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聚乳酸微塑料对淡水沉积物氮转化的影响

中国环境科学 2024年

作者：孙爱冯琴霜唐炳然何强李宏重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室

为探究生物可降解聚乳酸微塑料（PLA-MPs）对淡水沉积物中氮转化的影响，本文构建了室内沉积物体系，分别向淡水沉积物中加入0（对照）、0.05%、0.5%、5%（w/w）的PLA-MPs，并在温度为25℃且光照强度为40μE/(m2·s)的条件下培养45d.结... 详细信息

为探究生物可降解聚乳酸微塑料（PLA-MPs）对淡水沉积物中氮转化的影响，本文构建了室内沉积物体系，分别向淡水沉积物中加入0（对照）、0.05%、0.5%、5%（w/w）的PLA-MPs，并在温度为25℃且光照强度为40μE/(m2·s)的条件下培养45d.结果表明，PLA-MPs的加入导致体系中pH值和溶解氧（DO）浓度显著降低而溶解性有机碳（DOC）浓度显著升高（P＜0.05），同时促进CO2和CH4的生成.实验结束时，PLA-MPs的添加使NH4+-N的浓度降低，0.05%和0.5% PLA-MPs处理组，NO3--N和TN浓度低于对照组（其上覆水TN浓度相比对照组分别下降了68.44%和61.83%）.相反，5% PLA-MPs处理组出现TN积累（实验结束时上覆水TN浓度为5.71 mg/L）且显著高于对照组（P＜0.05）.此外，0.5%和5% PLA-MPs处理组沉积物NO2--N浓度降低并减少了N2O的释放，而0.05% PLA-MPs则与之相反.添加PLA-MPs促进了固氮基因nifH和硝化基因amoA的表达，反硝化基因nirS和nosZ在0.05%和0.5% PLA-MPs处理组富集.而反硝化基因narG丰度仅在0.5% PLA-MPs处理组上调;5% PLA-MPs处理组中narG和nirS基因的丰度下调，nosZ基因的表达呈现先抑制后促进的趋势.研究结果表明，PLA-MPs的加入改变了上覆水及沉积物中的理化性质，促进了固氮和硝化，同时提供碳源增强0.05%和0.5% PLA-MPs处理下的反硝化从而脱氮，但在5% PLA-MPs处理中由于pH过低导致NO3--N和NO2--N的还原受到抑制进而使得TN积累.

关键词：聚乳酸塑料氮转化基因沉积物

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聚乳酸塑料在淡水沉积物中的降解过程

中国环境科学 2024年

作者：冯琴霜张丽雪唐炳然何强李宏重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室

为探究商用聚乳酸(PLA)可生物降解塑料在淡水沉积物中的降解过程，本文以主要成分为PLA的可生物降解塑料袋(PLAB)、塑料吸管(PLAS)以及塑料杯(PLAC)为研究对象，构建了室内沉积物实验体系，研究了三种塑料片表面性质的变化，分析了塑料... 详细信息

为探究商用聚乳酸(PLA)可生物降解塑料在淡水沉积物中的降解过程，本文以主要成分为PLA的可生物降解塑料袋(PLAB)、塑料吸管(PLAS)以及塑料杯(PLAC)为研究对象，构建了室内沉积物实验体系，研究了三种塑料片表面性质的变化，分析了塑料片表面生物膜及微生物的响应.结果表明，180天后塑料片表面变得更加粗糙，其中PLAB表面出现大量不规则凸起、裂缝和孔洞并存在质量损失(7.30%)，表现出最高的降解程度.同时，仅PLAB的红外光谱明显变化，其C=O与C-O等特征峰峰强增大，羰基指数升高13.65%;XPS光谱中PLAB和PLAS的O/C值升高了13.89%和5.17%，且三种塑料片的RO-C=O相对含量均降低，说明三种塑料都发生了降解.实验结束时，塑料片表面生物膜富集了PLA降解菌(假单胞菌属)以及可能驱动PLA降解的脱硫杆菌微生物.PLAB具有荧光强度最强的成熟生物膜且其表层沉积物生物膜生物量显著高于对照组(P＜0.05).PLAB可能因其表面最为粗糙而促进了附着生物膜的形成及周围微生物的生长，同时PLAB含有水解速率更高的聚己二酯对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)组分，进而表现出最高的降解程度.此外，PLA塑料片的加入提高了表层沉积物的微生物多样性并改变了优势门类的相对丰度并可能影响元素循环.研究结果为了解可降解塑料在沉积物中的降解过程提供了新的认知.

关键词：聚乳酸塑料降解生物膜沉积物

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聚乳酸微塑料对沉积物中蓝藻复苏的影响

中国环境科学 2024年第5期44卷 2660-2671页

作者：张丽雪唐炳然李宏重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室重庆400045

为探究生物可降解聚乳酸微塑料(PLA-MPs)对沉积物蓝藻复苏的影响,构建了室内复苏实验体系,分别向淡水沉积物中加入0(对照)、0.05%、0.5%及5%(w/w)的PLA-MPs,并在15℃光照强度为40μE/(m^(2)·s)条件下培养50d.结果表明,0.5%和5%PLA-MPs... 详细信息

为探究生物可降解聚乳酸微塑料(PLA-MPs)对沉积物蓝藻复苏的影响,构建了室内复苏实验体系,分别向淡水沉积物中加入0(对照)、0.05%、0.5%及5%(w/w)的PLA-MPs,并在15℃光照强度为40μE/(m^(2)·s)条件下培养50d.结果表明,0.5%和5%PLA-MPs处理组均显著升高了上覆水的氨氮(NH_(4)^(+)-N)和硝氮(NO_(3)^(-)-N)含量(P<0.05),实验结束时两组上覆水的NH_(4)^(+)-N含量分别是对照组的61.19、84.94倍,NO_(3)^(-)-N含量分别是对照组的5.80和17.01倍,这与沉积物中氮固定基因(nifH)、硝化基因(AOB-amoA、nxrB)的上调,反硝化基因(narG)的下调有关.同时,PLA-MPs抑制了有机磷矿化基因(phoD)的丰度,降低了沉积物中溶解氧渗透深度,促进了沉积物溶解性活性磷(SRP)的释放.随着PLA-MPs含量的增加,水柱中蓝藻门的相对丰度显著增加,分别比对照组高出12.38%、23.53%和28.54%,表明PLA-MPs促进了沉积物中蓝藻的复苏.研究结果有助于进一步识别PLA-MPs的水生态风险.

关键词：聚乳酸微塑料蓝藻复苏氮磷

载氧沸石与水丝蚓对沉积物-水剖面氮迁移转化的影响

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生态环境学报 2024年

作者：潘璇罗竣潇唐炳然郭翔宇何强李宏重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室中国建筑第五工程局有限公司重庆城投曙光湖建设有限公司

本研究以粉煤灰基载氧沸石为覆盖材料，通过构建沉积物柱试验体系，探究了在水丝蚓的影响下覆盖粉煤灰基载氧沸石后厌氧沉积物-水体系氮的去除效果与潜在机制。结果表明，覆盖20天后，粉煤灰基载氧沸石覆盖显著提升了上覆水中溶解氧(DO... 详细信息

本研究以粉煤灰基载氧沸石为覆盖材料，通过构建沉积物柱试验体系，探究了在水丝蚓的影响下覆盖粉煤灰基载氧沸石后厌氧沉积物-水体系氮的去除效果与潜在机制。结果表明，覆盖20天后，粉煤灰基载氧沸石覆盖显著提升了上覆水中溶解氧(DO)浓度，较对照升高2.78倍。但水丝蚓的存在促进了粉煤灰基载氧沸石中的氧气向深层沉积物的扩散，导致上覆水DO浓度较对照降低了56.73%，且表层沉积物剖面中DO浓度显著高于粉煤灰基载氧沸石组(3.77-0.47 mg/L);同时，表层沉积物中Comamonadaceae和覆盖层中的Novosphingobium、Proteiniclasticum等反硝化菌的丰度明显提升。因此，20天后各处理组上覆水中的总氮含量为9.89 mg/L(粉煤灰基载氧沸石组)、10.40 mg/L(粉煤灰基载氧沸石+水丝蚓组)、11.60 mg/L(粉煤灰基不载氧沸石组)、12.49 mg/L(粉煤灰基不载氧沸石+水丝蚓组)、18.59 mg/L(对照组)、20.99 mg/L(水丝蚓组)，但实验结束时，水丝蚓存在与否并未抑制粉煤灰基载氧沸石处理下对氧化亚氮释放通量的削减(均显著低于其他处理组，P<0.05)。本结果表明，沉积物中水丝蚓的向下运动，能够使粉煤灰基载氧沸石作用到更深处的沉积物中，从而提高沉积物中的溶解氧含量、改变了微生物群落结构，并促进了深层沉积物脱氮。

关键词：内源污染载氧材料沸石水丝蚓氮

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底泥覆盖对氮磷释放及休眠蓝藻复苏的影响

中国环境科学 2024年

作者：杨诗幼唐炳然罗竣潇梁嘉良何强李宏重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室

氮磷是蓝藻生长的关键因子，但较少研究关注沉积物中的氮磷对休眠蓝藻复苏生长的影响.本研究构建了室内复苏实验体系，选用镧改性膨润土和粉煤灰基沸石为氮磷吸附材料，设置对照组、控氮组(粉煤灰基沸石覆盖)、控磷组(镧改性膨润土覆盖... 详细信息

氮磷是蓝藻生长的关键因子，但较少研究关注沉积物中的氮磷对休眠蓝藻复苏生长的影响.本研究构建了室内复苏实验体系，选用镧改性膨润土和粉煤灰基沸石为氮磷吸附材料，设置对照组、控氮组(粉煤灰基沸石覆盖)、控磷组(镧改性膨润土覆盖)、氮磷双控组(镧改性膨润土和粉煤灰基沸石混合覆盖)，进行为期120天的培养实验，探究了材料覆盖沉积物后对沉积物-水剖面氮磷去除的效果与机制，进而分析了其对沉积物中休眠蓝藻复苏的影响.结果表明:实验结束时对照组表层沉积物(0～2cm)间隙水中磷酸盐和氨氮分别为0.732 mg/L和0.044 mg/L.与对照相比，控磷组磷酸盐被削减97.81%;控氮组氨氮被削减65.91%.表明控磷组和控氮组仅分别抑制了沉积物-水剖面中的磷酸盐和氨氮的释放.氮磷双控组同时抑制了沉积物氮磷的释放，实验结束时上覆水中总磷和总氮较初始分别降低33.33%和57.18%.此外，材料覆盖提升了沉积物表层中参与反硝化作用微生物(如Thiobacillus， Sulfuricurvum)和硝酸盐还原反应微生物(如norank＿f＿Anaerolineaceae)的相对丰度，这有利于沉积物中氮的去除.实验结束时，对照组的叶绿素a含量为24.36 μg/L，为控氮组、控磷组和氮磷双控组的16.13倍、6.07倍和32.48倍;同时控氮组、氮磷双控组蓝藻门浮游植物相对丰度较对照组降低12.24%和10.16%;硅藻门的相对丰度与对照组相比明显升高，分别是对照组的2.34倍和2.33倍，表明浮游植物多样性有所提高.研究结果表明氮磷双控可更有效地抑制休眠蓝藻复苏，这有望为预防蓝藻水华的暴发提供新的思路和方法.

关键词：镧改性膨润土粉煤灰基沸石蓝藻复苏氮磷

粉煤灰基载氧沸石对沉积物-水剖面氮去除的效果及机制

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中国环境科学 2024年

作者：杨兵罗竣潇唐炳然邓联军葛淼刘强张晓岭何强李宏重庆市生态环境监测中心中国建筑第五工程局有限公司重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室

溶解氧是驱动沉积物氮素转化的关键因子，本研究以三种粉煤灰为原材料，制备了粉煤灰基载氧沸石，通过构建原位沉积物柱试验体系，探究了覆盖厚度为0.5、1.0和2.0 cm的粉煤灰基载氧沸石对沉积物-水剖面氮的去除效果与机制.结果表明，粉... 详细信息

溶解氧是驱动沉积物氮素转化的关键因子，本研究以三种粉煤灰为原材料，制备了粉煤灰基载氧沸石，通过构建原位沉积物柱试验体系，探究了覆盖厚度为0.5、1.0和2.0 cm的粉煤灰基载氧沸石对沉积物-水剖面氮的去除效果与机制.结果表明，粉煤灰基载氧沸石能通过吸附和释氧作用降低沉积物-水体系中的氮含量，并控制沉积物中氮的释放，改善效果与材料覆盖厚度正相关.覆盖25天后，0.5、1.0和2.0 cm覆盖厚度处理组中沉积物-水界面处的溶解氧浓度分别为1.79、3.69和6.26 mg/L，上覆水中总氮的去除率分别为22.77%、30.37%和39.10%，沉积物中氨氮释放通量相较于对照组分别削减了31.4%、47.00%和50.47%.此外，粉煤灰基载氧沸石提高了沉积物表层中参与硝化和反硝化作用的微生物丰度，并增加了硝化功能基因(amoA)，反硝化功能基因(narG、napA、nirS和nirK)和好氧反硝化基因(napA)的丰度，表明在表面沉积物中发生了耦合的有氧-缺氧反硝化过程.研究结果有望为粉煤灰的资源化利用和水体内源污染治理提供新的视角.

关键词：载氧沸石覆盖沉积物内源污染好氧反硝化

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载氧沸石对沉积物-水剖面氮去除的机制

中国环境科学 2024年第7期44卷 3786-3799页

作者：杨兵罗竣潇唐炳然邓联军葛淼刘强张晓岭何强李宏重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室重庆400045 重庆市生态环境监测中心重庆401147 中国建筑第五工程局有限公司湖南长沙410004

以3种粉煤灰为原材料,制备了粉煤灰基载氧沸石,通过构建原位沉积物柱试验体系,探究了覆盖厚度为0.5,1.0和2.0cm的粉煤灰基载氧沸石对沉积物-水剖面氮的去除效果与机制.结果表明,粉煤灰基载氧沸石能通过吸附和释氧作用降低沉积物-水体系... 详细信息

以3种粉煤灰为原材料,制备了粉煤灰基载氧沸石,通过构建原位沉积物柱试验体系,探究了覆盖厚度为0.5,1.0和2.0cm的粉煤灰基载氧沸石对沉积物-水剖面氮的去除效果与机制.结果表明,粉煤灰基载氧沸石能通过吸附和释氧作用降低沉积物-水体系中的氮含量,并控制沉积物中氮的释放,改善效果与材料覆盖厚度正相关.覆盖25d后,0.5,1.0,2.0cm覆盖厚度处理组中沉积物-水界面处的溶解氧浓度分别为1.79,3.69,6.26mg/L,上覆水中总氮的去除率分别为22.77%､30.37%和39.10%,沉积物中氨氮释放通量相较于对照组分别削减了31.4%､47.00%和50.47%.此外,粉煤灰基载氧沸石提高了沉积物表层中参与硝化和反硝化作用的微生物丰度,并增加了硝化功能基因(amoA),反硝化功能基因(narG､napA､nirS和nirK)和好氧反硝化基因(napA)的丰度,表明在表面沉积物中发生了耦合的有氧-缺氧反硝化过程.研究结果有望为粉煤灰的资源化利用和水体内源污染治理提供新的视角.

关键词：载氧沸石覆盖沉积物内源污染好氧反硝化

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纳米塑料对大型溞摄食及生长繁殖的影响

土木与环境工程学报（中英文） 2024年第2期46卷 206-214页

作者：罗竣潇何艺欣余先怀唐炳然张丽雪杨永川何雨霏李宏重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室重庆400045 重庆市梁平区湿地保护中心重庆405299

水环境中的纳米塑料(NPs)污染已成为全球性的环境问题。大型溞(Daphnia magna)作为淡水中重要的初级消费者之一,常被运用于基于生物操纵的富营养化水体修复,但关于NPs对大型溞摄食行为的影响尚不清晰。以大型溞和聚苯乙烯纳米塑料(PSNPs... 详细信息

水环境中的纳米塑料(NPs)污染已成为全球性的环境问题。大型溞(Daphnia magna)作为淡水中重要的初级消费者之一,常被运用于基于生物操纵的富营养化水体修复,但关于NPs对大型溞摄食行为的影响尚不清晰。以大型溞和聚苯乙烯纳米塑料(PSNPs,1000 nm)为研究对象,探究了大型溞21 d内对产毒铜绿微囊藻(Toxic Microcystis aeruginosa)和斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)摄食倾向的变化及其生理响应。结果表明,以单一产毒铜绿微囊藻作为食物来源时,大型溞受到的发育和生殖毒性最强;与对照组(单一斜生栅藻饲喂)相比,高浓度产毒铜绿微囊藻组大型溞体内超氧化物歧化酶(SOD)活性和丙二醛(MDA)含量分别升高至对照组的3.97倍和4.55倍,总产卵次数和体长分别降低了73%和13%,且大型溞对产毒铜绿微囊藻的滤食率呈随时间延长而升高的趋势。但在PSNPs(3.56 mg/L)暴露下,在初始藻密度为微囊藻:栅藻为1:9和微囊藻:栅藻为2.5:7.5处理组中,大型溞的滤食能力都显著下降;对照组添加PSNPs后,大型溞对斜生栅藻的滤食率降低了32%。在产毒铜绿微囊藻和斜生栅藻共培养体系中,大型溞对产毒铜绿微囊藻的滤食率比对照组降低了66%,缓解了大型溞所受的发育和生殖毒性,但不利于降低微囊藻的生物量。

关键词：纳米塑料大型溞铜绿微囊藻斜生栅藻滤食率

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老化聚苯乙烯纳米塑料对铜绿微囊藻的影响

中国环境科学 2022年第12期42卷 5877-5884页

作者：何艺欣唐炳然张丽雪曲今垚李宏重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室重庆400045

为探究新生和老化聚苯乙烯纳米塑料(PSNPs)对铜绿微囊藻生长和产毒特性的影响,本研究通过紫外老化制备了50nm的老化PSNPs,开展了不同浓度(0.1,1,10mg/L)新生和老化PSNPs对铜绿微囊藻的长期(37dd)暴露试验.结果表明,紫外老化处理使PSNPs... 详细信息

为探究新生和老化聚苯乙烯纳米塑料(PSNPs)对铜绿微囊藻生长和产毒特性的影响,本研究通过紫外老化制备了50nm的老化PSNPs,开展了不同浓度(0.1,1,10mg/L)新生和老化PSNPs对铜绿微囊藻的长期(37dd)暴露试验.结果表明,紫外老化处理使PSNPs表面出现裂纹,平均粒径变小,羰基指数由0.023上升至1.055.两种PSNPs均会在铜绿微囊藻细胞表面聚集,其中老化PSNPs暴露造成的细胞形态损伤更严重,并对铜绿微囊藻造成剂量正相关的生长和光合抑制,氧化损伤,促进了微囊藻毒素(MC-LR)的合成和释放.在相等暴露剂量下,老化PSNPs对铜绿微囊藻上述生理过程的调控作用更强.其中,10mg/L新生和老化PSNPs暴露下,最终藻密度比对照组分别降低了26.65%和45.07%,丙二醛(MDA)含量的最大值是对照组的1.74和1.93倍,最终胞外MC-LR含量是对照组的1.26和1.44倍.老化PSNPs对胞外MC-LR相对更强的促进作用,是由其诱导的MC-LR合成增加和细胞膜破损所共同导致的.

关键词：纳米塑料老化作用铜绿微囊藻微囊藻毒素