乙草胺降解菌Y-4的分离鉴定及降解特性研究

从长期经乙草胺污染的污泥中分离到一株能以乙草胺为唯一碳源和能源生长的菌株Y-4,通过生理生化实验和16S rDNA同源性序列分析,鉴定为申氏杆菌属（Shinella sp.）。采用室内培养方法,研究了Y-4对乙草胺的降解特性。结果表明,Y-4能有效地降解浓度为5～200 mg.L-1的乙草胺,在48 h内对50 mg.L-1乙草胺的降解率达到83.3%。菌株Y-4降解乙草胺的最适pH值为8.0,最适温度为30℃,其对丙草胺和丁草胺等农药也有良好的降解效果。     

小麦秸秆的氨化厌氧发酵工艺及影响因素研究

为了提高小麦秸秆的产气效率,利用4.5%的尿素对其进行氨化预处理,并将预处理后的秸秆进行厌氧发酵,分别研究了氨化时间对预处理效果的影响及在不同温度和原料组分配比下的氨化厌氧发酵过程。结果表明：氨化预处理20d后的秸秆COD溶出量与未添加预处理剂相比增加了95.43%,VS增加9.07%,在第15d时已达20d溶出总量的94.61%,采用扫描电镜（SEM）及视频光学接触角扫描仪（GBX）观察发现,氨化15d已可有效破坏秸秆的纤维结构,增加表面亲水性能;在预处理后的发酵实验中,中温发酵（35℃）显现出明显的产气优势,经40d厌氧发酵TS产气率可达193.8mL.g-1;当发酵原料组分配比为秸秆：牛粪：污泥=1：0.5：0.5（干物质质量比）时,其厌氧发酵的累积产气量最大,达6505mL。     

Molecular weight-dependent electron transfer capacities of dissolved organic matter derived from sewage sludge compost

Purpose

Dissolved organic matter (DOM) has been shown to be an efficient electron transfer facilitator in biogeochemical reactions due to its ability to mediate redox reactions. It has been known that various fractions of DOM differed in their chemical and biogeochemical behaviors in environment. However, there has been relatively little work directed at predicting the dependence of redox properties of DOM on its fractions.

Materials and methods

DOM was extracted from sewage sludge compost. Freeze-dried DOM was grouped into three fractions of different molecular sizes (<3,500, 3,500–14,000, and >14,000 Da) using dialysis bags (Spectra/Por 3 and 4, Spectrum Industries, California, US). Cycle voltammetry was used to investigate the redox behavior of the fractions. Chronoamperometry was employed to study their electron accepting capacities and electron donating capacities by applying fixed positive or negative potential to the working electrode in a conventional three-electrode cell. Fourier-transform infrared and three-dimensional excitation/emission matrix fluorescence spectroscopies were used to determine the functional groups in the fractions. Shewanella putrefaciens 200 (SP200) and Klebsiella pneumoniae L17 (L17) were used for all microbial iron(III) reduction experiments.

Results and discussion

Electrochemical methods show that the electron transfer capacity (ETC) of DOM depends on its molecular weight, and ETC is in the order of high-molecular weight DOM (H-DOM) > moderate-molecular weight DOM > low-molecular weight DOM. The same trend is discovered in the DOM-stimulated iron(III) oxide bioreduction where DOM fractions act as electron shuttles transferring electrons from the Fe(III)-reducing bacteria to the iron oxide. Both spectroscopic and cyclic voltammogram assays show the highest abundance of redox moieties associated to H-DOM, which is possibly responsible for its strongest electron-shuttling ability.

Conclusions

DOM has a wide molecular weight (MW) distribution due to the complexity of its chemical composition and structure. In addition to structural variations, DOM fractions with different MW have different redox properties and electron-shuttling capacities in microbial Fe(III) reduction. The results are of great significance for further studies on DOM geochemical behavior in environment.     

基于滑模变结构控制的温室喷药移动机器人路径跟踪

为解决作物种植密集,地面障碍与空间障碍并存等非结构化环境因素对温室喷药移动机器人路径跟踪运动控制精度的影响,在建立移动机器人运动学模型的基础上,设计一种基于指数趋近律的滑模变结构控制方法以保证系统对不确定参数及外界干扰的鲁棒性。与此同时,为有效解决滑模控制固有的抖振问题,提出一种加权增益趋近律算法,在该趋近律的积分项中引入负的加权值,可有效避免当系统状态不在滑模切换时的切换增益的增大,使得控制器输出量平滑,并利用Lyapunov函数证明了其稳定性,并采用该文所设计的基于加权积分增益趋近律的滑模控制器对喷药移动机器人进行路径跟踪控制。试验结果表明,该算法可以顺利消除横向偏差,使实际运动轨迹平稳跟随理想作业路线,避免在作业区域产生较严重的重喷和漏喷现象,其研究成果为温室作物实施精准喷药提供了依据。     

葡萄糖水热过程中焦炭结构演变特性

为了解生物质水热炭化过程中焦炭的形成机制及其理化结构的演变机理,该文以葡萄糖为原料,利用高温高压反应釜,对葡萄糖在水热环境中炭化的反应过程和焦炭的表面物理结构及微观化学组成进行了系统的分析。研究发现,葡萄糖经过水热处理,可以获得富含炭微球的无定形水热焦炭,这些炭微球粒径分布在0.6～7 μm之间,而通过控制水热过程的温度、葡萄糖添加量和停留时间,则可对其收率、形貌、化学组成等理化性质产生重要影响。在220℃,4 h,6 g/100 mL的水热条件下,炭微球粒径最小且均匀,平均粒径约为1.54 μm;在220℃,4 h,12 g/100 mL的水热条件下,焦炭收率最高为38.92%。水热焦炭中含有大量的芳香环结构和含氧官能团,具有很强的亲水性,其表面碳化程度高于内核。水热焦炭的形成主要是一系列脱水、聚合、凝结、芳香化、胶体作用的结果。研究结果为生物质水热法制备炭微球的过程控制提供参考。     

菜地氮肥用量与N2O排放的关系及硝化抑制剂效果

通过连续种植四季蔬菜近一年的大田试验,探究高施氮水平和低氮肥利用率的蔬菜生产系统中,N2O排放量与氮肥施用量之间的定量关系及其机理,并研究硝化抑制剂减少菜地N2O排放的效果.结果表明,在氮肥施用水平为N 0～1 733 kg hm-2a-1间,无论氮肥中是否添加硝化抑制剂,N2O总排放量与氮肥施用量均呈指数函数关系,即氮肥施用量高时,N2O排放率也高.在各氮肥水平处理下,硝化抑制剂均能降低N2O排放,抑制率为8.75％ ～ 25.28％,且这种减排效果随着施氮量增加而增加.在氮肥施用量为N 300或400 kg hm-2季-1时,施用硝化抑制剂减少N2O排放所带来的效益略高于其成本,因此,即使不考虑氮肥利用率的提高等因素,施用硝化抑制剂仍是一种有利的选择.     

官坝河泥石流动力学特征参数

青藏高原东南缘构造断陷湖都不同程度地受到山洪和泥石流侵蚀带来的泥沙淤积的影响.其中邛海的泥沙淤积问题最具代表性.邛海日益严峻的泥沙淤积问题的解决取决于流域内山洪和泥石流的治理.在此背景下,分析了邛海流域官坝河地形地貌特点和邛海泥沙淤积特征,并计算了官坝河泥石流动力学特征参数.研究发现,官坝河流域泥石流属于过渡性-黏性泥石流,1998年官坝河泥石流最大洪峰流量为813.7 m3/s,泥石流最大动压力和大石块冲击力分别为147 kPa和1.63×105 kN.据此提出了邛海流域官坝河泥石流防治建议:在官坝河上游支沟采用稳拦防治措施以稳固沟床和拦挡大颗粒物质;在官坝河下游采用拦排清防治措施以减少细颗粒物质进入邛海并定时清理河床泥沙. 邛海流域官坝河泥石流的治理可为青藏高原东南缘构造断陷湖区域内的山洪和泥石流治理提供一定的参考价值.     

岩溶高原地区小流域土壤厚度的空间变异特征

土壤厚度是制约石漠化地区生态修复的重要因子。在贵州省金沙县乌箐河小流域,通过实地调查土壤厚度,结合地统计学和经典统计学方法,研究岩溶高原地区小流域中3种典型土地利用类型下土壤厚度的空间变异及其分布格局。结果表明：研究区土壤厚度总体呈中等强度空间变异,个别样地属强度变异,具有良好的半方差结构,其变异趋势大致为随着坡位的降低而逐渐减小,而土壤厚度随坡位的降低逐渐变厚。坡耕地土壤厚度空间相关性相对较好,存在一定的连续性;荒山和意大利杨树林地土壤厚度的空间变异程度均较大,斑块状分布明显。除个别样地可以用高斯模型和球状模型拟合外,其余样地均可用指数模型拟合,且拟合效果较好（R^2≈0．8）。研究结果加深了对岩溶高原地区土壤厚度的认识,为石漠化综合治理工程的合理布局和土地资源的有效开发利用提供重要依据。     

基于分形插值的三维路面重构与分析

原始精细的路面谱是研究车辆与路面耦合的重要基础,对车辆的通过性和噪声、振动及不平顺性NVH(noise,vibration and harshness)分析有重要的应用价值。为了构建与原始路面相同或相近的路面谱,利用非接触式激光路面不平度仪测量沥青路面、水泥路面、比利时路面和砂石路面的三维路面不平度;基于分形理论,采用迭代函数法重构这四种路面谱;结合路面不平度的统计特性评价指标和分形维数对四种路面的原始谱和重构谱进行评价。研究结果表明:重构前、后路面谱的平均值、标准差、峰度系数以及分形维数变化范围在±5%以内,除水泥路面的偏态系数变化范围均在±9%以内,重构路面谱与原始谱具有一致性;重构路面谱保持了原始路面的结构特性,并具有路面的细微结构。     

微孔曝气流量与曝气管长度对水体增氧性能的影响

为了探究曝气流量与曝气管长度对增氧性能的影响,在不同曝气流量、不同曝气管长度条件下进行了室内水体底部微孔曝气增氧试验。分析了曝气流量与曝气管长度对氧体积传质系数、增氧量和氧利用率的影响。研究结果表明,当曝气流量为0.27~0.55 m3/s、曝气管长为0.9~1.5 m时,所对应的氧体积传质系数在0.63~1.1 h-1变化,增氧量在6.8~12.9 g/h变化,氧利用率在6.87%~9.28%变化,且在一定的曝气管长度下,氧体积传质系数、增氧量均与曝气流量成正比,而氧利用率则与其成反比关系;在一定的曝气流量下,曝气管长度对氧体积传质系数产生的影响表现为先高后低再高的趋势;氧体积传质系数与修正的饱和溶解氧浓度是否作为增氧量的主要影响因子取决于曝气管长度;曝气流量对氧利用率较曝气管长度更为敏感。研究还发现,微孔曝气系统中存在着最优曝气管长度,使得增氧性能最佳,并建立了最优曝气管长度与曝气流量、水深、输入压力、最优初始气泡直径的相关关系式,为低碳经济下微孔曝气系统的设计和运行提供了理论依据。