生成的硫酸铵和硫酸氢铵沉积在催化剂表面上,堵塞催化剂孔道,导致催化剂失活。这些硫酸铵盐热稳定性较好,很难通过热处理的方式完全除去;但其易溶于水,水洗可以非常有效地将其除去,且水洗并不会洗去活性组分锰,因而催化剂脱硝活性得以完全恢复。
  本文又以商用钒钨钛为基体,同样采用等体积浸渍法制备Mnx-V2O5-WO3/TiO2催化剂,考察了制备工艺参数(Mn负载量和煅烧温度)对催化剂脱硝性能的影响、SO2的毒化影响及失活催化剂的再生工艺。结果显示Mn的负载量为8%时,煅烧温度在500℃时,催化剂具有最佳的低温脱硝活性,200℃时,NO转化率接近100%。但当催化剂在含硫(400ppmSO2)气氛中完全中毒后,200℃时NO转化率降至35.6%。失活催化剂经过热再生后,其脱硝活性进一步降低,其中150℃时催化剂NO转化率由16.5%降至9.7%;而水洗再生后,催化剂脱硝活性都可以完全恢复。通过对新鲜、中毒和再生的Mn8-V2O5-WO3/TiO2催化剂的表征分析,发现催化剂在含硫气氛中的失活可能有两种原因造成。一方面由于硫酸铵盐沉积在催化剂的表面上,覆盖了催化剂的孔道结构,这也是所有SCR催化剂硫中毒的共性原因;另一方面活性组分锰与烟气中硫结合生成类似于硫酸锰盐的中间物质,其占据催化剂的活性中心,导致更为严重的毒化。而这两种失活路径均源自于SO2的催化氧化。热再生后催化剂表面上的硫酸铵盐可以通过热分解除去,但其分解产生的二氧化硫被催化剂中的钒进一步氧化,结合活性组分锰又会生成类似于硫酸锰盐的中间物质,因而脱硝活性反而降低。水洗再生不仅可以洗去催化剂表面上的硫酸铵盐,还可以破坏类似于硫酸锰中间物的结构,除去其中的硫酸根,并不会洗去活性组分锰,因而脱硝活性恢复至新鲜样。
  本文通过对两种锰基催化剂硫中毒过程及再生工艺的研究,发现了所有SCR催化剂硫中毒的共性原因:沉积在催化剂表面上的硫酸铵盐覆盖了催化剂的孔道结构,同时也发现载体的不同也会导致催化剂硫中毒及再生过程中的不同表现:硫中毒后的Mnx/PG催化剂经过热再生后,其脱硝活性可以部分恢复;而硫中毒后的Mnx-V2O5-WO3/TiO2催化剂经过热再生后,其脱硝活性进一步降低。揭示了两种锰基催化剂硫中毒过程和再生工艺的规律。
[硕士论文] 潘怡然
环境工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:厌氧消化产甲烷是通过生物质能缓解能源危机的重要战略之一,但其本身存在着条件严苛,产甲烷效率低等限制性因素。因此,本文以产甲烷四阶段过程中最后两个主要限制性阶段——产乙酸阶段和产甲烷阶段为主要研究内容,将乙酸钠作为整个过程的唯一碳源,通过向产甲烷体系中投加可以与甲烷菌形成互营的电活性菌硫还原泥土杆菌Geobacter sulfurreducens和颗粒活性炭GAC,考察体系的产CH4量、产CH4速率、底物消耗速率、SMP、FISH、qPCR、微生物群落分析、SEM等,探讨外加条件的影响和作用机理。
  向乙酸钠产甲烷体系中投加电活性菌Geobacter sulfurreducens发现,实验组的产CH4速率从0.094mmol/d提高到0.15mmol/d,滞后期从4天缩短到1天。通过FISH图预判促进产甲烷效应的是活性菌还是生物量的影响,可以直观的看出投加G.sulfurreducens的实验组,G.sulfurreducens电活性菌和甲烷菌不论亮度还是分布都明显增加将近80%。从FISH图中看出两种菌的覆盖面积大部分重合,猜测G.sulfurreducens电活性菌和甲烷菌产生了某种生物连接实现了互营作用。通过微生物群落结构分析,发现了实验组投加的Geobacter,对照组中则没有。实验组中氢型的甲烷杆菌(Methanobacterium)增加了45%,Methanosaeta也有相应的增加。说明G.sulfurreducens电活性菌促进产甲烷可能是G.sulfurreducens通过与Methanosaeta和Methanobacterium两种甲烷菌之间的DIET过程引起。
  向不同温度的乙酸钠高温厌氧产甲烷体系中投加颗粒活性炭GAC发现,55℃条件下产CH4速率提高了50%,35℃条件下产CH4速率是原来的42%,通过qPCR的分析发现55℃条件下的GAC促进高温厌氧发酵原因不是来自于负载上生物量的增加,而是对甲烷古菌有促进作用。通过对微生物群落结构的分析,高温促进的产甲烷菌主要是甲烷八叠球菌科(Methanosarcinaceae),相对丰度提高了约31%。加入GAC的系统中没有发现已知电活性菌的存在,这意味着在高温消化群落之中可能存在其他可以向甲烷古菌直接传递电子的细菌,猜测还是与DIET过程有关。
[硕士论文] 吴筱原
环境工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:Cu2+作为重金属离子,过量存在时会造成环境危害,影响人类健康;氰化物作为冶金、制革的必需品,在工业生产中得到广泛应用,氰化物也是一类神经性剧毒物质,同时会对环境造成不良影响。因此,寻找一种简单快捷的检测方法势在必行。本论文利用纳米孔单通道技术,基于Cu2+和DNA探针上三氮唑的相互作用,引起得DNA探针分子构象的变化,实现了铜离子的检测。由于Cu2+和CN-之间的强络合作用,CN可将DNA上络合的Cu2+竞争下来,使得DNA构象恢复,从而进一步实现了CN-的检测。在此基础上,本文利用该检测技术,基于三链分子信标,实现了对microRNA的定量检测和三段高度相似同源microRNA的同时检测。
  本文的主要研究结果如下:
  一、构建了适合Cu2+、CN-检测的纳米孔单通道检测方法。
  (1)通过化学修饰得到相邻碱基修饰三氮唑的DNA探针分子,当Cu2+存在时,由于Cu2+和相邻碱基修饰的两个三氮唑作用,会引起DNA探针构象的变化,通过纳米孔单通道实验,发现探针络合Cu2+的阻滞时间明显延长约为49ms,阻滞幅值由83%增至90%。
  (2)通过CN-和DNA-Cu2+-三氮唑中Cu2+的强络合作用,导致DNA构象恢复,其相应电流信号也随即恢复至82%,穿孔时间缩短,与未络合Cu2+的探针特征量相近。
  二、构建了基于三链DNA结构对microRNA检测的纳米孔单通道检测方法。
  (1)基于DNA探针和DNA编码分子形成的三链分子信标,当microRNA存在时,microRNA和DNA探针分子作用形成双链,三链结构瓦解,释放DNA编码分子,我们通过检测释放出的DNA编码分子的电流信号,对microRNA进行定量检测。
  (2)设计了5种三链DNA结构,筛选出最优的DNA11作为编码序列和DNA3构建三链体系。实现了对micro-155和let-7a的定量检测,确定了microRNA的检测范围:5pM~100nM。
  (3)实现了对let-7a、let-7b、let-7c的选择性检测,DNA8-let7c的全匹配序列信号频率为6.7个/min,含有一个错配碱基的信号频率明显降低,其中DNA6-let7c为0.9个/min,含有两个错配的碱基信号频率降低的程度更大,如DNA8-let7a只有0.5个/min。说明该检测方法能够很好的区分单个核苷酸的差异,能够应用于肺癌疾病的前期诊断。
  (4)通过合成三种具有不同电流信号的DNA编码分子,实现了高度相似同源microRNA:let-7a、let-7b、let-7c同时存在时的定量检测,将同时检测结果与单独检测结果之间进行对比。let-7a、let-7b、let-7c对应同时检测信号频率为:4个/min,3.3个/min,4.3个/min,单独检测信号频率:4.1个/min,3个/min,3.6个/min。结果十分接近,说明该检测方法对应多组分复杂体系仍有较优的识别率,存在应用到实际血清样本中多组分、高通量检测的潜力。
[硕士论文] 李宇博
环境科学 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:巢湖地区部分岩层富含磷素,在各种自然及人为作用下风化,释放出的磷素随着雨水径流迁移至湖泊和地下水。自然界中存在着可以解磷的微生物,可以将岩石难溶性的磷转化为可被生物利用的磷,提高磷的迁移速率及活性。但在目前研究下,解磷微生物对岩源风化磷释放影响缺乏相关研究。
  本研究从巢湖东北部山区采集7种含磷矿物,通过磷的分级提取发现Ca-P为岩石的主要成分,为碱性岩石。并且对孤峰组在垂直方向上磷含量分布的研究发现,随着深度的增加,风化程度减少,岩石中活性磷的浓度降低;解磷微生物能够显著降低溶液中的pH并风化岩石释放岩源磷;随着溶解氧含量的升高,微生物对岩石释磷作用也越明显,并且溶液中的pH与溶液中溶解磷含量呈负相关。
  本文通过研究解磷微生物菌群对含磷矿物的培养条件(粒径,转速,碳源量及初始pH)的单因素和优化实验,结果表明各种因素对解磷量有着明显的影响,其中影响因素大小为粒径>碳源量>pH>转速,通过效应面优化法预测最优值,在粒径0.17mm、转速155.55r/min、碳源量14.1g和pH=6.71条件下,磷浓度释放量达到最大,达到8.215mg/L。
  在土柱内微生物对三个地层岩源磷释放过程中可以发现,岩石的微生物风化过程主要发生在水—岩接触面0到10cm的垂直范围,而在下段区域很少或几乎不风化,并且坟头组相对于孤峰组两组样品值的变化较小。在风化释磷过程中,易溶性和弱吸附性磷(Ex-P)、铝结合磷(Al-P)、铁结合磷(Fe-P)及有机磷(Or-P)总体呈上升趋势,闭蓄态磷(De-P)、自生和生物磷灰石碳酸钙结合磷(CAP)、碎屑磷灰石及其它无机磷(Oc-P)总体呈下降趋势。
  微生物在对孤峰组岩石的风化过程中,溶液中的理化参数发生了改变,有磷素释放到水体中,活性磷的浓度增加;在该实验条件下,微生物释放的有机酸主要为草酸。
[硕士论文] 胡奥锋
地质工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:随着各种地下工程尤其是核废料处置工程等不断增多、规模增大,基岩裂隙中水流和溶质运移研究需求越来越大。交叉裂隙是裂隙网络重要组成部分,研究交叉裂隙水流及溶质运移对基岩地下水污染和防治具有重要指导意义。总结国内外裂隙中水流和溶质运移研究现状,深入分析交叉裂隙中优势流通道对水流及溶质运移的影响。设计制作用于模拟交叉粗糙裂隙优势流及溶质运移的实验装置,进行了交叉粗糙裂隙中优势流及溶质运移模拟试验。分析交叉裂隙优势流规律并对溶质运移特征进行初步探讨。得出主要结论如下:
  (1)在本文的试验条件下,过交叉点处的局部裂隙水流流速V与水力梯度J呈非线性关系,与传统的、平均意义上的达西定律产生了偏差,而Forchheimer公式能较好的拟合水力梯度和流速间的关系,拟合精度较高;单宽流量与水力梯度间呈幂指数关系q=KJm,且m的值随着相对粗糙度的增大而变大;传统局部立方定律并不适用粗糙裂隙,应用修正的立方定律能够较好的拟合实测数据,隙宽指数n值均大于3属于超立方定律范围,且n值随着粗糙度增大而变小。
  (2)交叉粗糙裂隙中的优势流效应受裂隙粗糙度和进出水角度的影响,在粗糙度不同的两组裂隙中,随着裂隙粗糙度相差越大优势流效应越强,反之则减弱。
  (3)比较不同粗糙度条件下优势效应对溶质运移的影响,发现前两组粗糙度相差较大试验中两出端水裂隙内相同位置处的穿透曲线峰值差值随着优势效应的增强逐渐增大。
  (4)过裂隙交叉点不同位置温度示踪剂运移穿透曲线的峰值具有明显差距且不随运移距离的增大而逐渐降低,峰值最大穿透曲线多出现距交叉点较远的探头点3和探头点4位置处,其中以探头点4较多。说明交叉点处溶质混合模式介于线性模式和完全混合模式之间。
  (5)注入不同量热液引起温度示踪穿透曲线峰值到达时间的变化,相同流速条件下随着注入量的增加峰值到达时间逐渐延迟。到达峰值时间差距随着流速的增大呈现出逐渐减小的趋势。表明温度场和渗流场耦合条件下两者之间存在相互作用。
  (6)亮蓝示踪剂溶质运移穿透曲线采用ADE和TPL两种模型进行拟合,结果表明TPL模型的拟合精确度更高,拟合曲线与实测值穿透曲线拖尾现象更吻合。
[硕士论文] 郑志成
地质工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:当前大规模人类工程活动与基岩裂隙水密切相关,导致了许多地下水环境问题,造成了严重的影响并可能导致灾难性后果。反应性溶质运移的量化是基岩地下水环境污染高效修复的重要前提, 目前尚存在“过度预报”、“拖尾”和模型参数规律不清楚等问题。为了解决这些问题,本文以用苯胺(AN)和1,2-萘醌-4-磺酸钠(NQS)双分子反应为例,进行了实验室大尺度实验和数值模拟,并与传统对流弥散方程(ADE)以及常用的非线性模型(TPL)进行了比较,得出的主要成果和结论如下:
  (1)水力实验表明水力梯度J和流速v呈非线性关系,用Forchheimer公式拟合实验值的效果好于Darcy定律拟合结果,说明水流为非达西流。
  (2)裂隙水非达西流条件下,双分子反应性溶质运移存在非费克现象,且随流速减小、溶质运移距离的增加、隙宽变宽,溶质的“拖尾”现象越来越明显。
  (3)ADRE模型总体能较好的拟合双分子反应性溶质运移的实验值,但是不能很好拟合生成物的非费克运移,TPL模型比ADRE模型能更好的拟合生成物NQAB的“早到”和“拖尾”现象,将这两个模型更好的耦合在一起是以后需要进一步研究的内容。
  (4)用ADRE模型对双分子反应性溶质运移的实验值进行拟合,发现在同一隙宽、同一流速下,ADRE模型参数D、β0的值随着溶质运移距离的增加而增加,参数m的值也增加;在同一隙宽、同一运移距离的条件下,模型参数D、β0的值随着流速的增加而增加,参数m的值减小;在同一流速、溶质同一运移距离的条件下,模型参数D、β0的值随着宽度增加减小,参数m的值增大。
  (5)对ADRE模型进行敏感度分析,表明模型基本不受参数D的影响,而惰性溶质的弥散系数和ADRE模型参数D具有相同的变化规律,用弥散系数代替模型参数,不仅能够提高ADRE的拟合速度还能提高拟合的精度。
[硕士论文] 周凌燕
环境科学 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:本研究以水资源时空分布不均的安徽省为例,在分析评价区域的自然概况和水资源特征的基础上,以安徽省多年统计年鉴为数据来源,应用虚拟水理论计算安徽省各类水足迹,了解其结构组成,从本质上揭示人类消费模式对水资源产生的影响。结合水足迹核算结果,应用压力-状态-响应模型和灰靶模型建立了研究区域的水资源可持续利用评价耦合模型,用于掌握安徽省水资源可持续利用水平的时间变化规律和空间分异状况,并提出针对性的对策建议。研究内容及主要结论如下:
  (1)应用虚拟水理论计算安徽省各类水足迹,对安徽省2016年各城市和2007年至2016年安徽省总体的水足迹及其结构组成进行分析。结果显示:在时间序列上,安徽省水足迹总体呈现上升趋势,十年间的平均增长率为2.19%。安徽省内部水足迹在总水足迹中占据绝对比重,而农业水足迹是内部水足迹的主要组成部分;在空间序列上,安徽省水足迹总体呈现北高南低的分布特征,安徽省各城市农业生产水足迹所占比重最大,其次为工业生产水足迹,生活用水水足迹和生态用水水足迹所占比重较小。量化分析水足迹为研究人类活动与水资源缺乏之问的关系提供支持。
  (2)融合水足迹计算结果,基于压力-状态-响应理论选取安徽省水资源可持续利用评价指标,应用灰靶模型构建耦合评价模型,评价安徽省水资源可持续利用水平。研究结果显示:在时间序列上,安徽省十年间的靶心度综合值呈现逐年增高的趋势;在空间序列上,安徽省总体呈现南高北低的分布格局,降雨量、人口空间分布和经济增长等与此密切相关。水资源可持续利用水平的计算结果能反映出实际的时空分异规律,灰靶模型能够有效解决评价标准及等级划分的适用性问题,增强不同评价对象间的可比性。
  (3)基于水足迹及水资源可持续利用水平计算结果,本研究提出针对性对策建议。因地制宜发展跨流域调水,重新分配水资源,优化产业结构,改善用水结构,增加环保投入,加强污染治理等是提高水资源可持续利用水平的有效措施。本研究可为安徽省制定水资源的合理开发和高效配置政策提供方向和理论支撑。
[博士论文] 吕传娟
微生物学 山东大学 2017(学位年度)
摘要:硫化氢(H2S)是一种具有臭鸡蛋气味的有毒气体,存在于多种生产过程以及自然界中。H2S可以通过抑制呼吸链而影响中枢神经系统与呼吸系统的活动,是工业生产中仅次于CO的第二大杀手。20世纪90年代,研究者发现哺乳动物细胞可以内源产生H2S,提示H2S可能具有一定的生理作用。随着近年来相关研究的逐渐深入,H2S已被认为是继CO和NO之后的第三类气体信号分子。
  在哺乳动物细胞内,H2S主要来源于含硫氨基酸,包括半胱氨酸、甲硫氨酸及胱氨酸,H2S产生过程涉及的酶主要有三个:胱硫醚γ-裂解酶(CSE)、胱硫醚β-合成酶(CBS)与3-巯基丙酮酸硫转移酶(3-MST)。哺乳动物细胞中H2S的过度产生与积累可能会抑制呼吸,产生毒性作用。哺乳动物细胞为了避免体内积累过多的H2S,通常会通过酶促氧化将内源产生的过量H2S重新氧化为硫代硫酸盐。H2S的氧化过程主要涉及三个酶:硫醌氧化还原酶(SQR)、硫转移酶(RHOD)和过硫化物双加氧酶(PDO)。
  自养细菌中H2S的氧化途径及其在能量代谢中的作用已经得到了较为深入的研究。已报道的SQR主要分布于化能自养菌及光合硫氧化细菌中,可以分为六类。在革兰氏阴性自养细菌中发现了两种类型的PDO,能够催化相同的底物,序列相似性较高,在革兰氏阳性自养细菌中发现另外一类PDO,与革兰氏阴性自养细菌中两类PDO的序列相似性较低,且作用底物不同。本实验室前期研究证实,异养细菌中同样含有SQR、PDO及RHOD的编码基因,而且上述蛋白同样在硫化物的氧化代谢中发挥作用。例如实验室前期发现在异养细菌Cupriavidus pinatubonensis JMP134中,SQR首先氧化硫化物生成多硫化物,多硫化物与GSH发生自发反应生成GSSH,然后PDO氧化GSSH生成亚硫酸盐,生成的亚硫酸盐会与多硫化物发生自发反应生成硫代硫酸盐,RHOD能够加速多硫化物与GSH的反应。
  基于上述研究,推测与哺乳动物细胞内类似,H2S的产生与代谢可能广泛存在于细菌中且具有一定的生理作用。本文首先通过生物信息学手段对已全基因组测序的细菌及古菌中的SQR及PDO进行分析,确定SQR及PDO编码基因广泛存在于不同的细菌与古菌中,也有部分细菌与古菌中不含SQR及PDO编码基因。考虑到自养细菌中H2S的代谢已经研究的较为深入,本文针对异养细菌中H2S的产生及代谢开展了后续研究。具体研究对象为C.pinatubonensis JMP134、Pseudomonas aeruginosa PAO1与Escherichia coli BL21(DE3),其中E.coli BL21(DE3)基因组中不含SQR及PDO编码基因;C.pinatubonensis JMP134基因组中含SQR及PDO编码基因,且SQR及PDO编码基因位于同一个操纵子上;P.aeruginosa PAO1基因组中含SQR及PDO编码基因,但SQR及PDO编码基因在基因组上相距较远。通过对上述菌株中SQR及PDO编码基因进行敲除、回补、过表达及H2S氧化能力分析,发现异养细菌中SQR及PDO能够代谢自身产生的H2S,因而含有SQR及PDO的菌株在培养过程中并不积累和释放H2S;在混合培养过程中,含有SQR及PDO的菌株能够代谢其他菌株释放的H2S。同时以P.aeruginosa PAO1为代表性菌株,对异养细菌中H2S产生途径进行了研究,确认P.aeruginosa PAO1中既含有催化有机硫化物生成H2S的三个酶CBS、CSE及3-MST,也含有催化无机硫化物生成H2S的业硫酸盐还原酶。经过对P.aeruginosa PAO1中已知的H2S合成与代谢相关基因的顺序敲除,得到如下菌株:H2S代谢相关基因敲除菌株Pa3K(Pa△sqr1△sqr2△pdo)、H2S合成相关基因敲除菌株Pa△H2S(Pa△cbs△cse△mst△cysI)、H2S合成与代谢相关基因敲除菌株Pa7K(△cbs△cse△mst△cysI△sqr1△sqr2△pdo)。Pa7K既不含有H2S生成基因也不含有H2S代谢基因,在丰富培养基LB中的生长并未受到影响,也不向外释放H2S。如果向LB培养基中添加过量的半胱氨酸,Pa7K仍然会产生大量H2S,说明P.aeruginosa PAO1通过有机途径产生H2S的过程比较复杂,除了已报道的合成相关蛋白外,还存在其他未知的可催化H2S产生的酶;在添加过量无机硫源的无机盐培养基中,Pa7K不再产生并积累H2S,说明P.aeruginosa PAO1通过无机硫源产生H2S的途径较为单一,其中关键酶为亚硫酸盐还原酶。
  通过对不同异养细菌中H2S代谢相关基因的比较基因组学分析,发现Cupriavidus necator H16基因组中不含有SQR编码基因sqr,但其在培养过程并不释放H2S。对C.necator H16基因组的进一步分析发现,该菌株含有编码黄素细胞色素硫脱氢酶(FCSD)的fccAB基因。FCSD在光合细菌中有报道,包含一个大的能够结合硫的黄素蛋白亚基(FccB)和一个小的cytochrome c亚基(FccA),其体外功能与SQR类似,能够氧化硫化物生成零价硫,与SQR不同之处在于,FCSD氧化硫化物过程中生成的电子会传递给cytochrome c。目前关于FCSD是否在体内可以行使与SQR类似的催化硫化物氧化的功能并未确定。本文对C.necator H16中FCSD编码基因进行了敲除、回补、过表达及H2S氧化能力分析,实验结果显示,FCSD能够代谢C.necator H16内源产生的H2S,突变菌株Cn△fccAB丧失了H2S代谢能力并向外释放H2S。在P.aeruginosa PAO1的H2S代谢相关基因敲除菌株Pa3K(Pa△sqr1△sqr2△pdo)中对fccAB过表达,发现FCSD在Pa3K中也具有氧化硫化物的活性,而且与SQR类似,FCSD氧化H2S产生的多硫化物也包含二硫化物和三硫化物。进一步在Pa3K中对fccAB与pdo进行共表达,发现FCSD与PDO能够协同代谢H2S。具体过程为:FCSD氧化H2S生成多硫化物,多硫化物与GSH自发反应生成GSSH,接下来GSSH在PDO的作用下氧化生成亚硫酸盐,生成的亚硫酸盐能够与多硫化物发生反应生成硫代硫酸盐,该途径与C.pinatubonensis JMP134中SQR/PDO氧化硫化物的途径类似,区别在于C.necator H16并不含有加速多硫化物与GSH反应的RHOD。生物信息学分析显示,在已全基因组测序的4929株细菌中,有190个菌株含有FccB,且大部分fccB与fccA在基因组上相邻排列。FccBs可以分为三类,每一类在进化上都是相对保守的。
  P.aeruginosa是一种革兰氏阴性条件致病菌,广泛分布于不同生境之中。P.aeruginosa PAO1基因组中含有cbs、cse、mst、cysI等H2S合成相关基因,以及sqr与pdo等H2S代谢相关基因。为了进一步了解H2S产生与代谢在异养细菌中的生理功能,接下来对P.aeruginosa PAO1及其各突变菌株的几个代表性表型:绿脓菌素的产生、生物膜的形成、运动性、血平板上的菌落形态、鼠李糖脂的产生及致病能力等进行了系统研究。实验结果显示,P.aeruginosa PAO1和H2S代谢相关基因敲除菌株Pa3K(Pa△sqr1△sqr2△pdo)表型基本相同,而H2S合成相关基因敲除菌株Pa△H2S(Pa△cbs△cse△mst△cysI)和H2S合成与代谢相关基因敲除菌株Pa7K(△cbs△cse△mst△cysI△sqr1△sqr△pdo)表型基本相同,说明H2S合成而非H2S的代谢对P.aeruginosa PAO1的各类表型会产生影响。具体而言,P.aeruginosa PAO1内H2S合成相关基因的缺失,严重影响了该菌株绿脓菌素的产生、运动能力、鼠李糖脂的产生等表型,且H2S合成相关基因突变菌株对莴苣叶柄的感染能力显著下降。对P.aeruginosa PAO1及H2S合成相关基因敲除菌株Pa△H2S(Pa△cbs△cse△mst△cysI)进行转录组学分析,结果显示H2S合成相关基因的缺失影响了P.aeruginosa PAO1的群体感应系统,考虑到前述表型多受群体感应系统的调控,推测H2S合成基因的缺失首先导致P.aeruginosa PAO1丧失H2S合成能力,进而影响了菌体内的群体感应系统,导致群体感应系统调控的表型相关基因的表达量发生改变,最终影响了P.aeruginosa PAO1的致病能力。尽管上述研究可以证实H2S在P.aeruginosa PAO1中确实具有重要的生理功能,且其生理功能可能与H2S和群体感应系统间的相互作用有关,但H2S的具体作用仍需进一步研究。
[博士论文] 侯丹迪
植物营养学 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:植物对重金属的超积累作用及其调控机制是当今国内外土壤修复领域研究的热点和难点,也是优化重金属污染土壤植物萃取技术的核心要素。植物根际微环境中重金属的生物学过程是影响重金属从土壤向植物迁移的重要限制因子,深入研究土壤环境中超积累植物根系对重金属的吸收积累过程及其主控因子,尤其是根际微生物的重要作用,对于揭示植物超积累重金属的关键机制、推动植物萃取技术在污染环境修复中的实际应用具有重要的理论与现实意义。
  东南景天(Sedum alfredii Hance)是我国原生的锌镉超积累及铅富集植物,其对多种重金属具有很强的耐性和积累能力,是应用于污染土壤绿色植物修复技术的一种良好潜在材料。然而,目前有关东南景天超积累重金属的生理与分子机制研究多集中于超积累植物对重金属的转运与储存过程,对其根土微界面重金属的生物学过程及其在植物超积累重金属中的作用仍知之甚少。本研究以超积累生态型与非超积累生态型东南景天作为供试材料,综合运用同步辐射X射线荧光(SR-XRF)、X射线吸收光谱(SR-XAS)等高通量金属组学技术,原位分析了东南景天根系微观尺度上重金属的迁移转化过程,以期明确超积累植物对重金属的根系吸收过程,为进一步揭示根际生物学过程在植物超积累重金属中的作用机制奠定基础;同时,利用16S rRNA基因扩增子测序等技术比较了不同重金属污染条件下两种生态型东南景天根际土壤微生物学特征差异,探索特异根际细菌群落结构对植物萃取土壤重金属的潜在作用;基于上述研究,进一步分析了东南景天在修复重金属复合污染土壤过程中的根际调控机制及其独特的微生物结构特征,为重金属污染土壤植物修复技术的改良和优化提供科学依据。
  本研究取得的主要研究结果如下:
  1.在水培条件下采用SR-XRF和XAS技术研究比较了镉在两种生态型东南景天根系组织水平和细胞水平的原位分布、时空变化特点以及根系镉的赋存形态特征。结果表明,镉超积累生态型东南景天根系中镉主要分布于根尖分生组织和中柱,而非超积累生态型东南景天根系中的镉主要集中于分生组织,中柱区域只有很少量的镉。侧根发生部位(包括侧根根尖、侧根原基等处)以及侧根生长区域的中柱中都有大量镉的分布。通过根系不同部位对镉吸收的响应研究发现,侧根可以更加快速高效地吸收镉进入根系中。东南景天根系中镉主要以Cd2+、Cd-柠檬酸、Cd-细胞壁和Cd-谷胱甘肽形态存在,其中超积累生态型根系中Cd2+和Cd-柠檬酸的比例要高于非超积累生态型。上述结果表明侧根是超积累东南景天吸收镉的主要部位,而镉以离子态、柠檬酸结合态存在于其裉细胞中,从而促进镉向木质部装载进而向地上部运输的效率。
  2.在水培条件下采用SR-XRF和XAS技术对铅富集与非富集两种生态型东南景天根系中铅等元素的分布特征和赋存形态进行原位分析。结果发现两种生态型东南景天根系吸收的铅主要分布于根尖分生组织和中柱部位,与Cl、P等其他元素的分布较为一致。相较而言,铅富集型东南景天根尖分生组织中铅含量远低于铅非富集型东南景天,但其中柱中铅含量明显高于非富集型东南景天。此外,侧根发生部位能够吸收和积累更多的铅,并直接进入根系中柱部位进行运输。铅在根系中主要与细胞壁进行结合,减少了铅向地上部的迁移,其在东南景天铅耐性和解毒中可能发挥重要作用。综上可知,侧根是铅的主要吸收部位,而富集型东南景天则更容易将铅装载到木质部进而运输到地上部,而非富集型东南景天将更多的铅滞留在根尖,其可能原因在于细胞壁的固持作用。
  3.采用土壤根袋培养方式,利用16S rRNA基因扩增子测序技术比较了镉污染土壤上两种生态型东南景天的根际细菌群落结构差异。东南景天的种植和镉浓度的提高均显著降低了细菌群落的α-多样性,改变了土壤细菌群落结构。与非根际土壤及非超积累东南景天的根际土壤相比,超积累东南景天的根际土壤细菌群落结构组成明显不同。在高镉污染水平下,超积累东南景天根际中一些来自放线菌门(Actinobacteria),拟杆菌门(Bacteroidetcs)和TM7菌门的种属尤为丰富。放线菌门的链霉菌属Streptomyces是造成超积累型根际与其他样品细菌群落组成差异的主要原因,在高镉水平下,其丰度是其他样品的3.31-16.45倍。以上结果说明,在超积累植物东南景天对镉污染土壤的植物修复过程中,其根系生长和土壤镉污染共同塑造了一个特殊的根际细菌群落,一些关键细菌,如Streptomyces的OTU8159,可能在重金属的超积累过程中发挥重要作用。
  4.利用16S rRNA基因扩增子测序技术比较了铅污染土壤中两种生态型东南景天的根际细菌群落结构的差异。与镉类似,东南景天的种植和铅浓度的提高(特别是中度铅污染水平)也显著降低了细菌群落的α-多样性,改变了土壤细菌群落结构。与非根际土壤及非富集型东南景天的根际土壤相比,富集型东南景天的根际土壤细菌群落结构组成明显不同。富集型东南景天根际Alphaproteobacteria纲(Asticcacaulis、Dongia)、Betaproteobacteria纲(Dechloromonas和Rhizobacter)和Bacteroidetes门(Flavobacterium)尤为丰富,而非富集型东南景天根际则有更高丰度的Firmicutes门(Clostridium sensu stricto1、Paenibacillus)、Deltaproteobacteria纲(Geobacter)和Gammaproteobacteria纲(Pseudomonas)。随着铅水平的提高,富集型和非富集型东南景天根际特异OTUs种类逐渐减少。以上结果表明,铅污染条件下,超积累东南景天根际形成了特异的细菌群落结构,但其群落结构特征及特异细菌组成与镉污染条件下明显不同,说明根际细菌对不同重金属有不同的适应性机制。
  5.采用根箱模拟试验综合比较了种植在镉铅复合重金属污染土壤条件下超积累和非超积累生态型东南景天的根际微域特征差异,并重点分析了两种生态型东南景天的根际微生物学特征。相较于非超积累型东南景天,超积累东南景天对于重金属有着更高的耐性,且地上部积累了更多的镉和锌。超积累型的根际微域特征与非根际土壤和非超积累型的根际土壤差异显著,表现为根系发达、根际土壤酸化、金属生物有效性提高以及微生物活性提高等。16S rRNA测序表明,超积累生态型具有特异的根际细菌群落特征,并在根际定殖了大量的Streptomyces、Kribbella等细菌。PICRUSt分析表明超积累东南景天根际中有更为丰富的与膜转运和氨基酸代谢相关的预测功能基因。本研究揭示了复合重金属污染植物修复过程中超积累东南景天根际的一系列生物化学行为,表明超积累植物东南景天对土壤重金属的活化及吸收作用可能与其根系对重金属的高耐受性,根系分泌物导致的土壤酸化作用,尤其是根际独特的细菌群落结构以及特异微生物的定殖密切相关。
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