玉米根际微生物氮磷转化的功能基因组学分析

化肥减量增效是保障农业生态环境安全的重要基础.微生物是调控土壤氮磷循环的关键驱动力,研究根际微生物氮磷转化功能可以为进一步提高土壤氮磷利用率提供微生物学调控途径.基于3种典型农田土壤（黑土、潮土和红壤）的田间微区试验,利用宏基因组测序技术研究玉米根际微生物在土壤氮磷转化过程中功能基因的差异及调控因子.结果表明,根际微生物功能多样性受土壤类型影响,黑土和潮土的根际微生物功能多样性主要受含水量和养分含量的影响,红壤受全磷（TP）和速效磷（AP）影响.在土壤氮转化方面,编码氮转化过程通路中相关酶的基因丰度以脲酶基因（ureC）和葡萄糖脱氢酶基因（gdh）丰度最高,分别为7.25×10^-5~12.88×10^-5和4.47×10^-5~7.49×10^-5.同化性硝酸盐还原的功能基因在红壤中总丰度要高于黑土和潮土,其它过程相关酶的功能基因总丰度以潮土最高.编码氮代谢过程相关酶的功能基因丰度主要受土壤细菌丰富度、全钾（TK）和TP含量的驱动.在土壤磷转化方面,催化有机磷矿化的碱性磷酸酶基因（phoD）数目为1093个,酸性磷酸酶基因（PHO）数目为42个.phoD丰度高出PHO丰度2个数量级,此外,同种土壤类型下施肥对phoD和PHO丰度没有显著影响.随机森林分析表明phoD和PHO丰度均受土壤水分、有机质（OM）和全氮（TN）显著影响,但AP含量对PHO丰度影响最大.从功能基因组水平研究了玉米根际微生物的氮磷转化特征,为利用微生物功能提高农田生态系统氮磷利用率提供了科学依据.     

五大连池水溶性有机磷矿化特性的研究

通过2010年10月对五大连池采集水样,开展了水溶性有机磷(DOP)矿化速率的室内模拟实验,通过连续取样,分析了溶解性反应磷(DRP)、水溶性有机磷(DOP)、微生物数量等指标.结果表明,在矿化过程中,五大连池3个点位(W3SB:三池上游;W3XB:三池下游;W5B:五池)中,W3SB与W5B的DRP质量浓度比较接近,明显高于W3XB;DRP质量浓度均呈现出上升趋势,上升幅度由大到小依次为W5B、W3XB、W3SB,上升倍数分别为50.00、29.00和2.50倍.DOP质量浓度均呈现出一致的下降趋势,下降幅度由大到小依次为W3XB、W5B、W3SB,分别下降了85.58%、77.83%和68.00%.DOP矿化速率均表现出下降趋势,W5B的矿化速率明显高于W3SB、W3XB这2个点位,其最大矿化速率为14.10×10-4mg.(L.d)-1.微生物数量总体表现上升趋势,微生物数量与DRP质量浓度呈显著正相关(r=0.528,P<0.05),与DOP质量浓度呈显著负相关(r=-0.482,P<0.05).     

溶解性微生物代谢产物对膜污染的影响与控制研究

引起膜污染的因素主要有污泥特性、运行参数、膜材料和进水特性。尽管国内外学者对膜污染进行了大量的研究,但对其影响因素仍然感到非常困惑,主要是因为膜污染物和活性污泥特性异常复杂。膜污染现象增加污水处理运行和维修费用,是限制膜生物反应器（MBR）在污水治理方面广泛应用的主要障碍,其中微生物代谢产物（EPS、SMP）是引起膜污染的主要物质。在论述了溶解性代谢产物（SMP）对膜污染影响的基础上,着重从减少SMP的角度介绍了缓解膜污染的控制措施。     

微生物浸出低品位氧化物型镍钴矿研究新进展

微生物浸出技术是处理低品位矿石的有效措施。但目前我国主要针对硫化矿的自养微生物浸出进行研发,而对异养微生物浸出氧化型矿石研究很少。异养微生物可通过其产生的代谢产物的酸解、还原、碱解及络合作用来提取或者溶解低品位氧化物型镍钴矿中的镍、钴金属,有助于解决目前我国镍钴资源短缺及为重金属污染治理提供技术方法。本文针对低品位氧化型镍钴矿、风化壳、以及冶金渣、废电池、废催化剂等二次资源,介绍了世界镍钴资源的现状和低品位氧化物型镍钴矿的资源类型,对异养微生物浸出低品位氧化物型镍钴矿研究现状进行了剖析,指出了异养微生物冶金的主要浸矿条件和存在难题,提出了氧化物型镍钴矿微生物浸取的研究方向。     

灰分示踪法测定秸秆降解菌降解率方法的建立

建立了用灰分示踪法测定秸秆降解菌对秸秆的降解率的方法,由于灰分是固定存在于秸秆中的,通过定量测定灰分,可准确定量分析秸秆降解菌的降解能力,采用此方法测定了2个秸秆降解菌群对秸秆的降解率,其结果与产糖率法测定结果一致,表明该方法可实现定量准确测定微生物对秸秆的降解率。进一步应用该方法测定了实验室筛出的3个菌株对秸秆的降解率,结果表明:72号菌株为降解能力最高的秸秆降解菌。该方法的建立和应用为秸秆降解菌的筛选及秸秆资源的开发利用提供了实验方法与理论依据。     

水热炭减少稻田氨挥发损失的效果与机制

作为生物质水热碳化的产物,水热炭因其丰富的孔隙结构和官能团等良好的表面特性,在稻田氨(NH_3)挥发减排方面有着良好的应用前景.本研究将水热炭作为一种土壤调理剂施加到稻田土壤中,通过水稻全生育期土柱试验,考察其对稻田氨挥发的影响.试验通过设置3个处理:CKU(不施加水热炭对照)、SHC(锯末水热炭)和W-SHC(水洗锯末水热炭),研究了不同水热炭对田面水pH、田面水NH_4~+-N浓度、氨挥发排放通量和累积量及单位产量氨挥发排放累积量的影响.其中水热炭和水洗水热炭施加量为0. 5%(质量分数).结果表明,SHC处理显著降低了NH_3挥发累积排放量和单位产量NH_3挥发累积排放量(P 0. 05),相比CKU分别减少了32. 42%和47. 61%. W-SHC处理氨挥发减排效果稍弱,NH_3挥发累积排放量和单位产量NH_3挥发累积排放量相比CKU分别减少了10. 14%和27. 71%.氨挥发减排可能与水热炭的施用导致的田面水pH变化和NH_4~+-N浓度的降低有关.与CKU相比,SHC和W-SHC处理均降低了田面水pH和NH_4~+-N浓度,且在水稻基肥期(BF)和蘖肥期(SF1)影响较明显.土壤脲酶活性受到水热炭施加的显著抑制(P 0. 05),同时土壤氨氧化基因(AOA和AOB)丰度也显著增加(P 0. 05),导致土壤氨氧化作用增强,这对于田面水NH_4~+-N浓度有削减作用.本研究将为实现稻田氨挥发减排背景下的水热炭农业环境应用提供理论和数据支持.     

AOB去除炔雌醇的共代谢与硝基化协同作用

采用氨氧化菌Nitrosomonas europaea降解17α-乙炔雌二醇（EE2）,考察降解过程中氨氮的作用以及EE2的降解机制.结果表明,N.europaea降解EE2属于共代谢过程,氨氮是共代谢发生的必要条件.氨氧化过程产生的亚硝氮会在酸性条件下将EE2硝基化,反应符合一级动力学模型,降解速率常数与亚硝酸根、H⁺及游离亚硝酸浓度成正相关.通过控制pH值大于7.5抑制硝基化反应,证实了N.europaea对EE2的生物降解作用,生物降解反应符合一级动力学模型且降解速率常数为0.0069h^-1.当N.europaea氨氧化反应导致pH值低于7.5时,EE2的去除存在生物降解和硝基化的协同作用,EE2去除符合一级动力学模型且降解速率常数为0.0093h^-1.同时还发现一种未曾报道过的EE2生物降解产物M613,对于其雌激素效应和毒性还需进一步探究.     

低温条件下湿地氨氮强化净化技术及其氨氧化微生物机制

针对北方寒冷冬季水源地氨氮微污染水体的特征,构建间歇流人工湿地系统并同步采用分子生物学方法对湿地系统中的氨氧化古菌和氨氧化细菌的丰度和古菌的多样性进行分析,并结合硝化速率潜势来研究氨氧化古菌和氨氧化细菌在氨氧化过程中的作用.结果表明:平均气温为5℃时,最佳运行工况为:停留时间21 h,水力负荷4.2 cm·d-1,氨氮去除率达99%;平均气温为-5℃时,最佳运行工况为:水力停留时间为21 h,水力负荷3.6 cm·d-1,氨氮去除率达81%,去除效率稳定.在低温条件下,氨氧化古菌和氨氧化细菌中amoA基因的丰度会因温度降低而减少,古菌中amoA基因丰度高于细菌2.9~33.2倍,且硝化速率潜势与氨氧化古菌中amoA基因丰度呈正向变化趋势,而与氨氧化细菌无显著相关,表明氨氧化古菌在低温条件下的氨氧化过程中起主导作用.湿地系统中的氨氧化古菌的生物多样性具有季节性变化,系统发育分析显示,夏季样品8个OTU全部属于土壤支系;冬季样品11个OTU序列属于土壤支系,2个OTU序列属于海洋水体支系,多样性较高.夏季和冬季样品中氨氧化古菌均属于一个新命名的古菌类群——奇古菌门(Thaumarchaeota).本文建立了一种在低温条件下基于氨氧化古菌有效强化湿地氨氮净化处理的稳定运行技术,为寒冷地区强化湿地去除氨氮提供了理论依据.     

湿地污水处理机理的研究

作为全球三大生态系统之一,湿地有着巨大的生态、社会和经济效益。它不仅为人类的生产、生活提供多种资源,而且具有巨大的环境功能和效益,被誉为“地球之肾”。本文针对湿地在污水处理中应用作了一些探讨,介绍人工湿地分类、处理污水的机理、利用人工湿地处理污水的一般工艺流程以及人工湿地用作处理污水时存在的问题。     

难降解有机物的生物处理技术进展

难降解有机物严重污染和威胁人类身体健康,因此难降解有机物的治理技术研究是目前水污染防治研究的热点与难点。近年来,难降解有机物的生物处理技术研究取得了广泛的成果。目前运用生物技术处理难降解有机物的主要技术路线,包括共代谢技术、缺氧反硝化技术、高效菌种技术、细胞固定化技术、厌氧水解酸化预处理技术。