氧改性斜发沸石缓解缺氧沉积物甲烷释放的模拟研究

富营养化导致藻类过度繁殖和缺氧频发,易引发甲烷大量释放,已经成为河口和近岸海域严重的环境问题.本研究通过氧改性斜发沸石制备氧纳米气泡,用于模拟研究原位修复缺氧沉积环境和缓解沉积物甲烷释放.氧改性斜发沸石覆盖缺氧沉积物12 h后,上覆水中溶解氧含量从0.22 mg·L^-1上升至4.28 mg·L^-1,氧化还原电位由-59 mV上升至2 mV;沉积物向上覆水释放的20 d累积甲烷通量比未覆盖组下降了99.0%;荧光定量PCR对产甲烷古菌丰度进行绝对定量的结果表明,上层沉积物中产甲烷古菌丰度从8.90×10⁷拷贝数·g^-1下降至1.65×10⁷拷贝数·g^-1.氧改性斜发沸石形成的有氧覆盖层能够显著抑制产甲烷古菌的活性,有效缓解沉积物甲烷释放,是可行的原位修复缺氧沉积环境的手段.     

森林土壤氧化（吸收）甲烷研究进展

甲烷是一种重要的温室气体,对全球气候变暖的贡献仅次于CO2,约为25%。大气甲烷可以被土壤中甲烷氧化细菌在有氧条件下吸收利用,陆地生态系统森林土壤氧化吸收甲烷的研究已有大量报道。甲烷氧化菌是以甲烷作为唯一的碳源和能源的一类细菌的总称。但森林土壤在全球甲烷核算中具有一定的不确定性,取决于产甲烷菌和甲烷氧化菌的相对活性。甲烷氧化菌的研究集中在环境对氧化能力的影响和自身氧化能力上。大气甲烷氧化过程为高氧化能力低亲力氧化,受到一些因子,如土壤温度、土壤通气状况、pH、氮肥等的影响,具体机理的研究还有待进一步深入。土壤通气状况受土壤质地与土壤水分影响,土地利用类型可能改变土壤容重、土壤结构和土壤水分,进而影响土壤甲烷氧化。植物可以通过自身对生境的作用或化感作用影响土壤甲烷氧化。土壤动物的研究则相对较少,目前排放清单中仅有白蚁是全球甲烷核算所包括的。从甲烷氧化菌的分类出发,对甲烷氧化菌氧化甲烷的机理、菌的生态分布及甲烷氧化的影响因素、时空异质性、观测方法等作出了综述,为正确认识和准确预测森林土壤在一定气候和土地利用类型条件下的甲烷氧化强度提供理论依据。     

祁连山冻土区土壤活动层与冻土层中甲烷代谢微生物群落结构特征

冻土土壤中的甲烷代谢微生物可氧化或产生甲烷,影响着甲烷所参与的碳循环过程,对于全球温室气体的释放和调节具有重要的作用.对祁连山冻土区土壤活动层与冻土层中的甲烷代谢微生物产甲烷菌(Methanogens)和甲烷氧化菌(Methanotrophs)的群落结构组成进行研究.通过对产甲烷菌的mcrA基因和甲烷氧化菌的pmoA基因进行PCR扩增,分别构建其基因克隆文库,并通过序列同源比对进行系统发育分析和多样性分析.结果显示:冻土土壤活动层中的产甲烷菌包括Rice cluster Ⅰ、Methanosarcinaceae、Methanomicrobiales、Methanosaetaceae、Methanobacteriaceae五种类型,而在土壤冻土层则包括了Rice cluster Ⅰ、Methanosarcinaceae、Methanobacteriaceae三种类型.土壤活动层的甲烷氧化菌由隶属于α-Proteobacteria(Type Ⅱ)的Methylocystis和隶属于γ-Proteobacteria(Type Ⅰ)的Methylobacter两种类型群体组成,而土壤冻土层中则只包括了Methylocystis这一种类型.由此可见,冻土土壤活动层与冻土层中的甲烷代谢微生物群落结构存在一定的差异.     

影响厌氧氨氧化与甲烷化反硝化耦合的因素

氨氮、氮氧化物对产甲烷菌有一定的抑制作用,但可以通过驯化去除毒性.亚硝酸盐在厌氧氨氧化菌作用下与氨发生厌氧氨氧化反应.虽然厌氧氨氧化菌是自养菌,但具有异养代谢能力,并且NO2可提高厌氧氨氧化菌的活性.因此,通过特殊的反应器技术,将厌氧氨氧化菌与甲烷菌、反硝化菌复合在一个有利的微生态环境中,充分发挥它们之间的协同耦合作用,把有机物转化为清洁能源又同时脱氮,是极有前景的废水厌氧(缺氧)处理研究新方向.表1参31     

湿地甲烷的产生、氧化及排放通量研究进展

甲烷研究已倍受科学界关注,不仅由于其对全球变暖的贡献仅次于二氧化碳,贡献率达25%,还因为单分子甲烷的增值潜势是二氧化碳的15~30倍.湿地是甲烷的重要来源,估计湿地生态系统对全球甲烷排放的贡献率约为20%,即为100~200Tg a?1.湿地甲烷在厌氧条件下产生,在土壤氧化层以及根际中部分氧化,然后通过土壤、水体和植物体排放到大气中去.就近10a来湿地甲烷产生、氧化、传输过程及其影响因素等的研究进展进行了综述.产甲烷菌的研究主要集中在其对环境因子的生理生态和分子生物学,尤其集中在稻田产甲烷菌的研究上,因此在深度和广度上都有待突破.产甲烷过程是一个复杂的生化过程,要对甲烷排放量估计、甲烷排放动态研究以及在甲烷排放建模等方面取得进展,必需在甲烷产生机制上进行突破.甲烷氧化菌的研究集中于菌群对环境的适应以及其自身氧化能力上,应用研究还不是很深入.甲烷氧化过程的研究已经有了一定的深度,但氧化过程具体机理的研究还有待进一步深入,这需要分子生物学以及基因组学等多学科的交叉.甲烷传输过程是研究甲烷排放动态的基础,目前相关研究较少,国内有关研究主要集中在稻田研究上,对高寒湿地的研究则几乎是空白.湿地甲烷通量的研究是目前温室气体研究的热点问题,但主要解决的问题是大气中甲烷气体浓度增加与湿地甲烷通量的关系.湿地甲烷通量是由多种因素决定的,对影响湿地甲烷通量的因素的研究相当丰富,特别是近年来对生物因素的关注.由于学科的发展,近10a在这方面的研究较之过去更为全面和系统.图1表1参68     

基于甲烷氧化菌的难降解有机物生物降解研究进展

难降解有机物具有毒性大、成分复杂和长期残留性等特点,易在环境中大量积累,会对生物体产生三致作用,对环境造成严重破坏.研究表明甲烷氧化菌对多种难降解有机物具有良好的降解能力.甲烷氧化菌能以甲烷作为唯一的能源和碳源,在氧化甲烷的过程中会产生甲烷单加氧酶(monooxygenase,MMO),MMO是一种高度非特异性酶,能够促进多种有机物的转化,使甲烷氧化菌在环境污染控制中具有潜在应用价值.本文总结甲烷氧化菌对氯代烃、农药、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯和甲苯等污染物的降解情况,并提出甲烷氧化菌在环境污染控制方面的研究方向.     

不同栽培措施对水稻田甲烷释放、甲烷产生菌和甲烷氧化菌的影响

本文报导不同栽培措施下水稻田甲烷释放的特性和甲烷产生菌、甲烷氧化菌的数量、种类。结果表明,水稻田的甲烷释放,无论是早稻还是晚稻,成活期每天的释放量较少,随着生长逐渐增加,至分蘖期达到最高,随后又逐渐减少,长期淹水和施用高量氮肥或有机肥可以明显地增加水稻田的甲烷释放量。水稻田土壤中产甲烷细菌的数量湿灌溉少氮处理少于其他各处理,其他各处理间无明显差异。早稻生长前期较后期土壤中的产甲烷菌数量低2—3个数量,晚稻生长中期略高于生长前期和后期。甲烷氧化菌数量在早稻生长期间从10~3～10~4/g干土增加到生长后期的10~8/g干土。在晚稻生长期间维持在10~8/g干土。产甲烷细菌的种类主要为甲烷杆菌属(Methanobacterium)和甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)的种。甲烷氧化菌主要为杆状,除甲烷外还能利用其他基质的兼性异养型甲基营养型细菌。     

间隙灌溉和控释肥施用耦合措施对稻麦轮作系统土壤微生物群落丰度的影响

间隙灌溉模式下控释肥施用可减缓稻麦轮作系统CH_4和N_2O排放交互排放效应,从而降低综合温室效应,然而有关间隙灌溉和控释肥施用耦合措施对稻麦轮作系统土壤微生物的影响鲜有研究。通过采集稻麦轮作系统田间原位试验新鲜土样,采用核酸定量技术研究间隙灌溉和控释肥施用耦合措施下稻麦轮作系统土壤微生物群落丰度的变化,以探讨此耦合措施降低稻麦轮作系统降低CH_4和N_2O排放的微生物机理。结果发现,除古菌外,稻季土壤细菌、产甲烷菌、甲烷氧化菌、氨氧化菌和反硝化菌群落丰度均高于麦季;间隙灌溉显著影响稻田产甲烷菌、甲烷氧化菌、氨氧化菌和反硝化菌数量的季节变化;与尿素相比,施用控释肥增加了稻麦轮作系统细菌、古菌和产甲烷菌数量,降低了甲烷氧化菌、氨氧化菌、反硝化菌数量。稻季CH_4和N_2O的排放量与土壤微生物丰度之间存在显著相关性:CH_4排放量与古菌、产甲烷菌和甲烷氧化菌数量均呈极显著正相关关系(P0.01),而与氨氧化菌数量呈显著负相关关系(P0.05);N_2O排放量与氨氧化菌、甲烷氧化菌、nirK型和nosZ型反硝化菌数量均呈显著正相关关系(P0.05),而与nir S型反硝化菌无显著相关性。研究表明,间隙灌溉和控释肥施用耦合措施通过影响稻麦轮作系统相关功能微生物的群落丰度进而减缓CH_4和N_2O气体的交互排放效应。     

微生物法在油气勘探中的应用研究

石油天然气的微生物勘探法是通过测定土壤中以微渗漏轻烃为食物来源的微生物菌落来圈定烃类渗漏的范围.本文探讨了甲烷氧化菌、厌氧纤维素分解菌和硫酸盐还原菌在油气勘探中的意义,并将其作为指示微生物,以川西孝泉地区已知天然气田为例,对微生物油气勘查技术的试验效果进行研究.结果发现,在气田上方指示微生物存在明显异常现象,即在气田上方甲烷氧化菌、厌氧纤维素分解菌数量较少,硫酸菌还原菌较高;气田外缘甲烷氧化菌、厌氧纤维素分解菌数量较高,而硫酸菌还原菌较低.研究表明,微生物地表油气勘探技术用于油气预测是有效的.图2参12     

氮肥对土壤氧化大气甲烷影响的机制

综合评述了氮素对土壤氧化甲烷的抑制机制。包括 :( 1)竞争甲烷单氧化酶的竞争抑制机制 ,( 2 )代谢产物的毒害抑制机制 ,( 3)外源盐引起的微生物生理缺水抑制机制和 ( 4)氮素周转作用引起的抑制机制。提出了氧化菌竞争利用土壤空气有限O2 的竞争抑制机制 ,即氨氧化菌利用更多的土壤有限氧气→产生优势氨氧化菌→形成优势菌群→限制甲烷氧化菌繁殖和功能发挥的氨长期抑制土壤氧化大气甲烷的机制 ,并认为这种抑制作用是不可逆的     

南海莺琼盆地沉积环境中厌氧纤维素分解菌的分布与作用

在严格厌氧条件下，研究了驾琼盆地东方１－１－１井垂直剖面不同沉积层地质样品中的厌氧纤维素分解菌．结果表明：厌氧纤维素分解菌在各样品中都存在，但其分布有很大随机性，与样品埋藏深度无相关性，与样品中一些有机物含量，如纤维素、半纤维素也无相关性，厌氧纤维素分解菌数量高的样品，其在生物模拟产甲烷实验中的单位有机质产气量也较高，有显著的相关性．菌体形态主要为杆菌和球菌．     

三种工业废水颗粒污泥的化学及微生物学组成

对ＵＡＳＢ反应器中处理酒精废醪、木材纤维板热压废水及石灰法造纸黑液颗粒污泥的化学及微生物组成进行了比较研究，结果表明：无机元素在颗粒污泥中的沉积与废水组成及运行条件密切相关；接种污泥中加入少量的颗粒污泥可作为新生颗粒污泥的生长核心；胞外多聚物有利于颗粒污泥的形成与稳定，其产量与颗粒污泥的生物量有关，其分布有一定的区域性；颗粒污泥的微生物组成与废水水质、运行温度及颗粒污泥所处的生理阶段等因素密切相关；丝状细菌，特别是索氏甲烷丝菌类似菌在颗粒污泥中起着重要作用；污泥颗粒化过程中各类生理菌群的增殖次序与其在厌氧消化过程中的功能次序一致。当发酵细菌、产氢产乙酸菌、同型产乙酸菌和产甲烷菌在每ｍＬ颗粒污泥中分别达到１０７－１０、１０５－７、１０６－８和１０５－６个时，可构成一个较稳定的厌氧微生态系统。     

厌氧条件总磷还原为磷化氢种泥筛选及功能菌株鉴定

厌氧除磷是一种高效、节能、低耗的方法。获取经济、方便、高效的种泥是实现该方法的前提,种泥中产生磷化氢功能菌株的组成及特性是提高处理效能和开发新工艺的基础,目前此研究未见有关报道。本研究依据厌氧除磷理论,利用厌氧培养反应瓶、筛选培养基和微生物筛选、分离、鉴定的方法。以A2/O厌氧池、污泥浓缩池污泥、养殖场新鲜猪粪、鸡粪、牛粪及鸭粪为研究种泥,通过跟踪厌氧培养过程培养液中总磷的去除率和吸收液中磷化氢的生成量筛选出最佳种泥,并对最佳种泥的菌株进行筛选、分离和鉴定。结果表明,6种泥中鸡粪的厌氧除磷能力最强,鸭粪能力最弱,浓缩池中的污泥和猪粪次之,牛粪及厌氧池污泥有一定的作用。本试验条件下鸡粪是厌氧除磷的最佳种泥。经过3个周期的厌氧培养,6种泥培养液总磷的去除率和吸收液中磷化氢的含量随培养时间增长都有不同程度增加。鸡粪的最佳培养时间为5d。鸡粪培养液经21d培养后分离到1株芽孢杆菌属、1株假单胞菌属及2株肠杆菌科,明确了2株肠杆菌科中1株为埃希氏菌属另1株为柠檬酸杆菌属。     

Influencing mechanism of high solid concentration on anaerobic mono-digestion of sewage sludge without agitation

High-solids anaerobic digestion of sewage sludge was a promising process, but high solid concentration negatively influenced methane production. The influencing mechanism was systematically analyzed in this study through a series of static anaerobic digestion experiments at total solids (TS) contents of 3%–15%. The results showed that TS 6% was the boundary between low-solids and high-solids anaerobic digestion, and the accumulative methane yield decreased exponentially when TS increased from 6% to 15%. The performance of anaerobic digestion was directly determined by the efficiency of mass transfer, and the relation between methane yield and sludge diffusive coefficients was well described by a power function. Thus, the increasing TS resulted in an exponential increase in sludge viscosity but an exponential decrease in diffusive coefficient. The blocked mass transfer led to the accumulation of volatile fatty acids (VFAs) and free ammonia. Acetic metabolism was the main process, whereas butyric and propionic metabolisms occurred at the initial stage of high-solids anaerobic digestion. The concentration of VFAs reached the maximum at the initial stage, which were still lower than the threshold influencing methanogens. The concentration of free ammonia increased gradually, and the methanogenesis was inhibited when free ammonia nitrogen exceeded 50 mg·L⁻¹. Consequently, the deterioration of high-solids anaerobic digestion was related to the blocked mass transfer and the resulting ammonia accumulation.     

单伴生共培养物中的丙酸盐氧化细菌

从厌氧消化器中富集和分离出含有一株新的厌氢氧化丙酸盐细菌ＬＹＰ的共培养物，ＬＹＰ的唯一伴生菌是能利用氢和甲酸的亨氏甲烷螺菌（Ｍｅｔｈａｎｏｓｐｉｒｉｌｌｕｍｈｕｎｇａｔｅｉｉ）。该共培养物利用丙酸和少量的丁酸生成乙酸、ＣＯ２和甲烷。共培养物的生氏和产甲烷能力受乙酸或丁酸降解菌的促进。     

Anaerobic decolorization of an azo dye by a mixed culture

Wool dyeing wastewater contains xenobiotic compounds that can be removed by biotechnological processes. Studies on various dyes showed that anaerobic processes are suitable to alter azo dyes as a first step of the biodegradation process. These compounds are reduced by anaerobic consortia to aromatic amines and its ultimate degradation can be achieved by a further aerobic treatment.

Studies on degradation rate of an wool acid dye were performed in batch systems inoculated with anaerobic biomass. A commercial diazo dye, Acid Red 73, was added to the synthetic medium in which glucose was used as sole carbon source.

Results indicated that the Acid Red 73 was partially degraded by a mixed culture of anaerobic bacteria and a decolorization of 90% was obtained. Kinetics studies on removal of the colour showed that the decolorization rate was several times faster than the degradation rate of glucose for a range of dye concentrations between 60 mg/L and 400 mg/L. A first order kinetic model was used for dye concentrations up to 200 mg/L. For higher concentrations a model similar to the Michaelis‐Menten equation was better fitted to the experimental data.     

铜陵矿集区土壤中污染元素对微生物特性的影响研究

通过铜陵矿集区土壤中重金属污染元素含量与土壤中微生物生物量之间的对应关系,研究其环境效应。采集深度为20cm的土样,分别制备不同微生物的培养基以期对土壤中的微生物进行分离计数,细菌和放线菌采用稀释平板涂布法计数,高铁还原菌采用最大或然数法计数。研究结果表明,铜陵矿集区土壤中As、Au、Cd、Zn、Cu、Pb元素含量与土壤中细菌、放线菌、高铁还原菌数量之间的相关关系为：As、Au、Zn、Cu与细菌和放线菌,Cd、Pb与放线菌的含量呈负相关关系,指示了土壤中高浓度污染元素对微生物的抑制作用;Cd、Pb与细菌,Cd、Zn与高铁还原菌的含量呈正相关关系,反映部分微生物受污染元素的胁迫已产生了耐受性;Au、Pb、As与高铁还原菌数量的关系不明显。通过实验数据发现,微生物在重金属含量高的区域和含量低的区域的数量下降了大约2～3个数量级,有些区域微生物数量下降了约50%。矿集区土壤中三种菌种对污染元素的敏感程度不同,其敏感程度依次是：放线菌〉细菌〉高铁还原菌。矿集区部分土壤中,细菌、高铁还原菌由于其本身的耐受性或由于受胁迫而产生了耐受性,对Cd、Zn、Pb等三种重金属污染元素的抗性水平较高,具有作为土壤重金属元素污染修复微生物菌种的潜力。     

Anaerobic phenanthrene biodegradation with four kinds of electron acceptors enriched from the same mixed inoculum and exploration of metabolic pathways

Anaerobic phenanthrene biodegradation enriched process was described in detail. The enriched bacterial communities were characterized under four redox conditions. The enriched archaeal communities were stated under high percentage conditions. Relatively intact pathways of anaerobic phenanthrene biodegradation were proposed. Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are widespread and persistent contaminants worldwide, especially in environments devoid of molecular oxygen. For lack of molecular oxygen, researchers enhanced anaerobic zones PAHs biodegradation by adding sulfate, bicarbonate, nitrate, and iron. However, microbial community reports of them were limited, and information of metabolites was poor except two-ring PAH, naphthalene. Here, we reported on four phenanthrene-degrading enrichment cultures with sulfate, bicarbonate, nitrate, and iron as electron acceptors from the same initial inoculum. The high-to-low order of the anaerobic phenanthrene biodegradation rate was the nitrate-reducing conditions>sulfate-reducing conditions>methanogenic conditions>iron-reducing conditions. The dominant bacteria populations were Desulfobacteraceae, Anaerolinaceae, and Thermodesulfobiaceae under sulfate-reducing conditions; Moraxellaceae, Clostridiaceae, and Comamonadaceae under methanogenic conditions; Rhodobacteraceae, Planococcaceae, and Xanthomonadaceae under nitrate-reducing conditions; and Geobacteraceae, Carnobacteriaceae, and Anaerolinaceae under iron-reducing conditions, respectively. Principal component analysis (PCA) indicated that bacteria populations of longtime enriched cultures with four electron acceptors all obtained significant changes from original inoculum, and bacterial communities were similar under nitrate-reducing and iron-reducing conditions. Archaea accounted for a high percentage under iron-reducing and methanogenic conditions, and Methanosarcinaceae and Methanobacteriaceae, as well as Methanobacteriaceae, were the dominant archaea populations under iron-reducing and methanogenic conditions. The key steps of phenanthrene biodegradation under four reducing conditions were carboxylation, further ring system reduction, and ring cleavage.