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漫透射光谱电化学研究活菌细胞色素c蛋白介导的胞外电子传递过程

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中国科学：技术科学 2019年第12期49卷 1473-1482页

作者：吴云当刘同旭李芳柏广东省生态环境技术研究所广东省农业环境综合治理重点实验室

微生物膜蛋白(细胞色素c)介导的微生物胞外电子传递过程,是元素生物地球化学循环、微生物修复、微生物燃料电池等领域的研究热点与重要科学问题.阐明细胞色素c的氧化还原变化规律是从分子层面解析该过程的基础.然而,由于技术手段限制,... 详细信息

微生物膜蛋白(细胞色素c)介导的微生物胞外电子传递过程,是元素生物地球化学循环、微生物修复、微生物燃料电池等领域的研究热点与重要科学问题.阐明细胞色素c的氧化还原变化规律是从分子层面解析该过程的基础.然而,由于技术手段限制,活菌细胞色素c氧化态和还原态的含量及其电位难以同时测定,其氧化还原状态的变化规律仍知之甚少.本文构建了漫透射光谱电化学联用装置,原位测试了活菌细胞色素c及电子受体的氧化态和还原态含量变化,并同时在线监测了反应体系的氧化还原电位值,从而实现了实测电位与各反应物计算电位之间相互关系的系统研究.结合动力学与热力学的分析,定量阐明了细胞色素c所处的氧化还原状态因电子受体的电位不同而发生变化的规律;解释了不同电子受体存在时,细胞色素c所处的平衡状态截然不同的原因.该技术手段在活菌层面实现了细胞色素c蛋白的动力学与热力学分析,可为胞外电子传递微观机制的研究提供新的方法与理论基础.

关键词：胞外电子传递光谱电化学细胞色素c 热力学与动力学

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淡水硅藻的砷甲基化和砷氧化代谢机制

环境工程学报 2023年第5期17卷 1620-1630页

作者：王雨璇陈冠虹喻敏 DE Vadim 李芳柏方利平佛山科学技术学院食品科学与工程学院佛山528241 广东省科学院生态环境与土壤研究所广东省农业环境综合治理重点实验室广州510650

硅藻砷甲基化和氧化过程在淡水生态系统砷生物地球化学循环中发挥重要作用,并且硅藻的重金属抗性与营养元素硅酸盐有效性紧密相关。然而,不同硅藻对无机砷的转化能力和砷抗性差异,硅酸盐对硅藻砷转化的影响机制尚不清楚。选取2种淡水硅... 详细信息

硅藻砷甲基化和氧化过程在淡水生态系统砷生物地球化学循环中发挥重要作用,并且硅藻的重金属抗性与营养元素硅酸盐有效性紧密相关。然而,不同硅藻对无机砷的转化能力和砷抗性差异,硅酸盐对硅藻砷转化的影响机制尚不清楚。选取2种淡水硅藻,即针状菱形藻(Nitzschia acicularis)和谷皮菱形藻(Nitzschia palea),作为研究对象,探究其砷甲基化和氧化作用,以及硅酸盐影响下砷转化和此过程中的相关基因转录活性。结果表明,硅藻暴露于As(Ⅲ)的10 d培养期内主要产生二甲基砷,针状菱形藻的二甲基砷转化率为5.54%,高于谷皮菱形藻的转化率(0.80%)。谷皮菱形藻的As(Ⅲ)氧化作用比针状菱形藻强,前者和后者的氧化率分别为90.1%和3.2%。2种硅藻砷甲基化和氧化能力的差异表明不同硅藻As(Ⅲ)胁迫下的主要砷抗性策略不同。针状菱形藻在As(Ⅲ)胁迫下显著上调砷甲基转移功能基因(arsM)表达,并显著下调硅酸盐转运基因(sit)表达。这表明硅藻驱动胞内砷甲基化反应和减少硅/砷转运活性,从而有助于胞内砷解毒和减少As(Ⅲ)吸收。硅酸盐添加对针状菱形藻的arsM基因表达没有明显影响,但上调了线粒体核糖体RNA 12S基因表达,同时促进As(Ⅲ)向As(Ⅴ)转化,这表明硅酸盐可促进硅藻砷氧化和呼吸产能活性,有助于增加硅藻对砷的抗性。本研究证实了硅藻间砷甲基化和氧化能力差异,并且硅酸盐是影响其砷转化的重要因素,可为硅藻应用于砷污染水体修复提供参考。

关键词：淡水硅藻砷甲基化砷氧化硅酸盐转运砷解毒策略

适当化肥配施有机肥减少稻田氮磷损失及提高产量

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农业工程学报 2013年第A01期29卷 210-217页

作者：廖义善卓慕宁李定强郭太龙李俊杰谢真越广东省生态环境与土壤研究所广东省农业环境综合治理重点实验室广州510650

为了减少稻田氮磷损失量,并有效利用畜禽固废物,该研究在广东省东江上游典型农业集水区,开展田间不同施肥方式(不施肥、常规施肥、配方施肥1～3)氮磷损失监测及不施肥处理的室内土柱模拟试验。不施肥、常规施肥、配方施肥1～3的肥料施... 详细信息

为了减少稻田氮磷损失量,并有效利用畜禽固废物,该研究在广东省东江上游典型农业集水区,开展田间不同施肥方式(不施肥、常规施肥、配方施肥1～3)氮磷损失监测及不施肥处理的室内土柱模拟试验。不施肥、常规施肥、配方施肥1～3的肥料施用量分别为:碳铵0、750.0、510.0、472.5、510.0kg/hm2;磷肥0、375.0、255.0、255.0、236.25kg/hm2;尿素0、225.0、172.5、156.0、172.5kg/hm2;有机肥:0、0、1162.5、1162.5、1162.5kg/hm2。通过室内土柱试验,获取不施肥小区氮磷地表径流及淋溶流失量,并结合不施肥小区的田间监测数据(土样、水样、植株样等),测算出水稻生长季固氮量为31.54kg/hm2。采用元素守恒的方法,综合考虑氮磷淋溶、流失、氨氮挥发、氮素干湿沉降以及水稻固氮等多方面的影响,构建稻田系统氮、磷损失模型,分别计算出5种不同施肥方式的氮磷损失量。研究表明,配方施肥1、2、3较常规施肥,氮、磷损失量减幅分别为7.7%～30.0%、61.2%～70.8%;氮、磷农学利用率增幅分别为24.6%～84.4%、12.8%～78.9%;实现节支增收分别为2716元/hm2、-2169元/hm2、-1646元/hm2。配方施肥方案可有效减少农田氮磷损失量,其中配方施肥1经济效益、环境效益俱佳,可作为常规施肥的替代方案。该研究综合考虑了整个稻田系统中氮、磷的输入与输出,定量评估不同施肥方式的氮磷损失量、农学利用率及其经济环境效益,可为稻田氮磷损失综合防控提供参考。

关键词：氮磷试验稻田施肥方式调控

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镉砷在针铁矿界面共吸附的相互作用机制

环境科学 2023年第7期44卷 3970-3977页

作者：苏子贤刘赛红管玉峰陶亮华南师范大学环境学院广州510006 广东省科学院生态环境与土壤研究所华南土壤污染控制与修复国家地方联合工程研究中心广东省农业环境综合治理重点实验室广州510650 广州市生态环境局黄埔技术中心广州510530

通过吸附动力学和吸附热力学结合表面物理化学表征等手段,研究了As(Ⅴ)和Cd(Ⅱ)在针铁矿界面上的相互作用过程,解析了As(Ⅴ)和Cd(Ⅱ)在针铁矿界面共吸附过程中形成三元络合物的形态.结果表明:(1)As(Ⅴ)和Cd(Ⅱ)在针铁矿界面的吸附过程... 详细信息

通过吸附动力学和吸附热力学结合表面物理化学表征等手段,研究了As(Ⅴ)和Cd(Ⅱ)在针铁矿界面上的相互作用过程,解析了As(Ⅴ)和Cd(Ⅱ)在针铁矿界面共吸附过程中形成三元络合物的形态.结果表明:(1)As(Ⅴ)和Cd(Ⅱ)在针铁矿界面的吸附过程均符合准二级动力学模型,吸附以化学吸附为主;(2)As(Ⅴ)在针铁矿界面吸附均以内圈吸附为主,具有单层吸附的典型特征,Cd(Ⅱ)在针铁矿界面单吸附过程与As(Ⅴ)类似,而添加了As(Ⅴ)的共吸附过程则出现了外圈吸附,呈现多层吸附的典型特征;(3)As(Ⅴ)和Cd(Ⅱ)共存时可通过静电作用以及形成三元络合物的方式相互促进对方在针铁矿界面上的吸附;(4)通过对比各种表征结果,推导As(Ⅴ)和Cd(Ⅱ)在针铁矿上共吸附过程中生成了“Fe-As-Cd”形式的三元络合物.研究结果进一步丰富了对土壤-氧化铁界面重金属元素微化学相互作用过程的理解.

关键词：镉(Cd) 砷(As) 共吸附针铁矿三元络合物

广东省农业源污染对水环境的影响及其空间分异格局

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生态环境学报 2023年第12期32卷 2207-2215页

作者：黄国锋贺斌谢志宜刘军王安侯廖彤王博瑾郝贝贝广东省生态环境监测中心广东广州510308 广东省科学院生态环境与土壤研究所/华南土壤污染控制与修复国家地方联合工程研究中心/广东省农业环境综合治理重点实验室广东广州510650

掌握农业农村面源污染现状和排放特征,对开展农业源污染防控、农业可持续发展和农村生态环境改善具有重要意义。基于2022年广东省276个农业农村面源污染控制断面的监测数据,分析广东省珠三角、粤东、粤西和粤北4个区域农村生活污染、种... 详细信息

掌握农业农村面源污染现状和排放特征,对开展农业源污染防控、农业可持续发展和农村生态环境改善具有重要意义。基于2022年广东省276个农业农村面源污染控制断面的监测数据,分析广东省珠三角、粤东、粤西和粤北4个区域农村生活污染、种植业流失和养殖业污染对农村水环境的影响,在县域尺度上评价农业农村面源污染状况及空间分异格局。结果表明,1)水质COD、TN、TP、NH4^(+)和NO_(3)^(−)浓度最大值和内梅罗综合污染指数最高值均出现在农村生活污染监测断面,表明全省农村生活源污染对地表水环境污染的贡献最大。2)粤北地区监测断面水质指标浓度和污染指数显著小于其他区域(P省109个区县,农业源污染等级为清洁、轻度污染、污染、重污染和严重污染的比例依次为20%、43%、20%、15%和2%,清洁区县主要分布在粤北地区,严重污染和重污染区县则主要分布在珠三角和粤东地区。综上,广东省农村生活源对地表水环境的影响较大,珠三角和粤东地区农业源污染状况较粤西严重,粤北污染程度最低。

关键词：面源污染种植业养殖业生活污染空间特征来源解析

珠江三角洲林业用地土壤重金属潜在生态风险格局分析

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生态环境学报 2022年第6期31卷 1253-1262页

作者：朱立安张会化程炯李婷林梓李俊杰广东省科学院生态环境与土壤研究所/华南土壤污染控制与修复国家地方联合工程研究中心/广东省农业环境综合治理重点实验室广东广州510650

收集珠江三角洲440个林地表层(0—20 cm)土壤重金属环境数据,通过筛选值和Hakanson潜在生态风险值对珠江三角洲林地土壤生态风险空间格局及形成进行研究分析,以期对统筹珠江三角洲生态土地利用及环境管控,维护自然生态系统的完整性和健... 详细信息

收集珠江三角洲440个林地表层(0—20 cm)土壤重金属环境数据,通过筛选值和Hakanson潜在生态风险值对珠江三角洲林地土壤生态风险空间格局及形成进行研究分析,以期对统筹珠江三角洲生态土地利用及环境管控,维护自然生态系统的完整性和健康水平提供理论依据。研究结果表明,(1)珠江三角洲林地土壤重金属Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Ni、Zn质量分数范围分别为0.001—1.03、0.01—0.92、0.71—580、4.79—520、0.01—131、0.02—192、1.73—78.1、0.01—227 mg·kg^(−1),平均含量较低但分布不均匀,变异系数较大的为As、Cd、Cu,局部区域含量较高。(2)风险值评估显示,珠江三角洲林地土壤不少于73.43%处于低潜在生态风险水平,但局部土壤存在中度潜在生态风险至强度潜在生态风险,以Hg和Cd为主;筛选值评估显示,珠江三角洲大部分林地土壤可能受到重金属(以Cr、Hg为主)生态影响。(3)格局分析表明,珠江三角洲中部林地土壤Cd潜在生态风险较高,中部和东部林地土壤Hg潜在生态风险较高;格局形成分析显示,不同重金属及不同生态风险重金属的来源可能存在不同的形成机制,Cd主要受北江和西江水流迁移的影响,其次为干湿沉降,而Hg主要受经济开发及干湿沉降的影响,Cr则是由于自然本底值较高。(4)Hg和Cd元素是珠江三角洲区域土壤生态风险管控的关键因子,其次为Cr和As。该研究对珠江三角洲土壤污染生态管控与粤港澳大湾区生态安全一体化布局有较高的参考价值。

关键词：珠江三角洲林地土壤重金属生态风险评估区域生态分布格局土壤生态基准值

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生物有机肥对土壤质量及蔬菜产量的影响

生态环境学报 2022年第3期31卷 497-503页

作者：梁嘉伟余炜敏姚钰玲胡绮琪陆丹绵王荣萍廖新荣黄赛花广东省科学院生态环境与土壤研究所/华南土壤污染控制与修复国家地方联合工程研究中心/广东省农业环境综合治理重点实验室广东广州510650

为了探讨生物有机肥对菜地土壤质量及蔬菜产量的影响,采用田间小区试验,以华南地区代表性瓜类蔬菜白瓜(Cucurbita pepo L.)为试验作物,配施生物有机肥研究了白瓜不同生育期土壤肥力、酶活性、微生物生物量及产量。结果表明,(1)施用生物... 详细信息

为了探讨生物有机肥对菜地土壤质量及蔬菜产量的影响,采用田间小区试验,以华南地区代表性瓜类蔬菜白瓜(Cucurbita pepo L.)为试验作物,配施生物有机肥研究了白瓜不同生育期土壤肥力、酶活性、微生物生物量及产量。结果表明,(1)施用生物有机肥能够提高土壤的pH值、碱解氮、速效钾和有效磷的含量。在白瓜清藤期,配施生物有机肥的土壤其pH值、碱解氮、速效钾和有效磷的含量均比农户习惯施肥和无机肥处理均增加10%以上。(2)施用生物有机肥对土壤的酶活性和微生物生物量的含量影响不同。在白瓜苗期,生物有机肥可提高土壤微生物生物量碳含量,与农户习惯施肥和无机肥处理相比分别增加了67.0%和91.8%;在白瓜伸蔓期,生物有机肥可提高微生物量碳含量、蔗糖酶和酸性磷酸酶活性,与农户习惯施肥和无机肥处理相比分别增加了11.8%—33.2%和13.1%—37.4%;在白瓜盛瓜期,生物有机肥可提高微生物生物量碳含量、过氧化氢酶和酸性磷酸酶活性,与农户习惯施肥和无机肥处理相比,分别增加了12.1%—22.7%和19.3%—28.4%;在白瓜清藤期,生物有机肥可增强过氧化氢酶和酸性磷酸酶活性,与农户习惯施肥和无机肥处理相比,分别增加了8.02%—33.5%和20.1%—27.7%。因此,配施生物有机肥对白瓜不同生育期的微生物活性影响不同。(3)生物有机肥对白瓜的增产作用发生在盛瓜期前期,对盛瓜期后期影响很小。综上所述,生物有机肥可提高土壤肥力,增强微生物生物量和酶活性,改良土壤环境,提高白瓜产量。

关键词：生物有机肥土壤肥力微生物生物量酶活性

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珠海市水岸线生态敏感性评价

生态学杂志 2015年第3期34卷 860-869页

作者：刘晓南程炯李铖广东省生态环境与土壤研究所、广东省农业环境综合治理重点实验室广州510650

水岸线对生态环境保护具有重要作用，但过度及不当的利用已造成部分岸线出现侵蚀甚至破坏，如何合理开发与利用水岸线已成为一个十分关注的问题。鉴于此，本研究以珠海市为研究区，选取水岸线500m范围内影响水岸线功能的坡度、归一化植... 详细信息

水岸线对生态环境保护具有重要作用，但过度及不当的利用已造成部分岸线出现侵蚀甚至破坏，如何合理开发与利用水岸线已成为一个十分关注的问题。鉴于此，本研究以珠海市为研究区，选取水岸线500m范围内影响水岸线功能的坡度、归一化植被指数、生物多样性保护重要性、距离基本农田距离和距离脆弱生态系统距离为评价指标，进行单因子和综合生态敏感性评价，以缓冲区内最大敏感性等级赋值水岸线的综合生态敏感性，使用叠加排序法识别不同敏感区的主要影响因子，并据此提出不同敏感性岸线的开发利用建议。结果表明：（1）研究区水岸线综合敏感性与岸线缓冲区内各单因子和综合敏感性空间分布类似，整体以不敏感和轻度敏感为主，中度和高度敏感相对较少且多集中在香洲区和斗门区；（2）缓冲区内各单因子在不同变化范围内，不同生态敏感性等级的面积百分比不同：在坡度为25°-45°、归一化指数〉0．45、生物多样性保护中等重要、距离基本农田距离300～500m和距离脆弱生态系统距离〈100m时，中高度敏感区的面积百分比最大；（3）缓冲区内轻度、中度和高度敏感区的关键影响因子分别为：距离基本农田距离、距离基本农田距离与生物多样性保护重要性、距离脆弱生态系统距离与生物多样性保护重要性；（4）针对高度敏感、中度敏感以及轻度和不敏感岸段，建议分别采取严格控制、限制开发建设以及协调保护的开发利用措施。

关键词：水岸线生态敏感性评价珠海市

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单质硫抑制水稻植株甲基汞累积的效应与机制

生态环境学报 2023年第6期32卷 1115-1122页

作者：黄英梅钟松雄朱忆雯王向琴李芳柏中国科学院广州地球化学研究所广东广州510640 中国科学院大学北京100049 广东省科学院生态环境与土壤研究所/广东省农业环境综合治理重点实验室广东广州510650

重金属元素汞,尤其甲基汞,极易从土壤中转运到水稻植株中,并通过食物链对人类健康构成严重威胁。单质硫被广泛用于降低水稻籽粒中甲基汞的累积,然而其对水稻生长性状的影响、对甲基汞的吸收和转运的调控机制尚不明确。采用水稻盆栽试验... 详细信息

重金属元素汞,尤其甲基汞,极易从土壤中转运到水稻植株中,并通过食物链对人类健康构成严重威胁。单质硫被广泛用于降低水稻籽粒中甲基汞的累积,然而其对水稻生长性状的影响、对甲基汞的吸收和转运的调控机制尚不明确。采用水稻盆栽试验,设置了对照组(汞污染土采自贵州省铜仁市万山汞矿,总汞质量分数为40.3 mg·kg^(-1))和单质硫修复组(添加量为100 mg·kg^(-1)),比较了两组土壤和硫代硫酸铵提取态甲基汞水平、土壤理化性质(包括氧化还原电位、酸碱度、溶解性有机碳、硫酸根)、土壤汞转化基因(dsr A和dsr B)丰度,以及水稻的生长状况、叶片叶绿素水平、不同组织甲基汞的质量分数和分配。结果表明,单质硫处理显著促进水稻的生长,提高叶片叶绿素的合成(增加了27.4%);增加了水稻根和茎中甲基汞的累积,降低了根、茎和叶到籽粒的转运,最终降低了水稻籽粒中甲基汞的累积和质量分数(减少了14.7%)。同时,单质硫显著提高了土壤中硫酸根的水平(增加了124%),刺激了硫酸盐还原菌活性,其可能在参与汞甲基化过程的同时参与了厌氧环境下甲基汞的降解,从而显著降低了土壤甲基汞的水平(减少了11.6%)。水稻籽粒和整株水稻中的甲基汞质量分数与土壤硫代硫酸铵提取态甲基汞质量分数呈显著正相关(P土壤溶解性有机碳和硫酸根的质量分数与土壤硫代硫酸铵提取态甲基汞质量分数呈显著负相关(P研究证明了单质硫在土壤-水稻体系中抵御重金属胁迫的重要作用,为制定降低汞污染以及实现稻米减毒脱毒的措施提供了理论基础和现实依据。

关键词：硫甲基汞硫酸盐还原菌汞积累水稻