百乐克(BIOLAK)活性污泥宏基因组的生物多样性及功能分析

百乐克(BIOLAK)是一种在全球范围内得到成功推广的多级活性污泥工艺,然而,迄今对于百乐克工艺的核心元件——活性污泥的生物群落及其功能尚鲜见报道.以连云港市大浦工业区废水处理厂为例,借助于新一代高通量测序技术,获得百乐克活性污泥中大规模的宏基因组数据(428 588条高质量DNA序列).鉴定出47个门类、872个属及1 351个物种.细菌域(289 933条序列)中包含33个门,其中变形菌门Proteobacteria是生物量最丰富的门(62.54%),其次是拟杆菌门Bacteroidetes(11.29%)、硝化螺旋菌门Nitrospirae(5.65%)和浮霉菌门Planctomycetes(4.79%),显示这些生物类群在百乐克废水处理系统中发挥着关键作用.在748个细菌属中,硝化螺菌属Nitrospira(5.60%)最为丰富,为活性污泥氮循环过程中的关键菌群.其次为芽单胞菌属Gemmatimonas(2.45%),是生物除磷过程的重要菌属.在古菌域(1 019条序列)中鉴定出3个门及39个属.在真核域(1 055序列),鉴定出10个门及60个属,其中,纤毛虫门Ciliophora是最大的门(257条序列).同时,检测到448条病毒序列,主要为噬菌体.在百乐克活性污泥中,参与氮、芳香化合物和磷代谢的功能基因比例分别为2.50%、2.28%和1.56%,均高于美国和澳大利亚两个废水处理厂活性污泥中功能基因的比例.在氮代谢的4个过程中,反硝化相关基因所占比重最高,达到80.81%,其次是氨化(12.78%)、硝化(4.38%)和固氮(2.04%).总之,在百乐克活性污泥中蕴藏着惊人的生物多样性,同时,参与氮、芳香化合物和磷代谢的功能基因非常丰富.     

海水异养硝化-好氧反硝化芽孢杆菌SLWX2的筛选及脱氮特性

从分离自刺参养殖环境的7株候选菌株中筛选出1株具有较强异养硝化和好氧反硝化能力的菌株SLWX_2,通过形态学特征、生理生化特性和16S rRNA基因测序分析鉴定其为花津滩芽孢杆菌(Bacillus hwajinpoensis).该菌株脱氮特性研究结果表明,SLWX_224 h对氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮的去除率分别达到100%、99.5%和85.6%;当3种无机氮源同时存在时,菌株优先利用氨氮,再利用NO_2~--N和NO_3~--N,72 h 3种无机氮的质量浓度均降至0.013 mg·L~(-1)以下,表明该菌株能同时进行异养硝化和好氧反硝化完成脱氮;在氨氮负荷500 mg·L~(-1)、亚硝酸氮负荷100 mg·L·~(-1)和硝酸氮负荷200 mg·L~(-1)范围内,该菌的脱氮能力不受明显抑制,对3种形态的氮均有良好去除效果,96 h最多可去除180 mg NH_4~+-N、30 mg NO_2~--N和120 mg NO_3~--N,并且在硝化过程中没有亚硝酸氮积累.该菌株在海水养殖和高盐高氮工业废水的脱氮处理方面具有更大潜力.     

三峡库区典型消落带土壤微生物生物量碳、氮的变化特征及其影响因素探讨

本文以三峡库区王家沟一典型消落带为研究对象,选择180、175、165和155 m这4个高程以探讨水位变化对土壤微生物生物量碳(SMBC)和微生物生物量氮(SMBN)的影响.其中,175、165和155m高程坐落在消落带内,分别表现为短、中和长期淹水,180 m高程作为对照,为永不淹水的陆地.土壤样品的采集深度为0~20 cm,每周采集一次.结果表明,180 m高程处土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)均无明显的季节变化,而175 m高程处SOC和TN季节变化明显,表现为春夏季高于秋冬季;各高程上的SMBC和SMBN及其分配比例呈现出秋高夏低的季节变化形态,表明消落带夏季高温低湿的土壤环境限制了微生物活性及土壤有机碳氮的周转速率.数据分析表明,与180 m高程相比,消落带上的175 m和165 m高程SOC、TN、SMBC及微生物商、SMBN及其分配比例均得到不同程度的升高,而155 m高程除了SMBN及其分配比例与对照无显著差异外,其他指标均显著低于对照,表明与未淹水对照点相比较,中短期淹水有利于提高消落带土壤碳氮含量及周转速率和微生物生物量,而长期受到江水淹没胁迫的土壤则会抑制土壤碳氮以及SMBC含量,并降低SOC的周转速率.相关分析表明,SMBC和SMBN均与地下5 cm处温度和p H呈极显著负相关,说明地下5cm处的温度以及p H对土壤微生物生物量有强烈的影响.     

农田排水沟渠水体-底泥中溶质氮分布特征试验研究

沟渠系统"过程拦截"是现阶段农业非点源污染控制和管理的重要手段.针对当前农田排水沟渠水体-底泥-植物系统内各介质间非点源溶质迁移转化机制不清的现状,本研究以天然沟渠为对象,以非点源溶质氮为例,通过2014年3月~2015年2月现场监测试验,分析了农田排水沟渠水体及底泥中非点源溶质氮的分布特征.结果表明,沿沟渠纵向,试验沟渠水体中总氮质量浓度、底泥中总氮含量均呈现一定程度递减趋势,表现出沟渠系统对非点源溶质的净化作用;水体中总氮质量浓度、底泥中总氮含量在沟渠横断面分布存在较大不均匀性,其分布特征与断面形态、流量变化过程、流速分布等因素有关,其中水体中总氮质量浓度均衡度为76.89%,底泥中总氮含量均衡度为57.04%;试验期内,水体中总氮质量浓度呈"凹"形变化、底泥中总氮含量呈"凸"形变化,二者表现出相逆的变化趋势.     

土壤呼吸与土壤有机碳对不同秸秆还田的响应及其机制

以黄豆、玉米、水稻这3种农业秸秆为原料,崇明东滩围垦土地为试验样区,以景观植物地肤草为目标植物,研究土壤呼吸和土壤有机碳对不同秸秆还田的响应及其可能的机制.结果表明,不同秸秆直接还田的土壤呼吸和地上植物量均高于对照组;黄豆秸秆还田后土壤呼吸相对最低,土壤有机碳最高,因此黄豆秸秆还田的土壤碳封存能力高于玉米和水稻秸秆.秸秆还田显著促进土壤微生物活性,增加了土壤微生物量以及β-糖苷酶、脱氢酶活性,脱氢酶活性与土壤呼吸相关性最显著.黄豆秸秆还田脱氢酶活性最低,相应的土壤呼吸也最低.黄豆秸秆纤维素、木质素和C/N含量最高,可降解性最低,表明黄豆秸秆难以被微生物降解利用,因而还田后其土壤微生物活性最低,最终导致最低的土壤呼吸和较高的土壤有机碳.     

三峡库区干支流落干期消落带土壤可转化态氮含量及分布特征

为探明三峡支流水体富营养化频发与库岸消落带土壤氮素"源-库"关系转化之间的内在关系,采用分级浸提法,分析了三峡库区长江万州段干流、苎溪河支流、密溪河支流消落带落干期土壤可转化态氮含量和分布特征.结果表明,与三峡库区万州段干流相比,支流消落带落干期土壤有机质和总氮含量较高,而阳离子交换量(CEC)和p H值较低.三峡干支流消落带土壤可转化态氮(TF-N)以OSF-N(有机态和硫化物结合态)为主,且含量上OSF-NIMOF-N(铁锰氧化物结合态氮)IEF-N(离子交换态氮)CF-N(碳酸盐结合态氮);而空间分布上,TF-N表现为:密溪河苎溪河长江干流,4种TF-N形态中IEF-N和OSF-N在干支流间无显著差异,而CF-N和IMOF-N分布与TF-N相反,是造成干支流消落带TF-N差异的主要因素.     

短期保护性耕作措施对大豆-冬小麦轮作系统温室气体排放的影响

通过田间试验,在大豆和冬小麦生长季,进行常规翻耕(conventional tillage,T)、免耕(no-tillage with no straw cover,NT)、常规翻耕+秸秆(conventional tillage with straw cover,TS)、免耕+秸秆(no-till with straw cover,NTS)4种耕作措施处理,采用静态箱-气相色谱法测定土壤-作物系统CO_2和N_2O排放通量.结果表明:在大豆生长季,与T相比,NTS在开花-结荚期显著增加了CO_2累积排放量(P=0.045),增幅达27.9%;NT在鼓粒-成熟期显著降低了CO_2累积排放量(P=0.043),降幅达28.9%.与T相比,NT在鼓粒-成熟期的N_2O累积排放量降低了28.3%(P=0.042).在冬小麦生长季,与T相比,TS、NT在拔节-孕穗期使CO_2累积排放量降低了24.3%(P=0.032)和36.0%(P=0.041),在成熟期降低了26.8%(P=0.027)和33.1%(P=0.038).在返青期,NT、NTS、TS的N_2O累积排放量与T比较均没有明显差异,NTS比NT的N_2O累积排放量降低了42.0%(P=0.035).可见,保护性耕作措施对土壤-作物系统CO2排放的影响较大,对N2O排放的影响不明显.     

硫铁比对再生水深度脱氮除磷的影响

为了考察硫铁比对反硝化脱氮同步除磷效果的影响,进行了不同硫铁比的反硝化脱氮除磷静态实验,并对复合填料系统反硝化脱氮同步除磷作用进行了分析.结果表明,硫铁复合填料的脱氮除磷效果均显著高于单一填料;硫铁比是影响复合填料反硝化脱氮除磷效果的一个关键因素,当硫铁比(体积比)大于等于1∶1时,TN、TP去除率分别达到了85%和97%以上.复合填料脱氮除磷过程均满足二级动力学方程,系统脱氮作用主要依赖于异养反硝化和硫自养反硝化过程,而除磷主要由于海绵铁腐蚀产生的化学除磷作用.     

苏南某镇土壤重金属污染的景观格局特征

评价土壤重金属污染等级并掌握其空间格局特征,对区域土壤环境保护和治理具有重要意义.以苏南某镇8种土壤重金属As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn为研究对象,综合运用单因子评价法、内梅罗综合评价法、地统计分析法、景观格局的粒度效应及景观指数分析方法,在污染评价的基础上,分析了研究区土壤重金属的景观格局特征.结果表明:1研究区各土壤重金属单因子污染指数及内梅罗综合评价指数的均值取值范围为0.145~0.893,整体污染程度低,且南部地区污染程度低于北部;2 As、Pb、Hg和Zn面源污染特征明显,其中As和Pb空间分布特征相似,Hg和Zn空间分布特征相似;Cd、Cr、Cu、Ni点源污染特征显著,其中Cd和Cr空间分布特征相似,Cu和Ni空间分布特征相似;3土壤重金属景观的适宜粒度为30~40 m;4研究区土壤重金属低含量区域面积比例最大,较低含量区域边界最复杂,各污染程度区域分布相对集中且综合污染破碎化程度低.表明研究区重金属污染源数量尚少且分布集中,但有进一步发展的趋势,整体处于土壤重金属污染的早期阶段.     

低DO下AGS-SBR处理低COD/N生活污水长期运行特征及种群分析

本研究在序批式活性污泥反应器(SBR)中接种好氧颗粒污泥(AGS),构成AGS-SBR系统,研究其在低DO(0.5~1.0mg·L~(-1))条件下,处理低COD/N比(4.0)生活污水同步脱氮除磷的长期稳定运行特性,并解析反应器的主要菌群构成.结果表明,在反应器运行的180d里,AGS-SBR系统表现出了良好且稳定的除污能力,反应器对水体中COD、NH~+_4-N、TN和TP平均去除率分别达到87.17%、95.21%、77.05%和91.11%.好氧颗粒污泥沉降性能一直很好,污泥始终保持着完整的颗粒外观和密实紧凑的结构,并没有出现明显的颗粒污泥解体的现象.同时,高通量测序结果表明,变形菌门、厚壁菌门、绿菌门、绿弯菌门和拟杆菌门为SBR-AGS反应器中主要优势菌群.Denitratisoma、Planctomycetaceae、Thauera、Comamonas、Nitrosomonas和Nitrospira是反应器中与脱氮有关菌群;Clostridium和Anaerolinea是除磷相关细菌.