锑矿周边稻田土壤垂直剖面锑砷形态与细菌群落结构分布及相互关系

为了解稻田土壤微生物对锑(Sb)和砷(As)污染的长期适应机制,本文以贵州省独山半坡锑矿和某锑矿冶炼厂周边稻田土壤为研究对象.采用野外布点和室内分析的方法,利用Illumina高通量测序技术对稻田垂直剖面土壤细菌16S rRNA V3～V4可变区进行测序,分析了土壤微生物的α多样性、物种丰度差异和组成情况,探讨了不同形态Sb和As在tc1(水耕熟化层)、tc2(渗育层)、tc3(犁底层)和tc4(水耕淀积层)的地球化学行为及其对细菌群落结构的影响.结果表明,研究区Sb和As的来源不同,Sb主要来源于大气沉降和人工投放,As则来源于成土母岩.变形菌门(Proteobacteria)和绿弯菌门(Chloroflexi)为各土层的主要优势菌门,具体表现为变形菌门(Proteobacteria)是tc1和tc2的优势菌门,绿弯菌门(Chloroflexi)是tc3和tc4的优势菌门.土壤剖面各土层多样性指数均在tc1达到最大值,在tc3达到最小值且差异不显著.相对重要性分析表明,总As、As(V)、TS和Fe(II)为影响多样性指数的主要因子.LEfSe分析表明,各土层差异指示种在不同分类水平上各不相同且tc1的数量高于tc2、tc3和tc4.如在门水平,tc1的差异指示种为疣微菌门(Verrucomicrobia),tc3为热袍菌门(Thermotogae),tc4为硝化螺旋菌门(Nitrospirae);在纲水平,tc1为α-变形菌纲(α-proteobacteria),tc2为β-变形菌纲(β-proteobacteria),tc3为热袍菌纲(Thermotogae),tc4为硝化螺旋菌纲(Nitrospirae).RDA分析和相对重要性分析表明,总As、As(III)、Sb(V)、总Sb和pH等对细菌门分类水平具有重要影响.共生网络分析进一步表明,Sb(III)和As(V)虽然对群落结构影响相对较小,但与特征性微生物却存在显著相关性,如Sb(III)与Defluviicoccus属显著相关,而As(V)对β-变形菌纲影响较为显著.     

不同类型秸秆对污泥厌氧消化特性及细菌群落结构的影响

为促进污水处理厂污泥及农作物秸秆的资源化利用,探讨不同类型秸秆（玉米、小麦、水稻）对污泥厌氧消化特性、产气效果及细菌群落结构的影响,在中温〔（35±1）℃〕下,研究了污泥与秸秆按不同质量比（1:0、1:0.5、1:1、1:1.5）联合厌氧消化对污泥C/N（碳氮比）和厌氧消化环境中pH、ρ（NH₄+-N）、ρ（VFAs）（VFAs为挥发性脂肪酸）、日均沼气产量及φ（CH₄）、细菌群落的特征变化,以未添加秸秆的污泥厌氧消化为CK（对照）.结果表明:不同类型秸秆的添加对厌氧消化体系的pH、ρ（NH₄+-N）、ρ（VFAs）均产生显著影响,秸秆的加入明显提高了厌氧消化体系的产气量.联合厌氧消化可通过优化厌氧消化底物的C/N,从而增加ρ（VFAs）和φ（CH₄）.其中,污泥与玉米秸秆质量比为1:1.5时对厌氧消化的促进作用最为显著;其沼气日产量为2 303.08 mL,比CK（536.15 mL）提高了3倍以上,而沼气中φ（CH₄）最高为54.49%,比CK（37.07%）提高46.99%.此外,不同类型秸秆的添加也可通过改变细菌群落结构从而促进秸秆降解,增加ρ（VFAs）和提高沼气产量,特别是添加秸秆后,Bacteroidetes会逐渐取代Proteobacteria成为主要的产酸菌种,从而导致ρ（VFAs）增加.研究显示,污泥与秸秆联合厌氧消化可改善污泥营养结构,改变细菌群落结构,提高沼气产量.      

两种抗生素菌渣经SEA-CBS技术处理后的肥料特性

抗生素菌渣的环境无害化利用处置目前已成为行业和政府管理部门亟待解决的难题.为有效实现抗生素菌渣的资源化利用,开展了经SEA-CBS高效复合资源化利用技术制成的吉他霉素和螺旋霉素菌渣有机肥理化特性研究,并分析了未施肥、施加不同比例的商品肥和菌渣有机肥对苦苣生长的影响.结果表明:吉他霉素和螺旋霉素菌渣有机肥的pH分别为6.59和7.92,含水率分别为5.21%和10.60%,抗生素残留均未检出;吉他霉素菌渣有机肥中w（Cr）、w（Pb）和w（As）相对较高,分别为33.40、7.05和1.57 mg/kg,而w（Cd）（0.34 mg/kg）和w（Hg）（低于0.002 mg/kg）相对较低;两种抗生素菌渣有机肥的总养分含量均在5%以上,w（有机质）均大于80%,均符合NY 884—2012《生物有机肥》及NY 525—2012《有机肥料》中的相关限值.植株生长试验研究发现,施加1%和3%的吉他霉素菌渣有机肥时,苦苣的株高、鲜质量和干质量均优于未施肥处理,且株高均大于施入商品肥处理;施加1%螺旋霉素菌渣有机肥下苦苣生长性能优于未施肥情况.研究显示,SEA-CBS技术可有效去除菌渣中残留的抗生素,并实现抗生素菌渣的资源化利用.      

秦岭中段北坡不同海拔土壤中细菌群落的分布特征及区域差异比较

为深入理解土壤细菌群落沿海拔梯度的分布特征,以秦岭山脉中段的朱雀国家森林公园朱雀山北坡（简称“朱雀北坡”）与太白山自然保护区太白山北坡（简称“太白山北坡”）为研究区域,海拔梯度上每隔400 m设置采样点,通过高通量测序研究土壤细菌群落的海拔变化规律及其关键影响因素.结果表明:研究区域内,随海拔升高,土壤pH趋于降低（太白山北坡不明显）,w（TC）、w（TN）、w（TOC）均显著升高,w（TP）也趋于升高（朱雀北坡不明显）.两个区域土壤细菌中相对丰度最高的均为变形菌门和酸杆菌门,朱雀北坡随海拔梯度变化显著的细菌主要包括变形菌门、硝化螺旋菌门、浮霉状菌门、酸杆菌门、放线菌门,其中,硝化螺旋菌门相对丰度与海拔呈正相关,放线菌门相对丰度与海拔呈负相关;太白山北坡随海拔梯度变化显著的细菌主要包括放线菌门、疣微菌门、浮霉状菌门、绿弯菌门,其中,放线菌门相对丰度与海拔呈负相关,其余三者相对丰度与海拔呈正相关.两个区域土壤细菌多样性指数（如Shannon-Wiener指数、Chao1指数、observed-species指数、PD_whole_tree指数等）沿海拔梯度均无明显变化规律,但太白山北坡数值整体上高于朱雀北坡.典范对应分析（canonical correlation analysis,CCA）结果显示,影响朱雀北坡和太白山北坡土壤细菌群落结构的主要因素均为pH和w（TOC）.研究显示,不同海拔梯度也是导致秦岭中段北坡土壤细菌群落差异的重要因素.      

SRIS对垃圾渗滤液中氨氮去除效能及微生态分析

针对垃圾渗滤液中ρ（NH₃-N）较高、可生化性较差、处理困难的问题,以老龄垃圾渗滤液为研究对象,探讨了改良SRIS（土地快速渗滤系统）对NH₃-N的处理效果与最高处理负荷量,同时分析了系统不同深度的ρ（NH₃-N）的变化,并利用高通量测序技术分析了进水前、后系统中的微生物群落演替情况.结果表明:①在进水ρ（NH₃-N）为125 mg/L左右、水力负荷为0.11 m3/（m2·d）、进水频率为1次/d下,垃圾渗滤液经改良SRIS的一级、二级渗滤柱处理后出水ρ（NH₃-N）平均值为3 mg/L,NH₃-N去除率在97.5%以上;提高水力负荷为0.22 m3/（m2·d）后,NH₃-N去除率为87.27%;进水频率改为2次/d,NH₃-N去除率达到96.17%.②改良SRIS的一级、二级渗滤柱所能处理的最高NH₃-N去除量分别为200和110 mg/L,并且主要在下层和底层部分发生去除.③改良SRIS中下层微生物群落多样性最为丰富,微生物群落以变形菌门（Proteobacteria）为主,在属水平下微小杆菌属（Exiguobacterium）相对丰度最高,同时还存在多种有利于NH₃-N去除的硝化、反硝化细菌以及浮霉菌,为NH₃-N的去除提供了保障.研究显示,改良SRIS对垃圾渗滤液中NH₃-N具有良好的去除效果,可为老龄垃圾渗滤液的有效处理提供借鉴.      

不同土地利用方式对土壤细菌分子生态网络的影响

利用16S rDNA基因Illumina MiSeq高通量测序技术结合分子生态网络方法,测定了4种利用类型土地中的细菌群落组成,并分别构建了可视化的细菌网络.结果表明,旱田和水田土壤细菌网络的平均路径长度与模块性较小,而节点数、连接数、平均连通度和聚类系数较高;4个细菌网络均以正相关关系占优,天然林地负相关比例较高;酸杆菌门、厚壁菌门和变形菌门中的部分菌群在土壤细菌网络中起着重要的连接作用;4个细菌网络的部分关键节点所属的菌群相对丰度较低(1%),并非本研究区域的主体细菌;旱田土壤菌群主要受TP显著影响(P0.05);水田土壤菌群主要受黏粒、粉粒和含水量显著影响(P0.05);天然林地和城市绿地土壤菌群主要受C/N显著影响(P0.05).以上研究结果表明,旱田土壤细菌网络规模更大,物种间关系更加复杂,不同利用类型土地中的细菌均以协同合作关系为主,天然林地土壤细菌之间存在更强的竞争作用.水田和旱田土壤细菌对外界环境因子的扰动更加敏感,响应迅速,群落结构更易发生变化;部分细菌在网络间存在角色转化现象,低丰度菌群在构建土壤细菌网络中具有重要作用.     

重稀土元素钇对短程反硝化工艺的影响

研究重稀土元素钇（Y（III））对短程反硝化工艺的短期和长期影响.结果表明,1~50mg/L的Y（III）对亚硝酸盐的积累量无明显影响,60~100mg/L的Y（III）会影响硝酸盐的还原和亚硝酸盐的积累.1~10mg/L的Y（III）对细菌活性呈现促进作用,20~100mg/L的Y（III）对细菌活性呈现抑制作用.胞外吸附的Y（III）是抑制细菌活性的主要因子,线性拟合的相关性系数R²为0.957,半抑制浓度IC_50（吸附）为1.079mg/L（以湿重计）,对应水中Y（III）浓度为54.35mg/L.SEM显示,添加Y（III）会使细菌产生更多的胞外聚合物（EPS）将细菌包裹以抵抗Y（III）的毒性,EDS显示被包裹的细菌表面碳、氮元素含量大幅度降低,EPS影响了底物的传质.130d的长期实验表明,5mg/L的Y（III）会使反应器的反硝化性能逐渐消失,停止添加稀土后,反应器的亚硝酸盐积累功能也不能恢复.     

氯和紫外消毒过程中胞外抗性基因的产生特征

考察了城市污水氯和紫外消毒过程中不同物理形态的胞外抗性基因的产生行为与及微生物群落的关联特征.结果表明,氯消毒尽管使胞内抗性基因丰度下降,但使结合型胞外抗性基因丰度明显上升（0.7±0.1）log,而游离型胞外抗性基因丰度下降（0.2±0.1）log.紫外消毒也使胞内抗性基因下降,但使游离型胞外抗性基因显著上升（0.4±0.2）log,而结合型胞外抗性基因丰度下降（0.3±0.1）log.氯消毒后,结合型胞外DNA（a-eDNA）中变形菌门丰度下降而其他菌门的丰度上升,细菌多样性指数由4.2上升到4.7;而游离型胞外DNA（f-eDNA）中变形菌门上升了6.6%,多样性指数则从3.5降低到2.8.紫外消毒后,a-eDNA中变形菌门丰度下降了36.6%,多样性则上升到4.8,而f-eDNA中细菌丰度变化较小.分子生态网络分析揭示了抗性基因与细菌间广泛的寄存关系,tetA、tetX、sulI和sulII分别与17、15、15和5种菌属间存在共现性,表明抗性基因潜在宿主的变化是导致消毒后胞外抗性基因产生的关键原因.本研究表明氯和紫外消毒不能消除抗性基因风险,反而通过导致不同胞外抗性基因的大量产生,使风险的形式发生变化.     

Co-metabolic and biochar-promoted biodegradation of mixed PAHs by highly efficient microbial consortium QY1

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), typical representatives of the persistent organic pollutants (POPs), have become ubiquitous in the environment. In this study, a novel microbial consortium QY1 that performed outstanding PAHs-degrading capacity has been enriched. The degradation characteristics of single and mixed PAHs treated with QY1 were studied, and the effect of biochar on biodegradation of mixed PAHs and the potential of biochar in PAHs-heavy metal combined pollution bioremediation were also investigated. Results showed that, in single substrate system, QY1 degraded 94.5% of 500 mg/L phenanthrene (PHE) and 17.8% of 10 mg/L pyrene (PYR) after 7 days, while in PHE-PYR mixture system, the biodegradation efficiencies of PHE (500 mg/L) and PYR (10 mg/L) reached 94.0% and 96.2%, respectively, since PHE served as co-metabolic substrate to have significantly improved PYR biodegradation. Notably, with the cooperation of biochar, the biodegradations of PHE and PYR were greatly accelerated. Further, biochar could reduce the adverse impact of heavy metals (Cd²⁺, Cu²⁺, Cr₂O₇^2?) on PYR biodegradation remarkably. The sequencing analysis revealed that Methylobacterium, Burkholderia and Stenotrophomonas were the dominant genera of QY1 in almost all treatments, indicating that these genera might play key roles in PAHs biodegradation. Overall, this study provided new insights into the efficient bioremediation of PAHs-contaminated site.     

磁性纳米Fe3O4@C对SBR脱氮除磷性能及其微生物种群组成的影响

为探究磁性纳米Fe₃O₄@C对序批式活性污泥反应器（SBR）污水处理系统脱氮除磷性能的影响,建立了2个相同的SBR（编号分别为0号和1号）,其中,0号反应器未投加任何磁性材料（对照组）,1号反应器中投加0.5 g·L^-1的Fe₃O₄@C（实验组）,并采用高通量测序和实时定量PCR（qPCR）技术对2个反应器内生物种群结构及关键脱氮除磷功能菌群进行分析.结果表明：①Fe₃O₄@C对SBR除污性能有显著影响,其中,1号反应器化学需氧量（COD）的去除性能得到增强,24 d后去除率稳定在90%左右;0号和1号反应器总氮（TN）平均去除率分别为35.83%和52.18%;从第43 d起,1号反应器除磷性能明显高于0号反应器,运行70 d后,0号和1号反应器对总磷（TP）的平均去除率分别为47.52%和56.33%.②添加Fe₃O₄@C材料后,反应器内变形菌门（Proteobacteria）的相对丰度从23.91%增加至32.14%,优势脱氮菌门Planctomycetes、Nitrospirae的相对丰度分别从2.66%、0.46%增加至5.16%、2.23%.③添加Fe₃O₄@C后,SBR内细菌总数明显增多,16S基因拷贝数从1.77×10⁷ copies·g^-1增长到4.21×10⁷ copies·g^-1;各功能菌数量也有大幅度增长,除磷功能基因PAO增加了3.4倍,脱氮功能基因nirS、Nitrospira、Nitrobacter、AOB分别增长了2.3、2.4、4.7和572倍.研究表明,磁性纳米Fe₃O₄@C能有效促进SBR脱氮除磷性能,可为SBR工艺的优化改进提供理论支撑.