上海宝钢不同功能区土壤动物的动态监测研究

对上海宝钢厂区不同季节、不同区域土层中土壤动物群落组成、垂直分布、季节变化和多样性进行了调查分析,结果表明:春季土壤动物类群和数量相对较少;办公区的土壤动物相对较少;垂直分布特点为0~5 cm>5~10 cm>10~15 cm;螨类和弹尾目是优势类群,螨类所占的比例严重影响着群落的多样性.     

生物膜脱氮滤池的微生物群落结构特性

为探究生物膜脱氮滤池脱氮效能差异的微生物因素,设置组1(包括接种污泥、稳定期滤料、反冲洗后滤料微生物变化)和组2(包括反冲洗前滤料、反冲洗后不同时间段滤料微生物变化)两组实验,通过高通量测序,研究不同阶段微生物群落结构、丰度和多样性的分布情况.结果表明:接种污泥与滤料表面微生物群落结构和多样性在门水平下差异不大,但在属水平下差异显著,而相对丰度在两种分类水平下始终差异显著.反冲洗后0～4 h滤料表面微生物的OTU数目、Shannon指数、Chao1指数变化,在滤池30 cm处先升后降,而在60 cm处曲折上升,也即二者的微生物丰度和多样性变化趋势.反冲洗前后Proteobacteria始终占主导地位,相对丰度为79%～90%,Proteobacteria中Betaproteobacteria占主导优势,反冲洗后Betaproteobacteria数量相对减少,后逐渐恢复.总反硝化优势菌属相对丰度在反冲洗1 h后30 cm处由78%左右下降到70%左右,60 cm处由68%左右下降到64%左右,此时出水总氮达到最高值7.7 mg·L~(-1),之后总反硝化优势菌属及出水TN浓度逐渐恢复至正常水平,这种消长变化表明滤池脱氮效果与总反硝化优势菌属相对丰度密切相关,滤池运行状态的改变使得反硝化优势菌属的群落结构差异显著.     

曝气生态滤池中微生物群落组成及物种多样性

为研究曝气生态滤池滤料表面物种多样性及其净水机理,通过高通量测序和生物信息分析对曝气生态滤池（EAF）中2种填料的不同DO区域微生物丰度和多样性进行研究和分析.结果表明,在EAF运行过程中,变形菌门所占比例均在71%以上,具有绝对优势,优势菌群的大量增殖使装置具有较高的TN去除率（67%）,其中好氧区海绵铁表面样本优势菌群比例最高,达到77.49%,表明海绵铁在曝气条件下更适合优势菌群变形菌门的繁殖;Alpha多样性分析发现EAF内填料表面生物膜中微生物菌落丰度均高于空白样,表明EAF较自然环境更适合微生物生长;Beta多样性分析发现装置由于曝气使优势菌群变形菌门在填料表面大量繁殖,限制了其他菌种繁殖,虽然生物多样性略有降低,但随着优势菌群大量增殖从而提升了对TN的去除能力.     

长年耕作对北方旱作麦田土壤细菌群落结构及理化性质的影响

为探究旱作麦田长期耕作对不同土层细菌群落结构的影响及其与土壤理化性质的关系,于2016~2021年在山西农业大学闻喜旱地小麦试验示范基地开展长期定位试验,研究夏闲期免耕（NT）、深松（ST）和深翻（DP）这3种耕作方式对不同土层土壤理化性质,细菌群落α、β多样性,细菌门和属优势物种及差异物种的影响,并采用PICRUSt2预测其代谢功能.结果表明,旱作麦田连续5a深松和深翻较免耕显著提高了20~40 cm土层土壤含水量,显著降低了0~20 cm土层土壤有机碳含量;深松较深翻显著提高了0~20 cm土层土壤含水量、土壤有机碳、可溶性有机碳和可溶性有机氮含量.深松和深翻较免耕可提高0~40 cm土层土壤细菌群落的α多样性,且深松高于深翻.深松和深翻较免耕显著提高了0~20 cm土层中酸杆菌门、硝化螺旋菌门和20~40 cm土层中酸杆菌门、绿弯菌门、芽单胞菌门、Rokubacteria门、GAL15门和硝化螺旋菌门的相对丰度;显著提高了0~20 cm土层硝化螺旋菌属和20~40 cm土层Rubrobacter属和链霉菌属的相对丰度.深松较深翻显著提高了0~40 cm土层酸杆菌门、芽单胞菌门的相对丰度.冗余分析表明,0~20 cm土层的土壤有机碳、可溶性有机碳和可溶性有机氮含量对放线菌门和牙殖球菌属产生正向效应,且深松下0~40 cm土层的土壤含水量对酸杆菌门、绿弯菌门和芽单胞菌门产生正向效应.PICRUSt2预测结果表明,深松和深翻较免耕显著提高了20~40 cm土层细菌群落的氨基酸代谢和辅酶维生素代谢的相对丰度,但降低了脂质代谢的相对丰度;深松较深翻显著提高了0~40 cm土层细菌群落的氨基酸代谢和0~20 cm土层其他氨基酸代谢的相对丰度.总之,旱地麦田夏闲期深松或深翻均可提高土壤含水量、土壤细菌群落的α多样性及细菌群落的代谢能力,深松还可提高酸杆菌门和芽单胞菌门的相对丰度,并提高细菌群落的氨基酸代谢能力,从而提高了土壤可溶性有机碳、氮含量.     

氯及氯胺消毒方式下管壁生物膜生长特性和群落功能研究

基于生物膜环状反应器,模拟培养氯消毒和氯胺消毒体系下的管壁生物膜,从生长特性、群落结构和功能丰度等方面探究管壁生物膜特性,研究不同消毒方式(氯和氯胺)胁迫下生物膜的特性差异。结果表明：与氯相比,氯胺消毒下生物膜的单位面积生物量更高,且活菌占比更大,表明在相同浓度水平下,氯比氯胺更能抑制管壁微生物的生长繁殖和细胞活性。氯胺消毒下生物膜的群落丰富度和多样性高于氯消毒,2种消毒方式下的生物膜群落结构和功能丰度存在显著差异。氯消毒下,γ-变形菌纲(平均相对丰度63.8%)占据主要优势,Nevskia属(32.9%)和嗜甲基菌属(20.4%)为优势菌属;氯胺消毒下,α-变形菌纲(53.8%)为最优势菌纲,慢生根瘤菌属(10.4%)为优势菌属。与氯胺相比,氯消毒下生物膜的新陈代谢功能丰度更具优势,尤其是在氨基酸代谢、碳水化合物代谢和脂类代谢关乎有机物利用的功能方面,分别增加36%、41%和48%,为供水管网中的微生物污染控制和以生物膜为前体物的副产物生成控制提供了一定理论基础。     

不同生物过滤系统铵态氮转化速率及生物膜特性分析

实验模拟循环水养殖系统,运行了移动床生物膜反应器(moving bed biofilm reactor,MBBR)和挂帘式生物滴滤池两类生物过滤系统的6种不同填料反应器,对比分析了各反应器的填料挂膜效果、铵态氮转化速率和生物膜微生物群落结构等特征.结果表明,与MBBR相比,挂帘式生物滴滤池挂膜速度快且生物量较多,其中碳纤维挂帘式生物滴滤池的脱膜后生物膜重最大,为45.97 g·m-2,8 h NH+4-N去除率(86.76%)高于其他反应器(61.96%~78.76%),并且NO-2-N累积少,16 h时NO-2-N浓度在0.5 mg·L~(-1)以下.通过Illumina高通量测序技术对生物过滤系统中生物膜微生物群落结构进行解析,结果表明,不同类型反应器的生物膜内的细菌、真核微生物群落构成有明显区别,无论是细菌还是真核微生物,挂帘式生物滴滤池的物种丰度和多样性均高于MBBR,但MBBR的细菌群落物种集中度更高.硝化螺菌属(Nitrospira)及放线菌中的Nakamurella属在两类反应器的生物膜中均占优势,腐螺旋菌科(Saprospiraceae)在挂帘式生物滴滤池更多,而丛毛单胞菌科(Comamonadaceae)更倾向于在MBBR中富集.在真核微生物属水平相对丰度上,挂帘式生物滴滤池中小杆目中的Rhabditida norank占明显优势,而MBBR中绿藻纲中的Chlorophyceae norank占明显优势.以上研究结果为挂帘式生物滴滤池在循环水养殖水质净化中的应用奠定了实验基础.     

复合生态浮岛处理微污染河水

构建融合具有缓释碳源特性的生态基质的复合生态浮岛(CFI),研究了DO对CFI净化效果的影响,探究了CFI的微生物群落结构及其多样性。结果发现:不同DO条件下CFI的TN去除效果均明显高于普通生态浮岛(FI),表明其具有强化脱氮作用。ρ(DO)为3~5 mg/L时CFI的NH_4~+-N和TN的平均去除率比ρ(DO)为1~3 mg/L时分别提高了28.15%和降低了19.98%,说明提高DO有利于NH_4~+-N的去除,但不利于TN的去除。CFI中的优势菌种较为集中,主要为假单胞菌属、紫色杆菌属和狭义梭菌属。CFI中的物种丰度高于FI,FI中的微生物群落多样性高于CFI。     

鄱阳湖候鸟栖息地微塑料表面细菌群落结构特征与生态风险预测

近年来鄱阳湖的微塑料环境污染日益受到关注.选取鄱阳湖白沙湖为研究区,采集白沙湖水体和沉积物以及其中的微塑料样品,通过傅里叶红外光谱确定微塑料的聚合物类型为聚乙烯（PE）、聚酯纤维（PET）、聚丙烯（PP）和聚苯乙烯（PS）.并利用16S高通量测序技术分析水体、沉积物中和微塑料表面细菌群落结构组成.微塑料表面细菌的物种丰富度与多样性均低于周围水体和沉积物.NMDS分析结果表明,微塑料表面与周围沉积物、水体中的细菌群落结构差异较大.水体和沉积物中的细菌群落组成与微塑料表面存在差异,门水平上沉积物与沉积物中微塑料表面优势菌门为变形菌门（Proteobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidota）,其在微塑料表面相对丰度高于沉积物;水体中微塑料表面变形菌门相对丰度高于水体,而拟杆菌门、放线菌门（Actinobacteriota）的相对丰度明显低于水体.属水平上马赛菌属（Massilia）和假单胞菌属（Pseudomonas）是微塑料表面的优势菌属,相对丰度明显高于周围水体和沉积物.通过BugBase表型预测发现微塑料细菌群落可移动基因元件含量、生物膜形成、潜在致病性及胁迫耐受等表型相对丰度明显高于周围水体和沉积物.结果发现微塑料可能会促使致病菌在内的有害菌的传播,提高细菌群落的潜在致病性,且微塑料表面细菌群落具有更高的可移动基因元件含量表型.通过揭示微塑料污染对微观层面湿地生态的潜在危害,可为维护湿地生态稳定性提供科学参考.     

湿地植物-沉积物微生物燃料电池阳极微生物群落多样性研究

阳极微生物种类及群落结构都会对微生物燃料电池的产电及底泥修复效果产生显著影响,因此,对微生物燃料电池阳极微生物群落多样性进行研究分析显得尤为重要.本研究利用风车草(Clinopodium Urticifolium)或短叶茳芏(Cyperus Malaccensis)两种植物结合受污染河涌底泥构建了湿地植物-沉积物微生物燃料电池(P-SMFC),同时构建无植物的沉积物微生物燃料电池(SMFC)作为对照,共3个电极处理组,每组3个平行.系统运行7个月后,分析其产电特性,并利用高通量测序对3个电极处理组生物膜微生物群落多样性进行分析,以探讨P-SMFC产电特性、阳极生物膜群落多样性及不同处理组之间群落结构的差异.结果表明,3个处理组中微生物群落结构存在明显差异,风车草和短叶茳芏两种植物的引入均会对微生物燃料电池系统中的细菌及古菌群落结构产生影响.植物的存在一方面有助于阳极生物膜各类细菌及古菌的生长,另一方面植物也有助于产电系统中阳极生物膜细菌及古菌群落多样性的增加,且风车草相比短叶茳芏而言,更能增加系统的古菌群落的多样性.在细菌群落分析中,3个处理组中都以变形菌门Proteobacteria为优势菌群,其次为绿弯菌门Chloroflexi,在所有菌属中以土杆菌属Geobacter的相对丰度最高,分别为PSM1处理组11.50%、SM处理组14.33%、PSM2处理组8.53%,为其优势菌属,但P-SMFC中该菌属的丰度相对较低.在古菌群落分析中,3个处理组中都以广古菌门Euryarchaeota的相对丰度最高,分别为PSM1处理组79.83%、SM处理组80.20%、PSM2处理组81.67%,成为优势菌门,其中以甲烷八叠球菌目Methanosarcinales的Methanosaeta属、甲烷杆菌目Methanobacteriales的Candidatus Methanoregula属的相对丰度最高,为其优势菌属.且Methanosaeta的相对丰度分别达到PSM1处理组21.43%、SM处理组25.00%、PSM2处理组23.16%,P-SMFC处理组的丰度相对较低;Candidatus Methanoregula的相对丰度分别为PSM1处理组13.05%、SM处理组11.73%、PSM2处理组16.02%,P-SMFC处理组的丰度相对较高.     

环氧树脂封面层对球墨铸铁管生物膜的影响

以实际全比例非循环管道中试平台中水泥砂浆内衬球墨铸铁管为研究对象,通过分析生物膜的理化指标及微生物的群落结构来研究环氧树脂封面层对管道生物膜的影响.研究发现,相比于普通水泥砂浆内衬的球墨铸铁管,增加环氧树脂封面层后的管道不易吸附、沉积各种物质,对生物膜细菌丰度及群落结构均有影响,其管壁生物膜细菌总数为4.01×10⁴copies/cm²,可培养菌数量为1.40×10CFU/cm²,另外其物种丰度较高而多样性较低.因此增加环氧树脂封面层的水泥内衬球墨铸铁管是一种更为优良的管材.     

长期施肥对稻田不同土层反硝化细菌丰度的影响

为了探讨长期施肥对稻田不同土层关键反硝化功能种群丰度的影响及核心驱动因子,以湖南宁乡长期施肥定位试验田为平台,选取不施肥（CK）、全量化肥（NPK）和秸秆还田（ST）3个处理,结合实时荧光定量PCR（qPCR）技术,系统分析了稻田不同土层（0~10,10~20,20~30,30~40cm）关键反硝化功能基因（narG、nirK和nirS）的丰度及其与土壤理化性质的内在联系.结果表明,相比于不施肥处理（CK）,施肥处理（NPK和ST）在0~40cm土层土壤SOC、TN、NO₃^--N、NH₄⁺-N和Olsen-P分别显著增加了2.2%~83.6%,3.5%~58.3%,70.8%~222.1%,0.9%~83.7%和16.5%~94.5%,pH值下降了0.31~0.67个单位;长期施用化肥和秸秆使narG、nirK和nirS基因丰度分别增加0.75~7.18倍,1.57~3.02倍和0.53~3.81倍,其中秸秆还田对反硝化细菌数量的影响比单施化肥更显著;稻田narG、nirK和nirS反硝化型细菌的丰度随土层深度增加而逐渐降低,具有明显的垂直分布特征;RDA分析结果显示,土壤养分如SOC和TN是影响水稻土narG、nirK和nirS反硝化型细菌垂直分布的关键因子,而pH值是调控反硝化细菌在稻田底土分布的核心驱动因子.研究结果可为提升稻田土壤肥力和减少稻田氮素损失和温室气体排放提供理论依据.     

高浓度CO2对红松根际及根外土壤微生物群落结构的影响

采用DGGE(Denaturing Gradient Gel Electrophoresis)技术,于2003年的7～9月中旬对高浓度CO2(700和500μmol·mol-1)处理下的红松幼苗根际和根外0～10 cm土壤微生物群落结构进行了研究.结果表明,大气CO2浓度升高对红松根际和非根际土壤细菌群落结构产生了较大的影响,主要表现为部分细菌物种的出现,或原有细菌数量的丰富以及原有物种的消失或其数量被削弱的现象,但主要建群种未变.     

土地利用对上海城市绿地土壤有机碳含量格局的影响研究

以上海市4条具有城市化梯度差异的城市样带为研究对象,于2013年-2014年沿样带选取典型城市绿地进行土壤采样调查.研究区域内设置121个样点,包含7种不同的土地利用/功能区类型,采集0~15,15~30,30~50 cm深度梯度的土壤样品对土壤有机碳(SOC)含量进行测定,分析上海城市绿地SOC含量格局特征,并讨论其潜在影响因素.研究结果表明:(1)SOC含量在水平方向呈现空间异质性,城市化进程潜在影响了绿地土壤碳含量的空间格局;(2)伴随土地利用和功能区划的人为干扰作用是驱动上海城市土壤SOC储量变化的关键因素;(3)上海城市绿地土壤0~15 cm深度层的SOC含量显著大于下面两层(15~30和30~50 cm),表现出SOC含量在垂直方向上递减的规律.     

覆膜与降雨类型对土壤水分及NO3--N淋失的影响

在丹江口库区青塘河五龙池小流域,以黄棕壤横垄种植玉米为例,设置覆膜与无覆膜两种处理,采用田间小区实验研究覆膜与降雨类型对0~30 cm土壤水分和NO-3-N淋失的影响.结果表明:两处理土壤含水量均随土层加深而增加,与无覆膜相比覆膜可降低0~10、10~20、20~30cm土层中的含水量.不同降雨类型对覆膜土壤含水量的影响有区别,小雨时3层土壤间差异显著,含水量随土层加深急剧增加;中雨时10~20cm比0~10 cm、20~30 cm比10~20 cm分别高50.80%、6.62%,0~10 cm土壤含水量显著低于10~20 cm和20~30 cm;暴雨时含水量随土层加深增幅变小;覆膜土壤土层越深土壤含水量受降雨的影响越小.覆膜可降低0~10、10~20 cm土层中的NO-3-N淋失量,分别降低40.74%、24.48%,但会增加20~30 cm的淋失;两处理土壤NO-3-N淋失量均随土层加深而增加.不同降雨类型对覆膜土壤NO-3-N淋失的影响也有区别,小雨时随土壤深度的增加淋失量增多;中雨时,0~10、20~30 cm NO-3-N淋失量分别为10~20 cm的1.75、8.41倍;暴雨时,0~10、20~30 cm分别比10~20 cm低18.97%和60.69%.土壤中NO-3-N淋失受土壤含水量的影响,且随土层加深含水量对NO-3-N淋失的影响减弱.     

贵州茂兰峰丛森林洼地泥沙堆积速率的~(137)Cs示踪研究

选择黔南峰丛洼地区的茂兰自然保护区的坡格森林洼地典型小流域,进行了泥沙堆积的137Cs示踪研究。(1)坡格森林洼地底部的土壤剖面属于农耕地剖面。(2)受岩土分布、微地形和土壤异质性的影响,137Cs初始沉降后的再分布不均匀,137Cs面积活度变异系数为1.54。相同组成特征的地块内部样点137Cs面积活度变异系数变化为0.36～0.54,变异相对较小。但137Cs面积活度不能表征土壤侵蚀状况。(3)典型沉积剖面B-1的单一137Cs峰值浓度出现在14～16cm,高浓度137Cs均匀分布深度小于当地犁耕层厚度20cm,说明1963年以来坡格森林洼地的堆积速率接近于0。     

崇明东滩湿地土壤生物固氮沿潮滩水淹梯度的特征

以长江口崇明东滩为研究区,研究了植被和裸滩表层（0~5cm）土壤固氮速率（BNF）、固氮功能基因（nifH）丰度和理化性质.土壤BNF随着水淹频率增加而降低,即由高潮滩向低潮滩表现出显著的差异（P<0.05）.土壤BNF表现为夏季大于冬季,植被覆盖土壤高于裸滩.夏季植被和裸滩土壤BNF分别为0.61~17.90,1.41~12.10μmol N/（kg·h）,冬季分别为0.64~3.54,0.47~2.60μmol N/（kg·h）植被和裸滩土壤nifH丰度分别为（1.28~4.61）×10⁷copies/g和2.56×10⁷~12.3×10⁸copies/g.土壤nifH丰度水平与BNF呈极显著正相关关系（P<0.01）.此外,土壤BNF还受到土壤盐度、硝酸盐、Fe³⁺和总磷的影响.研究结果表明,河口潮滩湿地水淹梯度的变化通过改变土壤微生物和理化性质,进而影响土壤BNF和氮的生物地球化学循环.     

茂兰喀斯特原生林不同地球化学背景下的土壤种子库的初步研究

采用野外取样和盆栽试验观察相结合的方法,对贵州茂兰3个不同岩性地球化学背景下森林的土壤中的种子进行萌发实验研究,结果表明:(1)贵州茂兰喀斯特森林的土壤中贮藏着丰富的种子,种子库储量在187.5-550粒/m2。(2)相对而言,纯灰岩的种子库储量最大,不纯碳酸盐岩的次之,纯白云岩的种子库储量最小;在垂直方向上,种子密度随着土壤深度的增加而减小。(3)土壤种子库中自然萌发的种子物种多样性指数为纯灰岩>纯白云岩>不纯碳酸盐岩。(4)从土壤种子库萌发的种子数量和组成成分方面来看,纯白云岩和不纯碳酸盐岩之间的相似性系数>纯白云岩和纯灰岩之间的相似性系数>纯灰岩和不纯碳酸盐岩之间的相似性系数。     

连续施用发酵猪粪对土壤中四环素抗性基因数量的影响

为了研究连续施用发酵猪粪之后,土壤中抗性基因的数量以及发酵猪粪的施用量对土壤抗性基因的影响,采用实时荧光定量PCR方法,对稻麦轮作模式下连续6年施用4.5t/hm2和9.0t/hm2发酵猪粪的土壤进行了四环素抗性基因(TRGs)的检测和定量分析.在施用发酵猪粪的土壤中能够检测到9种TRGs.施用发酵猪粪显著增加了土壤中tet G、tet L、tet B(P)、tet O、tet W的绝对数量,其中tet B(P)、tet W、tet O的绝对数量受到了施肥用量的影响;而tet Z、tet C和tet S的绝对数量则没有受到施肥的影响.上述8种TRGs在同一施肥处理的0~5cm、5~10cm以及10~20cm土壤中的相对丰度分布均无显著差异.发酵猪粪的施用也显著增加了tet G、tet L、tet B(P)和tet O的相对丰度,但是仅有tet O的相对丰度受到了施肥用量的显著影响.本研究表明,在稻麦轮作模式下,农田土壤中的TRGs数量会受到发酵猪粪中残留TRGs的影响,连续施用该粪肥会显著增加土壤中tet G、tet L、tet B(P)和tet O的绝对数量和相对丰度.因此,需要优化畜禽粪堆肥发酵工艺,以减少抗性基因在粪肥中的残留.     

碳库管理指数对退耕还林土壤有机碳库变化的指示作用

探讨了黄土丘陵区退耕种植10~40a柠条、沙棘、刺槐林地土壤有机碳库和相关指标的变化特征.结果表明,随退耕期延长,100cm深土层总有机碳及活性有机碳均呈显著增加趋势,但退耕10a 0~40cm浅层土有机碳库既有显著增加,40~100cm深层有机碳库到退耕20~40a才显著提高.3种还林地碳库活度和活性有机碳占总有机碳比例并未随土壤有机碳库增加而持续增长,而是在各土层间分别维持在0.35~0.75和0.25~0.42;碳库管理指数不仅随退耕期延长与土壤有机碳库变化一致, 即在浅层土呈直线快速增加,在深层土以指数函数相对缓慢增长,而且与有机碳库变化呈极显著正相关关系.此外,对比其他碳库指标,到退耕40a时仅碳库管理指数与土壤总有机碳及活性有机碳在不同林地差异变化一致,均为刺槐>沙棘>柠条,说明碳库管理指数能够良好的指示退耕还林土壤有机碳库的变化.     

赤峰市黄花甸子流域土壤有机碳含量的空间变异特征研究

选择内蒙古赤峰市敖汉旗黄花甸子流域为研究对象,运用地统计学和ArcGIS空间分析工具相结合的方法研究流域内土壤有机碳含量的空间变异特征以及土地利用方式对其的影响.结果表明,研究区0~10 cm土层范围有机碳含量具有中等空间相关关系,10~100 cm土层范围有机碳含量具有强烈空间相关关系,由随机性因素所引起的空间变异随土壤深度增加而降低.土地利用方式对土壤有机碳含量的影响随土壤深度的变化而发生改变,主要受植物根系分布特征的影响,各土层土壤有机碳平均含量由高到低表现为林地天然草地农地.