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2018年  第50卷  第1期

环境污染与控制
长期施用粪肥的土壤中抗生素耐药基因的消减规律
何轮凯, 张敏, 何良英, 应光国
2018, 50(1): 1-10. doi: 10.6054/j.jscnun.2018009
摘要:
为研究长期施用粪肥土壤中抗生素耐药基因的消减规律,分别采集长期施用与未施用粪肥农田中的土壤,进行土壤培养对照实验,探究土壤含水率及生物质炭的添加对土壤中可移动元件及耐药基因在310 d内的丰度变化的影响. 结果表明,长期施用粪肥提高了耐药基因与可移动元件在土壤中的污染水平. 长期施用粪肥土壤在实验室培养条件下,耐药基因与可移动元件呈现指数消减的趋势. 添加生物质炭的土壤中耐药基因和可移动元件消减较慢,含水率较高的土壤中耐药基因和可移动元件消减较快. 可移动元件相对丰度可一定程度上反映土壤培养过程中耐药基因的消减. 实验结果揭示了受污染农田土壤中耐药基因的动态变化规律,可为土壤耐药基因污染风险评估提供基础数据,为我国抗生素耐药性防控提供科学参考.
广州典型排放源废水中抗生素的污染特征和去除效果
魏晓东, 刘叶新, 周志洪, 区晖, 张静雯, 赵建亮, 刘有胜, 陈军, 应光国
2018, 50(1): 11-20. doi: 10.6054/j.jscnun.2018010
摘要:
采用固相萃取-高分辨液相色谱-质谱(SPE-RRLC-MS/MS)技术,研究了广州市区5类典型排放源(市政污水处理厂、制药厂、医院、垃圾填埋场和畜牧养殖场)中41种目标抗生素的污染特征和去除效果. 结果表明,各类排放源中分别检出抗生素24种(市政污水处理厂)、14种(制药厂)、15种(医院)、12种(垃圾填埋场)和13种(畜牧养殖场),且5类典型排放源水相中质量浓度最高的物质分别为氧四环素(917 ng/L)、罗红霉素(127 g/L)、罗红霉素(11.8 g/L),脱水红霉素(3.61 g/L)和氧四环素(664 g/L). 垃圾填埋场和畜牧养殖场的污水处理设施对抗生素总量具有较好的去除效果(去除率99.7%和99.5%),而污水处理厂、制药厂和医院对抗生素总量的去除能力较为一般(去除率49.3%、63.0%和26.9%). 广州市区5类排放源以水相形式排入环境水体的抗生素总量为1.21 kg/d,人均贡献量为89.3 g/d. 各类典型排放源中未能完全去除的抗生素成为水环境中抗生素污染的重要来源之一.
苯二氮类药物地西泮的水相光解转化机制
杨滨, KOOKANA R S, 应光国
2018, 50(1): 21-27. doi: 10.6054/j.jscnun.2018011
摘要:
模拟紫外光解和太阳光解水相中典型苯二氮?类镇静催眠药物地西泮,对其去除效率、转化产物及毒性进行了实验研究. 地西泮可以被紫外光(波长254 nm)有效去除,其紫外光解的光量子产率为2.32(0.17)10-3 mol/Einstein. 地西泮对模拟太阳光解(波长300~400 nm)具有较强的稳定性,在90 min光照时间内无任何降解. 采用高分辨飞行时间质谱监测到65个地西泮紫外光解产物,其中49个紫外光解产物在电喷雾离子化正模式下检出,16个在负模式下检出. 根据产物鉴定的结果和光解反应的特性,地西泮在紫外光解作用下可能会发生8种转化途径,反应机制主要包括羟基取代反应、水解反应、脱甲基反应、脱苯基反应、七元杂环开环反应以及环化反应. 通过计算毒理学模型预测,生成的主要紫外光解产物对鱼、水蚤和绿藻的水生生物毒性增加.
纳米零价铁-双氧水协同提升甲硝唑矿化率的研究
易云强, 方战强
2018, 50(1): 28-32. doi: 10.6054/j.jscnun.2018016
摘要:
尽管纳米零价铁(nZVI)能够有效地去除甲硝唑(MNZ),但是仍然存在矿化率低的问题. 本文,合成了纳米零价铁,研究了H2O2投加量对甲硝唑及其总有机碳(TOC)去除的影响. 结果表明,在nZVI和H2O2的共同作用下不仅可以进一步加速甲硝唑的去除速率,而且其TOC的去除率也明显提高.当双氧水投加量为0.55g/L,TOC的去除率为45.87%,约为单独纳米零价铁的18倍. 相同反应条件下,与传统芬顿法相比,nZVI/H2O2体系下甲硝唑及其TOC去除率,分别约为Fe2+/H2O2芬顿体系的1.5倍和7.1倍. 因而,双氧水与纳米零价铁协同作用,不仅进一步加速了纳米零价铁对甲硝唑去除速率,而且还有效地提高了有机物的矿化率.
重金属Zn、Cu和Hg对基因重组发光菌的综合毒性及其联合效应
周上洋, 赵建亮, 黄国勇, 应光国
2018, 50(1): 33-37. doi: 10.6054/j.jscnun.2018008
摘要:
本文主要分析了三种常见重金属(Zn2+、Cu2+、Hg2+)对基因重组发光菌(E. coli HB101 pUCD607)的单一毒性和不同浓度比下的联合毒性作用,并采用毒性单位法(Toxic Unit)、Marking相加指数法(Additional Index)和混合毒性指数法(Mixture Toxicity Index)来评价混合体系的联合毒性作用类型。Zn2+、Cu2+和Hg2+三种的重金属对发光细菌的15分钟半数效应浓度(EC50)分别为:4.16、6.00和0.98mg/L。多元重金属混合体系主要呈现不同程度的拮抗作用,不同的评价方法对3种重金属的联合效应评价结果具有较好的一致性。上述重金属联合毒性作用可为重金属复合污染控制和生物毒性测试提供参考。
黑暗条件下Cu2O/Agx复合催化还原Cr(VI)的研究
潘景怡, 张嘉珮, 蔡燕洁, 李美玲, 万霞, 铁绍龙
2018, 50(1): 38-43. doi: 10.6054/j.jscnun.2018015
摘要:
采用一步液相还原法合成出系列Cu2O/Agx复合催化剂,使用XRD、SEM、TEM、DRS等分析手段对样品进行性质表征. 结果显示,复合催化剂Cu2O/Ag表面附着大量的纳米金属Ag,形成无数的纳米岛,使得样品的等离子体共振效应大幅增强,导致催化剂在紫外、可见和近红外全光谱区域的光吸收非常强. 在无需超声分散、黑暗条件下Cu2O/Agx催化剂可以有效地还原Cr(VI),其中Cu2O/Ag0.15样品的催化还原效率最高. 当存在0.01mol/L的柠檬酸缓冲液(pH 5.0)时,100 mg/L的Cr(VI)在黑暗下于30min内被完全还原为Cr3+. 同时对体系催化还原Cr(VI)的机理以及柠檬酸的作用进行了探讨.
介孔α-MnO2/蒙脱石复合材料对罗丹明B的催化降解性能
淦述招, 巫国威, 宋海燕, 何美珍, 刘芳秀, 高志红
2018, 50(1): 44-48. doi: 10.6054/j.jscnun.2018017
摘要:
摘要:本论文以高锰酸钾和硫酸锰为原料,修饰蒙脱石为载体,通过水热法制备介孔-MnO2和介孔-MnO2-蒙脱石复合材料.采用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、及比表面(BET)等方法对制备材料进行表征.以介孔-MnO2和介孔-MnO2-蒙脱石复合材料为催化剂,以初始浓度为100mg/L的罗丹明B为模拟废水,研究了罗丹明B的降解动力学,结果表明,介孔-MnO2-蒙脱石复合材料对罗丹明B的降解效果是介孔-MnO2的2倍.并且三次重复实验后,-MnO2-蒙脱石复合材料的催化性基本没有损失,说明-MnO2-蒙脱石复合材料的稳定性.
物理学与光学工程
基于液晶高分子聚合物的激光防护器件
孙海涛, 聂秋梅, 刘巍, 胡小文, 李笑然, 水玲玲, 周国富
2018, 50(1): 49-54. doi: 10.6054/j.jscnun.2018012
摘要:
本文介绍了一种基于液晶高分子聚合物薄膜的激光防护器件,器件中的液晶高分子以螺旋结构方式排列,可以有效控制反射无偏振激光. 本工作中详细介绍了液晶高分子聚合物薄膜器件制作的过程工艺,关键材料:非手性单体、手性单体、手性掺杂剂、阻聚剂、光引发剂等的配比对器件光学性能的影响.
太赫兹振荡器件之间同相位锁定机制的研究
潘金涛, 王越, 许坤远
2018, 50(1): 55-60. doi: 10.6054/j.jscnun.2018013
摘要:
本文详细研究了平面纳米耿氏振荡器的耦合特性。研究表明:把两个器件直接并联组成阵列时,由于器件间的耦合较弱,两器件无法协同工作,因而输出信号随时间无规波动;为此我们通过在器件间引入额外的表面栅,利用栅极偏压增强耦合,使得器件工作处于基波相位锁定状态,从而输出幅度稳定、工作频率约为0.37 THz的信号。通过对器件沟道内部电子浓度的进一步分布分析,我们发现器件同相位锁定机制的微观实质为两沟道内部动力学偶极畴处于同步状态。由于双器件阵列的输出信号幅值为单器件的两倍,因此这种结构设计可以提升器件的输出功率。
二维拓扑超导体拓扑数的计算
黄镇华, 张雨, 李铭
2018, 50(1): 61-64.
摘要:
研究了具有自旋轨道耦合的二维晶格模型的的拓扑结构.\ 平庸与非平庸拓扑区域以能带的能隙关闭为界.\ 首先将KITAEV 的Majorana 拓扑数$M(H)$ 推广到二维情况,在动量空间计算了二维晶格的Majorana 拓扑数和相图.\ 由$M(H)=-1$确定的非平庸拓扑区与用TKNN宇称确定的非平庸拓扑区完全一致,证明Majorana 拓扑数与TKNN 宇称是一致的.\ 但Majorana 拓扑数比TKNN宇称的计算简单.\ 文章还计算了有限宽无穷长带的能带和波函数.\ 如果参数取在非平庸参数区则长带的能带显示 Majorana零能模,而且波函数分布在长带的边界上.\ 如果参数取在平庸参数区,则能带不受拓扑保护;系统不出现零能态,或者出现偶数个零能态.
生物学与生物工程
家蚕表皮型几丁质合成酶基因BmCHSA-2a的鉴定及对激素响应
张捷, 丁洋, 郑思春
2018, 50(1): 65-71.
摘要:
文中采用5'Race方法获得了几丁质合成酶基因(BmCHSA-2a)的第1外显子(Exon 1, 141 bp)和第2外显子(Exon 2a,106 bp),证明外显子2a在鳞翅目昆虫几丁质合成酶中高度保守. 根据该外显子序列设计引物,分析BmCHSA-2a对激素响应分析. 结果表明蜕皮激素(Ecdysone ,20E)抑制BmCHSA-2a的表达,而保幼激素(Juvenile Hormone, JH)间接促进其表达. 根据家蚕基因组所预测的启动子序列,扩增了调控BmCHSA-2a表达的启动子,证明蜕皮激素抑制启动子活性,并存在大量蜕皮激素通路BmFTZ-F1的调控元件,对BmFTZ-F1表达调控的进一步研究表明,蜕皮激素抑制其表达. 研究结果初步分析了家蚕表皮几丁质合成酶BmCHSA-2a可能的表达机制,为深入研究其表达调控机理及发现害虫防治新靶标提供了理论基础.
组蛋白去乙酰化抑制剂对拟南芥根尖干细胞微环境的影响
胡欢, 刘明, 吴潜, 申聪香, 阳成伟赖建彬
2018, 50(1): 72-76. doi: 10.6054/j.jscnun.20170029
摘要:
根系发育是植物生长的重要组成部分,该过程由多种信号转导途径共同调节。组蛋白乙酰化和去乙酰化的动态变化对基因表达具有关键的调控作用,而对其在根发育中功能的研究还不深入。本研究通过组蛋白去乙酰化酶抑制剂Trichostatin A(TSA)处理拟南芥,发现其主根生长受到抑制,分生区细胞数目变少。显微观察的结果表明TSA影响了根尖干细胞微环境。根尖微环境调控相关因子SCR和SHR的表达受TSA处理的影响并不明显,而PLT1/PLT2的表达受TSA强烈抑制。我们对生长素运输途径的分析发现在TSA处理条件下,PIN1表达只受轻微影响,而PIN2表达量明显下调。pDR5:GFP的结果表明TSA可能引起生长素在根尖的积累和分布变化。综上所述,TSA影响了拟南芥根尖干细胞微环境的维持,表明组蛋白的去乙酰化在根发育过程中发挥着重要作用。
地理科学与技术
多云雨城市地区Landsat多时相影像的大气校正反射率特征评估
于洋, 付迎春, 马超
2018, 50(1): 77-84.
摘要:
应用2种主要大气校正方法(LEDAPS与FLAASH),对广州城区多时相Landsat TM、ETM+和OLI传感器影像进行大气校正评估,包括连续15年大气校正前后影像的地表反射率、归一化差异植被指数NDVI、缨帽变换绿度与亮度分量和地物类别可分性Jeffreis Matusita(J-M)距离的差异比较. 结果表明:2种校正影像的校正效果在可见光波段最明显,且在不同波段表现出不同的光谱响应特征;校正后的时间序列影像反射率均具有波动性,FLAASH方法校正影像反射率波动较为显著;相对LEDAPS校正影像,FLAASH校正影像高估了近红外波段反射率,从而高估了NDVI、缨帽变换分量;成对t检验结果显示2种校正影像在二次人工林与城市用地的类别可分性上存在显著差异. 应用FLAASH校正影像的反射率计算得到较高的缨帽分量值,主要源于FLAASH对短波红外波段水汽校正的不足,证明在多云雨城市地区(如广州市),水汽对大气校正存在重要影响.
近35年深圳市气候变化与城市化发展关联性研究
俞文政, 刘海涛
2018, 50(1): 85-91.
摘要:
依据深圳市气象站19792013年的气象观测资料和历年统计年鉴,利用线性分析、Mann-Kendall突变检验和主成分分析、拟合曲线等数理统计方法,分析了深圳市近35年的气候变化规律及其与城市化发展的关联性. 结果显示:(1)近35年深圳市气候整体呈现变干变暖的趋势,平均气温升温速率为0.338 ℃/10a,平均最低气温的升温速率远大于平均最高气温的升温速率(0.573 ℃/10a 0.145 ℃/10a),以1986年为突变点,升温趋势加剧,近几年出现减缓态势;平均相对湿度的下降速率为每10年下降1.97%,2000年以来比80年代下降了约5%,且降水量和年日照百分比呈不规律的波动变化;(2)深圳市城市化主要通过人口、房屋建筑和农业发展对平均最高温度产生影响,综合贡献率接近50%;城市化发展对平均气温和平均最低气温的升高有极显著的加剧作用,构建的城市化综合指标U1、U2的升温贡献率分别达到了63%和78%. 以建筑业发展、农作物面积等为主要指标构建的综合指标U4对平均相对湿度的降低贡献率达到60%,需要注意城市发展中的干岛效应问题.
生态服务价值空间异质性及生态功能区划探析
赵家敏, 林媚珍, 冯荣光, 吴华清
2018, 50(1): 92-101.
摘要:
估算了中山市20002010年的生态系统服务价值变化并以中山市2000、2005、2010年的节点TM遥感影像为基础数据源,借助相关辅助资料,利用RS、GIS和SPSS等技术方法分析生态服务价值的空间异质性,引入变异系数和相关系数探讨了生态服务价值时序变化与各生态系统类型变化之间的关系. 在此基础上,以生态系统服务价值估算结果为重要生态指标,结合植被、地形、景观生态类型等构建指标体系,对中山市的生态系统服务功能进行区划。以生态建设为目标将中山市生态功能区划分为生态保育区、生态控制区和生态协调区三大功能区,明确了各功能区的主导生态功能,为中山市今后各生态服务功能区建设规划提供参考.
数学与应用数学
差分Painleve方程亚纯解的增长级
彭长文
2018, 50(1): 102-105.
摘要:
利用亚纯函数的Nevanlinna值分布理论的差分模拟,研究了给定的差分Painlev$\acute{e}$方程I和差分Painlev$\acute{e}$方程II的超越亚纯解的增长性,得到了一些有意义的结果:在给定的条件下,给出了给定的差分Painlev$\acute{e}$方程I和差分Painlev$\acute{e}$方程II的超越亚纯解的增长级的精确估计.
β级α型λ-Bazilievic 函数的对数系数
牛潇萌, 李书海
2018, 50(1): 106-109.
摘要:
利用从属关系给出~$\left|\left(g(z)/f(z)\right)^\alpha\right|$ 的估计,并运用构造一个非负函数和对复变函数模的积分进行估计的方法, 对\ $\beta$ 级\ $\alpha$ 型\ $\lambda$-Bazilevi$\check{c}$ 函数类\ $B(\lambda,\alpha,\beta)$的对数系数~$b_n$ 进行研究, 得到~$|b_{n}|\leq A\mathrm{log}n/n+B/n+32\beta/(1-|1-2\beta|)$, 其中~$A,B$ 是绝对常数, 推广了相关结果.
左交换代数的“自由定理”
李羽
2018, 50(1): 110-113.
摘要:
设X是一个有限集,LC(X)表示由$X$生成的自由左交换代数;$f\in LC(X)$, Id(f)表示LC(X)的由f所生成的理想. 对于任意的$h$, 是否存在一个算法可以判断出$h\in Id(f)$或$h\notin Id(f)$?为了研究这个问题, 文中应用Gr\{o}bner-Shirshov 基理论的思想方法在自由左交换代数的线性基底上定义了一个良序,证明了这个良序保持运算,重写了由一个多项式所生成的自由左交换代数的理想的元素的表达式. 证明了一个定义关系的左交换代数具有可解的字问题并得到了左交换代数的自由定理.
矩阵极分解计算的一个注记
温朝涛, 陈小山
2018, 50(1): 114-117.
摘要:
设$p$是大于$1$的偶数,根据方程$x^{-p}-1=0$的Newton求根公式, 给出计算非奇异矩阵酉极因子的数值方法,并证明了它具有二次收敛特性. 数值例子表明该算法是有效的.
计算机科学与软件工程
基于深度强化学习的水下机器人最优轨迹控制
马琼雄, 余润笙, 石振宇, 黄晁星, 李腾龙
2018, 50(1): 118-123.
摘要:
为了实现水下机器人在跟踪复杂轨迹时具有出较高的精度和稳定性,提出了利用深度强化学习实现水下机器人最优轨迹控制的方法:首先,建立基于2个深度神经网络(Actor网络和Critic网络)的水下机器人控制模型,其中Actor网络用来选择动作,Critic网络用来评估Actor网络的训练结果;其次,构造合适的奖励信号使得深度强化学习算法适用于水下机器人的动力学模型;最后,提出了基于奖励信号标准差的网络训练成功评判条件,使得水下机器人在确保精度的同时保证稳定性. 仿真实验结果表明:在解决一定精度内的水下机器人复杂轨迹跟踪问题时,该算法与传统PID控制算法相比具有更优的性能.
基于单目深度估计方法的图像分层虚化技术
李晓颖, 周卫星, 吴孙槿, 李丹, 胡晓晖
2018, 50(1): 124-128.
摘要:
实现了一种基于单目深度估计方法的图像分层虚化技术,可使前景清晰背景模糊,离镜头越远虚化效果越明显:首先对图像等比例缩小并且对图像中的物体做边缘检测,并利用线性追踪生成线条扫描信息图,利用双边滤波器对初始深度图做平滑处理得到深度图,依据深度信息选择阈值将图像分层,在分层的基础上对图像背景做高斯模糊处理,最终得到图像分层虚化效果,增强图像的表现力和艺术效果. 本技术的实现效果较为理想,能达到良好的图像分层虚化效果。