人为扰动背景下城市边缘溪流底质硝化-反硝化潜力分析

2016年5月至2017年1月,在合肥城区东北部边缘某一溪流的自然状态段(情形1)、点源排污段(情形2)和水土流失段(情形3)设置6个采样点位,逐月采集水样和表层底质样,解析不同情形下溪流底质硝化-反硝化潜力及其变化特征,并进行差异性和影响因素分析.结果表明:(1)溪流底质硝化活性均值为0.381%,并以情形2底质硝化活性最高,情形1的夏季硝化活性相对最强、冬季最弱,情形2、3硝化活性高低排序为:春季夏季秋季冬季;(2)溪流底质硝化速率均值为0.364mg·(kg·d)~(-1),其中以情形2底质硝化速率最高,情形2、3的各采样点春季硝化速率显著最高,其它季节相差不大,情形1的各季节变化不很明显;(3)溪流底质反硝化活性为37.25%,反硝化速率为57.68 mg·(kg·d)~(-1),其中情形2底质反硝化活性和反硝化速率都高于相同季节的其他情形,情形1、2的反硝化活性和反硝化速率高低排序均为:夏季春季秋季冬季,情形3的反硝化活性和反硝化速率排序均为:春季夏季秋季冬季;(4)差异性分析表明,情形1、2在硝化速率方面存在极显著差异性,情形1、3在反硝化活性、反硝化速率方面存在极显著差异性,而情形2、3在硝化速率、反硝化活性和反硝化速率方面均呈现极显著差异性;(5)偏最小二乘回归分析表明,3种情形在硝化活性和硝化速率方面重要贡献因素差异较大.     

城乡交错带典型溪流沟渠沉积物氮污染特征及硝化-反硝化潜力

2015年5月~2016年7月,在合肥市城乡交错带3条溪流沟渠上,按季节采集表层沉积物样,分析沉积物的氮素污染特征,解析潜在硝化速率PNR、表面硝化速率ANR及反硝化速率的时空变化性,并以偏最小二乘回归分析法进行影响因子分析.结果表明:1关镇河支渠氮素污染最为严重,TN均值达4 516.39 mg·kg-1,分别为磨店小溪流和陶冲小溪流的2.56、1.36倍,NH_4~+-N和NO_3~--N含量也表现为关镇河支渠最高,磨店小溪流最低;2 3条溪流沟渠PNR和ANR几乎都表现为夏季最高,冬季最低,春、秋两季则大体相当,高低排序为陶冲小溪流磨店小溪流关镇河支渠;3关镇河支渠反硝化速率均值为10.59 mg·(kg·h)-1,分别为磨店小溪流和陶冲小溪流的3.16、1.75倍,3条溪流沟渠的反硝化速率和反硝化活性都表现为夏季高于春季;4根据参数FVIP,各溪流沟渠ANR、PNR和反硝化速率几乎都与沉积物的pH、OM、NH_4~+-N、NO_3~--N、TN、TP存在较为显著的相关关系,但不同溪流水体之间存在差异性.     

闽江口互花米草入侵过程对短叶茳芏沼泽沉积物硝化-反硝化作用的影响

2014年4、7、10月和2015年1月在闽江口鳝鱼滩湿地选择未被入侵的短叶茳芏(Cyperus malaccensis)群落(A)、互花米草入侵斑块边缘(B)以及互花米草(Spartina alterniflora)入侵斑块中央(C)为研究对象,基于时空互代研究方法,探讨互花米草入侵序列下湿地沉积物硝化-反硝化变化规律.结果表明:在互花米草入侵序列中,湿地沉积物硝化速率为0.19~1.66μmol·m~(-2)·h~(-1),反硝化速率为12.41~27.19μmol·m~(-2)·h~(-1).沉积物硝化-反硝化作用存在明显的季节变化,硝化速率表现为夏季春季秋季冬季,反硝化速率表现为夏季秋季冬季春季;入侵不同状态下,沉积物硝化速率表现为BCA,反硝化速率表现为CBA.互花米草入侵提高了沉积物-水界面N_2O交换通量.互花米草入侵引起的沉积物pH、NH_4~+-N、含水量、容重和电导率等理化性质的改变是导致不同入侵阶段沉积物硝化-反硝化速率以及N_2O释放差异的重要原因.     

鄱阳湖湿地沉积物反硝化空间差异及其影响因素研究

鄱阳湖显著的水位变化导致该区域湿地类型的复杂多样,包括不同的沉积物性质及水动力条件等,这些因素势必会对反硝化速率及其途径产生影响.本研究通过对3种不同类型湿地沉积物柱样采集、流动培养及同位素添加模拟,对湿地沉积物反硝化速率的空间差异、反硝化过程及氮源等反硝化底物和沉积物呼吸等反硝化影响因素进行研究,以期进一步了解水动力变化下鄱阳湖多类型湿地沉积物的反硝化空间差异及其影响规律.结果表明,反硝化速率在水力联系较强的湖沼沉积物中最高,达到(43.98±2.33)μmol·m-2·h-1;在洲滩沉积物中次之,为(35.36±6.12)μmol·m-2·h-1;而与大湖区连通性较弱的内湾湖沼沉积物中最低,为(13.45±3.21)μmol·m-2·h-1.不论是洲滩沉积物还是不同水力联系下的湖沼沉积物,总反硝化速率与上覆水硝酸盐之间均存在显著正相关(p0.01),表明上覆水硝酸盐是反硝化的限制性因子.相关分析显示,不同湖区沉积物的呼吸速率及微生物有机碳(Microbial biomass carbon,MBC)含量对鄱阳湖湿地沉积物反硝化也具有一定的影响(p均为0.05).在两种反硝化途径中,洲滩和不同水力联系下湖沼沉积物中以水体硝酸盐为底物的非耦合反硝化均强于耦合反硝化,说明非耦合反硝化是反硝化的主要方式.耦合反硝化与非耦合反硝化在内湾区湖沼沉积物中均较弱;与大湖区连通的湖沼沉积物的非耦合反硝化强于洲滩沉积物,说明反硝化途径与水力联系及沉积物有机质水平具有一定的联系.     

铜陵市河流沉积物中硝化和反硝化微生物分布特征

矿区河流不仅受到矿业活动带来污染物的影响,还受到区域内生活污水及农田退水中氮、磷和有机物的污染.本研究以铜陵市河流表层沉积物为研究对象,采用荧光定量PCR技术分析季节和污染类型对沉积物样品中硝化(amo A)和反硝化(nir S和nir K)功能基因丰度的影响.结果表明,沉积物样品中氨氧化古菌(AOA)和细菌(AOB)基因丰度变化范围分别为1.74×105~1.45×108copies·g-1和1.39×105~3.39×107copies·g-1,AOA平均丰度是AOB的4.39倍;反硝化基因(nir S和nir K基因)丰度变化范围分别为1.69×107~8.55×109copies·g-1和4.45×106~1.51×108copies·g-1,nir S基因平均丰度为nir K基因的28.35倍.沉积物AOA丰度呈现春季和秋季较高,夏季和冬季较低的趋势,而AOB在春季和冬季沉积物中的丰度高于夏季和秋季;反硝化基因丰度则表现为春季(nir S)/秋季(nir K)夏季冬季秋季(nir S)/春季(nir K).矿区周围以重金属为主要污染物的河流沉积物中两种amo A和nir S基因的丰度高于毗邻农田区域主要受到氮、磷及有机物污染的河流,后者的nir K基因丰度更高.     

辽东湾河口潮间带沉积物及附近土壤硝化和反硝化强度研究

以流入辽东湾的4条入海河流(小凌河、大凌河、双台子河、辽河)河口处沉积物和大凌河附近的水稻田土、玉米旱地和芦苇湿地为研究对象,采用悬浮液振荡培养法,测定河流沉积物及附近的土壤硝化强度和反硝化强度。结果显示,4种不同河口沉积物的硝化强度和反硝化强度差异显著,硝化强度在1.32~4.89 mg N/kg·d之间,且小凌河双台子河辽河大凌河;反硝化强度在5.44~10.47 mg N/kg·d之间,且辽河双台子河小凌河大凌河。大凌河不同利用方式的土壤硝化强度在1.32~2.92 mg N/kg·d之间,河流沉积物最小,土壤反硝化强度在3.79~7.72 mg N/kg·d之间,水稻田土反硝化强度最大。总体上,研究对象的反硝化强度大于硝化强度,反硝化除氮能力强。研究结果对于评价河口潮间带地区沉积物及土壤的氮素转化能力有重要参考。     

环境因子对长江口滨岸沉积物反硝化速率影响

利用多年在长江河口滨岸湿地开展相关研究工作获得的反硝化速率和各类环境参数数据,对数据进行归纳整理,采用相关性分析和主成分分析,将沉积物反硝化作用和环境因素间的相关性进行量化,并筛选出影响长江口沉积物反硝化作用的两大重要因素。研究表明沉积物反硝化速率和温度(T)、沉积物有机碳(SOC)、总氮(STN)呈现Pearson正相关关系(p70.01,p70.05,和p70.05),与水中盐度(S)、溶解氧(DO)及沉积物C/N呈明显负相关关系(p70.05,p70.05,和p70.01)。尽管沉积物中的N_2O自然产生速率和环境参数间没有表现出相关性,但沉积物的反硝化速率和N_2O的自然产生速率却和C/N呈明显负相关(p70.01)。主成分分析结果表明温度和盐度是影响长江口潮滩沉积物反硝化速率的两大主导因素,同时也是亚热带季风河口的主要环境参数。     

北塘排污河天津中心城区段恶臭污染调查与分析研究

为研究天津市中心城区北塘排污河恶臭污染特征,沿北塘排污河布设5个采样点位,分别在夏、秋、冬三季进行了系统采样.北塘排污河夏、秋、冬三季总检出浓度为23.842 5 mg/m^3,夏季（9.273 1mg/m^3）＞冬季（8.388 4 mg/m^3）＞秋季（6.181 0 mg/m^3）,靖江桥和兵营桥两个点位受赵沽里泵站出水水质的影响较大,对周围的恶臭污染程度更为严重.北塘排污河污染物质总检出浓度组成特征：无机气体＞含氧烃＞烷烃＞芳香烃＞卤代烃＞烯烃＞硫化物,共检出物质67种,检出率大于70％的污染物共30种,广泛存在的物质为11种,主要恶臭污染物为少量的含氧烃、无机气体和硫化物,乙醛、丙酮、硫化氢和甲硫醇为北塘排污河主要恶臭污染物.     

秦淮河流域句容水库农业流域水体沉积物的反硝化作用

2007年5、8、11月和2008年2月,在秦淮河流域句容水库农业流域的河流和水库中,采用自行设计制作的无扰动采样器采集了沉积物柱样,使用乙炔抑制法进行培养试验,并测定了沉积物上覆水的温度(T)、铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO-3-N)和总溶解性氮(TDN)的浓度,以及沉积物有机质(OM)和全氮(TN)含量,研究了沉积物反硝化潜势的季节变化及其影响因素.结果显示,水体沉积物反硝化潜势存在显著的季节差异,河流沉积物的反硝化潜势范围在8.85～64.04pμg·m-2·h-1之间、水库沉积物的反硝化潜势范围在5.01～28.18μg·m-2·h-1之间.沉积物反硝化潜势的季节变化与上覆水的温度、NH4+-N、NO-3-N和TDN的浓度,及沉积物的OM和TN含量的季节变化有关.     

河口区淡水和微咸水潮汐沼泽湿地沉积物反硝化作用

为探讨河口区淡水和微咸水潮汐沼泽湿地沉积物反硝化作用及影响因素,以分布在闽江口道庆洲上的短叶茳芏(Cyperus malaccensis)淡水沼泽湿地和鳝鱼滩上的短叶茳芏微咸水沼泽湿地沉积物为研究对象,运用乙炔抑制培养法测定不同季节的反硝化速率,同时测定沉积物和上覆水理化性质.结果发现,2个短叶茳芏沼泽湿地沉积物反硝化速率均存在明显的季节变化,最高(最低)值分别出现在夏季(秋季)和春季(冬季),温度是影响反硝化速率季节变化的重要因素.道庆洲沉积物反硝化速率((32.72±19.15)μmol·m~(-2)·h~(-1),以N计,下同)显著高于鳝鱼滩((4.97±2.64)μmol·m~(-2)·h~(-1))(p0.05).沉积物电导率和上覆水SO_4~(2-)含量对河口区潮汐沼泽湿地沉积物反硝化速率具有抑制作用,是造成微咸水沼泽湿地沉积物反硝化速率显著低于淡水沼泽湿地的重要因素.沉积物电导率主要通过抑制沉积物对NH_4~+-N的吸收影响硝化-反硝化耦合作用,进而影响反硝化速率.淡水沼泽湿地反硝化速率对SO_4~(2-)作用的响应较微咸水沼泽湿地更为敏感.     

太湖流域典型河流沉积物的反硝化作用

用15N同位素配对法对太湖流域江苏和上海境内主要河流沉积物的反硝化作用及其影响因素进行研究.结果表明,河流沉积物反硝化作用具有显著空间差异.25℃时,河流总反硝化速率Dtot在0～4.03mmol.m-.2d-1之间;10℃时,Dtot在0～2.27mmol.m-.2d-1之间,平均值分别为0.79mmol.m-.2d-1和0.26mmol.m-.2d-1.相关性分析显示,沉积物的反硝化作用与沉积物氮含量和实验过程中的耗氧速率(SOD)呈显著相关关系(p<0.01).以总反硝化速率大小为依据将沉积物分成4组后的相关分析表明,反硝化速率与原位上覆水中的NO3--N含量之间亦存在显著的相关关系(p<0.05),预示着反硝化作用对水体氮负荷起到的氮汇作用.     

城市内河沉积物中反硝化作用的研究进展

沉积物是水环境的重要组成部分,它作为污染物的"汇"与"源",在外源污染有效控制后,城市内河沉积物将成为引发水体富营养化和黑臭现象的重要原因。反硝化作用是氮生物地球化学循环中的核心环节,是去除氮污染的重要途径。文章综述了城市内河沉积物中氮的生物地球化学循环及反硝化作用,着重介绍了测定反硝化速率的不同方法以及其优缺点,同时总结了影响反硝化作用的主要因素如DO浓度、有机质、温度、pH、NO3-等,并提出了该方向今后进一步研究的重点和发展趋势。     

Seasonal variation of potential denitrification rates of surface sediment from Meiliang Bay, Taihu Lake, China

The regulatory effects of environmental factors on denitrification were studied in the sediments of Meiliang Bay, Taihu Lake, in a monthly sampling campaign over a one-year period. Denitrification rates were measured in slurries of field samples and enrichment experiments using the acetylene inhibition technique. Sediment denitrification rates in inner bay and outer bay ranged from 2.8 to 51.5 nmol N2/(g dw (dry weight)·hr) and from 1.5 to 81.1 nmol N2/(g dw·hr), respectively. Sediment denitrification rates were greatest in the spring and lowest in the summer and early autumn, due primarily to seasonal differences in nitrate concentration and water temperature. For each site, positive and linear relationships were regularly observed between denitrification rate and water columnn itrate concentration. Of various environmental factors on denitrification that we assessed, nitrate was determined to be the key factor limiting denitrification rates in the sediments of Meiliang Bay. In addition, at the two sites denitrification rates were also regulated by temperature. The addition of organic substrates had no significant effect on denitrification rate, indicating that sediment denitrification was not limited by organic carbon availability in the sediments. Nitrate in the water column was depleted during summer and early autumn, and this suppressed effective removal of nitrogen from Taihu Lake by denitrification.     

受引黄影响的河流沉积物细菌群落季节变化

河流沉积物细菌群落的季节变化对碳、氮循环和水环境演化有明显的影响.然而,受调水干预的河流沉积物细菌群落季节性变化尚不明确.本文基于16S rRNA高通量测序技术,研究了中纬度地区受引黄影响的汾河上游沉积物细菌群落组成、结构和多样性的季节变化.结果表明,在引黄调水干预下受水河流细菌群落的季节性变化仍然显著.夏季温度适宜,河流沉积物细菌群落多样性较冬季高.核心菌群组成和结构随季节变化,然而丛毛单胞菌、黄杆菌、黄单胞菌和红环菌等的优势地位不随季节改变.河水水温和ORP的季节变化显著,是造成河流沉积物细菌群落季节变化的主导因子.水质较差的黄河水引入汾河后导致沉积物细菌群落多样性显著提高.引水对河流沉积物细菌群落的影响在夏季较冬季高20%左右.引黄调水对汾河沉积物细菌群落的影响大于季节变化的影响.     

天津北塘排污河沉积物的重金属污染及评价

北塘排污河是天津市海河以北市政污水的主要受纳水体,其污染十分严重。该研究于2009年沿河采集其沉积物,调查重金属Zn、Cu、Cr、Pb、Cd和Hg的污染状况。结果表明,沉积物中这6种重金属沿河呈波浪变化,其中Cu和Zn在西碱河入河口处最高,Pb、Cd和Hg在靖江桥处最高,而Cr在京津高速路桥处最高,其平均含量的大小变化顺序为Zn﹥Cu﹥Cr﹥Pb﹥Cd﹥Hg。采用地质累积指数法和潜在生态风险指数法对其评价表明,这6种重金属的整体污染和潜在生态风险均比较严重,京津高速路桥处污染最为严重;靖江桥处风险等级最高,潜在生态风险最大;就整条河而言,重金属污染程度大小顺序为Cd﹥Hg﹥Cu﹥Zn﹥Pb﹥Cr,而潜在生态风险大小顺序为Cd﹥Hg﹥Cu﹥Pb﹥Zn﹥Cr。     

Significance of dredging on sediment denitrification in Meiliang Bay, China： A year long simulation study

An experiment for studying the effects of sediment dredging on denitrification in sediments was carried out through a one-year incubation of undredged (control) and dredged cores in laboratory. Dredging the upper 30 cm of sediment can significantly affect physico-chemical characteristics of sediments. Less degradation of organic matter in the dredged sediments was found during the experiment. Denitrification rates in the sediments were estimated by the acetylene blockage technique, and ranged from 21.6 to 102.7 nmol N2/(g dry weight (dw)·hr) for the undredged sediment and from 6.9 to 26.9 nmol N2/(g dw·hr) for dredged sediments. The denitrification rates in the undredged sediments were markedly higher (p0.05) than those in the dredged sediments throughout the incubation, with the exception of February 2006. The importance of various environmental factors on denitrification was assessed, which indicated that denitrification was regulated by temperature. Nitrate was probably the key factor limiting denitrification in both undredged and dredged sediments. Organic carbon played some role in determining the denitrification rates in the dredged sediments, but not in the undredged sediments. Sediment dredging influenced the mineralization of organic matter and denitrification in the sediment; and therefore changed the pattern of inherent cycling of nitrogen.     

黄浦江原水中土臭素冬季超标机制研究

基于黄浦江原水中土臭素浓度出现的季节性超标现象,采用高通量测序技术对比分析了夏、冬季微生物群落结构差异,发现夏、冬季水样中微生物群落结构差异显著.土臭素浓度较低的夏季水样中相对丰度较高的微生物为Microcystis、Synechococcus等蓝藻类微生物,其与嗅味物质的合成相关且易于汇集到沉积物内,导致夏季水样与冬季沉积物微生物种群相关;冬季水样中丰度较高的微生物主要为Flavobacterium、Candidatus Pelagibacter、Limnohabitans等水华蓝藻分解微生物,由此推测夏季增殖并汇集于沉积物的水华蓝藻分解是导致原水冬季土臭素超标的主要原因.本研究基于微生物种群结构分析提出了冬季原水中嗅味物质超标的可能机制,为饮用水原水嗅味污染控制提供了理论参考.     

污水厂尾水受纳河段沉积物反硝化速率及对外源碳的响应

为揭示污水厂尾水排入对河流沉积物反硝化的影响,于2018年10月-2019年6月,在合肥市板桥河的蔡田铺污水处理厂尾水排放口上、下游河段设置4个采样点位,隔月采集上覆水和表层沉积物样,解析沉积物反硝化速率及其时空变化特征,识别主要影响因素;同时,通过对外源碳（葡萄糖）响应的分析,评估沉积物反硝化过程的碳限制性.结果表明,4个采样点的反硝化速率在数值上存在一定的差异性,但并未达到显著性水平（p>0.31）;4个采样点位沉积物反硝化速率都表现为随碳浓度梯度增加而增大、随培养时间延长而下降的特点,表明受纳河段沉积物反硝化作用具有一定的碳限制性,且这种限制具有季节性特征,并以春季和秋季表现得最为明显;上覆水中温度和NO₃^--N浓度对反硝化速率影响较大,沉积物理化指标对反硝化作用的影响较为显著,且在重要和较重要影响因素方面,尾水排放口上、下游存在明显差异性.     

城市河道沉积物中残留医用抗生素对反硝化潜势的抑制作用及机制

研究了南明河贵阳城区段中沉积物的5种残留医用抗生素对沉积物反硝化潜势的影响,并采用荧光定量PCR及高通量测序方法检测了5种反硝化过程中的关键功能基因丰度以及编码nirS基因的细菌群落结构,探讨了抗生素残留影响反硝化潜势的微生物学机制.结果表明,南明河沉积物中5种目标抗生素中,诺氟沙星(norfloxacin,NFX)的浓度最高((537.13±212.69) ng·g~(-1)),并且对沉积物中反硝化潜势有显著抑制效果(p0.05).进一步分析表明,NFX对反硝化潜势的抑制作用主要是通过抑制编码nirS细菌主导的亚硝酸盐还原阶段而实现的.本研究揭示了城市河道沉积物中的残留抗生素可能会削弱河道的反硝化脱氮能力从而加重河流氮污染状况,为评估抗生素污染的微生态效应提供了依据.