基于呼吸图谱的自养菌与异养菌内源呼吸过程分析

内源呼吸是活性污泥重要的代谢过程,但目前对内源呼吸过程的认识较为模糊.本研究采用呼吸图谱的方法,对以去除BOD为代表的异养菌和以硝化菌为代表的自养菌的内源呼吸特征进行了解析.结果表明,上述两类细菌进入内源呼吸时间几乎相同,但异养菌进入休眠期较快,且处于休眠期的易恢复生物量比例较高,表明异养菌具有较强的环境适应能力,而自养菌则相反,因此,本研究从内源呼吸角度证实了自养菌较为脆弱.另外,研究还发现,内源呼吸速率比例的增大反映出污泥活性变差,是表征活性污泥活性的重要参数,可作为活性污泥健康状态的定量描述指标.本研究成果深化了内源呼吸过程的进一步认识,为污水处理厂运行管理提供理论基础.     

模拟电镀污泥重金属浸出液对氧化亚铁硫杆菌活性的影响

从浙江温州某制革厂污泥中筛选到1株细菌,对其形态和16S rDNA序列研究表明,细菌细胞呈杆状,革兰氏染色阴性,其16S rDNA序列与嗜酸性氧化亚铁硫杆菌标准菌株Acidithiobacillus ferrooxidans ATCC23270的序列相似度为99%,可鉴定为嗜酸性氧化亚铁硫杆菌菌株,暂命名为WZ-1.为了研究电镀污泥浸出液中重金属离子对WZ-1活性的影响,考察了Ni2+、Cr3+、Cu2+、Zn2+这4种重金属离子及5种不同模拟电镀污泥重金属浸出液对WZ-1 Fe2+氧化活性和表观呼吸速率的影响,结果表明菌株在接种量6.7%、初始pH 2.0、温度30℃、转速150 r·min-1的条件下,浓度分别为5.0 g·L-1、0.1 g·L-1的Ni2+、Cr3+对WZ-1的活性没有影响;WZ-1对Ni2+、Cr3+、Cu2+、Zn2+的最大耐受浓度分别为:30.0、0.1、2.5、30.0 g·L-1;5种模拟电镀污泥重金属浸出液对WZ-1活性的影响有明显差异,抑制强弱顺序为:Cu/Ni/Cr/Zn>Cu/Ni/Zn>Cu/Cr/Zn>Cu/Ni/Cr>Ni/Cr/Zn.     

黄土区农田和草地生态系统土壤呼吸差异及其影响因素

明确土地利用方式变化对土壤呼吸速率的影响,对预测黄土区退耕还草条件下的土壤碳循环变化具有重要的意义.于2010年7月～2011年12月,利用Li-8100系统(Li-COR,Lincoln,NE,USA)监测黄土高原沟壑区塬坡上相邻农田和草地的土壤呼吸速率,用以验证不同土地利用方式是否导致土壤呼吸速率的变化.结果发现,土地利用方式的改变导致了土壤呼吸速率的显著(P<0.05)变化,试验期间草地平均土壤呼吸速率[1.67μmol·(m2.s)-1]较相邻农田[1.35μmol·(m2.s)-1]提高24%(P<0.05),累积土壤呼吸草地(856 g·m-2)较农田(694 g·m-2)提高了23%(P<0.05).农田与草地的土壤温度差异显著,草地平均土壤温度(14.9℃)较农田(12.4℃)高2.5℃(P<0.05).农田和草地生态系统土壤温度与土壤呼吸均呈显著的指数关系(P<0.000 1).但农田和草地生态系统中土壤呼吸对温度响应存在本质差异(α=0.05),农田土壤呼吸的Q10(2.30)高于草地(1.74).土壤温度能够很好地解释农田和草地生态系统之间土壤呼吸的差异.     

短期氮磷添加对祁连山亚高山草地土壤呼吸组分的影响

为探究短期氮磷添加对祁连山亚高山草地土壤呼吸及其组分的影响,于2019年6~8月采用随机区组设计,设置氮添加［10 g ·（m² ·a）^-1,N］、磷添加［5 g ·（m² ·a）^-1,P］、氮磷混施［10 g ·（m² ·a）^-1N、5 g ·（m² ·a）^-1P,NP］、对照（CK）和完全对照（CK''）这5个处理,测定了土壤总呼吸速率及其组分.结果表明,氮添加对土壤总呼吸和异养呼吸的降低速率均低于磷添加［-16.71% vs.（相对照,下同）-19.20%;-4.41% vs.-13.05%］,但对自养呼吸的降低速率高于磷添加（-25.03% vs.-23.36%）,而氮磷混施则对土壤总呼吸速率无显著影响.土壤总呼吸速率及其组分与土壤温度均呈显著的指数相关,其中氮添加降低了呼吸速率的温度敏感性（Q₁₀：-5.64%~0.00%）,而磷添加增加了Q₁₀（3.38%~6.98%）,氮磷混施降低了自养呼吸速率但增加了异养呼吸速率的Q₁₀（16.86%）,从而降低了土壤总呼吸速率的Q₁₀（-2.63%~-2.02%）.土壤pH、土壤全氮和根系磷含量与自养呼吸速率均具有显著相关性（P<0.05）,而与异养呼吸速率无显著相关,且根系氮含量只与异养呼吸速率呈显著负相关（P<0.05）.总体上,自养呼吸速率对氮添加更加敏感,而异养呼吸速率对磷添加更加敏感,氮或磷添加均显著降低了土壤总呼吸速率,而氮磷混施并未显著影响土壤总呼吸速率,此结果可为准确评估亚高山草地土壤碳排放提供科学依据.     

黄土丘陵区柠条人工林不同深度土壤呼吸速率对土壤温湿度的响应

明确气候变化背景下生态脆弱区土壤呼吸速率特征和土壤温湿度对其影响,对准确评估和预知该区碳收支具有重要意义.以陕北黄土丘陵区自然撂荒地22 a柠条人工纯林为研究对象,通过CO₂分析仪和温湿度传感器测定不同土层（10、50和100 cm） CO₂浓度平均值和土壤温湿度,采用Fick第一扩散系数法计算土壤呼吸速率,探究不同土层土壤温度、土壤湿度和土壤呼吸速率的动态变化特征,并进一步分析不同土层土壤呼吸速率对土壤温湿度的响应.结果表明,土壤呼吸速率日变化随土层深度增加显著降低（P<0.05）,峰值出现时间存在滞后现象,相邻土层间（10、50和100 cm）土壤呼吸速率由上至下均滞后1 h;6~9月土壤呼吸速率月变化为多峰曲线,其中10、50和100 cm土层土壤呼吸速率最大值分别在7月25日、8月6日和8月10日,达13.96、2.96和1.47 μmol ·（m² ·s）^-1;土壤温度对土壤呼吸速率影响随土层深度增加而减弱,50 cm及以下土层土壤温度对土壤呼吸速率无显著影响（P>0.05）,10 cm土层指数拟合最优,R²=0.96,50 cm和100 cm土层拟合较差,R²分别为0.00和0.01,温度敏感系数Q₁₀随土层深度增加而减小;不同土层土壤湿度对土壤呼吸速率影响均显著（P<0.05）,二次拟合表现为50 cm （R²=0.35）>10 cm （R²=0.22）>100 cm （R²=0.31）;10、50和100 cm土层土壤温度与土壤湿度的综合作用可解释土壤呼吸速率的96%、6%~50%和22%~24%.综上所述,黄土丘陵区柠条人工纯林不同深度土壤温湿度对土壤呼吸速率影响存在差异,10 cm土层土壤呼吸速率受土壤温湿度的综合影响,但土壤温度的相对贡献更高,50 cm土层及以下土壤湿度为关键因子.研究结果有助于更好地预测未来气候变化对该区陆地生态系统碳循环影响,为温室气体调控提供理论依据.     

快速生物活性测定仪的发展

在监测污水处理厂活性污泥系统的状态,控制其运行时,人们广泛采用了呼吸测量法,根据呼吸测量的原理开发的快速生物活性测定仪(RBAT)是一种有效的仪器,能够可信地评价污泥中微生物的活性,它的应用已成为污水处理厂监测,运行的重要发展趋势.     

重庆丘陵山区石灰性黄壤呼吸特征及影响因素

采用静态暗箱一二氧化碳红外分析仪法研究了重庆丘陵山区石灰性黄壤土壤呼吸特征及影响因素.结果表明,土壤呼吸速率呈现季节性动态变化特征,冬季较低,夏季较高,与地温的季节动态变化基本一致;土壤呼吸与地温之间呈指数关系,其中与5 cm地温的相关性最好;不同土层、不同处理的Q10值不同,变化范围为1.67～2.69.不同田间管理措施对土壤呼吸速率有明显影响,表现为施肥土壤＞未施肥处理,种植作物土壤＞裸地;化肥使种植作物土壤的年平均呼吸速率增加70.8%,化肥、粪肥共同作用增加129%;与裸地相比,单种作物不施肥不能显著增加土壤CO2排放.裸地春、秋、冬季的土壤呼吸速率与土壤水分呈直线关系,决定系数R2=0.414,P＜0.01.在夏季,种植作物未施肥和施化肥处理两者也呈直线关系,R2分别为0.5361和0.4261(P＜0.05),其他季节两者未表现出明显的规律性.     

刈割对华北平原人工草地土壤呼吸速率的影响

根据中国科学院禹城综合试验站牧草生态试验场土壤呼吸测定数据,分析了刈割前后3年生和6年生苜蓿、白三叶及小黑麦4种人工草地土壤呼吸日变化特征及刈割对草地土壤呼吸速率的影响。结果表明:①刈割前不同牧草地的土壤呼吸强度差异明显,依次为3年生苜蓿>6年生苜蓿>白三叶>小黑麦,刈割后不同牧草地的土壤呼吸强度相差不大,土壤呼吸速率在3.0~3.5 μmol CO₂·m^-2·s^-1之间;②刈割前不同牧草地的土壤呼吸日变化不相同,6年生苜蓿与小黑麦草地刈割前土壤呼吸速率由9:00开始逐渐增强,在12:00~16:00之间持续较高,以后逐渐下降,3年生苜蓿与白三叶草草地土壤呼吸速率在9:00~12:00之间逐渐升高,12:00到达峰值,之后逐渐下降;③与刈割前相比,4个处理牧草刈割10 d后其草地的土壤呼吸速率下降了30%~40%;④刈割前后Q₁₀值在1~2.32之间,平均值为1.37,刈割前平均值为1.63,刈割后平均值降为1.10。     

微囊藻毒素对水稻种子萌发的影响

为了解灌溉水中藻毒素(MCs)潜在风险,该实验研究了不同浓度(1、100、1 000、3 000μg/L)MCs对水稻种子萌发、糖代谢、呼吸速率和抗氧化系统的影响。结果表明,MCs处理7 d后,水稻种子各指标变化与MCs处理浓度有关,呈"低促高抑"现象。1μg/L MCs处理下,种子芽长增加,呼吸速率、过氧化物酶活性、抗坏血酸含量上升,丙二醛、过氧化氢、过氧化氢酶活性无明显变化;当MCs处理浓度为100μg/L时,种子发芽率和活力指数下降,其余指标变化与1μg/L MCs处理组近似;当MCs浓度≥1 000μg/L时,种子萌发生长指标均降低,α、β-淀粉酶活性下降,呼吸速率降低,抗氧化酶系统明显受抑,活性氧积累,膜脂过氧化,种子萌发受抑。     

活性污泥呼吸抑制试验的微生物接种物研究

研究了污泥接种物中微生物活性差异对活性污泥呼吸抑制试验结果的影响.用17组不同来源、批次及相同干重质量浓度的污泥作为接种物进行3 h活性污泥呼吸抑制试验,根据满足EC50值5～30 mg/L质控要求的数据组拟合呼吸速率-EC50值曲线;对不同来源、批次及不同干重的20组活性污泥悬液中的活细菌数量及其3 h后的呼吸速率进行测定,建立了活细菌数量与呼吸速率间的函数关系.根据活细菌数-呼吸速率的拟合方程,结合呼吸抑制试验结果,认为在呼吸抑制试验中应控制每升污泥接种悬液中的活菌数在1010数量级以上,推荐将每批污泥中微生物接种物用量控制在每升污泥悬液1.50×1010～2.53×1010个活细胞之间,以进一步保证试验结果间的可比性及化学品安全评估研究的标准化.