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镉胁迫对芒草根际细菌群落结构、共发生网络和功能的影响

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环境科学 2021年第8期42卷 3997-4004页

作者：陈兆进林立安李英军陈彦张浩韩辉吴乃成 Nicola Fohrer 李玉英任学敏南阳师范学院水资源与环境工程学院河南省南水北调中线水源区流域生态安全国际联合实验室南水北调中线水源区水安全河南省协同创新中心南阳473061 南阳师范学院生命科学与农业工程学院南阳473061 德国基尔大学水文与水资源管理系基尔24098

芒草(Miscanthus)作为第二代能源植物,已用于重金属污染土壤修复研究,但目前该过程中土壤细菌群落组成和功能研究开展较少.以芒草品种南荻(M.saccariflorus)为研究对象,通过高通量测序结合分子生态网络分析和PICRUSt功能预测,分析研究10... 详细信息

芒草(Miscanthus)作为第二代能源植物,已用于重金属污染土壤修复研究,但目前该过程中土壤细菌群落组成和功能研究开展较少.以芒草品种南荻(M.saccariflorus)为研究对象,通过高通量测序结合分子生态网络分析和PICRUSt功能预测,分析研究100 mg·kg^(-1) Cd的胁迫对芒草根际细菌群落组成、共发生网络和功能的影响.MiSeq测序表明芒草根际细菌群落由32个门和425个属的细菌组成,包含鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)、芽孢杆菌属(Bacillus)、芽单胞菌属(Gemmatimonas)和链霉菌属(Streptomyces)等植物促生细菌(PGPR)种群.相似性分析(ANOSIM)和非参数多元方差分析(Adonis)表明,Cd的添加能显著影响芒草根际细菌群落组成,降低其群落多样性.同时分子生态网络分析表明Cd的添加降低了芒草根际细菌之间的相互作用,导致其网络结构更为简单;降低了网络缓冲环境变化的能力;提高了负相关连线数,使根际细菌物种之间的竞争关系更强;改变关键细菌组成.PICRUSt功能预测分析表明Cd的胁迫降低了芒草根际土壤细菌功能.本研究初步分析了芒草根际细菌群落组成及其对镉胁迫的响应,为后续调控芒草修复效率提供了基础.

关键词：镉污染芒草高通量测序分子生态网络分析 PICRUSt分析

镉胁迫下富铁有机肥对芒草生长及镉富集的影响

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农业环境科学学报 2024年第2期43卷 323-330页

作者：陈粮向莎丁曼琳马晶晶王影姜利红肖云花湖南农业大学生物科学技术学院长沙410128

为了探究镉胁迫下富铁有机肥对芒草生长及镉富集的影响,通过盆栽试验,设置CK(不施肥)、ZCK(施加普通有机肥)和Z2、Z3(施加不同浓度富铁有机肥)处理。结果表明:与CK相比,所有施肥处理均促进了芒草生长,改善了土壤理化性质,抑制了芒草富... 详细信息

为了探究镉胁迫下富铁有机肥对芒草生长及镉富集的影响,通过盆栽试验,设置CK(不施肥)、ZCK(施加普通有机肥)和Z2、Z3(施加不同浓度富铁有机肥)处理。结果表明:与CK相比,所有施肥处理均促进了芒草生长,改善了土壤理化性质,抑制了芒草富集重金属,且其中Z2、Z3比ZCK对芒草生长的效果更好。相对于ZCK,Z3的芒草干质量显著增加了131.80%,Z2的芒草根长显著增加了54.22%。此外,Z2地上部的镉含量相比于ZCK显著降低了49.86%,Z3地下部的镉含量相比于CK显著降低了58.94%。研究表明,施加富铁有机肥相对于普通有机肥更能有效促进芒草生长并抑制芒草对镉的富集,该肥料具有对轻度镉污染土壤进行边修复边生产的应用潜力。

关键词：硫酸亚铁富铁有机肥芒草镉胁迫

镉胁迫下富铁有机肥对芒草生长及镉富集的影响

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农业环境科学学报 2023年

作者：陈粮向莎丁曼琳马晶晶王影姜利红肖云花湖南农业大学生物科学技术学院

为探究了镉胁迫下富铁有机肥对芒草生长及镉富集的影响。通过盆栽试验，设置了CK（不施肥），ZCK（施加普通有机肥），Z2、Z3（施加不同浓度富铁有机肥）处理。结果表明：与CK相比，所有施肥处理均促进了芒草生长，改善了土壤理化性质... 详细信息

为探究了镉胁迫下富铁有机肥对芒草生长及镉富集的影响。通过盆栽试验，设置了CK（不施肥），ZCK（施加普通有机肥），Z2、Z3（施加不同浓度富铁有机肥）处理。结果表明：与CK相比，所有施肥处理均促进了芒草生长，改善了土壤理化性质，抑制了芒草富集重金属。而其中施加富铁有机肥比施加普通有机肥对芒草生长的效果更好。相对于ZCK，施加Z3的芒草干重显著提升了131.80%，施加Z2的芒草根长显著提升了54.22%。此外，Z2地上部的镉含量相比于ZCK显著降低了49.86%。Z3地下部的镉含量相比于CK显著降低了58.94%。综上所述，施加富铁有机肥相对于普通有机肥更能有效的促进芒草生长及抑制芒草对镉的富集。该肥料具有对轻度镉污染土壤进行边修复边生产的应用潜力。

关键词：硫酸亚铁富铁有机肥芒草镉胁迫

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芒草型煤成型与燃烧特性试验研究

芒草型煤成型与燃烧特性试验研究

作者：余点点冰南京林业大学

学位级别：硕士

我国的能源结构以煤炭为主,每年有大量的煤炭没有经过洗选、成型等加工处理而直接燃烧使用,不但污染了生态环境,还降低了煤炭的使用效率,造成了巨大的能源浪费。生物质芒草具有较好的燃烧特性、较强的环境适应能力、种植成本低且产量高... 详细信息

我国的能源结构以煤炭为主,每年有大量的煤炭没有经过洗选、成型等加工处理而直接燃烧使用,不但污染了生态环境,还降低了煤炭的使用效率,造成了巨大的能源浪费。生物质芒草具有较好的燃烧特性、较强的环境适应能力、种植成本低且产量高等优点,可吸收大气、土壤中的有害气体与其他有害物质,具有较好的经济与环境效益。但是在我国广大农村,芒草的常规处理方式是焚烧、填埋等,既造成了大量的资源浪费,也会污染环境。本文将芒草与无烟煤作为研究对象,按一定比例掺混、粉碎,并加入少量粘结剂羧甲基纤维素,以冷压成型的方式压制成芒草型煤。本文从试验原料的基本燃料特性、芒草型煤的物理性能、试验原料以及型煤微观形态、型煤的燃烧过程、型煤的燃烧性能等方面进行分析研究。主要得出以下结论:(1)芒草具有挥发分高、着火较容易、碳(C)元素含量低、热值低,灰分含量低、具有可溶性等特点;无烟煤具有挥发分低、着火较难、C元素含量高、热值高,灰分含量不高、具有不可溶性等特点;羧甲基纤维素具有C元素含量较高、挥发分中等、灰分含量较高、具有中等可溶性的特点。芒草、羧甲基纤维素以及无烟煤的氮(N)元素以及硫(S)元素的含量较低。因此,芒草与无烟煤混合综合了两者着火迅速且燃烧时间长的优点,对燃烧过程比较有利。(2)芒草型煤的冷压成型的最佳成型参数组合为芒草占比30%、成型压力105kN、含羧甲基纤维素率2%、芒草粒径0-0.5mm。在此成型工艺下,芒草型煤的松弛密度的结果为1.189g/cm,抗压强度的结果为96kN,跌落强度的结果为0.992。(3)由于无烟煤的煤化程度比较高,致密度较高,其微观结构表现为表面相对光滑;粘结剂羧甲基纤维素是典型的纤维状结构,表面平整且光滑,但易形成小颗粒;芒草表面因分布着很多的导管细胞而粗糙且不规则,孔隙结构相对较多,多为植物在生长期间通过传质作用而形成的介孔和大孔,这些孔隙为燃烧时氧气的进入提供了途径。当外界施以高压时,粘结剂羧甲基纤维素会进入到无烟煤的孔隙中,从而产生较强的粘结力。同时,生物质芒草中的纤维也可以起到一定的“桥梁”辅助作用,将分散的无烟煤与芒草混合连接产生了一定的机械啮合结构,使得芒草与无烟煤的结合更加紧密。因此,制成芒草型煤燃料需要适当的压力以及适当的粘合剂。(4)由燃烧过程的燃烧曲线分析表明:水分共同析出、挥发分共同析出、芒草固定碳燃烧与无烟煤挥发分析出、无烟煤固定碳燃烧及燃尽,这四个阶段构成了芒草型煤的整个燃烧过程。当升温速率增加时,单组份及型煤试样燃烧过程的燃烧曲线(TG、DTG、DSC曲线)均存在一定的热滞后现象,存在向高温区偏移的趋势,且曲线对应的峰值随之变大,峰宽也随之变大。当芒草掺混比例增加时,有助于降低芒草型煤在燃烧过程初期的着火温度,减少芒草型煤的燃尽的残余质量,说明芒草的掺入对无烟煤的燃烧过程起到了较为明显的改善作用;当升温速率增加时,芒草型煤的着火温度和燃尽温度均有所提高,但可燃性指数与燃烧特性指数均变大,表明升温速率的增加有助于提高芒草型煤的燃烧速率。因此,芒草掺混比例与升温速率的增加对芒草型煤的燃烧具有促进作用,有助于提高燃烧过程的稳定性。(5)试验满足型煤成型参数为芒草占比30%、成型压力90kN,燃烧条件参数为炉膛温度1000℃、过量空气系数2.1,此时制成的芒草型煤的相对燃烧速率最佳,相对燃烧速率的结果为55.012%。芒草型煤工业分析结果与芒草、羧甲基纤维素和无烟煤的按比例折算所得数值相差不大,而发热量测定的结果则比其减少了大约900k J/kg。芒草与羧甲基纤维素的加入降低了无烟煤的灰熔点,且随着芒草添加量的增加,芒草型煤的灰熔点呈现下降的趋势,容易造成燃烧积灰和结渣的现象产生。通过红外光谱分析以及X射线衍射分析发现,芒草型煤燃烧过程中降低的原因可能是无烟煤和芒草中含有的Ca、Al等元素会与碳酸盐形成低温共熔物,从而在一定程度上降低型煤的灰熔点,同时出现了新的硫酸盐物质CaSOHO。故在芒草型煤实际的工业化利用过程中,需要注意避免工业锅炉受热面和炉排积灰与结渣问题,以保证工业锅炉的正常运行。(6)芒草型煤在工业化利用时,成型压力对于型煤的燃烧速率的影响要大于对成型的影响,且成型压力为90kN时的型煤的物理性能与105kN时相差不大。因此,综合所有因素考虑可知,当型煤成型参数为芒草占比30%、成型压力90kN、含羧甲基纤维素率2%、芒草粒径0-0.5mm、含水率10%、无烟煤粒径芒草型煤的物理性能与燃烧效率最佳。在此最佳工艺条件下制备的型煤的工业分析结果为水分5.13%、灰分11.42%、挥发分29.28%、固定碳54.17%、发热量为21653kJ/kg、着火温度为302.5℃、燃尽温度为776.1℃、灰熔点为1388℃。

关键词：芒草无烟煤芒草型煤物理性能燃烧性能

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芒草种植对土壤细菌群落结构和功能的影响

应用生态学报 2019年第6期30卷 2030-2038页

作者：段鹏飞陈彦张菲韩辉庞发虎陈兆进田伟南阳师范学院农业工程学院/南水北调中线水源区水安全河南省协同创新中心河南南阳473061 南阳师范学院生命科学与技术学院河南南阳473061 环境保护部南京环境科学研究所南京210042

芒草作为第二代能源植物的代表,其生长过程中根际土壤细菌群落的结构与功能尚不清楚.本研究以种植5年的芒草(湘杂芒1号)为研究对象,选取裸地作为对照,采用16S rRNA基因Miseq测序技术研究其细菌群落组成,同时采用PICRUSt功能预测分析其功... 详细信息

芒草作为第二代能源植物的代表,其生长过程中根际土壤细菌群落的结构与功能尚不清楚.本研究以种植5年的芒草(湘杂芒1号)为研究对象,选取裸地作为对照,采用16S rRNA基因Miseq测序技术研究其细菌群落组成,同时采用PICRUSt功能预测分析其功能.结果表明:芒草根际细菌由变形菌门、酸杆菌门、放线菌门、绿弯菌门、拟杆菌门和芽单胞菌门等23个门、231个属的细菌组成,表现出群落组成的丰富性.细菌群落分析表明,种植湘杂芒1号改变了根际细菌群落结构,其细菌群落多样性低于裸地对照.PICRUSt功能预测分析表明,湘杂芒1号根际细菌主要涉及氨基酸运输和代谢、细胞壁/细胞膜/膜结构的生物合成、信号转导机制等24个基因功能家族,表现出功能上的丰富性,并有22个基因功能家族预测基因相对丰度高于裸地,表明种植湘杂芒1号提高了根际细菌功能.对氮、磷循环相关基因进行分析表明,种植湘杂芒1号改变了土壤氮、磷代谢能力.

关键词：芒草细菌群落结构高通量测序 PICRUSt分析

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芒草/玉米秸秆与褐煤的共热解特性

煤炭转化 2019年第1期42卷 22-30页

作者：焦豪田红胡章茂姚灿吴楠郭深长沙理工大学能源与动力工程学院长沙硕士生410114 东南大学能源与环境学院南京博士生210096 大连理工大学能源与动力工程学院辽宁大连硕士生116024

利用热重-红外联用技术(TG-FTIR)研究了芒草与褐煤共热解,并与玉米秸秆和褐煤共热解进行了比较。结果表明:共热解过程分为3个阶段,即预热干燥阶段、挥发分析出阶段和炭化阶段;由动力学分析及加权分析可知,芒草或玉米秸秆与褐煤共热解均... 详细信息

利用热重-红外联用技术(TG-FTIR)研究了芒草与褐煤共热解,并与玉米秸秆和褐煤共热解进行了比较。结果表明:共热解过程分为3个阶段,即预热干燥阶段、挥发分析出阶段和炭化阶段;由动力学分析及加权分析可知,芒草或玉米秸秆与褐煤共热解均具有协同作用,均可促进褐煤的热解,芒草与褐煤共热解反应更易发生;共热解协同作用随着生物质掺混比(质量比)的增加而增强,玉米秸秆掺混比变化对协同作用的影响更为明显;由红外分析可知,芒草与褐煤共热解可以降低褐煤的热解温度,促进褐煤的热解反应;芒草与褐煤共热解过程中CH_4,CO_2和CO的析出规律,在低温段时与芒草热解过程中三种气体的析出规律相似,在高温段时是芒草和褐煤综合作用的结果;当芒草与褐煤的掺混比为1∶2时,掺混芒草能有效优化热解气的组分,提高CH_4和CO的体积分数。玉米秸秆与褐煤共热解过程中CH_4,CO_2和CO的析出规律与玉米秸秆热解过程中三种气体的析出规律相似,几乎不受褐煤影响,其受掺混比的影响较小。

关键词：芒草褐煤共热解协同作用热解动力学热解产物

芒草酶解产糖及其生物炭吸附Cr（Ⅵ）的研究

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芒草酶解产糖及其生物炭吸附Cr（Ⅵ）的研究

作者：代勇勇湖北工业大学

学位级别：硕士

鉴于能源危机问题和重金属污染及秸秆焚烧带来的一系列环境问题,生物质材料的综合利用越来越受人们的重视。生物质芒草含有丰富的木质纤维素和高含量的碳元素和氧元素,既以作为能源材料,又以作为生物炭材料,优势显著。本研究以芒草为实... 详细信息

鉴于能源危机问题和重金属污染及秸秆焚烧带来的一系列环境问题,生物质材料的综合利用越来越受人们的重视。生物质芒草含有丰富的木质纤维素和高含量的碳元素和氧元素,既以作为能源材料,又以作为生物炭材料,优势显著。本研究以芒草为实验材料,分析了不同预处理方法对酶解产糖的影响,探讨了预处理方法对产糖效率的机理。此外,本研究还利用芒草制备生物炭吸附材料,探讨了材料对溶液中Cr（Ⅵ）离子的吸附特性及相关吸附机理。论文的主要结果如下:（1）预处理方式对芒草酶解产糖效率具有较大影响。12.0%Na OH溶液预处理下,其酶解效率最高（73.4%）。1.0%Ca O和微波预处理的酶解效率低于对照。微波联合碱预处理能短时间内提高芒草的酶解效率。微波+1.0%Na OH预处理（27.59%）比微波+1.0%Ca O预处理（5.21%）的酶解效率高4.3倍。微波结合低浓度的碱对酶解有促进作用,而微波结合高浓度的碱对酶解有抑制作用。采用扫描电子显微镜（SEM）、刚果红（Congo red）染色和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）表征分析方法,对比研究了芒草在不同预处理前后残渣的结构及表面形貌的变化,结果表明不同预处理方式不同程度地破坏了木质纤维素结构,降低了纤维素、半纤维素和木质素之间的结合力,从而提高了纤维素的可及度,增强了纤维素酶解效率。孔隙度（刚果红最大吸附量）与纤维素酶解效率呈正相关性。（2）芒草生物炭对Cr（Ⅵ）离子具有较好的吸附性能。利用热重（TG）分析了生物炭合适制备温度为500℃。随着生物炭用量的增加,Cr（Ⅵ）离子的吸附量下降;在较低p H条件下有利于生物炭对Cr（Ⅵ）离子的吸附。当吸附温度为30℃,Cr（Ⅵ）初始浓度为50 mg/L,p H值为2.0,生物炭添加量为0.02 g时,Cr（Ⅵ）离子的吸附量可达20.0 mg/g。生物炭吸附过程符合准二级吸附动力学模型,吸附等温线为Freundlich类型。吸附过程主要是化学吸附,其根本原因是Cr（Ⅵ）与生物炭表面的含氧官能团发生了氧化还原反应。此外,对芒草生物炭进行多种表征分析,结果表明整个吸附过程还可能涉及物理吸附、静电吸引和表面络合作用。以上结果不但阐述了芒草预处理方式对酶解产糖的重要性,而且评价了芒草生物炭对重金属离子的高效吸附性。该研究为芒草这种典型的生物质材料的高效综合利用提供了有价值的理论基础。

关键词：芒草预处理酶解产糖生物炭吸附

芒草根际、内生可培养细菌多样性及促生潜力研究

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河南农业科学 2020年第6期49卷 64-73页

作者：庞发虎徐鸽李敏谢涵珠陈兆进南阳师范学院农业工程学院河南南阳473061 南水北调中线水源区水安全河南省协同创新中心河南南阳473061

为研究芒草不同部位细菌群落组成,采用稀释梯度平板法分离芒草根际土壤、根部、茎部和叶部可培养细菌,并分析其植物促生活性。16S rRNA基因序列分析表明,分离的86株芒草根际、内生细菌由放线菌门(Actinobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidet... 详细信息

为研究芒草不同部位细菌群落组成,采用稀释梯度平板法分离芒草根际土壤、根部、茎部和叶部可培养细菌,并分析其植物促生活性。16S rRNA基因序列分析表明,分离的86株芒草根际、内生细菌由放线菌门(Actinobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)和变形菌门(Proteobacteria)4个门、7个纲、22个属组成,不同部位细菌组成有所差异,其中短小杆菌属(Curtobacterium)在根际土壤和植物内部广泛存在,芽孢杆菌属(Bacillus)和根瘤菌属(Rhizobium)为根际土壤优势种群,伯克霍尔德菌属(Burkholderia)为根部优势种群,鞘脂单胞菌属(Sphingomonas)为茎部优势种群。分离菌株的植物促生特性分析表明,芒草根际和植物组织内部蕴含着丰富的产吲哚乙酸、产精氨酸脱羧酶和溶解难溶性磷酸盐等生物活性细菌,广泛分布于短小杆菌属、根瘤菌属、芽孢杆菌属、伯克霍尔德菌属、鞘脂单胞菌属等优势种群,且不同部位菌株促生特性和种类有所差别。

关键词：芒草能源植物细菌群落组成植物促生特性菌种资源

芒草中总黄酮的提取工艺研究及其挥发油成分的鉴定

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植物科学学报 2016年第4期34卷 622-629页

作者：徐乐乐张艳红周秀秀刁英胡中立靳素荣武汉理工大学化学化工与生命科学学院化学系武汉430070 武汉大学生命科学学院武汉430072

以黄酮提取率为指标,采用超声辅助法研究了芒草中黄酮类化合物的提取工艺。最佳提取条件为：乙醇浓度70%、料液比1∶30、提取温度70℃、提取时间40 min、提取级数3次,在此条件下测得南荻中总黄酮含量为7.24 mg/g,并在此条件下测定了芒... 详细信息

以黄酮提取率为指标,采用超声辅助法研究了芒草中黄酮类化合物的提取工艺。最佳提取条件为：乙醇浓度70%、料液比1∶30、提取温度70℃、提取时间40 min、提取级数3次,在此条件下测得南荻中总黄酮含量为7.24 mg/g,并在此条件下测定了芒草10个品系中总黄酮含量为4.16~7.84 mg/g,且在不同品系间的差异均达到极显著水平。采用气质联用技术鉴定奇岗六倍体、‘GMG121’、芒杂中的挥发油成分,从中共鉴定出28种成分。本研究对芒属植物的遗传育种以及开发和综合利用具有重要意义。

关键词：芒草黄酮含量挥发油成分超声提取气相色谱-质谱联用技术