利用磷脂脂肪酸表征白洋淀沉积物微生物特征

以白洋淀表层沉积物为研究对象,运用磷脂脂肪酸(PLFA)技术分析了沉积物中微生物的生物量和群落结构.结果表明,表层沉积物中支链饱和脂肪酸含量最高,细菌总数平均值为4.24×109个/g(以干重计),是沉积物中微生物的主体.厌氧细菌和革兰氏阳性菌是细菌的主要类型,同时存在较高的好氧细菌生物量.相关分析表明,水深对沉积物细菌生物量及多样性影响显著,磷可能是影响沉积物中微生物生物量及丰富度的限制性营养因素.主成分分析表明白洋淀沉积物微生物群落结构表现出较强的区域分布特征.     

富营养化水体细菌去除氮磷能力研究

微生物既是营养物质的分解者,又是生产者。研究浮游细菌和根际细菌在植物+微生物复合水生态系统中的作用机理及影响因素,对合理选择和使用水体净化的水生高等植物具有重要意义。实验以常见水生漂浮植物荇菜为实验材料,设计总磷(TP)和总氮(TN)两个浓度梯度,每个梯度各设5个浓度,研究水体氮磷营养物质浓度和细菌数量的变化。浮游细菌和根际细菌总数的变化以及它们与TN、TP去除率之间的相关性分析表明,无论在总磷或总氮浓度梯度中,浮游细菌、根际细菌总数的增量基本都与TN去除率呈正相关性,而与TP去除率的相关性不大明显,浮游细菌的总数是在第7天达到最大值。在植物+微生物系统去除氮、磷过程中,对氮的去除以细菌为主,包括浮游细菌和根际细菌;对磷的去除则以植物吸收为主,根际磷细菌也起了一定的作用。因此,在一些富营养化水体,尤其是氮浓度较高的富营养化水体,荇菜是一种较好的水体净化植物。     

修复方式对滩涂贝类养殖底质TN、TP及TOC影响的室内模拟实验

通过室内模拟实验方法,探讨了物理修复方式(翻耕、压沙加翻耕)和投放双齿围沙蚕(Perinereis aibuhitensis)的生物修复方式下滩涂文蛤(Meretrix meretrix)养殖区底质中TN、TP及TOC含量的变化特征.结果表明,物理修复组中,翻耕20 cm组底质TN、TOC的去除效果及翻耕30cm和翻耕加压沙组底质TN、TP及TOC的去除效果较对照组均达到了显著水平(p0.05),且不同修复组对3种指标的去除率大小顺序一致,均表现为翻耕加压沙组最佳,翻耕30 cm组次之,翻耕20 cm组最差;生物修复组中,双齿围沙蚕对底质修复效果明显,0.28 kg·m-2密度组对TN、TP的去除效果及0.14 kg·m-2、0.21 kg·m-2密度组对TN、TP及TOC的去除效果均较对照组达到了显著水平(p0.05),其中,0.21 kg·m-2密度组对TN、TP及TOC的修复效果均最佳,而较高密度的0.28 kg·m-2组的修复效果反而降低,说明沙蚕总体修复效果并不完全随投放密度的增加而增强.     

长江口及邻近海域沉积物中硝化与反硝化细菌分布特征研究

本研究应用DAPI荧光染色法和荧光定量PCR技术对长江口及邻近海域沉积物中的总细菌、好氧氨氧化细菌和反硝化细菌生物量的分布特征进行分析。结果表明,对于垂直分布,同一深度的反硝化细菌生物量明显高于好氧氨氧化细菌生物量,但二者的垂直分布趋势相似。沉积物的强烈混合有利于好氧氨氧化细菌和反硝化细菌的生存。柱状沉积物的深度是影响总细菌、好氧氨氧化细菌和反硝化细菌生物量垂直分布的最重要因素,且深度增加对好氧氨氧化细菌的影响大于对总细菌和反硝化细菌的影响。对于水平分布,总细菌生物量由近岸到远岸逐渐降低,亚硝酸盐浓度显著影响其水平分布。好氧氨氧化细菌和反硝化细菌生物量分别在长江口外和舟山群岛以南海域存在高值区,且溶解氧浓度和总氮含量是影响二者生物量水平分布的重要因素。本研究可为更加深入地认识细菌在河口及近岸海域氮循环过程中的作用提供依据。     

沉水植物黑藻腐解对微囊藻休眠体复苏的影响

模拟沉水植物黑藻(Hydrilla verticillata)生物量(以湿质量计)分别为0、10、25和50 g时,在17℃下腐解过程中对微囊藻(Microcystis)休眠体复苏的影响,并通过测定沉积物和上覆水的理化指标,探究腐解过程中环境因素的变化及其对微囊藻复苏的影响.为期84 d的腐解试验结果显示,沉水植物黑藻的腐解对微囊藻休眠体复苏具有抑制作用,且黑藻生物量越高抑制作用越强.另外,水体及沉积物中的TN、TP和总有机物含量,沉积物表面的光照强度及pH均随黑藻的腐解时间及黑藻生物量的不同而变化.黑藻的腐解会使沉积物中w(TN)升高;与无黑藻组相比,黑藻生物量越多释放到上覆水中的TN越多,但由于沉积物的吸附及微生物的作用,各试验组中上覆水ρ(TN)呈逐渐下降趋势;黑藻的腐解引起沉积物w(TP)显著升高,并在短时间内造成上覆水中ρ(TP)增加,64 d后复原到初始水平;沉积物及水体中的总有机物含量呈先升后降的趋势,在腐解后期水体中ρ(TOC)基本恢复到初始水平.在腐解过程中抑制微囊藻复苏生长的因素可能包括ρ(TP)的升高及光照强度和pH降低.      

黔西南滥木厂铊矿化区铊污染的微生物效应

通过现场采样及室内培养分析,研究了黔西南滥木厂铊矿化区沉积物和土壤中的微生物区系组成及生物量与重金属的相关性。结果表明:与背景区相比,矿区内的河流沉积物、土壤中的微生物区系组成及其生物量了明显变化,沉积物中细菌、真菌、放线菌分别减少了89%,86%和99%,在土壤样品中则分别减少了78%,66%和88%,且三大微生物敏感性大小分别表现为放线菌>细菌>真菌。样品中的微生物生物量与重金属的含量呈明显的负相关关系,特别是与铊的的相关系数均低于-0.5,反映出铊对微生物的毒害作用。     

微生物技术改善河道水质的研究

该课题是探索直接利用人工培养的微生物改善河道水质的研究。在桂林桃花江河道投放反硝化细菌制剂2个月后,水质有了一定程度的改善,COD和TN的浓度降低,但TP和浊度变化幅度不大。受进水水质和低温天气的影响,反硝化细菌制剂的净化作用及反硝化作用不能充分发挥。     

南黄海冷水团海域及西部近岸区表层沉积物中碳、氮、磷的分布特征及其生态学指示意义

基于南黄海西部沉积化学及相关环境因子的调查资料,重点分析和探讨了冷水团海域及近岸区表层沉积物中TOC、TN、TP的分布特征及其生态学指示意义.结果显示,冷水团海域沉积物比近岸区沉积物具有较高的含水率、TOC、TN、TP含量及N/P比.沉积物类型(粒径)、物质来源和沉积环境显著影响着TOC含量,TOC高值主要分布在泥质沉积区.表层沉积物TN与TOC含量在冷水团海域呈显著正相关关系,表明两者的同源性较好,但整个调查海域中TP与TOC、TN无显著相关性,说明其来源较复杂.南黄海冷水团海域和西部近岸浅水区沉积物理化特性之间的显著差异反映了它们受控因素的迥异,冷水团海域沉积物TOC和TN含量受水柱中生物活动的影响较大,上层水体中产生的有机碎屑是其重要的海生物质来源,而浅水区沉积物TN和TP含量受水柱中生物活动的影响相对较小.底层水年平均DO含量对沉积物TOC、TN分布也具有一定影响.     

海水养殖尾水直排对河道沉积物细菌群落的影响

海水养殖活动对周边水域沉积物生态环境的影响日益受到关注,微生物群落是反映环境质量变化的一个重要指标.本研究采集了养殖区进出水河道4个位点(1个进水渠位点、出水口和2个出水渠位点)的沉积物,通过Illumina MiSeq测序技术测定细菌16S rRNA基因,利用磷脂脂肪酸(phospholipid fatty acid,PLFA)技术对沉积物中的微生物群落进行半定量分析,研究海水养殖尾水直接排放对河道沉积物细菌群落结构的影响.结果表明,4个位点中变形菌门(Proteobacteria)为优势细菌类型,主要包括γ-变形菌纲(γ-Proteobacteria)、δ-变形菌纲(δ-Proteobacteria)和α-变形菌纲(α-Proteobacteria).受养殖尾水排放影响,沉积物微生物生物量明显升高,放线菌门相对丰度降低而拟杆菌门相对丰度升高,氨氧化微生物相对丰度降低.非度量多维尺度(non-metric multidimensional scaling,NMDS)分析表明大部分沉积物细菌群落按位点聚类.多样性分析表明,未受养殖尾水影响的沉积物细菌群落多样性高于受养殖尾水影响的位点.冗余分析(redundancy analysis,RDA)表明氨氮与底泥沉积物细菌群落结构的相关性最大,对细菌群落的影响最明显.综上,养殖废水直排明显改变了养殖场河道沉积物物理化学性质和细菌群落结构,说明养殖废水的长期直排已严重污染河道环境,并可能会进一步对近海生态环境造成威胁.     

北运河沉积物中主要脱氮功能微生物的群落特征

应用分子生物学技术研究北运河沉积物中主要脱氮功能微生物,反硝化细菌和厌氧氨氧化细菌(Anammox)的群落特征,探讨了微生物群落的季节变化及其与环境因子的响应关系.结果表明,沉积物中反硝化细菌和Anammox的丰度和群落组成随季节变化差异显著.从夏季到冬季,反硝化细菌丰度逐渐增加,Anammox的丰度却逐渐降低;反硝化细菌的多样性均显著的高于Anammox的多样性,反硝化细菌是北运河沉积物中主要的脱氮微生物.从夏季到冬季,沉积物中氮和TOC含量均逐渐升高,温度是决定脱氮微生物群落特征季节变化的关键因子,TN与反硝化细菌的群落丰度显著正相关,C/N与Anammox的丰度显著正相关;反硝化细菌的群落结构主要受到硝氮和pH的影响,pH也是影响Anammox物种时空分布的主要因子.系统发育分析表明,两种脱氮微生物的主要类群均具有较高的耐污性和良好的脱氮效率,反硝化细菌主要从属于Pseudomonas和Halomonas, Anammox物种发育多样性较低,主要为浮霉菌门的Candidatus Brocadia.     

环境因子对沙土覆盖底泥抑制有机磷释放的影响

通过室内模拟试验,探究沙土覆盖后环境因子对底泥中有机磷(OP)释放与转化的影响。研究结果表明:河沙加红土的组合覆盖控制底泥OP释放的最佳应用环境条件为温度为25 ℃的好氧中性环境,该条件下的原位覆盖能增加底泥中OP含量,减少上覆水总磷(TP)的浓度。环境因子改变对底泥中的中等活性磷(MLOP)的转化影响最大,主要通过抑制底泥中MLOP转化,使底泥中OP含量和OP/TP比例增加。碱性磷酸酶活性(APA)与底泥中各形态磷含量的相关性研究表明,磷酸酶活性能反映底泥中OP的转化释放过程,APA与底泥中TP、OP含量呈正相关。     

东湖沉积物中微生物量与碳、氮、磷的相关性

对武汉东湖3个采样点柱状沉积物中总氮、总磷、总有机碳及微生物量的垂向分布进行了测定,并对生源要素与微生物量之间垂向分布的相关性进行了研究.结果表明,东湖柱状沉积物中总有机碳与总氮之间存在明显的同步变化趋势,其含量随着沉积物深度的增加而不断降低,处于纳污区的1号点的各种营养盐含量均显著高于其它各点.沉积物中的有机质有着明显的双重来源,1号点含有较高的陆源有机质成分,而远离排污口部分的2号和3号点的有机质来源则以水生生物为主.微生物量在沉积物表层最高,随着沉积物深度的增加而不断下降.微生物量与有机质含量之间存在极显著的相关性,但是受有机质来源不同的影响,微生物量与总氮、总磷之间仅在远离排污口部分存在极显著相关性.     

滇池近代富营养化加剧过程的沉积记录

为认识滇池内源污染特性在湖泊环境演变过程中的变化,采集滇池北部和中心2根柱状沉积物样品,分析了TOC(总有机碳)、TN(总氮)、BSi(生物硅)及磷形态含量剖面变化规律,并探讨了其与滇池富营养化历史的关系. 结果表明,滇池沉积物中w(TOC)与w(TN)自20世纪50年代后增加显著.n(TOC)/n(TN)介于7.0～13.5之间,表明滇池内源藻类和细菌等对沉积物中有机质贡献大. 滇池沉积物中w(TP)剖面变化规律反映了滇池由中营养化向富营养化过渡的过程. 沉积物中w(TP)与w(TOC)呈显著相关(R=0.91,P<0.01),表明滇池外源磷的输入与生物量的增长以及蓝藻水华暴发的一致性和外源磷污染控制的必要性. 滇池不同区域w(BSi)剖面变化及其与w(TOC)、w(TP)的关系表明,滇池在长期演变中,生态系统结构发生了变化. 滇池北部近年来富营养化加剧,蓝藻大量繁殖成为优势种群而导致生物群落结构单一化;而中部等地区硅藻仍保持大量增长趋势,表明藻类在该区域处于大量增长的过程中.      

改性煤矸石对上覆水磷及底泥磷代谢关键基因的影响

将热活化煤矸石和镧改性煤矸石应用于封闭水体除磷固磷试验,采用16SrRNA高通量测序技术分析底泥微生态群落结构、聚磷细菌和磷代谢功能基因的变化.结果表明：镧改性煤矸石对上覆水TP的去除能力最高,稳定期上覆水TP浓度为0.023~0.028mg/L,较对照组低83.5%以上,热活化煤矸石对上覆水TP的去除能力较差,稳定期上覆水TP浓度为0.15mg/L左右,略低于对照组.热活化煤矸石和镧改性煤矸石均提高了底泥中微生物多样性,变形菌门（Proteobacteria）和绿弯菌门（Chloroflexi）为底泥优势菌种.不同处理组底泥中聚磷细菌为Tetrasphaera和Candidatus_Accumulibacter,镧改性煤矸石显著降低了底泥中聚磷细菌的相对丰度.热活化煤矸石和镧改性煤矸石对多聚磷酸盐激酶（PPK）影响不大,但对外切聚磷酸酶（PPX）的抑制较大,热活化煤矸石抑制最大.     

改性煤矸石对上覆水磷及底泥磷代谢关键基因的影响

将热活化煤矸石和镧改性煤矸石应用于封闭水体除磷固磷试验,采用16SrRNA高通量测序技术分析底泥微生态群落结构、聚磷细菌和磷代谢功能基因的变化.结果表明：镧改性煤矸石对上覆水TP的去除能力最高,稳定期上覆水TP浓度为0.023~0.028mg/L,较对照组低83.5%以上,热活化煤矸石对上覆水TP的去除能力较差,稳定期上覆水TP浓度为0.15mg/L左右,略低于对照组.热活化煤矸石和镧改性煤矸石均提高了底泥中微生物多样性,变形菌门（Proteobacteria）和绿弯菌门（Chloroflexi）为底泥优势菌种.不同处理组底泥中聚磷细菌为Tetrasphaera和Candidatus_Accumulibacter,镧改性煤矸石显著降低了底泥中聚磷细菌的相对丰度.热活化煤矸石和镧改性煤矸石对多聚磷酸盐激酶（PPK）影响不大,但对外切聚磷酸酶（PPX）的抑制较大,热活化煤矸石抑制最大.     

洪湖沉积物内源污染及其氮磷释放特征

为研究洪湖沉积物污染特征及内源营养盐释放规律,在不同季节对洪湖13个沉积物采样点进行调查,并利用柱状沉积物采样器原位采集沉积物开展静态模拟释放试验. 结果表明:①洪湖沉积物有机质、总氮和总磷含量的平均值分别为19%、4 407.4 mg/kg和1421.0 mg/kg,内源污染严重;②洪湖沉积物污染可能是水体中氮磷营养盐的重要来源之一,在5 d的静态释放模拟试验中,夏季上覆水中总氮和总磷平均浓度分别升高1.467和0.042 mg/L,冬季分别升高0.224和0.036 mg/L;③洪湖沉积物中氮磷的释放表现出显著的时空差异,夏季洪湖沉积物总氮、总磷的平均释放速率分别为133.9和4.0 mg/(m2·d),冬季分别为32.1和3.4 mg/(m2·d);④根据试验结果估算,洪湖沉积物氮的释放潜力为3 500~14 000 t/a,磷的释放潜力为350~400 t/a. 研究显示,在控制流域外源污染输入和减少湖区面源污染的同时,应从根本上改善洪湖水质并重塑洪湖湿地生态系统结构与功能,在科学指导下采取远近结合的方式分区域在洪湖开展受污染沉积物的修复工作.      

A 60-year sedimentary record of natural and anthropogenic impacts on Lake Chenghai, China

Recent sediments from Lake Chenghai, China, were investigated at high temporal resolution to trace both natural and anthropogenic effects on the lake using total organic carbon (TOC), total nitrogen (TN), total phosphorus (TP), organic phosphorus (P_o), inorganic phosphorus (P_i) and organic carbon and nitrogen stable isotopes (δ¹³C_org and δ¹⁵N) in a ¹³⁷Cs-dated sediment core. The results indicated that the sedimentary record covers the last 60 years, during which the lake had undergone apparent changes in nutrient sources and productivity in response to nutrient loading. Prior to the late 1980s, the nutrient contents in sediments mainly originated from algae and lake productivity was relatively stable. Since the late 1980s, increasing TOC, TN and TP concentrations together with the change of δ¹³C_org and δ¹⁵N suggested anthropogenic perturbations in nutrient loading and lake productivity. Endogenic nutrients derived from algae and anthropogenic inputs were two important sources of sedimentary nutrients. The anthropogenic nutrients mainly originated from the discharge of industrial wastewater and artificial cultivation of Spirulina after the middle 1980s, and domestic wastewater discharged from Yongsheng County since 1993.     

城市河流沉积物微生物量分布和群落结构特征

沉积物微生物是河流生态系统物质循环及水体净化的驱动力.为了探讨城市河流不同河段沉积物微生物量分布和群落结构特征及其影响因素,采用PLFAs分析方法和高通量测序技术获得沉积物微生物量和群落结构指标,并利用冗余分析(RDA)和相关性分析等方法探究影响河流沉积物微生物量和群落结构的主要环境因素.结果表明:除上游样点C7外,沉积物细菌优势菌门均为变形菌门,次优势菌门为绿弯菌门,优势菌纲为β-变形菌纲,次优势菌纲为γ-变形菌纲;同一河段内沉积物微生物组成和细菌群落结构相似,而不同河段间沉积物微生物组成和细菌群落结构差异明显;下游沉积物细菌多样性和丰富度(香农指数均值10.20,Chao1指数均值3011.5)显著高于中游(香农指数均值9.50,Chao1指数均值2808.2)和上游(香农指数均值9.38,Chao1指数均值2681.2);沉积物微生物PLFAs总量和各菌群PLFAs含量均表现为中游沉积物中含量较高(PLFAs总量均值412.1 nmol·g~(-1)),而下游(PLFAs总量均值218.6 nmol·g~(-1))和上游(PLFAs总量均值215.1 nmol·g~(-1))沉积物中含量相对较低.分析和讨论结果表明,速效钾、pH、C/P、TC、C/N和铵态氮是影响不同河段沉积物细菌群落结构特征的主要环境因子,TC、TN、C/P和pH是影响沉积物细菌多样性的主要环境因子,而速效钾、C/P、TN、TC和pH是影响不同河段沉积物微生物量分布的主要环境因子.十五里河不同河段的沉积物微生物通过微生物量和群落结构特征反映不同河段环境状况,并发挥着水体净化和河流生态系统健康维持的功能.     

洞庭湖氮磷时空分布与水体营养状态特征

为揭示通江湖泊洞庭湖水体、沉积物营养盐的时空分布特征,分别于2012年1月和6月在入湖河道、湖区和出湖口共采集了13个具有代表性的水样和沉积物样品,分析了样品中氮、磷的含量及洞庭湖的营养水平. 结果表明,洞庭湖水体中ρ(TN)、ρ(TP)、ρ(NH₄+-N)和ρ(NO₃--N)全湖平均值分别为2.34、0.06、0.27和0.54mg/L,沉积物中w(TN)、w(TP)、w(NH₄+-N)、w(NO₃--N)全湖平均值分别为1220.47、678.97、28.94、4.41mg/kg. 氮、磷含量总体表现为入湖河口大于湖体和出湖口,并且入湖河流中以湘江支流较高,湖体以东洞庭湖区较高. 不同季节间的对比表明,水和沉积物样品中氮、磷含量均表现为6月高于1月,尤其水体中ρ(TN),6月显著高于1月(P<0.01). 洞庭湖全湖TLI(∑)(综合营养状态指数)平均值为45.93,分布规律与ρ(TN)、ρ(TP)一致. 与其他富营养化湖泊相比,洞庭湖ρ(TN)、ρ(TP)较高,但没有发生大面积水华,主要是因为其换水周期短、流速较大所致.      

DEM分辨率及子流域划分对AnnAGNPS模型模拟的影响

 针对大中尺度流域非点源污染模拟精度与运算效率的突出矛盾,选取数据精度与空间离散化2个关键影响因素,讨论数字高程模型(DEM)分辨率和临界源面积(CSA)取值对AnnAGNPS模型模拟结果的影响.分别比较了7组CSA取值及8组不同DEM分辨率对华北潮河流域大阁子流域AnnAGNPS模型参数提取及模拟结果的影响.研究发现,CSA取值对汇水单元的数量、地表径流量、泥沙以及总氮的模拟有很大的影响.随着CSA取值的增大,地表径流量变化不大;泥沙先逐渐增大,后呈减少趋势;总磷负荷的变化趋势不明显;总氮负荷呈逐渐减少的趋势.选择合适的CSA是流域AGNPS模型模拟的基础.DEM是分布式水文模型的基础数据,研究表明:DEM分辨率对坡度有较大的影响.随着DEM分辨率的降低,径流量变化不大;土壤侵蚀和总氮负荷变化却十分明显,当DEM分辨率从30m逐渐降低至60m时,泥沙输出及总氮负荷迅速减小,总磷呈现先减小后逐渐稳定的趋势,但变化幅度小于总氮和泥沙.当DEM分辨率小于60m,泥沙和总氮的输出随分辨率降低下降缓慢.以30m和50m DEM为例,通过不同精度的DEM坡度回归分析,建立了低精度DEM坡度修正的方法.用修正后的坡度进行AnnAGNPS模型模拟计算,结果表明坡度修正对泥沙、总氮、总磷的模拟有不同程度的改善.