基于固定化氮循环细菌技术的镇江金山湖生态工程效果研究

通过细菌筛选、载体分析、固定化氮循环菌制备,获取了高效固定化氮循环细菌;采用固定化氮循环细菌技术对镇江金山湖富营养化水体进行了治理研究.结果表明,经过固定化氮循环细菌释放试验,金山湖示范工程区水体和水生植物根区氨化细菌、亚硝化细菌、硝化细菌和反硝化细菌数量明显增加,重建的金山湖示范工程区水体水质明显改善,TN、NH⁺₄-N、NO^-₃-N和NO^-₂-N平均比示范工程前分别降低44.70％、 67.17％、 31.79％和74.21％,氨氮达到Ⅱ类、总氮达到Ⅳ类水标准.固定化氮循环细菌技术对于荒漠化水体生态重建与修复具有重要意义.     

炉渣与生物炭施加对稻田温室气体排放及其相关微生物影响

为了减少稻田温室气体排放通量,本研究对稻田土壤进行炉渣和生物炭单一施加和混合施加处理,并测定了早、晚稻拔节期和乳熟期CO_2、CH_4和N_2O排放通量及相关微生物(细菌、真菌、硝化细菌、反硝化细菌)的数量.结果表明,稻田施加废弃物可以减少温室气体的排放通量.在早、晚稻的拔节期,施加生物炭显著降低了CO_2和N_2O的排放通量(p0.05),混合施加显著降低了CO_2和CH_4的排放通量(p0.05),施加炉渣条件下3种温室气体的排放通量与对照组相比没有差异.施加炉渣或生物炭都显著降低硝化细菌的数量(p0.05),混施处理显著降低细菌、硝化细菌、反硝化细菌数量(p0.05),但显著提高了稻田土壤真菌/细菌比值(p0.05).在早、晚稻的乳熟期,炉渣、生物炭、混施处理能显著降低CH_4排放通量(p0.05),而生物炭处理显著降低N_2O排放通量(p0.05).炉渣处理显著降低细菌、硝化细菌、反硝化细菌数量(p0.05),生物炭处理显著降低细菌、反硝化细菌数量(p0.05),混施处理显著降低细菌、硝化细菌数量,并显著提高真菌/细菌比值(p0.05).温室气体排放与微生物数量之间的相关性分析结果表明,CO_2、CH_4排放通量与细菌数量呈显著正相关,与真菌/细菌比值呈显著负相关;而N_2O排放通量则与硝化细菌、反硝化细菌数量呈显著正相关.     

凤眼莲对富营养化水体中氨氧化和反硝化微生物的影响

凤眼莲近年来广泛应用于富营养化淡水湖泊的生态修复中,但其对微生物的相互作用和对水体中氮素的去除鲜有报道.本研究在氮素去除过程中对比凤眼莲和细菌的相对重要性,并且检测浮游植物对硝化细菌和反硝化细菌相对丰度及多样性的影响.水体中氮素的去除率以及硝化和反硝化作用的潜在能力使用定量聚合酶链式反应(qPCRs)对硝化作用基因amoA和反硝化作用基因nirS/K进行检测,从微观角度研究富营养化水体中是否会受到凤眼莲存在的影响.结果表明,TN的减少在70d的实验周期中所有处理组表现较为一致,但凤眼莲存在的实验组在24h内TN和NH_4~+-N的去除上有显著的降低,并且amoA的丰度有所增加,nirS/K的丰度有所降低.T-RFLP结果表明亚硝化单胞菌在氨氧化微生物中占优势.凤眼莲的种植可以实现富营养化水体中NH_4~+-N的快速有效减少,且微生物的相互作用可以充分利用到淡水生态系统的修复中.     

接种菌根真菌对湿生植物根际土壤硝化反硝化活性的影响及其微生物机制

为探究接种菌根真菌对湿生植物根际土壤硝化-反硝化作用的影响,以湿生植物旱伞草和石菖蒲为材料,接种筛选自本地植物根系及根际土壤的菌根真菌混合菌种MF-MD为试验组,并设置未接种植物作为对照组.在水体氮素富营养化条件下种植3个月,然后测定植物根际土壤硝化反硝化活性.结果表明,接种MF-MD能促进两种植物根际土壤硝化反应,同时接种MF-MD促进了旱伞草根际土壤反硝化作用但是抑制了石菖蒲根际土壤反硝化作用.从接种后植物根际土壤微生物量,硝化细菌与反硝化细菌群落结构变化等角度分析了引起土壤硝化-反硝化反应发生变化的原因.发现接种处理的试验组湿生植物根际土壤微生物量(soil microbial biomass,SMB)高于对照组但差异不显著,且与对照组相比,试验组与土壤硝化反硝化作用相关的微生物群落结构发生变化.此试验对于研究菌根真菌结合湿生植物去除富营养化水体中的N元素具有积极意义.     

长江口海域夏季沉积物反硝化细菌数量及反硝化作用

选择长江口邻近海域8个站位,采用乙炔抑制法进行现场模拟培养,研究了夏季表层沉积物中反硝化细菌数量及反硝化作用.结果表明,该海域反硝化细菌数量为3.9′105~110.0′105个/g,盐度、溶解氧是反硝化细菌数量的主要影响因子;反硝化速率为101.3~731.9μmol/(m2·h),与反硝化细菌数量的相关系数为0.950.反硝化速率,同时受环境中盐度、溶解氧和氨氮含量的显著影响;研究海区内反硝化作用产生的氮通量约为8.19′105kg/d,约为相应海区初级生产消耗无机氮量的1/3.     

汾河下游水体nirS型反硝化细菌群落组成与无机氮关系

为了探明汾河下游水体中nir S型反硝化细菌群落结构组成及其与无机氮的相互影响关系,在分析河流9个水样水质指标的基础上,运用Illumina高通量测序技术对水样中的nir S型反硝化细菌群落结构和多样性进行诊断,并进行统计分析,解析水体nir S型反硝化细菌群落与无机氮之间的关系.结果表明,汾河下游无机氮污染严重,整体水质为Ⅴ类水标准.Shannon指数变化范围为3. 36～7. 54,说明该流域反硝化细菌群落多样性较高;水体中主导菌属相对丰度占总群落的89. 8%,分别为红细菌属Rhodobacter、假单胞菌属Pseudomonas和陶厄氏菌属Thauera; DO、p H值及无机氮含量是影响汾河下游水体反硝化细菌群落的主要因素;优势菌属红细菌属Rhodobacter、陶厄氏菌属Thauera与NO_3~--N、NO_2~--N呈负相关,与NH_4~+-N呈正相关,稷山、河津和入黄口这3处的主要菌属假单胞菌属Pseudomomas与NO_3~--N、NO_2~--N呈负相关,与NH_4~+-N呈正相关.汾河下游水体中nir S型反硝化细菌中的主要菌属促进了反硝化作用,对降低水体中硝态氮的含量有一定的影响.     

洛美沙星对水中反硝化过程的影响模拟试验

水环境中硝酸盐的去除依赖于微生物在厌氧条件下进行的反硝化作用,已有研究发现,抗生素的存在会对反硝化细菌和反硝化酶活性产生一定影响,进而影响反硝化作用,但目前在水体中对于这三者之间关系的研究较少,作用的机理尚未完全明确.据此,本文以洛美沙星（Lomefloxacin,LOM）为典型抗生素,乙酸钠为碳源开展模拟实验,对反硝化过程、反硝化细菌和反硝化酶活性的影响进行探讨.实验结果表明,含有0,1,10,100 μg/L LOM的反应体系反硝化速率分别为10.42,8.83,8.50,6.62mg/（L·d）,脱氮率分别为79.5%,71.1%,70.0%,66.8%,LOM初始浓度为100μg/L时对反硝化细菌生长的抑制率高达30.5%.推测含有一定浓度LOM会对反硝化细菌的生长发育以及反硝化酶活性产生影响,导致反硝化过程中NO₃^--N的转化受到抑制,进而引起反硝化速率和总氮去除率降低,且LOM初始浓度越大,抑制作用越显著（P<0.05）.进一步分析结果表明,LOM影响反硝化作用主要表现在NO₃^--N还原至NO₂^--N这一过程,LOM初始浓度越高会使细菌生长速率和最大增长量减少,微生物的细胞膜完整性遭破坏程度增大.NO₃^--N和NO₂^--N的转化与反硝化酶活性有关,其中LOM浓度对硝酸盐还原酶活性的影响明显,浓度越大受到抑制程度也越大,但对亚硝酸盐还原酶活性几乎不产生影响.以上模拟试验条件虽距实际条件有所差异,但在一定程度上表明环境水体中低浓度抗生素影响反硝化作用的机理表现为抑制微生物生长和活性以及反硝化酶活性,降低脱氮率,导致硝酸盐污染的积累.     

波流式生态滤床氨氮去除效果及其微生物群落结构分析

利用波流式生态滤床处理受污染的河水,考察了其对氨氮的去除效果和沿程污染物转化情况,并采用扫描电镜、高通量测序手段解析了波流式生态滤床不同时间和位置基质上生物膜的细菌群落组成,分析了波流式生态滤床小试反应器中硝化细菌和反硝化细菌的分布特点,以探讨其去除氨氮的机理.结果表明,反应器稳定运行以后,对氨氮平均去除率为74.83%,基质表面可以观察到大量微生物,不同时期优势细菌有较大不同.反应器前部主要发挥硝化作用,中部发挥反硝化作用,硝化菌的分布呈现上多下少、前多后少的特点,使得氨氮在前端被快速去除;中部以黄杆菌属(Flavobacterium)为代表的反硝化菌丰度较高,促进了反硝化作用的发挥,降低了出水中总氮浓度;不同部位样品中细菌多样性差别不大,微生物种群多样性随着水流方向呈现先增加,到后段减少的趋势.     

微生物技术改善河道水质的研究

该课题是探索直接利用人工培养的微生物改善河道水质的研究。在桂林桃花江河道投放反硝化细菌制剂2个月后,水质有了一定程度的改善,COD和TN的浓度降低,但TP和浊度变化幅度不大。受进水水质和低温天气的影响,反硝化细菌制剂的净化作用及反硝化作用不能充分发挥。     

生物滤器处理海水养殖水过程中亚氮积累与影响因素

实验研究了竹环填料曝气生物滤器在处理高盐度、低氨氮负荷的海水养殖水体过程中NO2--N的积累现象,考察了进水有机负荷、NH4+-N负荷、温度、pH值和溶解氧等运行条件以及反硝化作用对NO2--N积累的影响.结果表明,在进水有机负荷为0.65~0.75kg/(m3·d)、NH4+-N负荷为0.058~0.077kg/(m3·d)、温度为20.9~22.2℃、pH值为7.50~8.14和溶解氧为7.43~9.73mg/L条件下,生物滤器内较低的溶解氧(0.91~1.36mg/L)是NO2--N积累的主要原因.同时,研究了反硝化过程中低溶解氧、不同碳氮比(C/N)及碳源类型等因素对NO2--N积累的影响,查明了生物滤器内含氮化合物的浓度变化与反硝化细菌的数量和功能,验证了反硝化过程对NO2--N积累的影响,明确了反硝化作用对NO2--N积累的促进作用.     

滇池水中细菌和古菌氮代谢功能基因的空间分布

氮代谢在滇池水生态系统氮素循环和转化过程中起到重要的作用,不仅真核生物参与氮素转化,原核生物作为氮素循环的主要驱动者,在氮素生物化学循环中的作用更不容忽视.基于16S rDNA高通量测序技术,监测滇池草海和外海区域13个点位,分析滇池水中原核生物氮循环功能关键基因的分布特征.结果发现,滇池水中细菌35门, 427属,主要以变形菌门和拟杆菌门为优势门类;古菌14门, 61属,主要以广古菌门为优势门类;β多样性指数显示滇池整体细菌丰富度指数高于古菌,草海细菌多样性指数高于外海.PICRUSt功能解析表明细菌和古菌具有功能上的丰富性,细菌中有35个参与氮代谢的KO通路,涉及氮异化硝酸盐还原基因nirB、一氧化氮还原酶基因norB和硝酸还原酶基因nasK等关键基因;古菌中有23个参与氮代谢的KO通路,涉及固氮酶基因nifH、nifK和nifD,古菌固氮酶基因拷贝数显著高于其它氮代谢基因,草海中古菌氮代谢能力整体高于外海,滇池水中古菌比细菌固氮潜能更大.本研究从原核生物氮循环中功能基因的角度,探讨滇池不同区域水中细菌和古菌氮循环差异,为进一步揭示氮循环机制,解决氮素污染引起的富营养化提供理论参考.     

脱氮菌剂在低溶解氧黑臭水体中氮代谢特征

研究在低溶解氧浓度下氨化细菌、硝化细菌、反硝化细菌氮代谢能力,明确不同菌剂脱氮效率和氮转化关系,为大湾区黑臭水体治理提供理论依据.通过不同菌剂浓度和不同底物浓度,检测筛选出的氨化细菌(Staphylococcus sp. Ay)、硝化细菌(Microbacterium sp. Xw)和反硝化细菌(Arthrobacter sp. Fy)制成的菌剂在污水处理厂排放的水中的氮代谢特征;然后在低溶解氧条件下,研究不同Ay、Xw和Fy菌剂浓度在同浓度黑臭水体中氮代谢变化情况、以及相同菌剂浓度在不同浓度黑臭水体中的氮代谢特征.结果表明:Ay菌剂细菌浓度增加3倍,氨化效率没有成倍增加,说明增加氨化细菌浓度不是增加氨化速率的最佳方法; Xw菌剂对硝态氮浓度变化影响显著,低菌剂浓度条件下60 h硝态氮浓度增加180%,高菌剂浓度为231%,Fy反硝化效率较高,在较低浓度下能很快去除硝态氮.总氮浓度的适当提高可以增加Ay菌剂的氨化效率,过高会抑制Ay菌剂的氮氮代谢效率.Xw菌剂硝态氮的生成率在总氮浓度25 mg·L~(-1)条件下达到最好效果,浓度提高3 736%; Fy菌剂对氨氮去除效果不明显.总氮浓度为25 mg·L~(-1)时,Fy菌剂对硝态氮的去除达到最好效果.得出:氨化细菌和反硝化细菌原菌剂直接投加,氮代谢速率较高,硝化细菌菌剂浓度增加,可以提高硝态氮生成速率.在一定范围内,增加底物浓度可以增加菌剂氮代谢效率,浓度过高将抑制氮代谢效果,可为大湾区黑臭水体问题的解决提供数据支持.     

东湖氮循环细菌分布及其作用

用最大可能数法测定东湖不同水期水体及底泥中亚硝化、硝化、反硝化和氨化细菌的分布,并分析其作用.结果表明,水体中亚硝化菌的最大可能数丰水期最高,平水期居中,枯水期最小;硝化菌丰水期小于其他2期,而反硝化、氮化细菌均是平水期最高、丰水期次之,枯水期最小.底泥中亚硝化菌n(MPN)丰水期高于另2期,硝化菌枯水期最高,而反硝化菌枯水期低于其它2水期,氮化细菌无差别.对比水相、泥相发现,亚硝化菌丰水期、枯水期泥相均大于水相(p<0.01),平水期无差别.硝化菌在平水、丰水2期的水相中占优势,枯水期差别不大反硝化菌n(MPN)仅在平水期泥相占优势,氨化细菌2相中无差别.氮循环细菌的分布及微环境的差异,促进了有机氮的分解、氮态氮的硝化和挥发及硝酸盐的反硝化作用.研究还发现,水体、底泥中反硝化细菌和氨化细菌1g[n(MPN)]与其气体截流量之间有显著相关(p<0.001),且不同水期产气量不同(p<0.05),表明氨化作用和反硝化作用随水期变化较大.氨化作用可将有机氮转化为铵和氨,促进水体及底泥中的氮以气态氨的形式挥发;反硝化作用将硝酸盐转化为N₂O、N₂,促进氮素释放.     

再生水湿地香蒲根内生细菌群落多样性及其水质特征分析

以北京白河人工湿地再生水补水河段香蒲根为研究对象,采用16S rDNA克隆文库技术对香蒲根内生细菌群落多样性进行分析,得出该克隆文库包括4大类群细菌,最优势类群为变形杆菌门Proteobacteria,其中包括Gammaproteobacteria、Betaproteobacteria、Epsilonproteobacteria、Alphaproteobacteria;其次为厚壁菌门Firmicutes、疣微菌门Verrucomicrobia、拟杆菌门Bacteroidetes;另外还包括部分非培养未确定种属的细菌.结合研究区再生水排放口与湿地下游水质数据,得出TN、TP、NO₃^-去除率达到了42.15%、47.34%、28.56%,表明湿地对再生水中的TN、TP、NO₃^-具有明显去除机制,说明香蒲根内生细菌克隆文库中菌株与湿地氮、磷等生物地球循环关系密切.     

两种膜生物反应器处理印染废水的对比试验研究

针对印染废水成分复杂、色度大、浓度高且生物难降解物质多等特点,采用了混凝沉淀法对印染废水进行预处理,而后分别采用新型海藻式膜生物反应器(MBR)和传统帘式膜生物反应器对印染废水进行活性污泥法处理试验研究。通过对化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、氨氮(NH3-N)、总氮(TN)、总磷(TP)、色度、浊度等水质指标连续进行测定、分析与处理,考察两种膜生物反应器对印染废水的降解效果,并观察系统运行情况和膜组件污染状况。试验结果表明:海藻式MBR对印染废水的处理效果良好,出水浊度低于0.3NTU,对COD、BOD、色度、氨氮、总氮的去除率分别可达90%、94%、91.4%、87.8%、86.4%。海藻式MBR在各项指标上均明显优于传统帘式MBR,且能够降低MBR膜丝根部的污染,清洗更方便、更有效。     

不同处理水芹浮床对城市河道黑臭污水的脱氮效果及其机理研究

通过对冬季不同留茬高度水芹（Oenanthe Javanica）浮床对城市河道污水氮循环细菌数量和脱氮效果的影响研究,试图阐明浮床植物去除污染水体氮素的可能途径.研究结果表明：不同处理水芹浮床对城市河道黑臭污水硝氮和氨氮的去除效果分别达到了52.5%～69.8%和68.1%～76.7%,19cm留茬高度水芹浮床对脱氮效...     

河流湿地氮循环修复过程中的新型功能微生物

自然生态系统中厌氧氨氧化菌和氨氧化古菌的发现,改变了人们对传统氮循环过程的认识.通过氨氧化古菌和厌氧氨氧化菌在缺氧/厌氧的条件下完成硝化反应和封闭的氮循环,对于河流氮循环生态修复意义显著.通过PCR聚合酶链反应结合水体沉积物理化指标,研究典型河流湿地中厌氧氨氧化菌和氨氧化古菌及其在循环中的作用.结果表明,在海河支流北运河湿地中存在厌氧氨氧化菌和氨氧化古菌,它们对于水体和底泥沉积物的氮转化有较重要作用.通过构建16S rRNA克隆文库生物多样性分析比较,发现湿地中厌氧氨氧化菌的生物多样性相对较低,96个克隆序列只分为3个OTUs;其与基因库(GenBank)中已探明的厌氧氨氧化菌Candidatus"Kuenenia stuttgartiensis"和Candidatus"Brocadia fulgida"的相似度分别为98%和95%.通过建立氨氧化古菌克隆文库发现,96个克隆子共得到5个OTUs,其与GenBank中关系最近序列(土壤/沉积物中)的相似度均大于95%;对本实验样本和水相、土壤/沉积物相中不同氨氧化古菌进行进化谱系分析,发现北运河河流湿地的古菌amoA基因属于土壤/沉积物进化分支.     

活性污泥萃取液的安全性及对水稻苗期生长和土壤环境的影响

为进一步探讨活性污泥萃取液的农用安全性及应用效果,以水稻为试验材料,开展活性污泥萃取液安全性及与化肥不同配施量处理试验,通过设置5个处理组(CK,空白对照;CF,常规施肥对照;LMF,化肥减氮30%配施低量萃取液;HMF,化肥减氮30%配施高量萃取液;MF,化肥减氮100%配施全量萃取液),分析萃取液对水稻苗期生长性状、土壤理化性质和土壤微生物群落的影响. 结果表明:活性污泥萃取液中的重金属元素含量符合《含氨基酸水溶肥料》(NY 1429—2010)农用标准,0.33%~10%浓度的萃取液浸种可促进水稻种子萌发. 施用萃取液可促进水稻幼苗株高、茎宽、叶面积、地上部生物量与地下部生物量等生长指标的增加. 与常规施肥相比,配施萃取液后,土壤pH显著提高0.51%~13.8%,土壤电导率显著降低14.3%~66.3%,可溶性有机碳含量最高可显著增加68.0%. 高通量测序分析结果显示,相对丰度位于前10位的细菌门类在各处理土壤中均有分布,施用活性污泥萃取液改变了菌群分布比例,且对近根际土壤中菌群结构的影响最大. 施用活性污泥萃取液后,与碳循环相关的门类菌群显著增加,如变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、疣微菌门(Verrucomicrobia)等;常见于胁迫环境的厚壁菌门(Firmicutes)显著减少. 研究显示,活性污泥萃取液具有农用安全性,配施高量萃取液能显著促进水稻幼苗生长,改善土壤理化性质,优化土壤菌群结构,可与有机肥施用效能相当.      

氧化石墨烯强化厌氧氨氧化菌的脱氮性能

采用氧化石墨烯（GO）增强厌氧氨氧化菌的脱氮性能.通过批次试验观察GO对厌氧氨氧化菌的影响,结果表明：当GO浓度为0.15g/L时,厌氧氨氧化菌脱氮性能最好,总氮去除率比无GO的空白组提高18.6%;当GO剂量达到0.2g/L时,厌氧氨氧化菌活性受到抑制,总氮去除率比空白组降低了26.0%.通过对照实验研究GO对厌氧氨氧化菌脱氮性能的长期影响,结果表明：添加GO的R2反应器在每个基质浓度阶段的平均总氮去除率分别为85.3%,83.2%,81.1%,80.8%,均高于未添加GO的R1反应器.对R2反应器周期内脱氮性能进行动力学分析发现,修正的Boltzmann模型和修正的Gompertz模型比修正的Logistic模型更适合描述GO作用下周期内基质去除特性,并且通过模型得到了周期内任意t时刻下的出水总氮浓度和总氮去除率预测公式.     

Nitrification performance of nitrifying bacteria immobilized in waterborne polyurethane at low ammonia nitrogen concentrations

Suspended and waterborne polyurethane immobilized nitrifying bacteria have been adopted for evaluating the e ects of environmental changes, such as temperature, dissolved oxygen (DO) concentration and pH, on nitrification characteristics under conditions of low ammonia concentrations. The results showed that nitrification was prone to complete with increasing pH, DO and temperature. Sensitivity analysis demonstrated the e ects of temperature and pH on nitrification feature of suspended bacteria were slightly greater than those of immobilized nitrifying bacteria. Immobilized cells could achieve complete nitrification at low ammonia concentrations when DO was su cient. Continuous experiments were carried out to discuss the removal of ammonia nitrogen from synthetic micropollute source water with the ammonia concentration of about 1 mg/L using immobilized nitrifying bacteria pellets in an up-flow inner circulation reactor under di erent hydraulic retention times (HRT). The continuous removal rate remains above 80% even under HRT 30 min. The results verified that the waterborne polyurethane immobilized nitrifying bacteria pellets had great potential applications for micro-pollution source water treatment.