外源硫酸盐介入下沉积物磷释放、解磷微生物及磷酸酶活性的变化

人类生产活动导致湖泊水体硫酸盐浓度日益增加,硫酸盐与沉积物中磷之间的关系引起关注.该研究以武汉东湖水和沉积物为研究对象进行实验室模拟,研究为期近一年且温度变化的条件下外源硫酸盐对沉积物释磷及微生物的作用.结果表明,硫酸盐输入使沉积物pH和氧化还原电位(E h)总体呈降低趋势.外源硫酸盐促进了沉积物磷的释放,输入硫酸盐(S500)与对照(CK)之间的上覆水存在显著差异(p0.01),S500的上覆水中总磷浓度最高值达0.33 mg·L-1,为对照的2倍.湖泊沉积物中有机磷解磷菌的数量高于无机磷解磷菌,上层沉积物解磷菌的数量和沉积物总磷的含量之间呈负相关.S500的沉积物中磷酸二酯酶活性高于磷酸单酯酶活性,且不同分层沉积物磷酸单酯酶活性和磷酸二酯酶活性之间的正相关性达到显著水平.温度升高,磷酸酶的活性逐渐增强,促使沉积物内源磷释放量增加.     

东海海域表层沉积物中硫酸盐还原菌分布特征研究

利用2011年4、7、8和10月对东海海域4个航次的调查资料,以表层沉积物中硫酸盐还原菌（SRB）为研究对象,针对于SRB所共有的异化型亚硫酸盐还原酶（DSR）中的β亚基基因（dsrB）,通过荧光定量PCR技术对SRB丰度的时空分布特征进行了描述.结果表明,SRB丰度变化范围为1.87×105~4.69×10⁸cells/g,平均值为1.15×10⁸cells/g,且4月SRB丰度最低,7月SRB丰度最高;SRB数量在总细菌中的比例介于0.0039%~1.6176%之间,说明SRB在东海表层沉积物的细菌总量中比例很小;SRB丰度的水平分布特征整体表现为南部海域高于北部海域,长江口及浙闽沿岸泥质区高于非泥质区.此外,SRB丰度与环境因子的相关性分析表明,温度和溶解氧是影响SRB丰度的重要因素.     

浙江-闽北陆架沉积物硫酸盐还原菌及与生物地球化学因子关系的分析

采用ＭＰＮ法测定浙江－闽北陆架沉积物的硫酸盐还原菌（ＳＲＢ），结果表明，在表层其出现率和平均含量各为８４．２％和４３６．８个（细胞／ｇ（湿重）），浅层则各为４２．４％和１６４个／ｇ，近岸的南区表层和浅层沉积物ＳＲＢ出现率、平均含量分别为９３．０％、５７６个／ｇ和３３．３％、２６７个／ｇ；远岸的北区则分别为７５．０％、３０２个／ｇ和５３．３％、４１个／ｇ，分析了ＳＲＢ含量与相应样品中硫化物、有机质含     

加拿大海盆与楚科奇海柱状沉积物中硫酸盐还原菌的分布状况

对取自北极楚科奇海及加拿大海盆的10个沉积物岩芯分别在4℃、25℃培养温度下进行硫酸盐还原菌(SRB)分析,结合首次北极科考海洋沉积物SRB的研究成果,探讨了研究区SRB的分布特点.研究结果表明,4℃与25℃温度培养的SRB含量均为0～2.4 ×106个·g-1(湿样);4℃时SRB的检出率与平均含量分别为45.5%和2.06×104个·g-1(湿样),25℃培养条件下分别为73.7%和4.70×104个·g-1(湿样);柱状沉积物中SRB的检出率、含量范围、平均含量都明显高于表层沉积物中SRB的相关指标;岩芯中SRB含量分布与采样点的纬度、深度有一定关系,但这种关系不如表层沉积物中SRB分布表现的那么明显;4℃培养时,各层位SRB含量的平均值范围为51～1.2×106个·g-1(湿样),25℃时为2.04×102～2.47×105个·g-1(湿样);在所研究的深度范围内,4℃时培养SRB的垂直变化较为明显,而25℃时SRB的垂直变化相对缓和;根据4℃、25℃2个不同培养温度时SRB的检出率、含量对比看,似乎25℃时更有利于某些SRB的繁衍.     

海洋沉积物中硫酸盐还原菌和硫氧化菌群落分析方法的比较

硫酸盐还原菌(sulfate-reducing prokaryotes,SRP)和硫氧化菌(sulfur-oxidizing prokaryotes,SOP)在硫的生物地球化学循环中发挥着极为重要的作用.本文以SRP作为高丰富度高多样性菌群代表,针对于SRP所共有的异化型亚硫酸盐还原酶(dissimilatory sulphite reductase,DSR)中的β亚基基因(dsr B),通过克隆文库技术、454高通量测序技术和Illumina高通量测序技术对其群落特征进行比较分析.结果表明,Illumina高通量测序技术优于454高通量测序技术和克隆文库技术,特别在低丰度物种的检测方面,Illumina高通量测序技术具有明显优势.以SOP soxB基因(~750 bp)作为较长基因片段的代表,分别采用454高通量测序技术和Illumina单端高通量测序技术对SOP群落组成和多样性信息进行比较分析,结果表明,454高通量测序技术在读长上的优势并未体现出来,而Illumina单端高通量测序技术优于454高通量测序技术.     

城市富营养湖泊沉积物中磷负荷及其释放对水质的影响

以南京玄武湖为研究对象,探讨了城市富营养湖泊沉积物中磷的分布、化学形态和负荷量:通过模拟实验深入研究了溶解氧、pH值、温度、扰动等环境因子对沉积物中磷的释放影响．进而得出磷释放速率．并对pH值影响作出校正,计算出沉积物中磷对湖水释放量,为玄武湖富营养化防治提供科学依据。      

外源硫酸盐对武汉南湖表层沉积物磷形态的作用

采用室内模拟实验,选取武汉市南湖表层沉积物及相应上覆水,研究了硫酸盐的输入对沉积物磷形态的影响.结果表明,硫酸盐输入水体后提高了沉积物磷的迁移活性,导致上覆水中总磷(TP)、溶解性正磷酸盐(SRP)含量升高,上升幅度随硫酸盐输入量的增加而增加.硫酸盐扩散到沉积物后,先是生成酸可挥发性硫(AVS),进而转变成铬还原硫.硫酸盐输入提高了沉积物pH值,而使Eh降低.沉积物不同磷形态对外源硫酸盐的响应有所差异,二钙磷(Ca2-P)含量随输入硫酸盐浓度的增加而增加,含量最高的铁磷(Fe-P)为800mg/kg左右,占总磷的51.4%~56.6%,受硫酸盐的影响极显著(P<0.01),在沉积物中含量降低而向上覆水中释放.上覆水中溶解性铁和TP、SRP均呈显著正相关.硫酸盐对沉积物中闭蓄态铁磷(O-Fe-P)也产生显著影响(P < 0.05),总体而言是促进其释放.     

北极沉积物中硫酸盐还原菌与生物地球化学要素的相关分析

对北极楚科奇海、白令海测区34个沉积物样品的硫酸盐还原菌(SRB)含量与CaCO3、Si、S、P、Cd、Fe、Ti、Pb、Hg等地球化学要素作了相关分析．同时分析了SRB与其所在沉积物粒度与底层水温间的关系．结果表明：SRB与Si、砂及底层水温为正相关；SRB与CaCO3、Fe、Ti、P、Pb、Hg、粉砂、粘土为负相关；而SRB与Cd、S的相关性因海区不同而不同．既有负相关．也有正相关．分析了这些相关状况及其原因．     

基于液相31P核磁共振(NMR)技术的巢湖沉积物中有机磷形态研究

利用改进的沉积物有机磷提取方法和液相31P核磁共振(NMR)分析方法,研究了巢湖表层沉积物有机磷形态.结果表明:西部湖区表层沉积物总磷含量高于东部湖区,其平均含量分别为(1089.82±108.14) mg·kg-1和(497.80±51.59) mg·kg-1;东部湖区沉积物中有机磷百分含量(31.88％±2.41％)高于西部湖区(20.86％±1.65％);表层沉积物主要磷份组成包括膦酸盐(Phon-P)、正磷酸盐(Ortho-P)、磷酸单酯(Mono-P)、磷脂(Lipid-P)、DNA(DNA-P)、焦磷酸盐(Pyro-P);磷酸单酯为有机磷的主要组分,平均含量占总磷的22.12％±5.32％;磷酸单酯和DNA百分含量东部湖区大于西部湖区,磷酸单酯百分含量分别为25.99％±2.29％和16.30％±1.06％,DNA百分含量分别为5.61％±0.24％和3.85％±1.01％.31P核磁共振技术可以有效的应用于巢湖等富营养化湖泊沉积物磷形态分析;巢湖表层沉积物以无机磷为主,有机磷种类丰富,以磷酸单酯为主.     

基于液相31P核磁共振技术的不同地理区域湖泊沉积物生物质磷(Biogenic-P)形态特征研究

利用液相~(31)P核磁共振分析方法,研究了我国不同地理区域湖泊表层沉积物中生物质磷(Biogenic-P)的形态特征.结果表明,不同地理区域湖泊表层沉积物磷含量差异较大,湖泊沉积物中的总磷在184.37～1089.41 mg·kg~(-1)之间,青藏高原的青海湖总磷含量最高,达到1089.41 mg·kg~(-1).使用~(31)P-NMR技术在湖泊沉积物中共检测到4类磷化合物,其中生物质磷检测到3类磷化合物,分别为:磷酸单酯(Mono-P)、DNA磷(DNA-P)、焦磷酸盐(Pyro-P),其中以磷酸单酯为主,含量在5.57～399.18 mg·kg~(-1)之间.随着我国外源性磷的有效控制,内源性磷成为了磷主要的来源,在磷的内源负荷中,生物质磷矿化释放的磷将会影响水体整体生产力,本研究基于液相~(31)P核磁共振技术,对我国不同区域湖泊沉积物中磷形态的分布有了一些新的认识,可为深入认识磷在不同区域湖泊中转化提供支持,有助于深入研究不同区域湖泊磷生物地球化学循环过程,同时为认识我国不同区域湖泊沉积物中磷形态特征提供数据支持.     

胞外聚合物在生物膜同步去除/富集磷酸盐系统中的作用

以基于同步去除/富集磷酸盐的厌氧/好氧交替生物膜序批式反应器内生物膜为研究对象,研究了胞外聚合物(EPS)内磷含量形态及生物膜内微生物种群变化,探究EPS在生物膜去除/富集磷酸盐中的作用及其与微生物种群之间的联系.结果 表明,生物膜反应器在厌氧外加COD为200 mg·L-1的条件下富集到了磷浓度为120.95 mg·...     

Phosphorus speciation in the sediment profile of Lake Erhai, southwestern China: Fractionation and 31P NMR

The distribution characteristics of phosphorus(P) forms in the sediment profile of Lake Erhai,in southwestern China has been investigated by sequential extraction and 31P nuclear magnetic resonance spectroscopy(NMR) of NaOH extracts to understand P dynamics and its potential contribution to lake eutrophication.Contents of P fractions varied in the order of NH4Cl extracted P(NH4ClP) < bicarbonate-dithionite extracted P(BD-P) < HCl-P,Residual-P < NaOH extracted P(NaOH-P).The highly available NH4Cl-P represented less than 1% of total P(TP).BD-P and NaOH extracted reactive P(NaOH-rP) averaged 39%,while the ratio of Fe/P was higher than 15,indicating low P release from the sediments under permanent oxic condition.The less bio-available HCl-P,NaOH extracted nonreactive P(NaOH-nrP) and residual-P contributed 61% of TP.Regression analysis revealed that BD-P,NaOH-rP and HCl-P were positively correlated with the contents of Fe and Mn,Al and Fe,and Ca,respectively.The investigation of P compound groups in NaOH extracts by 31 P NMR showed that ortho-P and monoester-P were the largest two constituents of the P pool,followed by diester-P,phosphonate and pyro-P.A comparison of vertical variations of P groups in the sediment profile suggested that these compounds were involved in the P recycling to different extents in Lake Erhai.In particular,the lake exhibits high potential for labile P release from the surface sediments,which should be taken into consideration even after the outsourced P runoff ceased.     

武汉东湖沉积物氮磷形态垂向分布研究

以武汉东湖为研究对象,分析并比较了3个采样点柱状沉积物中各种形态氮、磷的垂向分布,并结合pH进行了研究.结果表明:东湖沉积物pH小于上覆水中pH并随沉积物深度增加呈下降趋势.总氮与总磷均为处于湖湾区的1号点最高,2号点湖心最低,3号点居中.氨氮和硝酸盐氮也表现为1号点远远大于2号点和3号点.随着近年治污力度的加大,1号点的氮磷水平呈下降趋势,但是3号点受面源污染影响,氮、磷水平上升很快,甚至在表层已经和1号点持平.磷虽然仍然是东湖最主要的限制性营养元素,但受硝化与反硝化作用及聚磷菌的影响,近20a来,东湖沉积物总氮含量下降很大,氮磷比仅为3左右.     

基于液相31P核磁共振分析的沉积物样品制备方法研究

液相31↑P核磁共振（phosphorus-31 nuclear magnetic resonance,31↑P-NMR）是近年来用于分析沉积物有机磷组成的新技术.本研究围绕31↑P-NMR分析沉积物样品的制备过程（包括样品前处理方法、提取时间、提取剂比例、样品浓缩等）进行探讨.结果表明,采用风干的沉积物样品进行提取,...     

滇池沉积物有机磷垂直分布特征及其生物有效性

选取了滇池4个代表性柱状沉积物样品,研究了其不同形态有机磷含量及垂直分布,并利用酶水解技术表征了其不同形态有机磷生物有效性.结果表明:1除水提取磷(H2O-Po)外,滇池沉积物可提取磷以无机磷为主,其各形态有机磷含量大小为NaOH提取有机磷(NaOH-Po)>NaHCO3提取有机磷(NaHCO3-Po)>H2O-Po>HCl提取有机磷(HCl-Po),其中H2O-Po、NaHCO3-Po与NaOH-Po迁移性较高,其含量垂直分布呈现表层>中层>底层趋势.2滇池沉积物酶可水解磷(EHP)以活性单酯磷为主,其H2O-Po、NaHCO3-Po与NaOH-Po酶可水解磷含量分别在0.11~5.93、0~45.32与0~107.11 mg·kg-1;各形态有机磷EHP含量大小为NaOH-Po>NaHCO3-Po>H2O-Po,且呈现表层>中层>底层趋势;不同深度沉积物有机磷生物有效性大小为表层>中层>底层.3EHP是滇池沉积物生物有效性磷的重要来源,滇池水质保护应考虑沉积物EHP对其水质的影响.当外部磷负荷逐步得到控制后,沉积物EHP生物地球化学循环对维持滇池富营养化具有重要作用.     

河流沉积物中有机磷提取剂(NaOH-EDTA)提取比例与机制研究

选择海河流域高磷污染河流滏阳新河沉积物为研究对象,利用液相31P核磁共振(31P-NMR)技术优化了沉积物中有机磷提取剂NaOH和EDTA的配比,探讨了提取剂对总磷(TP)、有机磷(P o)及金属离子的提取机制.结果表明,不同配比的NaOH和EDTA提取液提取同一沉积物,所提取的TP和P o的量差异较大,但P o的提取量均高于NaOH单独提取,主要原因为EDTA与Fe、Al等离子的结合促进了无机磷(P i)和P o的释放;TP在1.00 mol·L-1NaOH+75 mmol·L-1EDTA配比的提取液中获得最大提取量,为3.88 mg·g-1,P o在0.25 mol·L-1NaOH+50 mmol·L-1EDTA配比的提取液中提取量最大,为0.24mg·g-1;相同浓度NaOH提取液中金属离子Fe、Mn、Ca、Mg、Al提取量随EDTA浓度增大呈升高趋势,主要是通过螯合作用、金属离子与OH-形成化合物实现.其中,Fe、Mn、Ca提取浓度与提取液pH呈显著负相关(P<0.01),说明其与OH-形成沉淀化合物;Al离子由于既可以与OH-生成可溶性的偏铝酸盐又可以被EDTA螯合形成可溶性络合物,因此其浓度随提取液pH升高呈指数增长趋势(P<0.01);NaOH与EDTA混合提取剂核磁共振图谱优于NaOH提取液,在本研究中均可以检测到膦酸盐、正磷酸盐、磷酸单酯、磷脂、DNA和焦磷酸盐.综合考虑:对北方河流富含Fe和Al的河流沉积物,0.25mol·L-1NaOH与50 mmol·L-1EDTA可以作为理想的沉积物有机磷提取剂.     

生物炭固定化硫酸盐还原菌对Cd2+吸附及作用机制分析

分别在300、500、700℃下限氧热解稻草、小麦和玉米秸秆制备生物炭,并以制备的生物炭为载体固定化硫酸盐还原菌(SRB),对比不同类型生物炭固定化SRB对Cd²⁺的吸附效果,筛选出吸附效果最佳的固定化SRB菌剂,并采用SEM、FTIR和BET对其进行表征分析;同时,研究溶液pH、吸附时间、生物炭添加量、Cd²⁺浓度对吸附效应的影响,并结合吸附动力学和等温吸附模型探究其对Cd²⁺的吸附过程及作用机理.结果表明,700℃限氧热解小麦秸秆生物炭固定化SRB菌剂(IBXM700)对Cd²⁺的吸附效果最佳;在pH=8、生物炭添加量为0.6 g(每50 mL溶液)、吸附时间为8 h、Cd²⁺初始浓度为40 mg·L^-1条件下,IBXM700对Cd²⁺的吸附效果最佳,其吸附符合拟一级动力学模型,以离子交换和表面物理吸附为主,以化学吸附作用为辅,且符合Langmuir模型,表明是单分子层吸附;离子交换、沉淀可能是IBXM700吸附Cd^2+...     

湖泊沉积物中微生物群落对天然有机质输入的响应

全球气候变化和蓝藻水华暴发造成湖泊生源、陆源天然有机质(NOM)输入显著增加,以太湖藻型湖湾为例,考察沉积物中微生物群落的活性、组成及功能对不同浓度藻源有机质(POM)和陆源腐殖酸(HA)的响应特征.三维荧光分析显示POM化学多样性较高,包含易降解的类蛋白(50％)和难降解的类腐殖质组分(50％),而类腐殖质占HA荧光...     

苦草对富营养化水体中氮磷营养盐的生理响应

为认识湖泊富营养化过程中沉水植物衰退机制,通过室内模拟试验,利用水下饱和脉冲荧光仪(Diving-PAM)测定了苦草(Vallisneria natans)在水体富营养化过程中不同氮磷营养盐水平下的荧光参数,并结合苦草其它生理指标,研究了苦草对水体富营养化过程中氮磷等营养盐浓度升高的响应.结果表明,苦草对水体氮、 磷营养盐浓度的改变响应迅速,各处理组在处理2～6 h后最大量子产量都显著下降,处理12　h后与处理前相比没有显著的差异,各处理组之间没有显著差异;水体氮、 磷营养浓度偏高（处理组D）或偏低（处理组A）都增强强光对苦草的抑制作用,从而影响光合作用,处理组B、 C苦草实际光合作用能力(平均量子产量)显著高于处理组A、 D苦草实际光合作用能力（p<0.05）;在一定的水体氮磷营养盐水平范围,苦草叶绿素含量随氮磷水平的升高而增大,水体氮磷营养盐浓度达到处理组D水平,苦草植物体内叶绿素含量下降;植物体内丙二醛(MDA)的含量在不同处理组中存在变化,处理组B丙二醛最低,处理组D最高.这说明,苦草比较适合在富营养化水体生长,但富营养化水体中,过高浓度的氮、 磷浓度可抑制苦草光合生理活动,进而影响苦草的生长.     

沉水植物黑藻对沉积物有机、无机磷形态及潜在可交换性磷的影响

在室内模拟条件下研究了沉水植物黑藻对沉积物有机及无机磷形态及潜在可交换性磷的影响.结果表明:①黑藻可显著降低沉积物的有机质、阳离子代换量及总磷(p<0.05),对沉积物中的磷起到活化的作用.②黑藻对沉积物无机磷形态中的NaOH-P有极显著影响(p<0.01),对有机磷形态中的活性有机磷有一定影响(p<0.1),而对其他形态磷的影响没有达到显著水平.③有植物组沉积物的潜在可交换性磷的量增大了11.5%,而对照组沉积物的却减少了61.0%.两者变化的方向截然相反,而且变化的程度也存在较大差异.这说明黑藻的作用增大了沉积物中潜在可交换性磷的量.