城镇流域水体-沉积物中溶解性有机质的荧光特性及影响因素:以宁波市小浃江为例

我国快速城镇化过程对流域水体和沉积物的溶解性有机质(dissolved organic matter,DOM)含量和成分产生了重要影响,探究水体-沉积物中DOM的分布特性及影响因素具有重要意义.本研究选取长三角典型城镇地区宁波市北仑区小浃江流域为研究对象,利用三维荧光光谱技术,结合PARAFAC(平行因子分析)模型及相关性分析,对小浃江流域水体及沉积物DOM光谱特性进行研究,分析DOM荧光组分特征及来源.结果表明:①小浃江水体-沉积物DOM主要包括4种组分:C1、C2、C3和C4,其中C1为陆源类腐殖质,分子量较大; C2为陆源类腐殖质,由生物降解产生,分子量较小; C3为类蛋白物质,包括类色氨酸,对微环境的变化敏感; C4为陆源类腐殖质.②小浃江水体DOM受新生内源和陆源输入共同影响,腐殖化程度较弱,腐殖质含量较低.沉积物以陆源或土壤源输入为主,内源贡献较小,DOM具有一定的腐殖化特征,腐殖质的浓度水平高于水体中腐殖质含量.③冗余分析(redundancy analysis,RDA)表明,水体DOM各组分相关性较高的环境因子主要为农田、城镇;而沉积物DOM各组分相关性较高的环境因子为城镇、农田、湿地.其中,城镇对沉积物中类腐殖质C4和类腐殖质的浓度参数Fn(355)影响最大.     

太湖草型湖区沉积物中生物易降解物质组成与分布规律

为研究富营养化条件下草型湖区水生植物碎屑快速沉积对沉积物中有机质组成及营养状态的影响,选取太湖胥口湾为研究区,采集沉积物柱状样,探究沉积物中色素、碳、氮、磷及生物易降解物质的组成和分布规律.结果表明,胥口湾沉积物中色素、碳、氮、磷及生物易降解物质整体表现为表层富集特征,主要集中在沉积物表层15 cm;沉积物中氮负荷高于磷负荷,且存在显著的空间差异性;沉积物TN含量在127. 2～2 092. 8 mg·kg~(-1),沉积物TP含量在222. 1～528. 4 mg·kg~(-1),水生植物分布区(1 033. 6 mg·kg~(-1))氮负荷显著高于无植被区(325. 2 mg·kg~(-1)).沉积物中生物易降解物质以糖类(3. 7 mg·g-1)为主,其次是脂类(2. 8 mg·g-1)和蛋白质(2. 3 mg·g-1);水生植物碎屑残体是沉积物中营养盐和易降解有机质的主要来源,水生植物分布区沉积物中色素、碳、氮、磷及生物易降解有机质含量均显著高于无植被区(P 0. 01);胥口湾沉积物逐渐由中营养状态向富营养状态过渡,整体已经趋向于富营养化状态,在今后的湖泊管理和调控过程中需予以关注.     

垂向环流作用下湖泊沉积物磷迁移行为

以巢湖十五里河入湖河口原位底泥为研究对象,通过室内模型实验,模拟了垂向环流的动水条件下,溶解态无机磷（DIP）在泥水界面的释放-吸附过程,探讨了不同强度环流对河口底泥DIP迁移的影响行为.结果表明：垂向环流扰动会引起上覆水中溶解氧（DO）和悬浮颗粒物（SPM）含量明显上升,且其平衡浓度与扰动强度均呈正相关,但悬浮物中值粒径（D₅₀）则随扰动强度的增大而降低;垂向环流作用下沉积物DIP的释放量随时间呈“Λ”型分布,显著区别于其他动水扰动情形,释放峰值与环流强度成显著正相关（P=0.047<0.05）,但平衡值则与之呈显著负相关（P=0.034<0.05）;环流扰动的增强促进了DIP在沉积物上的吸附,并构建了耦合天然水动力效应的沉积物DIP Freundlich等温吸附经验公式：lgQ_e=2.7074e^1.3487τ+0.9463e^-1.4830τlgC_e.     

大亚湾湿地沉积物氮矿化特征及影响因素探究

为探讨大亚湾滨海湿地沉积物中有机氮矿化作用的时空分布规律及其影响因素,于2017年3月（枯水期）和8月（丰水期）分别采集了大亚湾典型湿地3个断面的表层沉积物,利用连续淹水培养法对沉积物有机氮矿化过程进行了测定.结果发现,不同站位沉积物氮的矿化速率差异较大,其矿化速率范围为1.88~15.12mg/（kg·d）,平均速率为（6.45±3.47）mg/（kg·d）,整体呈现S3（红树林断面）> S1（光滩断面）> S2（河口断面）的分布规律.矿化速率的最高值出现在S3红树林断面,表明红树植物的生长能够促进微生物的矿化作用.蛋白酶和脲酶的活性平均值分别为（8.52±4.21）mg/（kg·d）和（25.34±11.11）μg/（g·d）,蛋白酶活性空间分布上与矿化速率的分布特征一致,表现为S3 > S1 > S2.蛋白酶和脲酶活性最高的区域均出现在S3断面的高潮带,这主要由于红树林影响地区具有较高的生产力和微生物丰度,促进了微生物代谢酶的产生.蛋白酶的活性远高于脲酶活性,表明人类活动对近岸湿地生态系统的物质输入可能主要以大分子类有机氮为主.在河口断面,矿化速率和酶活活性均较低,与该地区较高的NH₄⁺-N含量有关.整体上,湿地沉积物矿化速率与蛋白酶和脲酶之间呈现出显著的正相关性（P<0.01）,说明蛋白酶和脲酶在有机氮的矿化过程中发挥了关键作用.     

Biodegradation of 2-ethylhexyl-4-methoxycinnamate in river sediments and its impact on microbial communities

Numerous studies have evaluated the toxicity and endocrine disrupting properties of organic UV filters for aquatic organisms, but little is known about their biodegradation in river sediments and their impact on microorganisms. We have set up the sterile and microbiological systems in the laboratory, adding 2-ethylhexyl-4-methoxycinnamate (EHMC), one of organic UV filters included in the list of high yield chemicals, at concentrations of 2, 20 and 200 μg/L, and characterized the microbial community composition and diversity in sediments. Monitoring of EHMC degradation within 30 days revealed that the half-life in the microbial system (3.49 days) was much shorter than that in the sterile system (7.55 days). Two potential degradation products, 4-mercaptobenzoic acid and 3-methoxyphenol were identified in the microbial system. Furthermore, high-throughput 16s and 18s rRNA gene sequencing showed that Proteobacteria dominated the sediment bacterial assemblages followed by Chloroflexi, Acidobacteria, Bacteroidetes and Nitrospirae; Eukaryota_uncultured fungus dominated the sediment fungal assemblages. Correlation analysis demonstrated that two bacterium genera (Anaerolineaceae_uncultured and Burkholderiaceae_uncultured) were significantly correlated with the biodegradation of EHMC. These results illustrate the biodegradability of EHMC in river sediments and its potential impact on microbial communities, which can provide useful information for eliminating the pollution of organic UV filters in natural river systems and assessing their potential ecological risks.     

草海湖滨带沉积物微生物群落对磷形态的影响

为探究高原湖泊湖滨带沉积物中微生物群落对磷赋存形态的影响,以草海湖滨带沉积物为研究对象,分析了磷素赋存形态;通过高通量测序技术分析了细菌和古菌的群落组成.结果表明,草海湖滨带表层沉积物的总磷含量范围在662.89~881.26mg/kg之间,平均值为750.36mg/kg;各磷形态中NaOH-NRP＞Res-P＞BD-P＞HCl-P＞NaOH-SRP＞NH₄Cl-P.细菌群落由变形菌门(Proteobacteria)等59个门和硫杆菌属(Thiobacillus)、厌氧粘细菌属(Anaeromyxobacter)等1259个属组成;古菌群落由泉古菌门(Crenarchaeota)等8个门和甲烷丝菌属(Methanosaeta)等67个属组成.冗余分析、主成分分析和共现性网络分析表明,微生物群落能驱动草海沉积物中磷的形态转化,细菌主要通过影响铁的氧化/还原和碱性磷酸酶的活性;古菌则通过改变有机质和酸性磷酸酶活性来调控沉积物磷形态.     

湖泊沉积物古DNA揭示气候环境变化和生态演化

广泛分布的湖泊为连续沉积和保存历史时期多样化生物核酸分子提供了绝佳的自然档案。随着近年来古DNA提取和测序技术的进步以及组学技术的发展,利用湖泊沉积物古DNA重建古生态演化及其对气候变化和人类活动的差异性响应得到广泛而深入的研究。本文回顾了古DNA研究的历史背景、理论基础,以及湖泊沉积物古DNA保存的影响因素和生物信息学分析流程;重点评述了湖泊沉积物古DNA在揭示气候环境变化、生物多样性及流域生态系统演化、物种定殖与外来物种入侵、人类活动影响、环境生态功能基因演化及其在细胞器基因组和古生态时间序列分析研究中的诸多应用和进展。同时还介绍了当前研究面临的局限和挑战以及组学技术在古DNA研究中的发展概况,分析了当前研究尚存的不足,并展望了未来可能的努力方向。     

基于总量和形态的表层沉积物重金属污染及来源——以马鞍列岛海域为例

为了解马鞍列岛海域沉积物特征及重金属污染状况,于2017年6月采集了该海域表层沉积物样品,并对表层沉积物pH值、氧化还原电位（Eh）、粒度（D_[3,2]）等地球化学指标进行了同步原位调查,采用改进后的沉积物重金属形态分析的连续提取法（European Community Bureau of Reference （BCR））分析了7种重金属（Cr、As、Ni、Zn、Pb、Cu、Cd）各形态含量,并结合富集因子系数（EF）、地累积指数法（I_geo）等方法初步探索了马鞍列岛海域沉积物中重金属的污染特征及其来源.结果显示,马鞍列岛海域沉积物呈中性-弱碱性,属还原环境;近岛礁区以粉砾和粘粒为主,而远岛礁区以砂砾和粉砾为主;7种重金属总量均满足我国海洋沉积物质量I类标准;Cr、As、Ni以原生相为主,而Zn、Pb、Cu、Cd均以次生相为主;Cd以可交换态及碳酸盐结合态（F1）以及有机物及硫化物结合态（F3）为主要赋存形态,Zn、Pb、Cu以铁锰氧化物结合态（F2）为主要赋存形态,而Cr、As、Ni以残渣态为主要赋存形态;以Fe作为参比,7种重金属的富集程度顺序为Cd > Cu > Ni > Zn > Pb > Cr > As;通过空间污染状况分析发现,Cu、Cd在受人为活动影响较大的近岛礁区存在富集污染现象,其他重金属则主要表现为天然来源,除Ni外,Cu、Pb、Cd、As、Cr、Zn含量均呈近岛礁区>远岛礁区的空间分布特征.总体上,马鞍列岛国家级特别海洋保护区沉积物重金属污染程度较低,生态环境保护与底质修复效果较好.     

赣南桃江河表层沉积物钨赋存特征及风险分析

选择赣南桃江河表层沉积物为研究对象,采用改进的BCR提取法分析桃江上、中、下游及支流表层沉积物中钨的含量及赋存形态,并利用富集系数法（EF）和风险指数编码法（RAC）对桃江河表层沉积物中钨的富集程度与环境风险进行评价.结果表明,桃江河表层沉积物钨的总量范围为1.21~39.73mg/kg,均值为18.21mg/kg.研究区域58%的采样点沉积物中钨总量高于江西省土壤重金属背景值;桃江河沉积物中钨的主要赋存形态是残渣态（B4态）,沉积物中各形态钨占总钨的比例大小顺序为残渣态 > 可氧化态 > 可还原态 > 弱酸提取态,空间上有效态钨占总钨的比例大小为支流 > 下游 > 上游 > 中游,平均比例分别为22.44%、21.03%、14.45%及10.91%.相关性分析显示,pH值和阳离子交换与钨的各形态及总量呈正相关.EF法分析表明桃江河上游与支流沉积物中钨富集严重;RAC法分析结果显示采样点沉积物中钨含量呈低、中、高生态风险占比分别为33.33%、46.67%、17.78%.上述结果表明,桃江河表层沉积物钨富集程度及环境风险较严重,应引起重视并开展深入研究.     

长江口潮滩沉积物古菌群落结构与多样性

以长江口潮滩为研究对象,采用高通量测序技术,研究了潮滩沉积物古菌群落结构与多样性及其影响因素.结果表明,沉积物中古菌群落OTUs数量为900~1417,Shannon指数为7.02~8.02,均表现出从低盐度向高盐度样点降低的变化特征.各采样点古菌群落特异性OTUs占各采样点总OTUs的24.2%~57.3%,而共有的OTUs仅占1.2%,说明各样点沉积物中古菌群落特异性较高.沉积物中古菌主要隶属于广古菌门（Euryarchaeota）和奇古菌门（Thaumarchaeota）,而深古菌门（Bathyarchaeota）也是古菌群落的重要组成部分,其相对丰度占到17.7%~25.9%.主成分和聚类分析表明芦潮港和东海农场沉积物中古菌群落结构相似,白龙港和浏河口群落组成相近,而浒浦与其他采样点的古菌群落组成差别较大.通过典范对应分析,研究区沉积物中古菌群落结构与沉积物盐度水平有着非常密切的关系.上述研究结果表明长江口潮滩沉积物中古菌群落结构组成和多样性具有高度的空间差异性,且沉积物盐度是群落差异的决定性影响因素.