水库热分层期沉积物中有机物特性及对好氧反硝化细菌脱氮的影响

本研究以水源水库热分层期沉积物中有机物为研究对象,在分析其相对分子质量分布和有机物荧光特性的基础上,探究了沉积物中有机物为碳源时,好氧反硝化细菌的脱氮效能、细菌生长及碳去除性能.结果表明：①水源水库在热分层期,沉积物中相对分子质量>100×10³的有机物所占比例较高;同时相比于不同月有机物的相对分子质量分布,7月时沉积物中相对分子质量大的有机物所占的比例最低（44.62%）,显示出较小的相对分子质量;②水源水库沉积物中有机物由陆地类腐殖质组分C1（250 nm,425 nm）、类色氨酸和氨基酸物质C2（230 nm/280 nm,322 nm）和传统微生物类腐殖质混合物C3（250 nm,340 nm）所组成,其中色氨酸和氨基酸类的物质（组分C2）所占比例较高,同时在7月时显示出较大的总荧光强度;③好氧反硝化过程中,5月有机物显示出较好的作为电子供体的特征,而7月的有机物却表现出较好的作为能源物质的性能,同时使得好氧反硝化细菌WGX-9显示出较高的氮去除特性;④相比于天然有机物、藻类有机物和实际水源水库水,沉积物中有机物作为碳源时可以较好地促进菌株WGX-9的好氧反硝化脱氮效能.本文阐明了水源水库热分层期沉积物中有机物特性及对好氧反硝化细菌的影响,将为微污染水体氮污染控制工程提供依据.     

金盆水库沉积物铁锰释放规律

针对分层型水库周期性厌氧问题,金盆水库利用人工强制混合充氧技术补充底部水体溶解氧,抑制沉积物中还原性污染物的释放.但受水库地形地貌的影响,人工强制混合充氧效率存在一定差异性,在曝气系统运行结束后部分较深区域上覆水体溶解氧迅速耗竭,导致污染物的再次释放.为探究铁锰在该条件下的释放规律及扩散强度,选取主库区代表性采样点,对沉积物间隙水及上覆水溶解态铁锰浓度分布进行测定,并计算沉积物-水界面处溶解态铁锰的扩散通量.结果表明,人工强制混合充氧结束后地势较低区域底部水体迅速进入厌氧状态,导致大量溶解态锰释放进入上覆水体,浓度最高达0.42mg·L~(-1);而地势较高区域底部水体短暂进入缺氧状态,之后溶解氧浓度迅速回升,因此底部溶解态锰浓度升高幅度较小,浓度最高为0.17mg·L~(-1).沉积物间隙水-上覆水铁锰浓度分布结果表明,由于铁锰氧化还原电位的差异,溶解态锰相较于铁在厌氧条件下更容易释放进入上覆水体,且不断在表层沉积物及上覆水体中积聚,而溶解态铁的释放不仅受溶解氧的抑制,还受锰氧化物等其他氧化剂的抑制.由扩散通量计算可知,人工强制混合充氧结束后溶解态锰的扩散通量有降低趋势.由质量平衡计算可知,溶解态锰在厌氧层中的积聚不仅与扩散通量有关,还与沉降通量、厌氧层厚度有关,因此厌氧层中铁锰的生物地球化学循环作用有待进一步的研究.     

分层型水库水体好氧不产氧光合细菌时空演替特征

好氧不产氧光合细菌（aerobic anoxygenic photosynthesis bacteria,AAPB）以多样的群落结构及独特的代谢功能在水体物质循环中扮演着重要角色.基于实时荧光定量PCR及Illumina MiSeq高通量DNA测序技术研究金盆水库水体中AAPB丰度及群落结构时空演替特征,结合冗余分析揭示环境因子对其群落结构影响规律.结果表明,金盆水库水体AAPB丰度（以pufM基因计）变化范围为（6.70±0.43）×10³~（2.69±0.15）×10⁴ copies·mL^-1,最大值出现于10月,且随水深增加而减小.样本主要归为19个属（除未分类菌属外）,优势AAPB菌属包括慢生根瘤菌属（Bradyrhizobium sp.）和甲烷菌属（Methylobacterium sp.）,两者隶属α-变形菌（α-Proteobacteria）,其中慢生根瘤菌属（Bradyrhizobium sp.）占比于11月最高,高达60%以上（除10 m外）,此外也发现了以低比例存在的红长命菌属（Rubrivivax sp.）,隶属β-变形菌（β-Proteobacteria）.AAPB不同属间存在较强的互作关系,如红杆菌属（Rhodobacter sp.）与小红卵菌属（Rhodovulum sp.）呈正相关,噬氢菌属（Hydrogenophaga sp.）与慢生根瘤菌属（Bradyrhizobium sp.）呈负相关等.AAPB种群结构组成及分布差异显著,主要受T、TN、NO₃^--N和光照强度影响,且由环境因素综合调控.如10月水深0、5和15 m水体AAPB种群结构受水温（T）、总氮（TN）和总磷（TP）显著影响,12月水深5 m水体AAPB种群结构受光照强度、pH、溶解氧（DO）和叶绿素a（Chla）显著影响等.研究结果对解析分层型水库水体AAPB丰度和多样性的时空变化特征具有指导意义,并为探索AAPB种群结构的水环境驱动因素提供理论依据.     

人工强制混合充氧对分层型水库细菌群落演替的影响

为深度解析人工强制混合充氧过程中细菌群落的演替，以西安金盆水库为研究对象，对2018年8月~2019年4月水库主库区垂向细菌种群结构进行连续监测.结果表明，受人工强制混合充氧作用影响，水库水体中的优势菌群蓝细菌门（Cyanobacteria）的丰度由11.7%~19.2%降至6.3%~8.9%.其中，表层、中层和底层水体蓝细菌的丰度分别由18.3%、11.7%、19.2%降至8.9%、6.3%、7.9%.人工强制混合作用使垂向水体细菌的种群结构差异降低，样本之间的离散度逐渐减小，其中优势菌群放线菌门（Actinobacteria）和变形菌门（Proteobacteria）在水体垂向的丰度分别由"中 > 底 > 表"和"表 > 底 > 中"，逐渐变为表、中、底层趋于均一.人工强制充氧作用使底部水体溶解氧（DO）含量逐渐升高，好氧型细菌的丰度得到明显的增加，其中Polynucleobacter的丰度从0.06%增加到1.06%，甲基孢囊菌属（Methylocystis）的丰度由0.18%增至2.20%，甲基杆菌属（Methylobacter）的丰度由0.02%增加到1.96%.通过冗余分析可知，影响细菌群落组成的主要因素为水体热分层稳定性、水温、DO、总磷（TP）和总氮（TN）.     

人工强制混合对金盆水库水体藻类群落结构时空演替的影响

为探明人工强制混合过程对水体藻类群落演替的作用影响机制,本研究利用扬水曝气系统对金盆水库主库区水体进行原位人工强制混合,对系统运行过程中水库水体理化参数及藻类进行原位定点监测.结果表明,金盆水库水体藻类共6门28属51种,扬水曝气系统的人工强制混合作用可显著抑制水体藻类的生长,并对其群落结构产生显著影响:扬水曝气系统运行前,藻类主要分布在表层水体,其中以小球藻(Chlorella vulgaris)为优势种属;扬水曝气系统运行后,表层水体藻密度大幅降低,藻密度垂向分布趋于均匀,优势种属有向小环藻属(Cyclotella sp.)演替的趋势.本研究利用冗余分析(RDA)方法,结合临界层理论(critical depth theory)和藻类生长特性,分析了人工强制混合过程中金盆水库水体藻类群落结构时空演替和主要理化参数变化之间的关系.分析结果表明,扬水曝气系统的人工强制混合作用主要通过迅速破坏水体热分层稳定性和显著增加水体混合深度(Z_(mix))来影响藻类群落结构的时空演替.