伊乐藻-氮循环菌联用对太湖梅梁湾水体脱氮的研究

从太湖梅梁湾采集无扰动泥芯样,分别添加伊乐藻、固定化氮循环菌,模拟生态修复并探讨其机制.采用同位素配对技术测定了伊乐藻-氮循环菌技术对反硝化速率的影响.结果表明,伊乐藻与氮循环菌联合作用的试验柱的反硝化速率(以N计)最高,为104.64μmol·(m2·h)-1,与裸泥试验柱相比增加了150%.采用实时荧光定量PCR技术(RT-qPCR)对沉积物中反硝化菌功能基因nirS、nirK和nosZ进行定量研究,结果显示,反硝化菌的功能基因nirS和nosZ比对照裸泥组高出1～2个数量级,表明较高的微生物量促进了反硝化脱氮的能力.室内模拟实验还表明,沉水植物提高了耦合硝化反硝化的作用,氮循环菌提高了非耦合硝化反硝化的作用,沉水植物与微生物的联合作用提高了沉积物的总反硝化速率,促进了湖泊水体氮素的脱除,起到了净化作用.     

伊乐藻和氮循环菌技术对太湖氮素吸收和反硝化的影响

从太湖梅梁湾采集无扰动泥芯样,分别添加固定化氮循环细菌、水生植物伊乐藻建立室内微宇宙,模拟生态修复,探讨不同修复处理下,硝氮的去除机制.采用15N标记结合同位素配对技术测定了各生态模拟柱中的反硝化速率和植物吸收速率.结果表明,不同处理的实验柱反硝化速率差异明显,同时添加了水生植物和固定化氮循环细菌的实验柱反硝化速率最高,为99.35μmol·(m2·h)-1,植物氮吸收速率为36.55μg·(m2·h)-1.沉水植物伊乐藻在自身吸收氮素的同时也提高了耦合硝化反硝化的作用.与植物吸收相比,反硝化过程是主要的氮去除途径.沉水植物与固定化氮循环菌组合生态修复技术促进了湖泊水体氮素的脱除,起到了净化作用.     

伊乐藻-固定化脱氮微生物技术对入贡湖河道脱氮机制的影响

采用无扰动的入贡湖亲水河底泥柱芯以及上覆水进行实验,探究了伊乐藻与固定化脱氮微生物技术对受污染的入贡湖湾河道的生态修复效果.运用稳定性15N同位素配对技术和基于16S rRNA高通量测序技术探讨了伊乐藻与固定化脱氮微生物联用技术(E-INCB)对亲水河底泥的反硝化速率、厌氧氨氧化速率以及脱氮微生物群落多样性的影响.结果表明,添加了伊乐藻与固定化脱氮微生物以后,亲水河水质得到明显改善,TN、NH+4-N、NO-3-N的去除率分别为72.03%、46.67%、76.65%,同时,添加了伊乐藻和固定化脱氮微生物以后,泥水界面的反硝化细菌和厌氧氨氧化细菌表现出协同作用关系,与对照组相比,反硝化速率和厌氧氨氧化速率增加量分别为165μmol·(m2·h)-1和269.7μmol·(m2·h)-1.反硝化细菌与厌氧氨氧化细菌的群落多样性明显增加,变形菌门(Proteobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)、酸杆菌门(Acidobbacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)均具有优势增长.沉水植物与固定化脱氮微生物联用技术增强了河道底泥中的脱氮微生物多样性,进一步提高了亲水河的氮素脱除能力.     

沉水植物床-固定化微生物技术在水源地修复中的应用研究

研究了沉水植物床-固定化微生物技术在水源地中的修复效果.从太湖水体中筛选分离出土著氨化、亚硝化、硝化和反硝化细菌,通过增殖进入多孔载体内部使之固定,结合自主设计的沉水植物床,在太湖贡湖湾内进行了原位修复实验,该装置抗风浪性能良好,将反硝化细菌数量由5.4×102～2.7×103提高至3.9×105～9.1×105,实验区氧化亚氮排放通量介于3～24μg.(m2.h)-1之间,显著高于对照组,该技术对总氮去除率为19%～74%,硝氮去除率为24%～81%;120 d的连续监测数据表明,该技术可用于湖泊水源地修复,有效减轻水体富营养化状况.     

伊乐藻-高效脱氮微生物协同作用对污染水体氮素脱除机制的影响

在入贡湖河道亲水河采集上覆水、伊乐藻及底泥柱芯样品进行室内实验,探究伊乐藻与固定化高效脱氮微生物协同作用下脱除铵态氮的机制,以及对污染水体的生态修复效果.运用~(15)N同位素配对技术及高通量测序技术,研究了4个不同处理组中NH_4~+的转化机制,其中,处理组A:裸泥组,处理组B:固定化高效脱氮微生物,处理组C:伊乐藻,处理组D:固定化高效脱氮微生物+伊乐藻.结果表明,氮素脱除主要有底泥存储、伊乐藻吸收及微生物过程(反硝化和厌氧氨氧化)这3种途径.在添加沉水植物伊乐藻的处理组C和D中,伊乐藻对~(15)NH_4~+吸收率分别为25.44%和19.79%.不同处理组中底泥对~(15)NH_4~+存储率分别为7.94%、5.52%、6.47%和4.86%,微生物过程以气体形式释放的~(15)NH_4~+分别为16.06%、28.86%、16.93%和33.09%.反硝化和厌氧氨氧化是产生含氮素气体的主要过程,对于处理组D,脱氮微生物丰度和多样性均得到不同程度的提升.4个不同处理组对~(15)NH_4~+的总去除率分别为24%、34.38%、48.84%和57.74%,伊乐藻与高效脱氮微生物联用技术(EINCB)的应用,可以提高水体氮素的脱除速率,促进污染水体的净化.     

太湖夏季水体中尿素的来源探析

为研究尿素氮在太湖生态系统中的作用,于夏季采集湖体及环湖河道水样进行尿素及不同形态氮素含量分析.通过河道及湖体的82个调查点位生态指标的同步分析,得出以下结果:①太湖尿素氮含量变化范围为0.011~0.161 mg·L-1,总体呈现出西北高,东南低的变化趋势,与流域主要污染源分布有关;②太湖水体溶解性氮以无机氮库为主,铵硝比为5∶1,其中尿素氮占总氮、溶解性总氮、溶解性有机氮和生物可利用氮的平均质量分数分别为2.28%、5.91%、15.86%、6.22%,生态作用不容忽视;③环湖河道的尿素氮含量比湖体高出一倍,出湖河道尿素氮含量还略高于入湖河道;④太湖尿素氮与其他形式氮之间可能存在彼此转换关系,尿素氮含量与高锰酸盐指数、不同形态氮含量均呈显著正相关关系,与溶解氧呈显著负相关关系;湖体的尿素氮含量与叶绿素a含量呈弱正相关,与底栖生物、浮游动物种群的空间分布有密切联系.本研究表明太湖水体中尿素氮可能是湖体有机、无机态氮转化的桥梁,是湖体自身氮素循环快慢的标志,氮的循环速率控制尿素氮含量,高氮(特别是有机态氮)含量及低溶解氧条件是尿素升高的前提.太湖湖体尿素含量受外源输入和内源转化的双重影响.     

太湖金墅湾水源保护区陆域水质特征

水源保护区陆域良好的水质是供水安全的重要保证。为探讨太湖地区水源保护区陆域水质现状及陆域污染对水源地取水口水质的影响,以太湖金墅湾水源保护区为研究对象,对陆域河流、入湖河口及邻近湖区进行了系统的调查。结果表明：陆域水质氮含量超过国家Ⅳ类水标准,污染程度高于湖区,其中以硝态氮为主的农业非点源污染对水源地水质构成较大威胁;磷含量维持在Ⅲ类水质,污染程度较小。保护区河流污染受季节性变化影响显著,且存在明显的空间差异。     

固定化微生物-水生生物强化系统在前置库示范工程中的应用

在前置库中构建固定化微生物-水生生物强化系统处理太湖入湖河道污水,以减少入湖污染负荷.在驯化期加入复合微生物菌剂30 mg/kg,驯化期后每月投加1次(20 mg/kg),强化微生物的活性.监测期间(5-11月)库水进水ρ(TN)为0.54～1.59 mg/L,ρ(TP)为0.079～0.172 mg/L,ρ(COD_Mn)为5.41～13.40mg/L,前置库水力停留时间约为9 d,TN,TP和COD_Mn平均去除率分别为45.0%,42.2%和50.8%.固定化微生物区域微生物数量高于水生植物根际区1～2个数量级,反硝化菌数量达到109,水生植物根区微生物数量也高于示范区自然水体2～3个数量级以上.试验结果表明,固定化微生物-水生生物强化系统具有良好的环境适应能力,治理水体富营养化效果明显,但其在前置库中的长效运行,有待于进一步验证.      

太湖湖体富营养化治理工程方案初步研究

太湖湖体富营养化治理工程主要有大型水生植被恢复，底泥疏浚，水源地水质保护的物理－生态工程，人工养殖污染控制，藻类收集与利用，环湖绿化生态保护，五里湖，梅梁湖截污和换水等。上述工程的实施每年约需投资１０１３４万元，每年可从水体中去除氮１２７６．６ｔ，磷１８２．６ｔ；从底泥中去除氮３１９６ｔ，磷３４０８ｔ；拦截湖周地表径流携入的氮２３５０．８ｔ，磷４２．１７ｔ。太湖水体富营养化得到明显改善，水源保护区     

太湖主要环湖河道沉积物反硝化潜力及其控制因子

河流反硝化作用是水体氮素去除的重要途径,对流域氮负荷削减具有重要意义.为探究河网区河道的反硝化脱氮能力及其主要控制因子,本研究调查了太湖14条主要环湖河道的水质和沉积物特征,通过泥浆培养实验,利用氮氩比的方法和膜接口质谱仪分析技术,测定了14条环湖河道的沉积物反硝化潜力.结果表明,太湖环湖河道的反硝化潜力为-9.93~35.71 μmol·L^-1·d^-1,均值为（20.79±14.79） μmol·L^-1·d^-1,南部河道的反硝化潜力显著低于北部河道,负值代表沉积物的吸附或固氮行为.水柱中的硝态氮浓度、溶解氧、溶解性有机碳（DOC）和沉积物中的碳含量均会对沉积物反硝化潜力产生影响.相关分析结果表明,硝态氮浓度对河道反硝化作用的影响有限,反硝化作用对硝态氮底物的响应遵从米氏动力学模型（R²=0.77）的规律.而在太湖氮负荷严重的西部和北部河道区,水体中的DOC是反硝化潜力的主要限制因素.改善氮的去除环境对促进水体氮去除过程和区域氮管理具有重要意义,在氮负荷严重的流域河道,水体的DOC应该得到更多的关注.     

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.     

长江中下游浅水湖泊中总氮及其形态的时空分布

分析和比较了长江中下游 3个浅水湖泊———太湖、巢湖和龙感湖夏、秋和冬季沉积物和上覆水中的总氮及其氮形态 ,描述了氮及其各形态在 3个湖泊中的时空分布特征 .结果表明 :空间上 ,无论是在表层沉积物还是在上覆水中 ,太湖中总氮的含量均高于其他 2个湖泊 ,且在太湖和巢湖都呈现西高东低的分布特征 .氨氮在沉积物和上覆水及溶解态硝态氮在上覆水中的分布与总氮分布趋势基本相同 .巢湖沉积物中氨氮浓度所占的比例稍高于太湖和龙感湖 .在不同季节 ,表层沉积物和上覆水中的总氮含量冬季高于秋季和夏季 ,表层沉积物中氨氮浓度在秋季最高 .巢湖和龙感湖上覆水中的溶解态硝态氮在冬季浓度较高 ,而在太湖西北部这种季节差异几乎没有 ,氨氮的浓度季节性差异也不十分明显     

富营养水体中常绿水生植被组建及净化效果研究

1992～1993年在富营养湖泊五里湖中开展了常绿型人工水生植被组建实验,在面积为2000m²的半封闭式围隔实验区中,选用耐寒植物伊乐藻和喜温植物菱及风眼莲,组建成了常绿型人工水生植被。这种常绿型人工水生植被不仅使实验区内常年保持较好的水质,而且对外来污染冲击有很强的缓冲能力。它可用于水源保护、局部性水质控制、污水净化生态工程、小型富营养水体的生态恢复等。如能解决耐寒型沉水植物伊乐藻与喜温型沉水植物种类间的衔接过渡,这种常绿型人工水生植被技术还可望用于富营养水体中天然水生植被的恢复。     

东太湖伊乐藻的营养繁殖及对渔业污水的净化

根据东太湖水生高等植物现状，在水生植物退化和养殖迹地进行优质水生植物伊乐藻的扦枝营养繁殖试验，建立了稳定的优质水生植物群落。根据伊乐藻对渔业污水的净化实验，从实验生态学角度探讨了利用水生植物调控浅水湖泊环境的可行性。     

太湖化学耗氧量和生化需氧量的时空分布特征

基于2009年2月(冬季)、5月(春季)、8月(夏季)、11月(秋季)全太湖32个站点的化学耗氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、溶解性总氮(DTN)、溶解性总磷(DTP)、浮游植物色素数据,分析了太湖COD、BOD的时空分布特征,并探讨了影响COD、BOD时空分布的因素.结果表明,2009年太湖COD值为3.40～6.16mg·L-1,平均值为(4.38±0.72)mg·L-1;BOD为0.64～5.93mg·L-1,平均值为(1.91±1.63)mg·L-1.COD值在秋冬季节较高,其值显著大于春夏季(p0.001);而BOD值冬季较高,其它季节都较低.COD与BOD的空间分布格局相似,呈现出自竺山湾、太湖西北沿岸区向梅梁湾区、湖心区、东南湖湾区依次递减的趋势.分类统计结果显示,河口沿岸区COD、BOD值显著高于开敞水域区(p0.001).相关性分析结果表明,COD、BOD与DTN、DTP、浮游植物色素的相关性存在季节性差异.夏季浮游植物色素浓度与COD、BOD相关系数最高,说明夏季浮游植物降解对水体内COD和BOD的贡献要高于其它季节.COD与BOD的时空分布特征主要受降雨量、河流输入、"引江济太"及太湖浮游植物活动等的影响.     

太湖塑料添加剂时空分布和生态风险评价

为揭示新冠疫情背景下太湖塑料添加剂的时空分布和风险水平,研究了典型的双酚类、邻苯二甲酸酯类和苯并三唑类等塑料添加剂在太湖表层水体的赋存情况.对全太湖19个监测点位进行4个季度的监测,并评估其潜在的生态风险.结果表明,自2020年秋季至2021年夏季,双酚A（BPA）、邻苯二甲酸二乙酯（DEP）、邻苯二甲酸二（2-甲氧基）乙酯（DMEP）、邻苯二甲基丁基苄基酯（BBP）和苯并三唑（UV-328）在太湖表层水体中均有检出.DEP、 DMEP、 BBP、 BPA和UV-328的检出率分别为100%、 97%、 58%、 98%和7%.对比近年来的塑料添加剂污染水平可以发现,太湖的各类塑料添加剂污染水平并未随疫情背景下塑料制品用量的剧增而加重,反而因人类活动减缓而呈现下降趋势.太湖塑料添加剂检出浓度有明显的季度差异,春、夏季平均值高于秋、冬季,分别是104.7、 100.3、 30.7和29.9ng·L^-1.其在空间分布上也具有一定的差异性,主要表现为高浓度点位聚集在太湖西南沿岸.生态风险评估结果表明,太湖塑料添加剂的赋存对藻类存在低风险,比例达30%,秋、冬季风险性高于...     

太湖上空大气气溶胶光学厚度及其特征分析

基于高精度的太阳光度计(CE-318)得到太湖上空气溶胶长期观测数据,获得了太湖上空从2005年9月～2010年10月的气溶胶光学厚度(AOT)以及相应的ngstrm参数α.5 a的观测资料表明,太湖上空AOT的高值区出现在夏季的6～7月,低值区出现在秋冬季节的10月～次年1月;α的低值区和高值区分别出现在春季的3～4月和秋季的9～11月,AOT及对应的α的变化主要与该地区的天气形势有关.从频率分布来看,AOT(500 nm)只有一个峰值,最高频率值为0.4～0.6,约占总样本的26%,年均值为0.80.按照平均AOT(500 nm)计算,气溶胶造成的太阳直射辐射的透过率衰减至少为50%,致使太湖地区的大气较为混浊,形成严重的雾霾天气;ngstrm波长指数α有2个峰值,最高频率区间为1.1～1.3和1.3～1.5,分别占总样本的30%,年平均值为1.17.结果还表明AOT(500 nm)和α的日均值变化范围均较大,表明太湖上空有不同类型的气溶胶粒子共存;当α增大时,AOT(500 nm)的均值呈递减趋势.总体结果分析表明,太湖上空的AOT值随时间变化较大,属于城市-工业型气溶胶类型.     

冬春季富营养化滆湖中沉水植被重建及净化效果

秋末冬初在富营养化滆湖的围隔中引种沉水植物,分别构建5种植被区、菹草-伊乐藻区、菹草区、伊乐藻区,调查4种区域内植被恢复及对水质的净化效果。结果发现菹草-伊乐藻区不仅能在冬春季节保持对营养盐较高的去除效果,并能在冬季有效缓解苦草等植物死亡（5种植被区）给水质带来的不利影响;菹草-伊乐藻区对比湖面敞开区域内TP,TN,NH3-N,Chl.a的去除率可达62.9%,31.5%,53.9%,46.1%,对CODMn的去除率仅为9.7%;比较各单种区：伊乐藻对TN的去除效果要好于菹草,菹草对TP的去除效果要好于伊乐藻。