排水管道沉积物微生物群落及环境因子分析

选取北京市某区的排水管道沉积物进行取样,采用高通量测序手段分析,结果表明变形菌门、广古菌门、拟杆菌门、厚壁菌门是排水管道沉积物微生物中的优势门类;在纲水平上,δ-变形菌纲、甲烷微菌纲、梭菌纲、拟杆菌纲占相对优势;在属水平上,功能性微生物硫酸盐还原菌（SRB）和产甲烷古菌（MA）普遍存在于各处管道.在所选的6段管段中,管段S3、S4处MA的相对丰度分别为20.6%、40.8%,高于其他管段,厌氧产甲烷的潜能较大,有发生可燃气积累的风险;管段S5、S6处的SRB相对丰度分别为9.14%、8.19%,高于其他管段,硫酸盐还原为硫化物的潜能较大,存在管道腐蚀的风险.RDA分析表明污水的DO、水温、硫酸根、TN与管道沉积物中微生物群落存在相关性.     

富硫沉积生境中微生物群落的垂直分布特征

为探讨富硫沉积环境中特定微生物类群对硫循环的贡献,人工建立富含硫酸盐的模型,对模型中各种环境化学参数进行监测,并采用不依赖于培养的微生物分子生态学技术对微生物群落垂向分布特征进行解析.结果表明,以沉积物-水界面为分界线,上层水相为好氧环境,硫化物浓度较底;而沉积物相中硫化物浓度较高,为厌氧生境.微生物群落分布与环境特征具有很好的吻合性,沉积物相中微生物群落相似性较高,多样性相对较低,而水相中微生物多样性较高,且与沉积物中微生物分离距离较大.在水-沉积物垂向剖面中,细菌域中的变形菌门(Protebacteria)(丰度为7.6%~32.8%)、绿弯菌门(Chloroflexi)(13.6%~22.3%)以及古菌域中的广古菌门(Euryarchaeota)(19.3%~29.2%)是微生物群落中的绝对优势类群.在该生境中,存在微生物主导的硫循环过程,在厌氧沉积物表层,δ变形菌纲(Deltaprotebacteria)中的硫酸盐还原细菌还原硫酸盐产生硫化物,同时降解有机质.硫化物向上层扩散时,被Thiobacillus、Acidithiobacillus和Halothiobacillus等属的硫氧化微生物氧化为单质硫,并进一步氧化为硫酸盐,在硫循环过程中有机质被逐渐降解.特定微生物种群的富集需要在不同的环境因素,多种微生物共同参与硫循环过程,完成有机质降解.     

海水养殖尾水直排对河道沉积物细菌群落的影响

海水养殖活动对周边水域沉积物生态环境的影响日益受到关注,微生物群落是反映环境质量变化的一个重要指标.本研究采集了养殖区进出水河道4个位点(1个进水渠位点、出水口和2个出水渠位点)的沉积物,通过Illumina MiSeq测序技术测定细菌16S rRNA基因,利用磷脂脂肪酸(phospholipid fatty acid,PLFA)技术对沉积物中的微生物群落进行半定量分析,研究海水养殖尾水直接排放对河道沉积物细菌群落结构的影响.结果表明,4个位点中变形菌门(Proteobacteria)为优势细菌类型,主要包括γ-变形菌纲(γ-Proteobacteria)、δ-变形菌纲(δ-Proteobacteria)和α-变形菌纲(α-Proteobacteria).受养殖尾水排放影响,沉积物微生物生物量明显升高,放线菌门相对丰度降低而拟杆菌门相对丰度升高,氨氧化微生物相对丰度降低.非度量多维尺度(non-metric multidimensional scaling,NMDS)分析表明大部分沉积物细菌群落按位点聚类.多样性分析表明,未受养殖尾水影响的沉积物细菌群落多样性高于受养殖尾水影响的位点.冗余分析(redundancy analysis,RDA)表明氨氮与底泥沉积物细菌群落结构的相关性最大,对细菌群落的影响最明显.综上,养殖废水直排明显改变了养殖场河道沉积物物理化学性质和细菌群落结构,说明养殖废水的长期直排已严重污染河道环境,并可能会进一步对近海生态环境造成威胁.     

实际重力流排水管道中微生物群落对管道的腐蚀影响

通过在实际重力流排水管道中选取10个典型的腐蚀区域作为研究对象,通过对排水管道对应腐蚀区域的生物膜和水体进行采样,探究实际排水管道不同空间位置上微生物群落分布的差异性以及水质因素对微生物群落多样性分布影响.采用高通量测序方法反映腐蚀区域微生物群落的多样性.结果表明,在排水管道中10个典型腐蚀区域中的微生物群落分布结构基本相似,在门水平上主要是变形菌占绝对优势,其次是放线菌门,在纲水平上主要是a-变形菌纲,其次是β-变形菌纲两者相对含量之和占到43.56%,在属水平上的硫酸盐还原菌对管道具有严重的局部腐蚀,包含有Desulforhabdus,Desulfuromonas,Desulfobacter.RDA环境影响因子研究发现,在门水平上硫化氢、溶解氧与微生物群落存在一定的相关性,在纲水平上与微生物群落存在相关性的主要是铵根离子、pH值和COD.     

盐度条件下ANAMMOX-EGSB反应器颗粒污泥微生物群落

采用高通量测序技术探究了0、15和30 g·L^-1盐度条件下稳定运行ANAMMOX-EGSB反应器中颗粒污泥的微生物群落变化.结果发现,进水盐度提升至15 g·L^-1及30 g·L^-1后,反应器脱氮性能呈现小幅下降,随运行时间延长脱氮性能均可恢复.反应器性能稳定后,3种盐度条件下厌氧氨氧化菌的丰度依次为10.33%、20.90%和35.87%,其中Candidatus Kuenenia属为优势属.浮霉状菌门、变形菌门、绿弯菌门丰度占总体比例较高且累计丰度超过了80%,为反应器的优势菌门.盐度条件下,浮霉状菌门丰度增加,变形菌门丰度降低,绿弯菌门丰度相对稳定.电镜扫描显示盐度条件下颗粒污泥表面有大量丝状菌和胞外聚合物.盐度条件下反硝化菌丰度提高,增强了反硝化协同脱氮,绿弯菌门和拟杆菌门微生物丰度的提高有利于维持颗粒污泥结构稳定,好氧微生物及反硝化菌的存在也有利于维持反应器内部厌氧水平.这些结果表明,厌氧氨氧化菌经驯化可适应盐度,盐度条件下伴生菌对厌氧氨氧化菌功能的发挥提供了支撑.     

产酸-硫酸盐还原系统中产酸菌的发酵类型及其与SRB的协同作用

通过间歇实验和连续流试验 ,探讨了利用产酸相处理硫酸盐有机废水时产酸菌 (AB)的主要发酵类型、硫酸盐还原菌(SRB)对底物的利用规律以及系统中这两大菌群间的协同关系 .间歇实验结果表明 ,AB的液相末端产物中乙醇占 3 5 6 %、乙酸占 3 7 7% ,同时有氢气产生 ,属于乙醇型发酵类型 .SRB容易利用的底物为氢气、乙醇和乳酸 ,不易利用乙酸、丙酸和丁酸 .SRB将乙醇转化为乙酸 ,而乙酸极少被继续转化 ,导致反应器内出现乙酸积累现象 .连续流试验结果表明 ,系统中硫酸根还原效果与产酸菌和硫酸盐还原菌的协同作用状态密切相关 :当产酸菌和硫酸盐还原菌处于较好的协同作用状态时 ,系统对硫酸根的转化率较高 ;反之则使硫酸根的转化率降低     

反硝化抑制硫酸盐还原的工艺特性

本实验通过建立一套两级串联UASB反应器研究油田集输系统及高含盐量废水中反硝化抑制硫酸盐还原的工艺处理特性,并在工艺稳定运行后对形成的颗粒污泥性状及微生物特性进行研究.结果表明,添加Na NO2可促使反应体系中反硝化细菌(denitrifying bacteria,DNB)数量由7.0×103CFU·(100 m L)~(-1)增加至7.3×105CFU·(100 m L)~(-1)并保持稳定,DNB对硫酸盐还原菌(sulfate-reducing bacteria,SRB)的竞争抑制作用导致SRB数量由8.0×105CFU·(100 m L)~(-1)减少,稳定至7.6×104CFU·(100 m L)~(-1),同时,硫酸盐还原过程被抑制,硫离子的抑制率不断增加,最终稳定至82%.生物量与亚硝酸盐的质量比为1 200时,反应体系对S2-的抑制率最高,达到92%,可实现较好的硫酸盐还原过程抑制效果;该工艺对其抑制率可保持在92%左右,具有较好的稳定性.形成的反硝化颗粒污泥为棕褐色,基本为椭球形和球形,表面光滑且密实.反硝化抑制前,颗粒污泥的粒径多分布于1.0~1.4 mm,平均粒径为1.17 mm,经反硝化抑制后,粒径多分布在1.2~1.6 mm,平均粒径为1.21 mm,反硝化抑制过程促进污泥粒径的小幅增加;形成的反硝化颗粒污泥平均沉速为47.6 m·h~(-1),沉降性能较好.PCR-DGGE分析结果表明,反硝化抑制作用使微生物菌种由18种减少至14种,优势菌种由4种减至3种,多样性降低,反硝化抑制前后微生物种群相似性为62.6%,种群结构发生较大改变,优势菌群由SRB演变为DNB,SRB优势菌种由4种减至2种,同种菌的丰度明显降低;反硝化抑制过程的主要功能菌为Uncultured Sulfurimonas sp.,是一种自养型反硝化细菌,与SRB抢夺电子并占优势,抑制硫酸盐还原过程及SRB生长繁殖,从而抑制硫化物的产生.     

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.     

柴达木盆地达布逊盐湖微生物多样性研究

本研究采用高通量测序与传统培养技术相结合的方式研究达布逊湖微生物的多样性。结果显示,达布逊盐湖中的细菌多样性与丰度远高于古菌。高通量测序所得的16SrRNA基因序列分别归属广古菌门(Euryarchaeota),放线菌门(Actinobacteria),拟杆菌门(Bacteroidetes),变形菌门(Proteobacteria)和疣微菌门(Verrucomicrobia)。广古菌门序列占原核微生物(细菌与古菌之和)的5.5%,以嗜盐的盐杆菌科(Halobacteriaceae)为主,而属于放线菌门、拟杆菌门、变形菌门和疣微菌门的细菌序列分别占原核微生物的53.0%、25.8%、14.1%和1.6%。定量PCR结果显示,达布逊盐湖水体中的细菌和古菌16S rRNA基因丰度分别为3.27×107和4.35×104拷贝/毫升。培养分离获得的纯细菌菌株分别属于假单胞菌属(Pseudomonas)和芽孢杆菌属(Bacillus)。古菌菌株则分别属于盐杆菌科的盐盒菌属(Haloarcula)、盐红菌属(Halorubrum)和盐棍菌属(Halorhabdus)。本研究为青藏高原盐湖微生物资源的开发和利用提供了有利的数据支持。     

南淝河表层沉积物细菌群落结构特征及驱动因素

为了探讨南淝河不同河段沉积物细菌群落结构特征差异及其主要驱动因素,在对南淝河不同土地利用区域河段表层沉积物的主要理化指标（pH、CEC、TOC、DOC、氮分级形态）进行分析基础上,重点通过MiSeq高通量测序技术对沉积物中细菌群落结构特征进行了分析,并利用冗余分析（RDA）方法探讨了导致群落结构差异的主要驱动因素.结果表明：沉积物中门水平下优势细菌种群为变形菌门（Proteobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）和拟杆菌门（Bacteroidetes）;纲水平下除未分类外主要是厌氧绳菌纲（Anaerolineae）、γ-变形菌纲（Gammaproteobacteria）、梭状芽胞杆菌纲（Clostridia）、δ-变形菌纲（Deltaproteobacteria）,此外ε-变形菌纲（Epsilonproteobacteria）主要在南淝河下游采样点被检测到,说明其在南淝河沉积物生态系统中并不是普遍存在的;属水平下大多为未分类序列,长绳菌属（Longilinea）和芽孢杆菌属（Bellilinea）有优势地位.南淝河不同河段所在流域土地利用方式不同会导致污染物类型、污染源强和沉积物理化指标的不同,进而影响沉积物细菌群落结构,中游城区和工业区段的细菌多样性整体上高于上、下游;RDA分析结果表明,表层沉积物的CEC、TOC、DOC、TP、WAEF-N和IEF-N是导致细菌群落结构特征差异的主要影响因子,其中变形菌门、拟杆菌门和厚壁菌门受TP影响较大,绿弯菌门则受弱酸浸取态氮（WAEF-N）影响较大.     

富营养湖泊沉积物中磷组分对硫酸盐的响应

采用室内模拟实验于厌氧条件下持续6周,研究不同外源硫酸盐浓度下南湖沉积物和上覆水之间的硫酸盐转化及还原情况,采用31P核磁共振(31P-NMR)研究沉积物磷组分所受影响.结果表明,硫酸盐输入促进了上覆水中pH值的升高,而氧化还原电位则呈相反的变化趋势.上覆水中SO24-浓度随时间推移而降低,但间隙水中SO24-浓度的增加幅度并不与上覆水中降低幅度一致,表明沉积物中SO24-发生了转化.沉积物的硫酸盐还原指数随SO24-输入浓度的增大而增加,沉积物中硫酸盐还原菌(SRB)的数量在第2周达到峰值,输入硫酸盐的S500和S1000处理中SRB数量远远高于未加硫酸盐的对照(CK).利用31P-NMR测定了南湖沉积物NaOH-EDTA萃取物中各种磷化合物的相对含量,南湖沉积物中的磷组分主要有正磷酸盐、磷酸单酯、磷酸二酯和焦磷酸盐,且正磷酸盐含量占绝对优势(占总磷的84.10%～95.54%),沉积物中其它磷组分含量顺序为磷酸单酯>磷酸二酯>焦磷酸盐.从总趋势来看,硫酸盐促进了沉积物中正磷酸盐的释放,且在硫酸盐还原菌数量较高时使沉积物中磷酸单酯、磷酸二酯和焦磷酸盐含量增加.     

东海海域表层沉积物中硫酸盐还原菌分布特征研究

利用2011年4、7、8和10月对东海海域4个航次的调查资料,以表层沉积物中硫酸盐还原菌（SRB）为研究对象,针对于SRB所共有的异化型亚硫酸盐还原酶（DSR）中的β亚基基因（dsrB）,通过荧光定量PCR技术对SRB丰度的时空分布特征进行了描述.结果表明,SRB丰度变化范围为1.87×105~4.69×10⁸cells/g,平均值为1.15×10⁸cells/g,且4月SRB丰度最低,7月SRB丰度最高;SRB数量在总细菌中的比例介于0.0039%~1.6176%之间,说明SRB在东海表层沉积物的细菌总量中比例很小;SRB丰度的水平分布特征整体表现为南部海域高于北部海域,长江口及浙闽沿岸泥质区高于非泥质区.此外,SRB丰度与环境因子的相关性分析表明,温度和溶解氧是影响SRB丰度的重要因素.     

茅尾海入海河口区表层沉积物磷形态特征研究

以茅尾海两个主要入海河口区表层沉积物为研究对象,采用改进后的连续提取法（SEDEX）对15个采样点沉积物中磷的组分、含量、分布及其影响因素进行研究,探讨了磷的生物有效性。结果表明,无机磷（IP）是茅岭江和钦江入海河口区表层沉积物中总磷（TP）的主要存在形式,平均分别占TP的64.4%和65.9%,有机磷（OP）均占较小的比例。IP均以铁结合态磷（Fe-P）为主要赋存形态,平均分别占TP的31.2%和28.1%,原生碎屑磷（De-P）、自生磷灰石磷（Ca-P）和可交换态磷（Ex-P）平均占TP比例依次递减。河流输入、沉积物粒度和沉积环境是影响茅尾海入海河口区表层沉积物中不同形态磷含量及分布的主要因素。磷生物有效性分析表明,茅岭江、钦江入海河口区表层沉积物中生物可利用磷（BAP）含量分别为2.95~22.52 μmol/g和2.67~13.83 μmol/g,平均占TP的73.9%和68.8%,呈现较强的释磷潜力。     

流态变化对污水管网沉积污染物分布及转化的影响

为探明城市污水汇流管网流速变化对沉积层污染物及生物菌群演替的影响,通过控制污水管道中试系统中干管、支管流速,模拟了不同汇流条件下城市污水管网系统运行状态,探究了不同汇流条件下沉积层碳、氮、硫类污染物的分布特征以及微生物种群结构的分布规律.结果表明,在不同汇流条件下,COD、TN、NH₃-N、NO₃-N、硫酸盐含量沿沉积层深度方向均逐渐减小,而硫化物含量逐渐升高.当干管、支管流速均增加时,促进了汇流区域不同深度污染物的沉积富集,但由于DO、ORP环境因子的改变,以及流速的增大,将沉积层中原有的碳源基质剥离到污水中,减少了微生物可利用的营养物质,同时造成沉积层内部溶解氧含量的上升,沉积层中产甲烷菌（MA）中优势菌属Methanosaeta、硫酸盐还原菌（SRB）中优势菌属Desulfomicrobium、水解发酵菌（FB）中优势菌属Caldisericum的相对丰度逐渐降低,硫氧化细菌（SOB）中优势菌属Thiobacillus相对丰度增加,显著影响了沉积污染物的转化特性.污水管网汇流区域流态是改变污水水质及管道微生物系统的重要因素.     

Sulfide elimination by intermittent nitrate dosing in sewer sediments

The formation of hydrogen sulfide in biofilms and sediments in sewer systems can cause severe pipe corrosions and health hazards, and requires expensive programs for its prevention. The aim of this study is to propose a new control strategy and the optimal condition for sulfide elimination by intermittent nitrate dosing in sewer sediments. The study was carried out based on lab-scale experiments and batch tests using real sewer sediments. The intermittent nitrate dosing mode and the optimal control conditionwere investigated. The results indicated that the sulfide-intermittent-elimination strategy by nitrate dosing is advantageous for controlling sulfide accumulation in sewer sediment. The oxidation-reduction potential is a sensitive indicator parameter that can reflect the control effect and the minimum N/S (nitrate/sulfide) ratiowith slight excess nitrate is necessary for optimal conditions of efficient sulfide controlwith lower carbon source loss. The optimal control condition is feasible for the sulfide elimination in sewer systems.     

外源硫酸盐介入下沉积物磷释放、解磷微生物及磷酸酶活性的变化

人类生产活动导致湖泊水体硫酸盐浓度日益增加,硫酸盐与沉积物中磷之间的关系引起关注.该研究以武汉东湖水和沉积物为研究对象进行实验室模拟,研究为期近一年且温度变化的条件下外源硫酸盐对沉积物释磷及微生物的作用.结果表明,硫酸盐输入使沉积物pH和氧化还原电位(E h)总体呈降低趋势.外源硫酸盐促进了沉积物磷的释放,输入硫酸盐(S500)与对照(CK)之间的上覆水存在显著差异(p0.01),S500的上覆水中总磷浓度最高值达0.33 mg·L-1,为对照的2倍.湖泊沉积物中有机磷解磷菌的数量高于无机磷解磷菌,上层沉积物解磷菌的数量和沉积物总磷的含量之间呈负相关.S500的沉积物中磷酸二酯酶活性高于磷酸单酯酶活性,且不同分层沉积物磷酸单酯酶活性和磷酸二酯酶活性之间的正相关性达到显著水平.温度升高,磷酸酶的活性逐渐增强,促使沉积物内源磷释放量增加.     

硫酸盐在厌氧生物过程中的行为 Ⅱ.硫酸盐还原行为及对体系抑制作用机理

采用半连续实验方法,研究了中温厌氧条件下硫酸盐的还原行为及产生抑制作用的机理.实验结果表明,SO_4~(2-)在厌氧体系中被硫酸盐还原菌(SRB)全部或部分还原为硫化物,其还原率与SO_4~(2-)累积加入浓度有关.还原产物的形态与体系中pH值有关,较高的pH值(7.6—8.4)使体系中H_3S含量下降.SO_4~(2-)对厌氧体系的抑制与SO_4~(2-)还原过程中SRB与产甲烷菌(MRB)的底物竞争及还原产物的毒性相关.前者受COD/SO_4~(2-)比值的影响,比值大于7,对厌氧体系只产生轻度抑制作用.而后者与沼气中H_2S含量有直接关系,沼气中H_3S含量小于40mg/L时,基本不产生抑制作用.     

北京城区雨水管道沉积物污染负荷研究

在北京市城区部分排水管道调研的基础上,通过监测西城区上游、下游雨水管道检查井断面径流中的污染物,研究管道沉积物在次降雨条件下的冲刷释放污染负荷.结果表明,在城市降雨径流污染控制中,雨水管道沉积物的冲刷释放作用对管道出流的污染贡献不可忽视.对于本研究所选取的雨水管道,其中84 m管道中沉积物次降雨(2010年7月9日)过程中对径流出流的污染负荷贡献率分别为:TN(总氮)8.5%、TP(总磷)8.2%、COD 18.3%、SS(悬浮颗粒物)7.7%;295 m管道中沉积物次降雨过程中(2010年8月4日)的污染负荷贡献率为:TN(总氮)23.12%、TP(总磷)30.01%、COD 33.78%、SS(悬浮颗粒物)31.89%.因此,为保证城市水环境得到根本的改善,明确雨水管道沉积物冲刷释放的量对径流总量的控制有一定的借鉴意义.