太湖不同湖区蓝藻细胞裂解速率的空间差异

2009年在太湖蓝藻水华形成初期(五月)、盛发期(九月)和衰亡期(十月和十一月),运用基于颗粒态酯酶,溶解性酯酶以及酯酶衰变常数测定的酯酶活性方法对不同湖区(藻型和草型湖区)蓝藻的细胞裂解速率进行了计算,在测定颗粒态酯酶、溶解性酯酶活性时,同步分析了太湖优势种群中蓝藻叶绿素a的含量.统计分析结果表明,叶绿素a的浓度与颗粒态酯酶、溶解性酯酶活性有很好的相关性,说明以酯酶活性为指标来计算太湖蓝藻细胞裂解速率是可行的.对不同湖区的细胞裂解速率进行比较,可见湖心和西太湖在蓝藻水华形成初期细胞裂解速率分别为0.072,0.048d-1.水华盛发期以及水华衰亡期,湖心和西太湖的细胞裂解速率分别为0.074～0.770d-1,0.014～0.110d-1.太湖湖心磷酸盐浓度比西太湖低,所以蓝藻生长速率慢,导致细胞裂解速率比西太湖高.但是,在梅梁湾和贡湖,衰亡末期磷酸盐浓度比其它月份高,细胞裂解速率也高.4个采样点在衰亡末期的细胞裂解速率比水华形成初期,暴发期和衰亡初期要高,可能的原因是气温和水体温度下降导致蓝藻生长速度减慢.本研究结果表明,太湖蓝藻细胞裂解速率有明显的空间差异,其具体的影响因素很多,营养盐只是其中一个.     

藻类水华对太湖梅梁湾不同粒径有机组分结构的影响

运用过滤和切向流超滤系统,分离得到2009年8月至2010年8月每月的太湖梅梁湾不同粒径水体有机物,测定了水体中颗粒态有机碳,高分子量和低分子量可溶解性有机碳的含量,并同步分析了叶绿素浓度,水体中各种有机物的碳氮比值和中性单糖含量.对不同形态有机碳浓度的比较发现颗粒态有机碳是太湖碳存在的主要形式.统计分析结果表明叶绿素浓度与颗粒态有机碳之间具有显著的相关性,说明浮游植物是颗粒态有机物的主要来源.此外高分子量可溶性有机物的碳氮比值和中性单糖含量均相对较高,这表明该有机碳的生物可利用性比其它形态的水体有机碳高.     

淀山湖蓝藻碎屑的好氧降解和营养盐释放规律研究

收集淀山湖的水华蓝藻,经超声波处理后,研究死亡蓝藻的好氧降解及营养盐释放规律.结果表明,蓝藻细胞有机碳的矿化速率为9.415mg/(L×d),有机氮的氨化速率为0.441mg/(L×d),有机磷的降解速率为0.044mg/(L×d),好氧降解将会造成溶解态营养盐的大量释放,降解后硝态氮和正磷酸盐分别比初始值高4.22倍和4.20倍.     

巢湖溶解性有机物时空分布规律及其影响因素

为研究巢湖溶解性有机物(dissolved organic matter,DOM)的时空分布规律及其影响因素,于2013年4月至2014年4月每月在巢湖3个不同湖区17个点位采集表层水样,测定了水体溶解性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)和溶解性有机氮(dissolved organic nitrogen,DON)浓度.结果表明,东部、中部和西部这3个湖区DON浓度具有显著差异(P0.01,n=13),这可能与西湖区入湖河流的外源输入以及DON的可利用性有关.水华期间,水体总氮总磷比、总溶解性氮磷比以及溶解性无机氮(dissolved inorganic nitrogen,DIN)与溶解性活性磷(soluble reactive phosphorus,SRP)比值迅速降低,其中西湖区DIN/SRP在2013年8月降至5±7,表明水体出现氮限制.此外,DON浓度迅速降低,西部湖区叶绿素浓度与DON显著负相关(r=-0.265,P0.05,n=91),表明在氮限制条件下,DON具有一定生物可利用性.DOC浓度不存在显著空间差异,水温是控制这3个湖区DOC浓度变化的重要因素.东部和中部湖区DOC浓度还受叶绿素和硝态氮浓度的影响.此外,巢湖DOC/DON变幅较大,由于含氮化合物更易降解,因此DON是影响碳氮比值的主导因子,是表征DOM可利用性的重要组分.     

巢湖夏季水华期间水体中溶解性碳水化合物的研究

在2010年7月巢湖蓝藻水华暴发期间,采集了11个点位的表层水样,分析了叶绿素含量﹑溶解性有机碳﹑不同形态氮磷营养盐以及各种碳水化合物的浓度.研究结果表明,巢湖营养盐浓度呈现西高东低的分布趋势,叶绿素浓度与营养盐浓度分布规律不完全一致,说明影响藻类空间分布的因素很多.硝酸盐浓度是影响溶解性有机碳的重要因素.总溶解性碳水化合物占溶解性有机碳的比例最高为26%,多糖和单糖所占比例分别为21%和6%.叶绿素浓度与溶解性有机碳,各种碳水化合物之间不具有显著相关性,说明在巢湖蓝藻水华暴发期间,除了浮游植物,陆源输入可能也是溶解性有机碳及各种碳水化合物的重要来源.     

蓝藻AOM特征与DBPs生成关系的研究进展

蓝藻水华期间,藻细胞因自然生长或受水处理工艺影响(如预氧化和混凝),会向水中释放大量藻源有机物(AOM),能够与氯消毒剂反应生成大量消毒副产物(DBPs),增加了饮用水安全风险.了解AOM的特征及其对DBPs生成的影响对于AOM的控制和饮用水安全保障至关重要.本文综述了蓝藻AOM的主要理化特征(溶解性有机碳、溶解性有机氮、亲疏水性、光学特性、分子量、化学结构)及其对饮用水处理过程中AOM的削减转化规律和DBPs生成的影响,并讨论了AOM前体表征技术在蓝藻水处理过程中追踪AOM变化和预测DBPs的应用前景,最后展望了未来的研究方向.     

沼泽红假单胞菌在蓝藻基质中的生长潜势和碳氮磷利用

为同步高效利用废弃蓝藻和产出活性光合细菌,研究了蓝藻基质中沼泽红假单胞菌（Rhodopseudomonaspalustris）的生长潜势和碳氮磷转化规律.结果表明,温度30℃,光照2000lx,蓝藻浓度>0.87g/L,即可促进R.palustris PUF1生长;蓝藻浓度3g/L,培养108h,PUF1OD₆₅₀虽低于ATYP培养基,但细菌叶绿素a（Bchl a）浓度与ATYP基质相当,表明蓝藻基质可能促进了PUF1光合色素的合成.在细菌对数期后期补加小分子有机酸显著促进蓝藻基质中PUF1再生长,252,444h OD₆₅₀分别是培养108h的191.75%和269.24%,Bchl a分别是108h的206.68%和276.17%.444h蓝藻基质中OD₆₅₀和Bchl a分别是ATYP基质中的130.88%和160.62%,表明长期培养条件下应用天然蓝藻基质更适宜活性PUF1培育.通过分析干物质和藻液中的碳氮磷含量和浓度发现,蓝藻基质中可供给PUF1直接利用的溶解性碳氮磷浓度不平衡,表现为氮充足,碳少量,磷限制.提高蓝藻基质中生物可利用碳浓度对强化光合细菌生长和碳氮磷利用具有重要意义.     

沼泽红假单胞菌在蓝藻基质中的生长潜势和碳氮磷利用

为同步高效利用废弃蓝藻和产出活性光合细菌,研究了蓝藻基质中沼泽红假单胞菌（Rhodopseudomonaspalustris）的生长潜势和碳氮磷转化规律.结果表明,温度30℃,光照2000lx,蓝藻浓度>0.87g/L,即可促进R.palustris PUF1生长;蓝藻浓度3g/L,培养108h,PUF1OD₆₅₀虽低于ATYP培养基,但细菌叶绿素a（Bchl a）浓度与ATYP基质相当,表明蓝藻基质可能促进了PUF1光合色素的合成.在细菌对数期后期补加小分子有机酸显著促进蓝藻基质中PUF1再生长,252,444h OD₆₅₀分别是培养108h的191.75%和269.24%,Bchl a分别是108h的206.68%和276.17%.444h蓝藻基质中OD₆₅₀和Bchl a分别是ATYP基质中的130.88%和160.62%,表明长期培养条件下应用天然蓝藻基质更适宜活性PUF1培育.通过分析干物质和藻液中的碳氮磷含量和浓度发现,蓝藻基质中可供给PUF1直接利用的溶解性碳氮磷浓度不平衡,表现为氮充足,碳少量,磷限制.提高蓝藻基质中生物可利用碳浓度对强化光合细菌生长和碳氮磷利用具有重要意义.     

模拟氮沉降对森林土壤有机物淋溶的影响

在重庆铁山坪马尾松林内施加与大气氮沉降量相当的硝酸铵(NH4NO3)和硝酸钠(NaNO3),研究氮沉降加倍对土壤溶液可溶性有机物浓度的影响,分析氮沉降对森林土壤碳库的潜在作用.2005年起为期5a的现场观测表明,施氮后凋落物层土壤溶液的可溶性有机碳(DOC)浓度和通量在起初2a内与对照样区相比有明显升高,但之后反而降低.施氮还会降低凋落物层土壤溶液的DOC与DON(可溶性有机氮)比值,以及矿质土壤上层的DOC浓度,但对矿质土壤下层的DOC淋溶通量几乎没有影响.总体来看,在试验期内氮沉降对土壤碳库无显著影响,但土壤有机物可能有从富碳有机物向富氮有机物转化的趋势,氮沉降的成分(NH4+和NO3-)对土壤有机物的影响则没有明显差异.     

青藏高原楚玛尔河碳素赋存形态初探

为了解青藏高原楚玛尔河碳素赋存形态,于2013年4月至2014年3月采集水样,分析溶解性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)和颗粒态有机碳(particulate organic carbon,POC)的浓度、碳稳定同位素特征值和碳氮比值、以及总溶解性碳水化合物浓度和DOC的光谱参数。结果表明,2013年4月、7月、11月和2014年2月,DOC/POC比值1,其它月份水体有机碳均以DOC为主。δ~(13)C_(DOC)的2个峰值出现在夏季和冬季,表明DOC可能来源于土壤、冰川融水和地下水。此外,DOC碳氮比值较低,表明植物凋落物可能也是DOC的重要来源。碳稳定同位素特征值随着有机碳粒径的增大而增大,表明POC是DOC的重要来源。总溶解性碳水化合物在DOC所占比例没有明显季节变化规律,可能是低温下较弱的生物以及光降解引起。此外,冬季水体较低的紫外吸光度SUVA254(specific UV absorbance)值暗示DOC生物可利用性较其它季节要高。     

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.     

原水碳源分子量分布及DPB效能对酸化时间的响应

采用超滤-纳滤膜法对污水中碳源分子量(MW)进行切割试验,并测定各区间总有机碳(TOC)浓度以了解污水碳源组成特性;同时采用污水酸化技术,研究在不同酸化时间,碳源分子量分布的变化及对厌氧-膜好氧-反硝化(A2N)工艺中反硝化聚磷菌(DPB)用碳和净污效能的影响.结果表明,试验原水TOC为(58.3±2.83) mg /L,其中颗粒有机碳(POC)为(38.05±1.65)mg /L,占65.27%,剩余溶解有机碳(DOC)在分子量0.5kDa以上区间呈现“W”型分布,其中 MW>100kDa、10k~5kDa、1k~0.5kDa、MW<0.5kDa区间碳源分别占36.20%、12.05%、13.68%和29.83%.在不同酸化时间下,POC含量与DOC分布存在显著差异,在12h内酸化,可以有效将POC转化为DOC,且在14mg/L左右趋于平衡;DOC在大于0.5kDa区间上的分布呈现随时间而整体后移的趋势,在8h时碳源质量最优,其中MW<1kDa的小分子有机物高达17.30mg/L;此时,DPB污泥在厌氧池与缺氧池中的碳源利用率分别为 83.48%、79.59%,比0h时分别提高了23.56%、18.03%;TN、TP去除率分别提高了14.63%、16.98%.     

Effect of organic carbon on nitrification e ciency and community composition of nitrifying biofilms

The effects of organic carbon/inorganic nitrogen (C/N) ratio on the nitrification processes and the community shifts of nitrifying biofilms were investigated by kinetic comparison and denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) analysis. The results showed that the nitrification rate decreased with an increasing organic concentration. However, the effect became weak when the carbon concentration reached sufficiently high level. Denitrification was detected after organic carbon was added. The 12 h ammonium removal rate ranged from 85% to 30% at C/N = 0.5, 1, 2, 4, 8 and 16 compare to control (C/N = 0). The loss of nitrogen at C/N = 0.5, 1, 2, 4, (8 and 16 was 31%, 18%, 24%, 65%, 59% and 62% respectively, after 24 h. Sequence analysis of 16S rRNA gene fragments revealed that the dominant populations changed from nitrifying bacteria (Nitrosomonas europaea and Nitrobacter sp.) to denitrifying bacteria (Pseudomonas sp., Acidovorax sp. and Comamonas sp.) with C/N ratio increase. Although at high C/N ratio the denitrifying bacteria were the dominant populations, nitrifying bacteria grew simultaneously. Conrrespondingly, nitrification process coexisted with denitrification.     

Effect of organic carbon on nitrification efficiency and community composition of nitrifying biofilms

The effects of organic carbon/inorganic nitrogen (C/N) ratio on the nitrification processes and the community shifts of nitrifying biofilms were investigated by kinetic comparison and denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) analysis. The results showed that the nitrification rate decreased with an increasing organic concentration. However, the effect became weak when the carbon concentration reached sufficiently high level. Denitrification was detected after organic carbon was added. The 12 h ammonium removal rate ranged from 85% to 30% at C/N = 0.5, 1, 2, 4, 8 and 16 compare to control (C/N = 0). The loss of nitrogen at C/N = 0.5, 1, 2, 4, (8 and 16 was 31%, 18%, 24%, 65%, 59% and 62% respectively, after 24 h. Sequence analysis of 16S rRNA gene fragments revealed that the dominant populations changed from nitrifying bacteria (Nitrosomonas europaea and Nitrobacter sp.) to denitrifying bacteria (Pseudomonas sp., Acidovorax sp. and Comamonas sp.) with C/N ratio increase. Although at high C/N ratio the denitrifying bacteria were the dominant populations, nitrifying bacteria grew simultaneously. Conrrespondingly, nitrification process coexisted with denitrification.     

生物稳定塘常规运行状态模拟与分析

利用在系统实验基础上建立的生态学模型对生物稳定塘的常规运行状态进行了模拟和计算,得到以下主要结论:多级塘各塘中的有机碳、无机氮及溶解性总磷浓度均随进水浓度的升高而增大,因而使用多级塘仍须严格控制进水水质;生物稳定塘系统有较高的去除有机氮的能力,但去除总氮的能力有限,出水中无机氮浓度仍较高;藻类含碳、氮、磷对进水浓度变化的响应规律一致,存在一个使藻类生长最佳的营养物浓度,本模拟中该浓度为进水C_(oi)=72.00mg/L,TN_i=23.80mg/L,TP_i=2.46mg/L,藻类浓度的提高有利于溶解性营养物质的去除;菌含碳、氮、磷对进水浓度变化的响应规律服从Monod方程。