空气微生物不同高度分布情况研究

空气微生物是城市生态系统重要的生物组成部分,空气中广泛分布的细菌、真菌孢子、放线菌和病毒等生物粒子不仅具有极其重要的生态功能,还与城市空气污染,城市环境质量和人体健康密切相关。从生态系统角度出发,着重论述了城市微生物气溶胶的粒谱范围、空气微生物浓度和组成在不同高度变化的相关规律。     

城市空气微生物的监测及研究进展

空气微生物是城市生态系统的重要组分,随着城市空气环境恶化以及雾霾污染事件的不断发生,城市空气中微生物的监测研究开始受到高度重视。着重综述了不同城市室内外空气微生物的主要种类,粒径分布特征、浓度分布特征及监测研究方法,并依此提出了以往研究的不足及未来的发展趋势。分子生物学方法将为全面研究城市空气微生物提供有效途径,建议空气微生物污染监测应常态化,并达到实时持续监测的新要求,同时制定有害空气微生物评价体系。     

蚯蚓-微生物协同作用过程中的微生物特性

在环境污染治理领域,被誉为"生态型工程师"的蚯蚓在污水/污泥资源化处理与处置,以及土壤的生态修复中备受关注。蚯蚓通过掘洞、摄食、分泌黏液和排泄蚓粪等方式调控系统中微生物的数量、活性及群落结构,与微生物协同互作强化了生物系统中物质转化与能量流动关系。蚯蚓-微生物协同共生的相互依存关系是此类技术展现低耗高效和生态友好特点的关键。通过综述经人工强化的蚯蚓-微生物互作生态系统中,蚯蚓对微生物的量、活性、群落结构以及食物网的影响,探讨了该生态系统中物质转化和能量流动的特点,并展望了蚯蚓-微生物互作技术研究及应用的发展方向。     

土壤微生物对环境胁迫的响应机制

微生物在生态系统物质循环和能量流动过程中起重要作用.研究土壤微生物对各种环境胁迫的响应有助于认识微生物对环境变化的适应与演变机理,维持土壤生态系统功能的稳定.土壤微生物群落多样性是衡量土壤生态系统稳定性的一个重要指标.多数研究表明,土壤微生物群落多样性越高,土壤生态系统越稳定.本文在总结土壤微生物群落多样性及其与环境胁迫响应关系的基础上,进一步讨论了土壤微生物对环境胁迫响应的生态学机制,包括:①抗性微生物的出现及抗性基因的水平转移.该过程导致了土壤微生物群落结构和多样性的改变,产生了更多抵抗能力较强的微生物类群,从而达到对外源干扰的适应,使土壤微生物群落对环境胁迫的抵抗力和恢复力随之提高.②土壤微生物群落功能的冗余.这些冗余程度越高,冗余组分缓冲维持生态系统正常功能的能力越强,从而提高微生物群落对环境胁迫的抵抗力和恢复力.研究土壤生态系统的稳定性与微生物多样性之间的关系,不仅有助于揭示土壤生态系统稳定性的内在机制,为合理调控提供科学依据,也可以为土壤环境质量管理提供参考.     

西安市秋冬季市区与山区微生物气溶胶组成特征及来源

为探究城市市区与山区微生物气溶胶组成特征及来源,在西安市市区(城区和郊区)及南郊山区设立3个采样点,采集细颗粒物、土壤及叶片样本.通过高通量测序法,解析不同采样点真菌与细菌群落结构,考察其时空变化特征;使用Source Track源解析技术对空气中微生物进行来源分析.结果表明,不同采样点真菌、细菌菌属差异较大,说明地理位置对空气中微生物的群落结构影响显著;冬季市区检测出较多的潜在真菌致病菌和细菌致病菌,且具有较高的相对丰度和多样性.通过源解析技术发现,在局部源叶片和土壤中,叶片表面微生物是空气中微生物的主要潜在源,且秋季叶片对空气中微生物的贡献率高于冬季.本研究不仅为空气中生物气溶胶的溯源研究提供了一定基础,也为深入了解大气中微生物污染特性和为我国空气环境质量评价与疾病预防提供一定的科学依据.     

基于微生物生物完整性指数的城市河道生态系统健康评价

生物完整性指数(index of biotic integrity,IBI)已被广泛运用于河流生态系统的健康评价.然而,目前基于微生物的IBI评价方法很少,针对城市河道的相关研究更是缺乏.本研究采用Illumina高通量测序技术,对浙江省内5条城市河道的微生物群落多样性及组成进行了分析.通过典型相关分析(canonical correlation analyses,CCA)和Spearman相关性分析水质对微生物组成的影响,明确受水质变化影响显著的微生物类群,与特定功能菌群一并作为备选指标.对备选指标进行分布范围、判别能力及Pearson相关性分析,筛选出香农多样性指数、微生物分类单元数、疣微菌门相对丰度、绿菌门相对丰度和分支杆菌属相对丰度等参数指标,初步构建了适合浙江城市河道的微生物生物完整性指数(microbiome index of biotic integrity,M-IBI)指标体系.采用比值法对生物指标计分,评价结果显示:总计22个样点中,9个样点为"健康"等级,占总样点的40. 9%;10个样点为"亚健康"等级,占总样点的45. 5%; 2个样点为"一般"等级,占总样点的9. 1%; 1个样点为"较差"等级,占总样点的4. 5%.各采样点M-IBI值可有效反映水体受干扰程度,且与水质状况基本吻合(R=0. 753,P 0. 01),表明M-IBI可以较合理地评价城市河道生态系统健康状况.     

分子生物学技术在污水处理微生物检测中的应用

对现代分子生物学技术在污水生物处理系统微生物检测和群落分析中的应用进行了系统总结,重点对应用较多的PCR技术、FLSH技术进行了介绍并对其优缺点进行了探讨.通过对生物处理系统中微生物检测和生态学研究,可以分析确定系统中功能微生物的数量,群体结构和活性,从而实现构建人工强化生态系统,提高废水生物处理效率的目的.分析认为,以DNA序列和相关的结构基因为基础的分子生物学技术已经在污水生物处理系统的种群分析方面得到了广泛和成功的应用,而且必将会对深入认识和优化污水生物处理过程,加快新工艺的开发和应用以及强化处理工艺的过程控制方面起到更大的作用.     

金沙江底栖真核微生物地理分布特征及生态学机制

真核微生物在生物地球化学循环、维持生态系统健康稳定等方面发挥重要作用.目前关于大型河流真核微生物的地理分布模式和生态学机制仍知之甚少.以我国西南梯级水电开发河流金沙江为研究区域,探讨了底栖真核微生物的地理分布特征及影响因素,解析了真核微生物的种间相互作用关系.结果表明,金沙江底栖真核微生物的α多样性指数沿河流向下表现出先上升后下降的趋势;群落结构和优势属的相对丰度在上游自然河段和梯级大坝河段差异显著.距离衰减分析的结果显示,金沙江底栖真核微生物的群落构建受环境筛选和扩散限制的共同作用;方差分解分析和中性模型的结果进一步表明,其地理分布模式主要受到扩散限制的驱动.共现网络结果表明,相比于上游自然河段,梯级大坝河段的种间竞争关系和网络联通性较弱,说明了底栖真核微生物在上游自然河段的相互作用更强.研究结果补充了我国西南河流底栖真核微生物多样性和地理分布的资料不足,为梯级水电开发河流底栖真核微生物的生态响应提供数据支撑.     

城市河流沉积物微生物量分布和群落结构特征

沉积物微生物是河流生态系统物质循环及水体净化的驱动力.为了探讨城市河流不同河段沉积物微生物量分布和群落结构特征及其影响因素,采用PLFAs分析方法和高通量测序技术获得沉积物微生物量和群落结构指标,并利用冗余分析(RDA)和相关性分析等方法探究影响河流沉积物微生物量和群落结构的主要环境因素.结果表明:除上游样点C7外,沉积物细菌优势菌门均为变形菌门,次优势菌门为绿弯菌门,优势菌纲为β-变形菌纲,次优势菌纲为γ-变形菌纲;同一河段内沉积物微生物组成和细菌群落结构相似,而不同河段间沉积物微生物组成和细菌群落结构差异明显;下游沉积物细菌多样性和丰富度(香农指数均值10.20,Chao1指数均值3011.5)显著高于中游(香农指数均值9.50,Chao1指数均值2808.2)和上游(香农指数均值9.38,Chao1指数均值2681.2);沉积物微生物PLFAs总量和各菌群PLFAs含量均表现为中游沉积物中含量较高(PLFAs总量均值412.1 nmol·g~(-1)),而下游(PLFAs总量均值218.6 nmol·g~(-1))和上游(PLFAs总量均值215.1 nmol·g~(-1))沉积物中含量相对较低.分析和讨论结果表明,速效钾、pH、C/P、TC、C/N和铵态氮是影响不同河段沉积物细菌群落结构特征的主要环境因子,TC、TN、C/P和pH是影响沉积物细菌多样性的主要环境因子,而速效钾、C/P、TN、TC和pH是影响不同河段沉积物微生物量分布的主要环境因子.十五里河不同河段的沉积物微生物通过微生物量和群落结构特征反映不同河段环境状况,并发挥着水体净化和河流生态系统健康维持的功能.     

水质净化生物滤池工艺的微生物群落特征及运行效果研究

为探讨水质净化生物滤池(生物强化滤池和生物活性炭滤池)工艺的微生物群落特征和运行效果,采用Biolog和PCR-SSCP (单链构象多态性)技术分析生物滤池中的微生物群落代谢功能与结构,测定生物滤池进出水NH⁺₄-N、NO^-₂-N、高锰酸盐指数、UV₂₅₄和BDOC等指标,考察其净水效果. 结果表明,原水经过生物滤池后,出水微生物群落代谢活性显著降低,说明生物滤池截留了原水中的活性微生物. 工艺运行6个月后,2个生物强化滤池中微生物群落代谢特征相似,其碳源利用率分别为73.4%和75.5%. 2个生物活性炭滤池中微生物群落代谢特征存在明显差异,颗粒活性炭生物滤池微生物群落碳源利用率79.6%高于柱状活性炭生物滤池的53.8%(p>＜0.01). PCR-SSCP分析表明各生物滤池微生物群落呈多样性,优势菌群基本一致. 研究还发现,生物强化滤池中的填料对微生物群落结构和代谢功能的影响较小,2种生物强化滤池净水能力无统计学差异(p>＞0.05);而生物活性炭滤池的颗粒活性炭填料有利于微生物群落生长繁殖,微生物群落有较强的代谢活性,其滤池对NH⁺₄-N、高锰酸盐指数、BDOC的去除效果优于柱状活性炭生物滤池(p>＜0.05);这也提示生物滤池运行效果与滤池中微生物群落代谢能力有关.     

人工湿地污水处理系统春季空气微生物群落结构分析?

通过构建16S/18S rDNA基因文库,分析自由表面流人工湿地污水处理系统春季空气细菌和空气真菌群落结构特征.结果表明,空气细菌分布在变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)、蓝藻门(Cyanophyta)、绿弯菌门(Chloroflexi)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和厚壁菌门(Firmicutes),主要为β-变形菌纲(71.04%)、γ-变形菌纲(12.03%)、α-变形菌纲(3.83%)、蓝藻纲(4.38%)、芽孢杆菌纲(3.28%)和鞘脂杆菌纲(2.19%),优势菌属是马赛菌属(Massilia 66.66%)、假单胞菌属(Pseudomonas 4.37%)、蓝丝细菌属(Cyanothece 3.83%)和沙雷氏菌属(Serratia 3.28%).空气真菌主要类群为座囊菌纲(Dothideomycetes 61.18%),其次是接合菌纲(Zygomycetes 16.47%)、盘菌纲(Discomycetes 14.12%),优势菌属是核腔菌属(Pyrenophora 48.31%)、被孢霉属(Mortierella 15.7%)、缘刺盘菌属(Cheilymenia 12.4%)、Boothiomyces (4.5%).人工湿地空气微生物中未检测出大肠杆菌(Escherichia coli)、沙门氏菌(Salmonella spp.)和产气荚膜梭菌(Clostridium perfringens),但存在粘质沙雷氏菌(S. marcescens)、恶臭假单胞菌(P. putida)、表皮葡萄球菌(Staphylococcus epidermidis)等致病菌或条件致病菌.     

堆肥厂不同工作区空气真菌的多样性与群落结构

动物粪便堆肥厂是空气中真菌的重要来源.目前对其不同工作区逸散真菌的种类和丰度差异尚无相关报道,无法全面评估堆肥厂空气真菌的生态健康风险.针对这一问题,对动物粪便堆肥厂的堆肥区、包装区、办公区和下风向区空气样本进行采集,利用高通量测序技术对4个区域空气中真菌的生物多样性和群落结构进行分析,并进一步对办公区及下风向区空气真...     

水华生消过程对巢湖沉积物微生物群落结构的影响

水华对湖泊水体和沉积物理化和生物学性质的影响已进行了较多研究,但鲜见水华生消过程对湖泊沉积物微生物群落结构的影响.本研究以巢湖为对象,通过PCR-DGGE方法分析了水华形成、持续和消亡阶段对沉积物微生物群落结构的影响.结果表明,巢湖水华形成期为5月15日~6月20日,持续期为6月20日~9月5日,之后进入水华消亡期.PCR-DGGE分析表明,非水华区沉积物微生物的种类、Shannon-Wiener指数、Simpson指数随时间变化较小,微生物相似度较高,温度可能是影响非水华区微生物群落结构波动的主要因子;在水华区,沉积物微生物的种类、Shannon-Wiener指数在水华形成期和消亡期较低,在水华持续期较高,而Simpson指数则呈相反趋势,微生物相似度相对较低,表明水华形成、持续和消亡过程对微生物群落结构、优势种有不同影响,温度和水华导致的水体性质变化可能是沉积物微生物变化的主要因子.本研究表明,水华生消过程对湖泊沉积物微生物有不同的影响,这对深入评价水华对湖泊水生生态系统的影响和利用微生物防治湖泊水华有重要意义.     

4种动物养殖场空气中抗生素耐药菌的生物多样性及群落结构

动物集约化养殖场可向空气环境释放大量微生物,包括抗生素耐药菌甚至是耐药致病菌,危害动物和工人健康并污染周边空气环境.针对以上问题,本研究以四环素和红霉素耐药菌为例,对动物养殖场空气颗粒物负载抗生素耐药菌的生物多样性以及群落结构展开研究.基于高通量测序技术,对比分析动物舍内与舍外颗粒物,以及粪便样品中抗生素耐药菌的生物学差异,并研究驱动以上差异的关键菌属.结果表明,整体上养殖场空气颗粒物负载红霉素耐药菌的生物多样性高于四环素耐药菌,舍内空气颗粒物负载生物的多样性高于粪便样品.细颗粒物和粗颗粒物负载抗生素耐药菌的生物多样性和群落结构均无显著差异.Actinobacteria是导致红霉素耐药菌和其他细菌群落差异的关键菌门之一,Staphylococcus是四环素耐药菌群区别于红霉素耐药菌和全部细菌菌群的关键菌属之一.群落结构研究结果显示,四环素和红霉素耐药菌的优势菌群和群落结构没有显著差异.但粪便和空气颗粒物负载生物的群落结构在属水平上差异显著,优势菌门也有所不同.本研究结果将为准确评估动物养殖场空气环境中抗生素耐药菌污染现状及其生态风险提供基础数据.     

基于源地综合识别与多尺度嵌套的徐州生态网络构建

传统生态网络构建时,生态源地的辨识多考虑生境斑块的质量和面积,较少考虑斑块生态系统服务功能与空间结构的影响;且多从一个尺度在相对封闭的系统单元内进行网络构建,缺乏尺度间的嵌套协调,易导致其结构性错位。通过构建“属性—功能—结构”三位一体的源地综合识别指标体系,基于最小费用路径、电路理论、移动窗口搜索法等方法,构建并叠置分析徐州都市区和主城区两个尺度的生态网络,并提出优化策略。结果表明：（1）两尺度生态源地重合面积79.85 km²,廊道重合长度158.42 km,重合面积45.68 km²,重叠区域对多尺度生态网络衔接稳定至关重要,需重点保护;对都市区至关重要却缺乏主城区下垫面支撑的8条廊道要优先修复。（2）识别都市区与主城区夹点分别为17处与18处,重合10处;障碍点8处与10处,重合5处。生物迁移关键区域高迁移阻力与大优化潜力并存,亟需优先修复。生物过程跨尺度的连续性要求采用多尺度级联框架协同应对生态问题。（3）基于“斑块—廊道—基质”理论从“点—线—面”三个角度提出徐州多尺度嵌套生态网络的优化策略。研究结果可为区域生态安全格局构建、国土综合整治与生态系统修复提供决策参考。     

基于GIS的城市最小生态用地空间分析模型研究——以深圳市为例

21世纪,全球范围内城市化已经成为人类社会发展的必然趋势,城市扩张不可避免地将大量的森林、农田、草地、湿地和水域等发挥着重要生态服务功能的生态用地转化为城市建设用地,对城市、区域乃至全球的生态系统造成较大的影响。在未来快速城市化过程中,保护必需的生态用地对于维持城市自身生态系统健康、改善城市居民生活质量和城市可持续发展有着重要意义。研究以中国经济特区深圳市为例,将景观生态概念模型与生态系统服务功能价值评估方法结合起来,在GIS技术的支持下,构建了城市最小生态用地空间分析模型,并分别按照保留城市面积30%、40%、50%和60%生态用地的4种情景,分析最小生态用地空间分布的合理性,结果表明论文所构建的最小生态用地模型能够很好地将城市当中具有重要生态系统服务功能的土地提取出来。     

恢复生态学的理论基础、关键技术与应用前景

从群落自然演替的理论出发,指出生态系统的退化并不是不可逆的。恢复生态学阐述了在被破坏的生态系统自然演替的过程中,可以通过人为手段加以调控,改变演替的方向和速度,缩短生态恢复的时间过程的理论。作者指出生态恢复并不一定恢复原状,而是根据自然和社会条件恢复或重建生态系统的结构和功能,并使之达到自维持状态。生物种类及其生长介质的丧失或改变是影响生态恢复的主要障碍,因此,提出选择适合植物种类改造介质和利用物理、化学方法直接改良介质等生态恢复的关键技术。根据我国现实的环境、社会、经济情况提出生态恢复工程技术产业化的问题,并列举了详细数据和成功的范例     

城市绿地系统植物生态功能评价及其应用——以苏州市为例

城市绿地植物作为城市生态系统的重要组成,在改善城市生存环境和维持生态平衡方面发挥着重要作用,在城市生态系统中具有其他子系统不可替代的特殊生态功能。文章以苏州市为例,采取分层随机抽样调查的方法选取了道路、公园、居住小区共计30个具有代表性的样本区进行调查,并结合苏州市实际情况,筛选出吸硫能力、滞尘能力、抗污能力、增湿能力、环境卫生等9个评价指标,运用综合指数评价法对30个样本区中40种常见植物进行评价。结果表明苏州市绿地系统植物生长现状及其总体生态功能较好,绿化植物综合评价指数达到中等以上水平的占80％,其中乔木占所调查乔木总数的100％。文章最后对苏州市绿地系统结构优化及植物物种配置等方面提出了建议。