湿地土壤及芦苇对造纸废水灌溉的响应

为利用造纸废水促进辽河三角洲湿地生态修复,在沈阳农业大学综合试验场内构建小试装置模拟盘锦双台河口天然湿地,研究造纸废水灌溉对土壤有机质含量及芦苇生长作用影响效果,为辽河三角洲湿地提供可参考的废水灌溉方式。结果表明,废水灌溉有利于土壤有机质的累积,能促进湿地芦苇生长;不同灌溉方式对芦苇作用效果不同。废水灌溉组有机质含量显著好于清水灌溉组,全生长期灌溉组有机质含量最高。废水不同灌溉方式下土壤有机质垂直分布规律为:0~10 cm>10~30 cm>30~50 cm。废水不同灌溉方式对芦苇各生长指标影响效果存在差异。不同灌溉浓度下,生长指标与有机质含量相关性显著。废水经过湿地系统后,湿地出水水质得到一定改善。     

辽河口湿地沉积物硝化细菌及硝化作用研究

2009年6月和8月,采用现场培养和实验室模拟培养相结合的方法对辽河口湿地表层沉积物硝化细菌数量、硝化速率及影响因素进行了研究.结果表明,辽河口湿地表层沉积物氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)数量6月在0.54×104～5.69×104个.g-1之间,平均值为(2.21±2.32)×104个.g-1,8月在1.90×104～7.90×104个.g-1之间,平均值为(3.61±2.87)×104个.g-1;沉积物潜在硝化速率6月在9.72～16.45 mmol.(m2.h)-1之间,平均值为(12.54±3.14)mmol.(m2.h)-1,8月在14.66～24.62 mmol.(m2.h)-1之间,平均值为(18.71±4.21)mmol.(m2.h)-1;净硝化作用速率6月(S1站)为0.41 mmol.(m2.h)-1,8月在0.20～0.53 mmol.(m2.h)-1之间,平均值为(0.35±0.16)mmol.(m2.h)-1.潜在硝化速率显著高于净硝化速率,AOB数量、净硝化作用速率和潜在硝化作用速率均表现为8月高于6月,芦苇根际效应对硝化作用有促进作用.通过SPSS 13.0软件统计分析,表明影响辽河口湿地表层沉积物硝化作用的主要环境因子有上覆水NH 4+-N浓度和沉积物pH、有机质、总氮(TN)、总磷(TP)、NH 4+-N含量以及AOB数量(p0.05),其中上覆水NH 4+-N浓度和沉积物总磷(TP)、NH 4+-N含量对硝化作用影响较大,是辽河口湿地硝化作用影响的关键因素.根据研究结果估算辽河口湿地沉积物硝化作用每天可以将1.14×105kg的NH 4+-N转化为NO 3--N,对河口湿地氮的循环具有重要意义.     

南水北调中线源头区蓄水前土壤氮磷分布特征

采集南水北调中线源头区(高程170m以下)19个村庄的43个土壤样品,分析了丹江口水库淅川县蓄水前不同土地利用类型土壤中有机质、总氮、硝态氮、铵态氮和总磷的分布特征.结果表明,研究区土壤总氮含量介于18.15~185.98mg/kg之间,硝态氮介于5.75~77.96mg/kg之间,铵态氮介于5.72~26.38mg/kg之间,总磷介于37.98~147.32mg/kg之间,有机质介于7.19~45.32g/kg之间;研究区土壤氮素、总磷和有机质含量受地形及地理位置影响较小,不同土地利用类型土壤中总氮、硝态氮及有机质含量存在显著差异,总磷和铵态氮含量差异性不明显,有机质含量大小依次为村庄>水稻田>池塘>消落带>旱地>林地,总氮含量大小依次为水稻田>村庄>池塘>消落带>旱地>林地,硝态氮含量大小依次为村庄>池塘>消落带>旱地>水稻田>林地;相关性分析表明,土壤有机质与总氮含量之间存在极显著正相关性(r=0.837, P<0.01),铵态氮含量与有机质、总氮呈显著正相关性(分别为r=0.455, P<0.05;r =0.434, P<0.05),而这三者与硝态氮之间相关性不明显;土壤总磷与有机质、总氮、硝态氮、铵态氮含量之间无明显相关性.     

贵州高原草海湿地土壤有机碳分布特征及其与酶活性的关系

基于时空替代的研究方法,对贵州草海湿地土壤有机碳和氧化还原酶活性分布进行了研究,分析了土壤总有机碳(TOC)和可溶性有机碳(DOC)与土壤酶活性、环境因子之间的关系.结果表明,不同退化梯度湿地土壤中有机碳存在较大的差异,沿着退化梯度表层土壤TOC、DOC含量和脱氢酶(DHA)活性逐渐降低(p0.05),而多酚酶(PPO)活性逐渐升高(p0.05);在垂直剖面上,原生湿地(CH1)和轻度退化湿地(CH_2)土壤TOC先增加后减少,而沼泽化湿地(CH3)和草甸湿地(CH_4)土壤TOC无明显的分层和富聚现象;相关性分析表明,TOC、DOC与PPO显著负相关(p0.01),而PPO与土壤含水率(WHC)、总氮(TN)和硝酸盐(NO-3-N)含量等显著负相关(p0.01),与pH显著正相关(p0.01).以上结果表明,土壤有机碳和酶活性的变化是对湿地退化的响应,湿地退化碳库的损失与PPO活性增加有关,而WHC、TN、NO-3-N和pH是影响PPO活性分布的重要因子.     

不同水文条件下黄河口滨海湿地土壤真菌群落的分布特征

为了探究不同水文条件下黄河口滨海湿地土壤真菌群落多样性和结构特征,通过内转录区间(ITS)高通量测序技术对淡水恢复芦苇湿地(FPW)、非淹水芦苇湿地(NPW)、潮汐芦苇湿地(TPW)和盐地碱蓬湿地(TSW)土壤的真菌群落多样性和结构进行对比分析.结果 表明,非淹水芦苇湿地土壤中真菌OTUs数量最高(902),但4种湿地...     

艾比湖湿地盐节木根际土壤氨氧化微生物多样性和丰度及其与环境因子的相关性分析

氨氧化反应是硝化作用的关键步骤,参与这一反应的微生物是氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA).对新疆艾比湖湿地盐节木根际和非根际土壤的氨氧化微生物进行群落结构和丰度分析,并探究其与土壤理化因子的相关性.同时,以氨单加氧酶基因(amo A)为分子标记,构建克隆文库和测序并与q-PCR法结合研究AOA、AOB的群落结构和丰度,利用Pearson相关分析法探究其与环境因子的相关性.结果表明,根际土壤中AOB的多样性高于AOA,amo A基因序列多属于土壤/水体沉积物分支,AOB克隆文库中的所有序列均属于亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas).根际土壤中AOA amo A和AOB amo A的数量分别为2.09×104和2.91×105copies·g~(-1),AOB/AOA的比值为13.9;非根际土壤中AOA amo A和AOB amo A的数量分别为3.85×104和4.76×105copies·g~(-1),AOB/AOA的比值为12.36.相关分析显示,氨氧化微生物的群落结构和丰度与电导率(EC)、有机质(OM)、速效氮(AN)、氨氮(NH_4~+-N)和总氮(TN)等环境因子显著相关.这些结果表明,根际土壤中AOB的群落多样性高于AOA,根际和非根际土壤中AOB的丰度均高于AOA,说明在艾比湖湿地AOB是氨氧化微生物的优势种群,且EC、OM、AN、NH_4~+-N和TN可能会影响氨氧化微生物的群落结构和丰度.     

黄河三角洲芦苇湿地土壤有机碳储量沿盐分梯度的变化特征

以黄河三角洲芦苇湿地为研究对象,于2019年6月自海向陆沿盐分梯度采集土壤和植物样品,研究了不同盐度条件下芦苇湿地土壤有机碳含量和储量的空间分布特征及其与土壤属性和植物地下生物量的关系.结果 表明,黄河三角洲芦苇湿地100 cm深土壤有机碳储量为4.46～7.65 kg·m-2,平均值为6.24 kg· m-2.表层浓...     

崇明东滩湿地土壤养分的分布特征及其环境效应

通过研究崇明东滩不同类型天然湿地土壤在不同潮间的有机质(OM)、全氮(TN)、全磷(TP)的含量与分布,进而分析不同类型滨海湿地土壤作为营养盐氮、磷汇与碳沉积的环境效应。结果表明,芦苇型沙质湿地土壤中有机质、全氮、全磷的平均值分别为1.36%、0.1%、0.03%,而芦苇/米草混合型黏质土壤中分别为2.41%、0.27%、0.07%。随着高程的增加(从光滩向高潮滩过渡),芦苇(Phragmitescommunis)型沙质湿地土壤与芦苇/米草(Phragmites communis/Spartina alterniflora)混合型黏质土壤中有机质、全氮含量平稳上升,但全磷变化并不显著。这表明芦苇/互花米草混合型黏质湿地土壤对造成沿海水域富营养化的氮、磷营养盐以及引起全球气候变化的碳排放具有更好的汇聚效应,同时高潮滩的汇聚功能总体较光滩为高。     

互花米草入侵对河口湿地土壤环境中铁氧化菌群落结构及多样性影响

以闽江口秋茄湿地、芦苇湿地及漳江口白骨壤湿地作为研究对象,通过高通量测序技术对互花米草入侵湿地前、后土壤铁氧化菌群落结构及其多样性进行测定与分析,以此探讨互花米草入侵对河口湿地土壤铁氧化菌的影响.结果表明：(1)不同类型的河口湿地土壤中铁氧化菌数量对互花米草入侵后的反应不同,互花米草入侵闽江口秋茄湿地和芦苇湿地后,湿地土壤铁氧化菌数量均显著增加（p<0.05）;而入侵漳江口白骨壤湿地后,湿地土壤铁氧化菌数量显著降低（p<0.05）;(2)互花米草入侵使秋茄湿地铁氧化菌多样性提高,使白骨壤湿地和芦苇湿地土壤铁氧化菌多样性降低;(3)变形菌门（Proteobacteria）铁氧化菌是湿地优势菌门,尤其是互花米草入侵秋茄湿地后,其变形菌门铁氧化菌的相对丰度明显提高,而脱硫杆菌门（Desulfobacterota）铁氧化菌的相对丰度降低;(4)互花米草入侵后,秋茄湿地中优势菌地杆菌属（Geobacter）铁氧化菌的丰度显著降低,而沙雷氏菌属（Sediminibacterium）的丰度显著提高;芦苇湿地中互花米草入侵后披毛菌属（Gallionella）的丰度显著提高;(5)盐度、pH...     

我国北方四类土壤中氨氧化古菌和氨氧化细菌的活性及对氨氧化的贡献

氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)与氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)是目前已知的两类好氧氨氧化微生物,广泛分布于各类生态系统中.采用双氰胺(dicyandiamide;DCD)和1-辛炔(1-octyne)抑制剂的方法对我国北方湿地、草原、农田、沙漠4类生态系统的土壤中AOA和AOB的氨氧化速率(ammonia oxidation rate,AR)分别进行定量测定,剖析AOA、AOB对不同土壤中氨氧化的贡献.结果表明:在氨氮含量较高的湿地土壤((32.58±1.38)mg·kg~(-1))中氨氧化速率由AOB主导(ARAOB占AR的86.19%),而在氨氮含量较低的草原土壤((10.40±0.69)mg·kg~(-1))、农田土壤((5.09±0.25)mg·kg~(-1))中氨氧化速率则由AOA主导(ARAOA分别占AR的65.50%、62.20%).氨氮含量是影响AOA、AOB相对活性的主要限制性因素.湿地土壤中氨氧化速率最高,为3.22 mg·kg~(-1)·d~(-1)(以N计),其次是草原土壤和农田土壤,其AR分别为1.11、1.00 mg·kg~(-1)·d~(-1),沙漠土壤中未检测到氨氧化速率.对氨氧化古菌、细菌的amoA基因进行定量分析的结果表明:在氨氮含量最高的湿地土壤和最低的沙漠土壤((1.27±0.05)mg·kg~(-1))中AOA丰度高于AOB丰度,在草原、农田土壤中AOB丰度高于AOA丰度.amoA基因生物多样性分析表明,377个古菌amoA序列以85%相似度可以划分为19个独立操作单元(operational taxonomic unit,OTU),具有较高的生物多样性,其Shannon指数为1.51~1.73.直接通过氨氧化微生物amoA基因丰度来推测AOA、AOB的活性具有一定的缺陷,而依靠AOA、AOB分别的氨氧化速率能够准确地衡量其在不同生态系统中对氨氮去除的相对贡献,对于理解不同生态系统中氨氮去除过程和效应有着重要的意义.     

密云水库底泥和库滨区土壤中氨氧化细菌的多样性和丰度

采用分子生物学方法（T-RFLP、定量PCR）研究了密云水库底泥沉积物和库滨带土壤中氨氧化细菌（AOB）的多样性和丰度特征,并使用Canoco for Windows 4.5软件和皮尔森相关系数法,探究了环境因子对AOB群落的影响.结果表明,沉积物和库滨区土壤中AOB的多样性和数量都存在较大的差异.其中,AOB群落被聚成两大类：沉积物与土壤.沉积物样品中AOB群落结构与其它样品差异较大.沉积物中AOB的多样指数最低,而在农田土壤中AOB多样性指数最高.农田土壤中的amoA基因拷贝数最大,是底泥沉积物中的48倍.此外,RDA（Redundancy Analysis）分析表明,在沉积物和水陆交错带土壤中,AOB的优势种与NH₄⁺-N、NO₃^--N、TOC、pH成正相关关系,而在陆相土壤和农田土壤中,AOB的优势种与这些环境因子成负相关关系.其中,TOC是影响AOB的群落结构的关键理化因子.     

复合垂直流湿地氨氧化菌种群结构及活性的空间分布

应用复合垂直流湿地净化富营养化景观水体,测定了湿地系统不同空间层次的氮氧化菌(AOB)活性,并采用PCR-DGGE技术考察了氨氧化菌种群多样性.结果表明,在复合垂直流湿地中,由于植物根际效应、异养菌竞争、DO浓度以及氨氮浓度等环境条件的综合作用,氨氧化菌活性和种群多样性沿水流方向呈现出较为明显的空间分布差异.下行池表层氨氧化菌活性最高,为0.79 mg·(kg·h)-1(以NO-3-N计,下同).从下行池表层到上行池底层.氨氧化菌活性逐渐下降,至上行池表层略有增加,氨氧化菌活性为0.17 mg·(kg·h)-1.氨氧化菌多样性与活性的空间分布表现出大致相同的趋势,下行池氨氧化菌多样性指数(平均为1.92)高于上行池(平均为1.65).在复合垂直流湿地系统中,多数菌种为寡营养类微生物,Nitrosonwnas sp.为优势菌种,在湿地氨氮的去除过程中起着主导作用.此外还检测到Uncultured beta proteobacterium、Comamonas sp.以及Nitrosomonas oligotropha等菌种.在湿地不同位置,不同湿地环境长期选择的结果,使氨氧化菌种群结构表现出一定的空间演替变化.     

污水处理系统中硝化菌的菌群结构和动态变化

研究分析了4种不同工艺类型的城市污水处理厂中氨氧化细菌(AOB)和亚硝酸盐氧化细菌(NOB)的丰度及菌群结构.实时定量PCR结果表明4种工艺中AOB菌群的丰度范围为8.56×106~4.46×107cells/gMLSS;NOB菌群的丰度为3.37×108~1.53×109cells/gMLSS.每个工艺中Nitrospira都是优势NOB,占NOB菌群的88% 以上. A2O工艺冬季AOB和Nitrospira丰度比夏季均有所降低,这是导致冬季生物脱氮效果变差的主要原因.基于 amoA基因的系统发育分析结果显示所有的序列属于Nitrosomonas,其中Nitrosomonas oligotropha cluster 占克隆文库的60.1%,是AOB 种群中的优势菌属,Nitrosomonas-like cluster和 Nitrosomonas europaea cluster次之,分别占克隆文库的29.6%和9.1%.N. europaea cluster只在A2O工艺中出现,且在A2O工艺夏季污泥样品克隆文库中达到44.7%.低DO运行使N. europaea cluster成为优势AOB是A2O工艺夏季出现较高亚硝酸盐积累率的主要原因.研究结果证实了城市污水处理厂中优势AOB和NOB分别为Nitrosomonas和Nitrospira,硝化菌群占总菌群的1%~7%,其丰度、相对含量和菌群结构是影响硝化效果的主要因素.     

模拟的增温增雨对内蒙古温带草原土壤氨氧化微生物的影响

土壤氨氧化微生物是草地生态系统氮循环过程特别是氨氧化过程的主要驱动者,对全球变化具有响应、适应和反馈机制.通过采集在内蒙古温带草原设置的长期增温增雨野外控制实验的土壤样品,应用定量PCR、限制性末端片段长度多态性(terminal restriction fragment length polymorphism,T-RFLP)和克隆文库等方法研究氨氧化古菌和细菌的丰度、多样性和群落结构对增温增雨的响应.结果表明,增雨显著升高了土壤pH,而增温显著降低了土壤呼吸.氨氧化微生物丰度在各处理之间没有显著差异.T-RFLP结果表明,增雨显著影响土壤氨氧化细菌的群落结构,增温和增雨对土壤氨氧化微生物群落结构的交互作用并不显著.结构方程模型的结果显示植物多样性与氨氧化古菌和细菌的群落结构有显著的相关关系,表明气候变化-微生物-植物三者之间存在着一定的关系.研究结果预示土壤微生物对长期气候变化有一定的适应能力,这对预测未来生态系统的变化具有重要的参考价值.     

高浓度游离氨冲击负荷对生物硝化的影响机制

工业废水厂或含工业废水较多的城市污水处理厂,在运行过程中可能会意外受到高浓度氨氮废水急性冲击负荷的影响,造成生物硝化反应受到抑制,出水不能稳定达标.为了指导实际污水处理厂应对游离氨(FA)急性冲击负荷造成的出水不达标问题,本文探究高浓度氨氮废水对污水生物硝化系统的影响机制.本文利用序批式活性污泥反应器(SBR)处理模拟高氨氮废水,通过监测氨氮最大比降解速率、硝酸盐氮最大比生成速率、亚硝化和硝化比耗氧速率,硝化菌丰度等指标,研究高浓度氨氮废水中FA对硝化菌活性的影响规律.结果表明,FA在低浓度范围内,增加FA急性负荷能够促进硝化活性,而当FA急性冲击负荷大于一定值时,会对硝化作用造成抑制;FA浓度越大,受到抑制的硝化生物活性所需要的恢复周期越长.利用荧光原位杂交分析技术,发现当进水FA浓度(以N计)从3.6 mg·L~(-1)升高到8.1 mg·L~(-1)时,氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)菌群数量都略微升高,而当FA浓度大于8.1 mg·L~(-1)时,AOB和NOB菌群数量明显下降.FA对AOB和NOB菌群的临界抑制浓度分别为8.1 mg·L~(-1)和6.6 mg·L~(-1),NOB相对于AOB菌群更敏感.     

浙江省瓯江氨氧化古菌和氨氧化细菌分布及多样性特征

氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)和氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)在生物地球化学氮循环过程中发挥着重要作用.河流是关系人类生产和生活的重要生态系统,蕴含大量氮循环功能微生物.本研究采用变性梯度凝胶电泳(denaturing gradient gel electrophoresis,DGGE)和荧光定量PCR(quantitative PCR,q PCR)技术对沉积物AOA、AOB群落进行结构和丰度分析,在瓯江感潮河段尺度上探究AOA、AOB分布规律及影响AOA、AOB群落结构与丰度的因素.结果表明,AOA群落结构差异不显著,影响其分布的主要因素为NH+4和TS;AOB群落结构存在显著差异,序列分析比对表明AOB分为Nitrosospira和Nitrosomonas,其中90%序列为Nitrosospira,EC、p H、NH_4~+、NO_3~-、TC和TN是影响AOB群落组成的重要环境因素;总硫(TS)和电导率(EC)分别是影响AOA和AOB多样性的主要因素;AOA丰度显著高于AOB;EC、NH_4~+-N和NO_3~--N是影响AOA和AOB丰度的主要环境因素.研究表明,瓯江感潮河段沉积物中AOA和AOB群落结构和丰度均显著受环境因素影响,AOA在表层沉积物氨氧化过程中可能占主导位置.     

城市污水处理系统中氨氧化细菌种群结构研究

利用PCR-DGGE(变性梯度凝胶电泳)技术对北京7个城市污水厂中10个处理系统的氨氧化细菌(AOB)种群结构进行了调查研究,发现城市污水厂的AOB种群多样性不高,除了硝化效果不好的一个污水厂外,其他9个污水处理系统中均检测到AOB的存在.切胶测序结果表明主要属于Nitrosomomu oligotropha/aestuarii-like cluster.     

纳米金、银对氨氧化细菌及其氨氧化作用的影响

为明晰纳米金、银对环境中氨氧化细菌(AOB)的氨氧化作用影响机制,本文通过对驯化培养河口湿地表层沉积物所得到的氨氧化细菌(AOB)富集培养物进行纳米材料不同浓度的处理试验,测定氨氮、亚硝氮浓度和氨氧化速率的变化特征,并利用PCR-DGGE分子指纹图谱技术和qPCR方法分析不同试验中AOB的多样性与丰度信息,确定纳米金、银对氨氧化速率、氨氧化细菌多样性与丰度的影响规律.结果表明,纳米银对环境中氨氮的转化具有浓度抑制效应,随着浓度增加,氨氧化平均速率越低,氨氮转化越少.纳米银处理之间的氨氧化平均速率同氨氧化细菌(AOB)的香农与辛普森多样性指数、amoA基因丰度存在显著正相关关系.因而纳米银对环境中氨氧化作用的抑制效应主要通过其杀菌能力影响了氨氧化菌的多样性和丰度而起作用.纳米金氨氧化平均速率则和AOB的多样性指数以及amoA基因丰度均无显著相关.纳米金对氨氧化细菌、氨氧化速率却不呈现浓度抑制效应,甚至出现略微促进氨氧化作用的趋势.DNA测序结果发现实验的氨氧化细菌都属于b-Proteobacteria,同Nitrosospira、Nitrosomonas亲源性较近.环境中的氨氧化微生物种类复杂,环境条件多变.不同纳米材料是如何影响氨氧化微生物进而影响氨氧化作用,仍需进行深入研究.     

不同好氧颗粒污泥中微生物群落结构特点

为了探讨活性污泥好氧颗粒化过程对微生物种群的影响、不同底物及不同颗粒化方法培养的好氧颗粒污泥中微生物群落结构的差异,以接种污泥、模拟废水好氧颗粒污泥和分别投加粉末活性炭和硅藻土的实际生活污水好氧颗粒污泥为研究对象,利用PCR-DGGE对比分析了接种污泥和好氧颗粒污泥中的微生物群落结构.结果表明:活性污泥好氧颗粒化过程会减少微生物种群多样性,影响颗粒污泥稳定性的细菌被淘汰,而聚磷菌、反硝化菌、难降解有机物降解菌等污水处理功能微生物都在颗粒化过程中得到保留.活性污泥好氧颗粒化过程中能够实现亚硝化细菌(AOB)一定程度的富集.与接种活性污泥相比,好氧颗粒污泥中AOB的多样性指数与均匀性指数均有提高.好氧颗粒污泥中的优势菌群主要分布于变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和未培养菌(uncultured bacterium).其中AOB均属于β-Proteobacteria的亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas).