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面向土地利用的市政污泥堆肥重金属安全性研究进展

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环境科学 2024年

作者：许玉玉张子晨文龙杰杨白驹侯雷张冰陈坦杨婷中央民族大学生命与环境科学学院中央民族大学北京市食品环境与健康工程技术研究中心北京市污染源管理事务中心

市政污泥中重金属的溶出释放是制约市政污泥堆肥-土地利用的关键性限制因素。为系统了解市政污泥好氧堆肥-土地利用的重金属安全性，总结了我国典型市政污泥的重金属含量水平，分析了不同种类重金属在堆肥前后总量、价态和赋存形态变化... 详细信息

市政污泥中重金属的溶出释放是制约市政污泥堆肥-土地利用的关键性限制因素。为系统了解市政污泥好氧堆肥-土地利用的重金属安全性，总结了我国典型市政污泥的重金属含量水平，分析了不同种类重金属在堆肥前后总量、价态和赋存形态变化，回顾了市政污泥堆肥产品施用后重金属的短期和长期环境行为规律。我国市政污泥中ω（As）、ω（Cd）、ω（Cr）、ω（Cu）、ω（Hg）、ω（Ni）、ω（Pb）和ω（Zn）的平均值分别为21.78、2.41、108.57、231.09、2.35、67.57、55.03和630.24 mg·kg-1，均未超过国家标准GB 4284-2018的A级污泥产物含量限值且近30年呈逐渐下降趋势。堆肥过程中掺杂辅料，不筛分的市政污泥堆肥产品中重金属含量下降。有机物腐殖化可增强重金属络合，促进重金属转化为更稳定的形式，从而抑制其迁移性、浸出性和生物利用度。市政污泥堆肥产品土地利用过程中，会逐渐提高土壤中的重金属含量，为保障土壤质量和农产品安全需考虑控制施用量和连续施用年限。施用后堆肥产品中的重金属可能在土壤中淋溶迁移，但文献报道这一过程对环境质量、人类健康、作物品质和产量以及土壤肥力的风险很小。由于泥质差异，市政污泥堆肥产品长期土地利用的重金属安全性仍值得关注，应根据泥质和土地利用状况调整连续施用年限。

关键词：市政污泥重金属好氧堆肥土地利用安全性

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基于STIRPAT模型的广西碳达峰路径

环境科学 2024年

作者：黄威翔高川作吴波陈坦杨婷张冰中央民族大学生命与环境科学学院中国科学技术大学环境科学与光电技术学院中央民族大学北京市食品环境与健康工程技术研究中心

为保障西部地区在发展的同时实现碳达峰的目标，以广西为例，收集2000～2021年广西人口、经济、社会、能源和城市发展等方面的统计数据，根据联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）推荐的方法核算2000～2021年的碳排放量，采用岭回归... 详细信息

为保障西部地区在发展的同时实现碳达峰的目标，以广西为例，收集2000～2021年广西人口、经济、社会、能源和城市发展等方面的统计数据，根据联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）推荐的方法核算2000～2021年的碳排放量，采用岭回归识别影响碳排放的关键因素，构建STIRPAT碳排放预测模型，预测3种典型发展路径情景下广西2022～2040年碳排放量。结果表明，2000～2021年广西的CO2排放总量呈现整体上升趋势，从2000年的95.49 Mt增长到2021年的390.15 Mt，年均增长率为6.93%。能源结构、产业结构、城镇化率是影响广西碳排放的三大显著影响因素。高碳发展路径下，到2040年广西碳排放量达623.32 Mt，中碳发展路径下在2040年达591.20 Mt，而低碳发展路径中在2035年达到峰值531.99 Mt。3种典型发展路径情景下，广西实现碳达峰需要面对不同的减排压力，只有低碳发展路径可能在2040年前实现碳达峰，如果想实现2030年碳达峰，则需进一步加强绿色低碳高质量发展。

关键词：碳达峰碳排放广西 STIRPAT模型岭回归

白酒酿造环境中高温菌株的筛选、鉴定及其特性分析

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微生物学通报 2024年

作者：仲秀芳马景浩赵萱袁思涵富志磊田淑斌刘晓艳范光森北京工商大学老年营养与健康教育部重点实验室河北民族师范学院生物与食品科学学院淄博新糖源营养健康研究院北京工商大学北京市食品添加剂工程技术研究中心

【背景】高温菌株在白酒酿造环境中普遍存在，它们是白酒酿造工艺中不可或缺的一类关键微生物菌群。【目的】对白酒酿造环境样品中的高温菌株进行分离、纯化以及鉴定，并深入研究它们的生长特性，为其在白酒生产中的应用提供科学依据和... 详细信息

【背景】高温菌株在白酒酿造环境中普遍存在，它们是白酒酿造工艺中不可或缺的一类关键微生物菌群。【目的】对白酒酿造环境样品中的高温菌株进行分离、纯化以及鉴定，并深入研究它们的生长特性，为其在白酒生产中的应用提供科学依据和理论基础。【方法】本文对多份酒曲、酒醅和酒糟样品分别进行梯度稀释，然后选取合适稀释梯度样品分别涂布在溶菌肉汤琼脂培养基、酵母浸出粉胨葡萄糖琼脂培养基和马铃薯葡萄糖琼脂培养基上，通过三区划线分离方法进行筛选。【结果】共筛选获得22株高温细菌和18株高温霉菌；通过菌落形态观察分析发现有4种细菌和4种霉菌菌落形态不同，分别选取这8种微生物进行鉴定，结合形态观察、生理生化特性和分子生物学鉴定为白色链霉菌(Streptomyces albus)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)、鲁戈斯芽孢杆菌(Bacillus rugosus) 4种高温细菌和微小根毛霉(Rhizomucor pusillus)、嗜热棉毛菌(Thermomyces lanuginosus)、坚脆嗜热子囊菌(Thermoascus crustaceus)、樟绒枝霉(Malbranchea cinnamomea) 4种高温霉菌，其中鲁戈斯芽孢杆菌和樟绒枝霉在白酒研究中尚未有其报道；对上述8种不同高温微生物菌种生长温度范围、pH范围和NaCl耐受性等分析发现，不同菌种生物学特性存在着差异。【结论】本研究共筛选到4种不同的高温细菌和4种不同的高温霉菌，并对其进行鉴定以及生长特性分析，为后续解析这些微生物在白酒酿造中的作用及应用提供了重要保障。

关键词：高温菌株白酒鲁戈斯芽孢杆菌樟绒枝霉

紫外-可见光谱传感对甘草品种及产地的准确鉴别

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光谱学与光谱分析 2024年第9期44卷 2647-2656页

作者：胡爱芬黄云任理雪王欣雨陈亨业付海燕中南民族大学药学院药物分析系湖北武汉430074 湖北省民族药物现代化工程技术研究中心湖北武汉430074

甘草是具有补脾益气、清热解毒、祛痰止咳等功能的中药材,由于遗传和地理环境的影响,不同品种和产地的品质及价格差异很大,常有不法商家为了利益以次充好。针对与甘草品质密切相关的甘草酸和甘草苷的结构特性,通过6种能与其发生特异性... 详细信息

甘草是具有补脾益气、清热解毒、祛痰止咳等功能的中药材,由于遗传和地理环境的影响,不同品种和产地的品质及价格差异很大,常有不法商家为了利益以次充好。针对与甘草品质密切相关的甘草酸和甘草苷的结构特性,通过6种能与其发生特异性光学反应的有机染料和金属离子构建了一种甘草品种和产地快速鉴别的光谱传感方法。收集了新疆、内蒙古、宁夏、北京、乌兹别克斯坦五个甘草主产地的175个样品,分别测定甘草提取液和加入不同的金属离子-有机染料的紫外-可见光谱数据,通过比较两者之间紫外-可见光谱的差异,筛选出6种能与甘草提取液发生特异性光学反应的金属离子和有机染料,用于紫外-可见光谱传感点的构建。通过构建的紫外-可见光谱传感方法对采集的所有样品进行检测分析,并结合偏最小二乘判别分析(PLS-DA)和随机森林(RF)算法对甘草的品种和产地进行鉴别。结果显示,原始甘草品种和产地的谱峰在多处重叠,PLS-DA分类结果中的Q2仅为0.75,即纯光谱对甘草能进行初步鉴定但预测准确度不高。为了进一步提高其鉴别准确度,在甘草提取液中加入金属离子和有机染料产生谱峰变化,相比于甘草原始紫外-可见光谱,甘草品种和产地的谱峰都有较为明显的差异。采用矢量编码偏最小二乘判别分析(Dummy codes-PLSDA)和随机森林(RF)算法建立甘草品种和产地的鉴别模型,发现6种传感材料的融合光谱的准确率均达到100%,显著提高了金属离子-有机染料传感阵列对甘草的识别能力,RF模型准确率明显高于PLS-DA模型,其中单一传感点的RF和PLSDA模型的鉴别准确率分别大于98.65%和91.30%,远高于原始光谱的65.22%。通过金属离子-有机染料,构建了一种用于甘草品种和产地准确鉴别的紫外-可见光谱传感方法。为其他中药材的快速鉴别提供了一种新思路,有利于消费者的健康和利益的保障,促进中药资源的可持续发展。

关键词：甘草金属离子-染料紫外-可见传感偏最小二乘判别分析(PLS-DA) 真实性鉴别

光度法对不同水期黄河甘宁蒙段表层沉积物中磷积累程度和交换能力的比较研究

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光谱学与光谱分析 2019年第5期39卷 1586-1592页

作者：郭晨辉刘颖中央民族大学生命与环境科学学院北京100081 中央民族大学北京市食品环境与健康工程技术研究中心北京100081

磷是水体富营养化的主要控制因素,在外源磷输入逐步得到控制后,作为内源磷主要来源的表层沉积物对黄河水体水质的影响作用不容忽视。掌握表层沉积物中磷的积累程度以及沉积物-水界面磷的交换能力,对区域内水环境的治理和磷负荷的调控具... 详细信息

磷是水体富营养化的主要控制因素,在外源磷输入逐步得到控制后,作为内源磷主要来源的表层沉积物对黄河水体水质的影响作用不容忽视。掌握表层沉积物中磷的积累程度以及沉积物-水界面磷的交换能力,对区域内水环境的治理和磷负荷的调控具有重要的意义。选择黄河甘宁蒙段作为研究区域,分别采集丰水期(2011.07)、枯水期(2014.05)和平水期(2014.10)表层沉积物样品,使用标准测试程序(SMT)和钼锑抗分光光度法测定样品中磷赋存形态,并在实验条件下模拟表层沉积物对磷的等温吸附及吸附动力学过程。研究发现:(1)相比于国内主要河流表层沉积物中磷的形态特征,黄河甘宁蒙段表层沉积物中有机磷(OP)和铁/铝结合态磷(NaOH-P)含量相对较低,钙结合态磷(HCl-P)含量较高;各形态磷含量的平均值均在丰水期最高,表明丰水期表层沉积物中磷的积累程度最高,黄河甘宁蒙段水环境受到沿程农业发展的冲击较大。因此,合理使用含磷化肥和优化灌渠退水水质是未来降低黄河水体磷污染风险的发展方向。(2)基于低磷浓度下等温吸附中各采样点表层沉积物吸附-解吸平衡浓度(EPC_0)与判断水体发生富营养化的磷浓度阈值的比较发现,研究区域所有水期大多数采样点表层沉积物发挥着"磷源"的作用,存在向上覆水释放磷的趋势,且枯水期中多数采样点的EPC_0值较高,"磷源"作用更加明显;基于L模型和F模型对高磷浓度下等温吸附的拟合参数,显示丰水期表层沉积物对磷的持留能力最强,枯水期次之,平水期最小,所有采样点表层沉积物对磷的吸附过程均易发生;基于吸附动力学曲线的变化趋势可知,所选择的各采样点磷吸附量在反应开始的12 h内迅速增大, 12～48 h内吸附量逐渐增加并趋于稳定;基于伪二级动力学方程对吸附动力学过程的拟合结果,表明表层沉积物对磷吸附过程的反应速率受化学吸附控制为主;从同一水期不同采样点吸附过程中的限速步骤不同及不同水期邻近采样点吸附过程中限速步骤均为微孔扩散的结果发现,表层沉积物组成和理化性质的差异对磷吸附速率的影响大于不同水期条件下上覆水流速和流量的变化。

关键词：黄河甘宁蒙段表层沉积物磷积累程度交换能力

光谱法和分子对接技术研究氟罗沙星与溶菌酶的相互作用（英文）

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光谱学与光谱分析 2018年第2期38卷 654-659页

作者：方庆王艺润郭晨辉刘颖中央民族大学生命与环境科学学院北京100081 中央民族大学北京市食品环境与健康工程技术研究中心北京100081

在模拟人体生理条件下,应用光谱法和分子对接技术对氟罗沙星(FIE)与溶菌酶(LYSO)的相互作用进行了研究。结果表明,FIE与LYSO的猝灭方式是静态猝灭,且在298和310K温度下的猝灭常数Ka分别为4.10×104和0.74×104 L·mol^(-1)。根据热力学... 详细信息

在模拟人体生理条件下,应用光谱法和分子对接技术对氟罗沙星(FIE)与溶菌酶(LYSO)的相互作用进行了研究。结果表明,FIE与LYSO的猝灭方式是静态猝灭,且在298和310K温度下的猝灭常数Ka分别为4.10×104和0.74×104 L·mol^(-1)。根据热力学参数的计算结果可知,FIE与LYSO的结合作用力主要是氢键和范德华力,结合距离(r=3.16nm,环境。分子对接进一步显示FIE通过氢键、极性键、疏水作用力等与LYSO活性部位的ASP-52,TRP-62,TRP-63等氨基酸残基相互作用。溶菌酶的活性实验表明,由于以上实验结果说明FIE引起了LYSO的构象改变,LYSO的活性随着FIE浓度的增大而降低,抑制了LYSO的活性。该研究结果为阐明FIE在机体内与LYSO的结合机理提供了可靠的实验数据和结果,为FIE对溶菌酶的的毒性评价和毒理学研究提供了理论依据。

关键词：氟罗沙星溶菌酶多光谱技术分子对接希尔系数

ICP-MS研究太湖过滤水和表层沉积物中重金属的含量水平及污染评价

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光谱学与光谱分析 2018年第4期38卷 1245-1250页

作者：方芳季雨珊李想柏娜刘颖中央民族大学生命与环境科学学院北京100081 中央民族大学北京市食品环境与健康工程技术研究中心北京100081

采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)对太湖22个采样点过滤水和18个采样点表层沉积物中镉(Cd)、铬(Cr)、铜(Cu)、镍(Ni)、铅(Pb)和锌(Zn)六种重金属元素含量进行测定。同时,采用单因子指数法(I_i)、内梅罗综合指数法(I)、地质累积指数法... 详细信息

采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)对太湖22个采样点过滤水和18个采样点表层沉积物中镉(Cd)、铬(Cr)、铜(Cu)、镍(Ni)、铅(Pb)和锌(Zn)六种重金属元素含量进行测定。同时,采用单因子指数法(I_i)、内梅罗综合指数法(I)、地质累积指数法(I_(geo))、潜在生态风险指数法(RI)和平均可能影响浓度商法(mPEC-Q)分别对过滤水和表层沉积物进行了污染评价。结果表明,除S_3,S_4,S_(20),S_(22)采样点外过滤水中Cu,Ni和Zn元素含量最高。其重金属平均含量水平大小排序为:Zn>Ni>Cu>Cr>Cd>Pb。研究区域的I_i和I值均小于1,表明所有采样点五种重金属元素(Ni无标准限值)均处于清洁状态。而在表层沉积物中六种元素含量均超过当地背景值,其平均含量大小排序为:Zn>Cr>Pb>Ni>Cu>Cd,其中S_(12)采样点(渔民生态园)六种元素含量最高,且它们具有最大的I_(geo),RI(327)和mPEC-Q(0.605),表明沉积物存在不同程度的污染。源分析的结果表明,六种重金属具有较大的相关性,且Cd,Cu,Pb和Zn受电镀、冶炼工业生产及农业活动中化肥使用的影响较大。研究结果对追溯太湖重金属来源、迁移规律、生物效应和综合治理提供可信的实验依据。

关键词：电感耦合等离子体质谱(ICP-MS) 过滤水表层沉积物重金属含量水平污染评价

光度法对不同土地利用类型河流在不同水期氮磷分布特性及定量源解析研究

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光谱学与光谱分析 2022年第8期42卷 2463-2470页

作者：李彤飞周坪燕丁韵畅唐淇丁周珊珊刘颖中央民族大学生命与环境科学学院北京100081 中央民族大学北京市食品环境与健康工程技术研究中心北京100081

氮和磷是水环境生物生长和繁殖必须的营养成分,影响水体初级生产力的水平,且水体富营养化水平与氮磷形态密切相关,随着水体环境的改变,沉积物会向水体释放氮磷,造成二次污染。同时,对外源氮磷污染来源的贡献进行定量识别,可有效管理和... 详细信息

氮和磷是水环境生物生长和繁殖必须的营养成分,影响水体初级生产力的水平,且水体富营养化水平与氮磷形态密切相关,随着水体环境的改变,沉积物会向水体释放氮磷,造成二次污染。同时,对外源氮磷污染来源的贡献进行定量识别,可有效管理和控制水体氮磷污染负荷。毗河和石亭江是沱江的重要支流,影响着长江母亲河的水质。采用钼锑抗分光光度法和连续提取法研究在枯水期和丰水期毗河和石亭江水体和表层沉积物中总氮(TN)、总磷(TP)及各形态氮磷的分布特性,对比不同土地利用类型河流氮磷行为特性及释放风险,并采用Multiple Linear Regression of the Absolute Principal Component Scores(APCS-MLR)受体模型进行氮磷污染源的识别和量化。研究结果表明:(1)研究区水体和表层沉积物中氮磷均处于不同程度的污染水平,水体枯水期TP的主要贡献者是颗粒态无机磷(PIP)和颗粒态有机磷(POP),而丰水期却是颗粒态无机磷(PIP)和溶解态无机磷(DIP),两水期水体中TN的主要贡献者是硝态氮(NO-N)和有机氮(ON)。而在表层沉积物中,TP的主要贡献者是钙结合态磷(HCl-P),TN的主要贡献者是酸解态氮(HN)。在枯水期和丰水期,毗河表层沉积物生物有效磷(BAP)占TP的平均值(19.7%和23.0%)比石亭江的平均值(11.0%和12.5%)占比更高,具有较高的磷释放风险。研究发现,枯水期氮磷污染程度高于丰水期,而且石亭江的氮磷污染程度高于毗河。(2)APCS-MLR模型在毗河提取了城镇生活污水、生活垃圾堆积产生的渗滤液、动植物残体分解和养殖业废水4个污染源因子,其中城镇生活污水对毗河氮磷污染的贡献最大(枯水期50.9%,丰水期54.8%),而在石亭江提取了工业生产中产生的废水等、动植物残体的降解、农业废弃物的风化、农田排水渠的农业废水和农药化肥的不合理施用5个污染源因子,其中工业生产中产生的废水等对石亭江氮磷污染的贡献最大(枯水期58.7%,丰水期55.8%)。因此,当地相关部门应加强对高贡献污染源的管控,从而降低流域氮磷污染负荷。

关键词：土地利用类型氮磷形态 APCS-MLR模型毗河和石亭江

电感耦合等离子体质谱法研究云南某矿区周边不同样品中砷污染水平和风险评价（英文）

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光谱学与光谱分析 2019年第3期39卷 990-996页

作者：梁飘飘王艺润王汝明范力允陈田田拜亚红于倩茹周珊珊刘颖中央民族大学生命与环境科学学院北京100081 中央民族大学北京市食品环境与健康工程技术研究中心北京100081

砷(As)污染不仅会影响土壤肥力和作物生长,而且还会通过空气、土壤、水和食物等途径暴露于人类,对人体健康产生重大威胁。矿产开采是As环境问题产生的重要来源之一。本文选择云南省某开采历史悠久的铅锌矿区周边9个村落(S_1—S_9)为研... 详细信息

砷(As)污染不仅会影响土壤肥力和作物生长,而且还会通过空气、土壤、水和食物等途径暴露于人类,对人体健康产生重大威胁。矿产开采是As环境问题产生的重要来源之一。本文选择云南省某开采历史悠久的铅锌矿区周边9个村落(S_1—S_9)为研究区域,以20 km外的县城(S_(10))为对照区域,采集了76份土壤、 306份农作物和86份人发,利用微波消解对样品进行前处理,通过控制酸用量、温度和持续时间三个变量得到不同样品的最佳消解方案,并采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定各样品中As含量,以探究多介质中As污染水平并对人体暴露和健康风险进行评估,对当地矿产资源开采引起的As污染提出防治或改善建议。结果表明:(1)经微波消解前处理后获得的土壤、农作物和人发样的As检出限为0.01～0.12μg·L^(-1),回收率分别为92.43%～112.23%, 97.88%～114.72%和91.44%～109.65%,相对偏差小于5%,结果令人满意。(2)土壤中As的平均含量为70.66 mg·kg^(-1),是云南土壤背景值3.84倍。参照GB 15618—1995《土壤环境质量标准》二级标准和单因子污染指数结果,农田土壤受As污染为中度污染;在S_1采样点As含量最高,这可能与矿区多年开采、冶炼和运输密切相关。农作物样品中,块茎类蔬菜的As平均含量为1.75 mg·kg^(-1),其次叶菜类为0.77 mg·kg^(-1),玉米和根茎类蔬菜分别为0.52和0.51 mg·kg^(-1)。参照我国《食品中污染物限量》标准,研究区域的农作物样品中As含量超标率为80.64%。(3)采用风险评价指数(HI)、总致癌风险(TCR)、目标危害商数(THQ)和致癌风险(CR)对研究区域As通过多暴露途径对暴露人群产生的致癌风险和非致癌风险进行评价和分析。结果表明,土壤和农作物中As对成人和儿童的非致癌风险总和分别为1.13～1.20,为不可接受风险,而致癌风险均在10^(-3)水平,大于美国环保局(USEPA)推荐的最高接受水平10^(-4),研究区居民有较大的致癌风险。饮食摄入是As主要暴露途径,研究区人群食用蔬菜的致癌风险均超过10^(-4),且儿童的总致癌风险高于成人。鉴于矿区周边蔬菜受As污染的高风险,我们建议当地居民可以通过外地食物的输入来规避当地As污染带来的健康风险,也可以考虑在污染的耕地上种植食用部位不易积累As的农作物来替代原有作物以减小As污染带来的危害。(4)矿区人发中As含量均显著高于县城(S_(20 km),p研究和居民人体健康风险暴露和评估提供有力的依据。

关键词：砷风险评价矿区电感耦合等离子体质谱法