铜尾矿库坝面土壤微生物群落动态的驱动因子

随机过程和确定性过程对群落动态的影响机制及重要性是群落生态学研究的中心课题,也是目前群落生态学最具争议的问题.微生物群落在生态系统物质循环和能量流动过程中发挥着重要作用,对其结构动态的研究不仅为阐明群落构建机制提供重要的数据支持,而且为预测环境胁迫条件下微生物群落结构的动态提供理论依据.本研究通过Illumina MiSeq测序的方法,分析了中条山十八河尾矿库坝面不同恢复阶段细菌和真菌群落结构特征.结果表明,研究区尾矿坝不同恢复年限土壤理化性质发生梯度变化,植物群落结构呈现一定的演替趋势,植物群落多样性与土壤养分显著相关,而与土壤重金属含量无相关性.不同恢复年限的土壤微生物群落结构具有显著差异,其中优势细菌主要有变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）、酸杆菌门（Acidobacteria）;优势真菌主要有子囊菌门（Ascomycota）、担子菌门（Basidiomycota）、接合菌门（Zygomycota）.微生物群落组成主要受到土壤养分和重金属含量的影响,而植物多样性对微生物群落结构的影响不明显,表明在局域小尺度环境胁迫条件下,土壤环境因子是微生物群落结构动态变化的主要驱动力.     

盐碱化土壤细菌群落研究进展

盐碱地是重要的后备耕地资源,对其进行综合开发利用一直是各国关注的热点问题。微生物作为土壤重要的组成部分,在土壤形成发育、物质循环、肥力等方面具有重要作用。开展盐碱土壤微生物种类组成、群落结构、功能等方面的深入研究,对盐碱地的生态修复具有重要意义。该文从盐碱土环境特征、土壤微生物数量分布特征、细菌群落结构组成3个方面阐述了不同盐碱程度土壤细菌群落结构特征,提出了未来盐碱土壤微生物的研究方向,以期为盐碱地开发利用提供参考。     

污水处理工程的防腐初探

污水处理工程在运行中经常受到气、液相腐蚀介质的破坏,严重地影响其使用功能和结构安全。该文从理论上介绍了钢筋混凝土构筑物及设备在各种条件下的腐蚀现象和防腐机理,提出了防腐应从设计到施工进行综合防治的想法,并通过工程实例加以说明。     

典型氧化还原环境中微塑料表面的微生物群落组成特征与构建机制

微塑料广泛分布在微生物驱动的生物地球化学循环中,其表面会富集独特特征的微生物群落,构成微塑料圈（plastisphere）.自然环境中广泛存在的多种氧化还原环境不仅会影响微塑料圈中微生物群落的组成,还会影响微塑料的最终归宿.为探究典型氧化还原环境中微塑料表面的微生物群落组成特征与构建机制,将3种微塑料PHA （聚羟基脂肪酸酯）、PLA （聚乳酸）和PVC （聚氯乙烯）放置于好氧、硝酸盐还原、铁氧化物还原、硫酸盐还原和产甲烷这5种典型氧化还原环境中,利用污泥作为接种物,进行微宇宙模拟培养实验.结果表明,在分类学和系统发育学上,微塑料因子分别影响了微塑料表面18.94%和46.67%的微生物群落,氧化还原环境因子分别影响了微塑料表面31.04%和90.00%的微生物群落.与污泥相比较,3种微塑料表面富集的微生物群落丰富度和均匀度均降低,其中降低最明显的是更易降解的PHA微塑料,而难降解的PLA和PVC微塑料表面的微生物群落变化特征相似.PHA微塑料表面富集的微生物中,Anaerocolumna（26.44%）为其优势菌种,较少富集与氧化还原反应相关的特征菌群;PLA和PVC中,Clostridium_sensu_stricto_7 （15.49%和11.87%）为其优势菌种,且显著富集与氧化还原反应相关的特征菌群,表明与氧化还原反应相关的特征菌群更易于富集在难降解的微塑料表面,进而可能对生物地球化学循环速率造成影响.     

沉湖钻孔沉积物中微生物脂肪酸特征与意义

利用微生物脂肪酸甲酯分析技术研究了江汉平原沉湖湖心滩G1与湖岸G2两沉积柱中微生物群落结构的垂直分布特征及其环境指示意义.结果表明：微生物脂肪酸含量与特征脂肪酸分布特征在浅层（<5m）波动较大,且与深层（5~20m）差异明显;好氧细菌、一般厌氧细菌与革兰氏阳性菌占主要优势,其相对丰度高出深层约一倍.G1位点偏还原环境,其硫酸盐还原菌及其他厌氧细菌的相对丰度与环境胁迫压力（Trans/Cis）均高于G2;与溶氧相关的环境因子,如粒径、深度等是影响其微生物群落组成的关键因子.G2位点水动力条件较强,脂肪酸总量与好氧微生物的相对优势均高于G1,而深层沉积物中总氮、N/P偏低,微生物群落组成主要受碳氮营养源,特别是氮含量的影响.为评估人类活动带来的氮磷污染对湖泊深层微生物的影响提供新的认识.     

重金属污染对不同生境中微生物群落结构的影响

重金属污染严重危害了生态系统中微生物群落的多样性和组成结构,然而目前关于重金属污染对“地表水-沉积物-地下水”这3种生境中微生物群落结构的影响差异知之甚少.以唐河污水库地表水、沉积物和地下水为研究对象,基于16S rRNA高通量测序技术分析对比不同生境下微生物群落多样性和组成差异,揭示了3种栖息地中微生物群落结构的主要驱动因素.结果表明,不同生境中微生物群落的多样性具有显著差异,地下水微生物α多样性显著高于沉积物微生物和地表水微生物;不同生境中的微生物物种组成也具有显著差异,地表水中Pedobacter、Hydrogenophaga、Flavobacterium和Algoriphagus丰度较高,沉积物中Ornatilinea、Longilinea、Thermomarinilinea和Bellilinea等重金属耐受菌占据主要优势,而Arthrobacter、Gallionella和Thiothrix是地下水中的标志性物种;理化因素和重金属变量共同驱动了3种生境中微生物的群落结构变化,pH、 NO^-₃-N和Li是影响地表水微生物群落结构的主要...     

城市污水处理系统真核微生物群落特性与地域性差异

城市污水处理厂是控制水污染、保证城市与人类可持续发展的重要设施.真核微生物作为活性污泥系统中不可或缺的一部分,在指示活性污泥性质、预测出水水质、强化净化效果、保障系统稳定运行过程中发挥着重要作用.本研究以来自北京、深圳和无锡的14个城市污水处理厂的61份样品为研究对象,采用18S r DNA高通量测序技术并结合多种生态学及统计学相关分析方法,探讨了活性污泥系统内真核微生物群落特性与地域性差异.结果表明,不同空间尺度下,活性污泥系统内真核微生物群落优势种群组成相似,在Devision水平上,群落优势种群主要由真菌、原生动物(纤毛亚门)和后生动物组成,三者相对丰度之和高达86. 22%～89. 40%.不同城市污水处理厂活性污泥系统内真核微生物多样性存在差异,无锡群落的多样性(丰富度和香农-威纳多样性指数)最高,北京的最低,且3个城市的活性污泥系统内真核微生物群落结构存在显著的地域性差异. partial mantel test和多元回归矩阵分析结果表明,曝气池混合液温度和出水总氮浓度与活性污泥系统内真核微生物群落结构的相关性较强.研究结果深化了对污水处理系统中真核微生物的认识.     

民勤绿洲退耕地土壤微生物群落结构与功能多样性特征

为明确退耕阶段对土壤微生物群落结构和功能的影响,选取3个不同退耕阶段的荒漠绿洲区土壤为研究对象,通过宏基因组测序技术来研究不同阶段退耕地中土壤微生物群落的结构和功能多样性特征.结果表明,3个阶段退耕地土壤中放线菌门（Actinobacteria）、变形菌门（Proteobacteria）和芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）的相对丰度存在显著差异,为优势菌门.与退耕前期相比,退耕修复后期增加了群体感应、卟啉与叶绿素代谢、泛酸盐和辅酶A生物合成以及苯乙烯降解的功能基因比例,且相对丰度存在显著差异（P<0.05）,表明不同退耕阶段改变了土壤微生物群落营养循环与能量代谢的功能潜力.RDA结果表明电导率（EC）、速效钾（AK）和全氮（TN）对土壤微生物功能组成具有显著影响,其中EC对微生物功能组成的影响最大.不同退耕阶段对土壤微生物群落结构和功能组成多样性具有显著影响,在民勤绿洲退耕地生态修复中,微生物群落结构和功能组成对不同阶段的土壤修复敏感性可综合相关指标进行考虑.     

筑坝蓄水对不同水深浮游微生物群落结构和种间互作模式的影响

微生物群落之间通过直接或间接的关系相互作用,在生态过程中发挥重要作用,然而目前对于水库微生物种间互作模式的关注仍然较少.选择江苏省横山水库为研究区域,分别采集表层及深层水样,探究浮游微生物群落结构和分子生态网络对水深变化的响应规律,并辨识不同水深处浮游微生物群落的关键物种.结果发现,表层浮游微生物丰富度及均匀度均高于深层,且不同深度浮游微生物群落结构具有显著差异.水深通过改变环境异质性间接对浮游微生物群落产生影响,其中总有机碳（TOC）、硝酸盐（NO^-₃）、铵盐（NH⁺₄）和磷酸盐(PO₄^3-)等指标对浮游微生物群落结构影响最为显著.此外,深层浮游微生物分子生态网络的节点数和边数均显著高于表层,且深层浮游微生物群落中关键物种数目和种类均显著高于表层,表明深层浮游微生物群落网络规模更大,但表层浮游微生物群落种间协同合作关系和网络连通性更强.上述结果将为水库微生物群落种间相互作用研究提供科学依据,对预测水库生态系统中微生物的生态规律及全球物质循环影响具有重要意...     

典型集雨人饮地区窖水微生物群落多样性及差异解析

为阐释我国典型集雨饮水地区窖水水质自然变化机制,应用16S rRNA基因-Illumina Mi Seq高通量测序技术,对以庭院为组织单元、不同类型集流面和水窖组合模式构建的集雨水源地水体中微生物群落及功能多样性差异进行了研究,表明窖水微生物群落结构及其功能存在显著的差异,造成这种差异的主要因素是窖水内部环境因子、外部环境因子等的异质性.窖水微生物群落结构多样性差异呈现大量的稀有种和少数常见优势种的分布模式,不同类型集流面和水窖组合模式构建的集雨水源地水体中含有不同的显著差异性微生物类群;微生物群落功能多样性差异体现在:编码新陈代谢功能的基因序列与其他功能基因序列相比具有显著的优势性,氨基酸、碳水化物、能量、脂类、辅助因子和维生素、萜类和酮类化合物、核苷酸、多糖的合成与代谢、外来物质的降解与代谢是构成新陈代谢功能的主要基因序列类群,表明窖水中存在大量、具有相对特定生态功能的微生物进行着诸多活跃的与新陈代谢相关活动.研究认为混凝土集流面与混凝土水窖组合模式用于收集和贮存雨水,水质更好、更安全.研究结果加深了对窖水微生物群落结构和多样性的认识,为开展集雨窖水水源地优选及改善窖水水质提供了借鉴.     

过滤养猪废水厌氧发酵微生物菌群结构及动态变化

传统厌氧发酵处理养猪废水存在效率低、周期长以及环境要求严苛等局限,无法实现高效运行。基于自主设计的种养废弃物综合资源化利用技术,利用玉米秸秆过滤养猪废水中的悬浮性固体,对比研究废水过滤前后性质,并采用高通量测序技术分析厌氧发酵过程中过滤养猪废水的细菌与古菌群落组成和变化特征。结果表明:厌氧发酵过程由多种微生物菌群协同作用,不同水力停留时间下,过滤养猪废水中的主要细菌类群是厚壁菌门、放线菌门、拟杆菌门,除接种物外,其他3个样本中均检测到螺旋菌门的存在。此外,废水中主要古菌类群为广古菌门,主要作用菌为产甲烷菌。水力停留时间变化对古菌群落变化具有显著影响,导致产甲烷的差异性。微生物群落和废水指标变化表明种养废弃物综合资源化利用技术降低了处理成本,对促进养猪废水资源循环利用具有参考意义。     

Molecular analysis of long-term biofilm formation on PVC and cast iron surfaces in drinking water distribution system

To understand the impacts of different plumbing materials on long-term biofilm formation in water supply system, we analyzed microbial community compositions in the bulk water and biofilms on faucets with two different materials-polyvinyl chloride （PVC） and cast iron, which have been frequently used for more thanlO years. Pyrosequencing was employed to describe both bacterial and eukaryotic microbial compositions. Bacterial communities in the bulk water and biofilm samples were significantly different from each other. Specific bacterial populations colonized on the surface of different materials. Hyphomicrobia and corrosion associated bacteria, such as Acidithiobacillus spp., Aquabacterium spp., Limnobacter thiooxidans, and Thiocapsa spp., were the most dominant bacteria identified in the PVC and cast iron biofilms, respectively, suggesting that bacterial colonization on the material surfaces was selective. Mycobacteria and Legionella spp. were common potential pathogenic bacteria occurred in the biofilm samples, but their abundance was different in the two biofilm bacterial communities. In contrast, the biofilm samples showed more similar eukaryotic communities than the bulk water. Notably, potential pathogenic fungi, i.e., Aspergillus spp. and Candida parapsilosis, occurred in similar abundance in both biofilms. These results indicated that microbial community, especially bacterial composition was remarkably affected by the different pipe materials （PVC and cast iron）.     

建筑小区雨水花园空间布局对径流过程影响规律研究

为探究建筑小区雨水花园空间布局对径流过程的影响规律,采用耦合SWMM(暴雨洪水管理模型)管网模块和GAST模型(基于GPU加速技术的地表水动力数值模型)的一二维耦合水动力模型,并以西咸新区天福和园小区为例,模拟计算了实测降雨条件下的径流过程。以雨水花园为研究对象,分别在该小区上、中、下游布设雨水花园,模拟6种重现期,共18种典型工况下其对管网出口径流的调控效果。结果表明:该耦合模型可精确可靠地模拟城市管网排水及地表积涝过程,纳什效率系数为0.80和0.76,模拟结果较好;随着设计降雨重现期增加,径流总量控制率逐渐降低;在相同重现期下,将雨水花园布设于下游侧的径流总量控制率较布设于上游侧时提升了5.33~8.74百分点,提升效果较明显。可见,该研究结果可为优化建筑小区雨水花园空间布局提供参考。     

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.     

抗生素降解菌剂对猪粪堆肥腐熟和细菌群落演替的影响

接种抗生素降解菌可促进畜禽粪便中抗生素去除,但相关污染物降解菌对堆肥进程及土著微生物群落演替的影响研究甚少.分析一种以抗生素降解菌种为核心的复合微生物菌剂在猪粪抗生素去除中的作用,探究接种菌剂对猪粪堆肥理化进程以及细菌群落演替的影响.结果表明,抗生素降解菌剂接种处理猪粪中抗生素去除率达81.95%,与对照相比,其抗生素残留总量下降42.18%.在堆肥条件下,接种抗生素降解菌剂促进了猪粪堆肥升温,加速了堆体水分去除,降低了堆肥中氨气和硫化氢累积排放量,使得堆肥产物中氮磷钾总养分含量和萝卜种子发芽指数分别提高6.80%和68.33%,同时堆肥产物中稳定性有机质含量增加,纤维素和半纤维素等难分解物质含量下降.细菌群落结构分析指出,接种菌剂提高了堆肥中放线菌门和厚壁菌门细菌的相对丰度,其中与堆体升温正相关的嗜热菌丰度显著增加（P<0.01）,而致病细菌相对丰度下降.细菌群落共现网络分析表明,接种菌剂改变堆肥土著细菌群落互作模式,降低了细菌群落网络的复杂度和连通性,优化了有益细菌与其他菌群的生态关系,为建立新的和更加健康的堆肥细菌群落奠定了基础,可为抗生素降解菌剂在堆肥中的应用开发提供了科学依据.     

不同水动力条件下间歇微孔曝气对河道底质微生物群落的影响

微孔曝气技术被广泛运用于城市河道治理中,在间歇曝气过程中和曝气停止后微生物群落结构和功能的变化仍不明晰。采用室内模拟试验探究了曝气5 d再静置10 d后,不同水动力条件下水体污染物浓度变化过程以及底质微生物群落结构和功能的响应规律。结果表明:不同水动力条件下间歇曝气过程中和曝气停止后DO均能维持较高水平,但水体污染物浓度在曝气停止后短期内均出现显著性增加,但低流速(v=0.24 m/s)条件下污染物浓度上升最为缓慢。从微生物群落组成方面来看,该现象是由于曝气停止静置10 d后,与有机物代谢相关的氢噬菌属等菌属仅在低流速条件下可成为优势菌属,使得该流速水体中有机物更易降解,污染物浓度上升更为缓慢。从微生物群落功能方面来看,在曝气停止静置10 d后,富营养化水体中的能量代谢、辅酶和维生素代谢等代谢通路更多存在于静止和高流速(v=0.93 m/s)条件下的水体中,解释了这2种流速条件下污染物浓度更高的现象。该研究结果可为通过曝气手段持久性改善河道水质提供理论依据。     

A/O MBR处理生活污水效率与菌群多样性的关系

采用缺氧/好氧膜生物反应器（A/O MBR）工艺处理生活污水,试运行了5种不同的工况以确定最佳工艺参数,利用变性凝胶梯度电泳（DGGE）技术研究缺氧池和好氧池（MBR）中细菌群落结构,分析出水水质与细菌种群多样性的关系.结果表明A/O MBR在水力停留时间（HRT）为12 h,污泥停留时间（SRT）为10 d,硝化液回流比为300%,污泥回流比为100%的条件下,对COD、氨氮、总氮有稳定良好的去除,平均去除率分别为96.4%、99.1%、75.8%;系统运行过程中,缺氧池和好氧池中菌群结构发生较大变化,同一工况下两池菌群的相似性通常大于50%,但缺氧池菌群多样性随工况变换而波动较大,好氧池菌群多样性随运行时间而逐渐丰富;缺氧池菌群多样性指数与反硝化效率成正相关关系.     

再生水补水对河流湿地香蒲根际细菌群落结构影响研究

以典型的再生水补水河流湿地为例,采用末端限制性片段长度多态性技术(T-RFLP)分析河道不同空间香蒲根际细菌群落结构差异,并借助单因素方差分析(one-way ANOVA)、Spearman等级相关分析和典范对应分析(CCA)方法解析麻峪湿地香蒲根际细菌群落结构空间差异特征的形成原因,以揭示再生水补水过程对河道湿地香蒲根际细菌群落的影响,并尝试找出空间差异形成的驱动因子.结果表明:随再生水干扰强度的增加,各类群细菌群落的丰富度、均匀度及多样性均呈现不同程度的降低趋势;其中γ-变形菌门(Gammaproteobacteria)、δ-变形菌门(Deltaproteobacteria)和绿弯菌门(Chloroflexi)、ε-变形菌门(Epsilonproteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)在再生水影响下均显著降低(P<0.05).Spearman等级相关分析显示pH值、DO(溶解氧)、TDS(总溶解固体)、ORP(氧化还原电位)、Sal(盐度)和NH₄⁺-N(氨氮)与植物根际细菌群落多样性空间演替紧密相关.CCA分析结果进一步表明再生水补水口的上游细菌群落与TN(总氮)、TOC(总有机碳)及重金属Cr、Ni、Cu具有密切关系,这可能与这些污染物累积效应有关;补水口附近植物根际细菌群落则因补水口再生水水质不同而具显著差异,其中第Ⅱa类群主要受到水质变量pH值影响较大,而第Ⅱb类群与T(温度)、ORP和NH₄⁺-N具有较高的相关性;补水口的下游细菌群落则因水体内源杂质及人为活动影响而同样与TOC及持久性痕量重金属生物循环密切相关.     

脱氮硫杆菌的分离鉴定和反硝化特性研究

从土壤中分离到1株高活性自养反硝化菌TD,并对其进行了鉴定和硝酸盐还原特性研究.该菌株为革兰氏阴性短杆菌,严格自养.16S rDNA序列分析表明.该菌株与ThiobaciUus denitrificans相似性为99.85%.结合生理生化特性和16S rDNA序列分析,确定菌株TD为脱氮硫杆菌.通过对该菌的生长特性和反硝化特性的研究表明,该菌在初始pH为6.85,32.8℃培养条件下脱氮效果最佳;在初始pH为6.90,29.5℃培养条件下生长最快.该菌生长比较缓慢,没有明显的稳定期,对数生长期阶段的反硝化能力最强,反硝化速率最快,达到了2.245 mg·(L·h)-1,在培养过程中培养基pH值明显下降.较高盐度对该菌株的反硝化活性有抑制作用.该菌株的急性毒性实验结果显示,脱氮硫杆菌对健康鱼体几乎无毒,属于无毒性菌株.