典型湿地沉积物中硝酸盐异化还原成铵的细菌群落结构的研究

为研究中国典型湿地沉积物硝酸盐异化还原成铵过程(Dissimilatory nitrate reduction to ammonium,DNRA)的群落组成,针对DNRA过程的功能基因nrfA进行高通量测序.选取中国典型湿地岸边带的表层沉积物8个样点,质控后每个样品得到60000条序列,在相似度≥90%得到279个OTUs进行生态学分析.由基因丰度值显示:8个湿地沉积物的丰度为(6.69±0.28)×10~7～(8.44±0.48)×10~8 copies g~(-1).多样性分析(OTUs水平)结果表明:本研究的湿地沉积物样点中,南方湿地沉积物样点的多样性要高于北方样点.对代表OTUs进行分类,共定义到8个门(Phylum),23个属(Genus).其中相对丰度最高的3个属为Anaeromyxobacter(24.71%)、Anaerolinea(9.70%)和Dokdonella(7.94%),表明三者在群落组成中占主导地位.PCoA分析(OTUs水平)表明南北方地区差异是导致中国湿地沉积物中DNRA菌群结构不同的最主要影响因素.结合沉积物理化因子分析,DNRA细菌的丰度与碳氮比、年平均降水量及年平均温度呈显著正相关.本研究在一定程度上揭示了中国典型湿地沉积物DNRA细菌的群落组成、多样性及其与环境因子的关系.     

崇明东滩湿地土壤硝酸盐异化还原成铵过程及其影响因素

以崇明东滩湿地为研究对象,采用同位素示踪结合泥浆实验,研究了从低潮滩向高潮滩变化的土壤硝酸盐异化还原成铵过程(DNRA)及其影响因素.结果表明,土壤硝酸盐异化还原成铵的潜在速率为0.17～0.71 nmol·g~(-1)·h~(-1),表现为低潮滩位较高、高潮滩位较低的空间变化特征.相关性分析表明,酸盐异化还原成铵潜在速率与氧化还原电位、可溶性有机碳、硝酸盐和硫化物呈显著相关性.此外,nrfA基因丰度与硝酸盐异化还原成铵潜在速率呈显著相关性.逐步回归分析发现,可溶有机碳和总有机碳是影响硝酸盐异化还原成铵潜在速率和nrfA基因丰度的关键性环境因子,分别贡献了总变异的78.8%和50.3%.通过估算得出,东滩湿地硝酸盐异化还原成铵过程将硝酸盐转化成铵盐的潜力为2.5～10.4 t·km~(-2)·a~(-1),贡献了长江口每年无机氮输入量的0.68%～2.85%,因此,硝酸盐异化还原成铵过程在控制河口湿地氮赋存方面具有着重要的作用.河口潮汐作用导致的湿地环境特征与有机质和硝酸盐含量的变化影响着硝酸盐异化还原成铵过程,进而对河口湿地生态系统中氮动态产生较大的影响.     

稻田硝酸盐异化还原成铵细菌群落结构的垂向分布特性

硝酸盐异化还原成铵（Dissimilatory nitrate reduction to ammonium，DNRA）过程，可将土壤中的NO₃^-/NO₂^-还原成NH₄⁺-N以被作物吸收利用，有助于土壤中氮素的保存.选择位于广东韶关市和吉林安图县的两块稻田为研究对象，通过分子生物学方法和高通量测序技术，深入探究了两种稻田土壤（0~1 m）中DNRA细菌丰度和群落结构的垂向分布特性.结果显示：两种稻田土壤中DNRA细菌更多的存在于表层土壤（0~20 cm）中，丰度最低值均出现在深层土壤（90~100 cm）中，且表层样品群落结构的多样性大于深层样品；两个稻田样品间的群落结构体现出明显的空间异质性，安图稻田样品DNRA细菌的丰度和群落结构多样性均大于韶关稻田样品；其中，相对丰度较高的Anaeromyxobacter（28.67%）、Caldimicrobium（19.49%）、Nitrospira（10.90%）和Chthoniobacter（9.15%）是两个稻田中DNRA细菌群落组成中的关键菌属.相关性分析表明，总硫（TS）、有机质（TOM）、含水率（MC）、碳氮比（C/N）与DNRA细菌丰度之间均有显著正相关性（p<0.01，n=20），偏碱性、有机质丰富、氮源缺乏、碳源丰富且C/N较高的环境及适宜的含水率是稻田垂向生态系统中DNRA细菌适宜的生存环境.     

碳源对生物滞留系统中硝酸盐异化还原成铵的影响研究

通过构建模拟实验,利用~(15)N同位素示踪技术研究在生物滞留系统中碳源对生物滞留系统中硝酸盐异化还原成铵(DNRA)的影响。结果表明:5个处理组(葡萄糖50,100,150,200,250 mg/L)中NO_3~-发生转化的量分别为41.1%、47.9%、50.7%、56.2%和57.6%。以葡萄糖为碳源,初始浓度为100 mg/L时,DNRA作用效果最显著,~(15)N-NH_4~+含量占初始添加~(15)N的24.7%;初始浓度为250 mg/L时,DNRA作用最弱,~(15)N-NH_4~+含量占初始添加~(15)N的13.7%。反硝化和DNRA作用同时进行,系统中~(15)N-NO_3~-含量的减少均伴随着DNRA过程中间产物~(15)N-NO_2~-含量的积累和最终产物~(15)N-NH+4含量的增加。     

S/N对自养硝酸盐异化还原成铵过程的影响

采用SBBR反应器,以硝酸盐和硫化钠为基质,探索了4种进水S/N对自养硝酸盐异化还原成铵过程的影响。结果表明:在n(S)/n(N)≤1. 3时,系统主要进行硫自养反硝化过程; n(S)/n(N)≥1. 5时,系统内同时存在硫自养反硝化过程和硝酸盐异化还原成铵过程,在n(S)/n(N)=1. 5∶1时产铵最高; ORP对系统内的反应进程和反应类型有一定的指示作用。当发生完整的硫自养反硝化过程时,ORP会出现硝酸盐膝点和亚硝酸盐膝点。同时存在硫自养反硝化过程和硝酸盐异化还原成铵过程时,硝酸盐膝点和亚硝酸盐膝点重合。出现硝酸盐异化还原成铵过程的原因可能是硫化物浓度的增加,抑制反硝化作用,从而驱动部分电子从S~(2-)到NH_4~+。     

旱地作物根际和非根际土壤硝酸盐异化还原成铵细菌群落组成的研究

为研究典型旱地农田土壤硝酸盐异化还原成铵过程(Dissimilatory nitrate reduction to ammonium,DNRA)的群落组成,针对DNRA过程的功能基因nrfA进行高通量测序.根际和非根际、4种典型农作物共16个样品,质控后每个样品得到87000条序列,在相似度≥90%下划分到27952个OTUs,选取其中丰度较高的258个代表OTUs进行生态学分析.多样性分析(OTUs水平)结果表明:3/4的作物根际土壤样品中的DNRA群落丰富度、物种多样性和物种均匀度高于相应非根际样品,对比4种作物,粟作物根部土壤DNRA群落多样性最高,玉米作物非根际土壤最低.对代表OTUs进行分类,共定义到6个门(Phylum),19个属(Genus).其中相对丰度最高的3个属为Hyalangium(29.31%)、Chthoniobacter(20.33%)和Nitrospira(13.41%),表明三者在群落组成中占主导地位.结合土壤理化因子分析,DNRA群落相对丰度与NO~-_2-N、TN、含水率、TOM、pH及温度呈显著相关关系.本研究在一定程度上揭示了旱地农田土壤DNRA细菌的群落组成、多样性及与土壤环境因子的关系,为提高氮肥的利用效率和减小环境污染提供理论依据.     

人工湿地植物床-沟壕系统水质净化效果

嘉兴市石臼漾湿地以仿拟自然界的植物床-沟壕系统为主要结构单元,以人工湿地生态根孔技术为核心净化技术,将河网源水主要水质指标提高了一个类别.为探索该系统以及根孔净化技术的优化途径,于2010年5～10月在湿地内构建了16个并联的植物床-沟壕单元,以正交设计手段研究根孔构筑方式、植物组合和强化介质3种因素对人工湿地植物床-沟壕系统水质净化效果的影响.综合考虑水质净化效果、工程施工难易程度、建设及运行维护成本等情况,推荐人工湿地植物床-沟壕系统的优化途径为:根孔构筑方式采用上、下两层秸秆填埋方式,植物组合优选芦苇+菰,在植物床局部采用适量方解石作为强化介质.比较了中试强化区和大工程区的水质净化效率,结果显示:强化后的植物床-沟壕系统具有进一步提升湿地水质净化效果的潜能,对总氮、总磷、氨氮等水质指标去除率提高幅度约为20%～40%.因此在保证湿地处理水量的前提下,控制大渠过水量、增加植物床-沟壕系统内根孔区的过流量可以发挥该系统更好的水质净化效果.     

高通量测序法表征潜流人工湿地中不同植物根际细菌群落特征

为了研究人工湿地中植物根际、污水水质和深度等对细菌群落结构特征分布的影响,利用高通量测序技术,对人工湿地中芦苇(Phragmites communis)、香蒲(Typha orientalis Presl)2种植物根际3个不同深度细菌群落特征进行了研究.细菌群落丰富度和多样性研究结果表明,芦苇根际细菌群落丰富度和多样性均大于香蒲根际,细菌在芦苇根际周围可以更好地生存;同一植物根际细菌的丰富度和多样性随着深度的增加逐渐减少.相似度和差异性分析结果表明,相同植物根际细菌群落结构相似度较高,而不同根际群落结构有一定的差别.优势细菌菌群分析结果发现,细菌群落在门类水平上达到13门以上,优势细菌种群均以变形菌门、酸杆菌门、绿弯菌门、厚壁菌门为主,相对丰度约为55%~78%;纲类水平也达到20纲以上,主要有α-变形杆菌纲、β-变形菌、δ-变形菌纲、γ-变形菌纲、芽孢杆菌纲、酸杆菌纲、相对丰度达到50%以上,植物根际富集的主要纲类细菌是β-变形菌纲.影响细菌群落结构丰富度和多样性的主要环境因素是营养物浓度、植物、采样深度和温度.     

潜流型人工湿地污水处理系统氮去除及氮转化细菌的研究

潜流型人工湿地污水处理系统具有一定的氮净化能力，总氮（ＴＮ）去除率分别为４９３４％（芦苇系统）、４５４９％（茭白系统）、３８６９％（无植物系统）．湿地中氮转化细菌丰富，氨化细菌为１０６—１０７ｃｆｕ／ｇ（土壤），亚硝化菌为１０３—１０５ＭＰＮ／ｇ（土壤），硝化菌１０３—１０４ＭＰＮ／ｇ（土壤），反硝化细菌为１０４—１０６ＭＰＮ／ｇ（土壤）．亚硝化菌数量有植物系统高于无植物系统，前部高于后部，硝化菌数量有植物系统高于无植物系统，中后部高于前部．     

人工湿地污水处理系统应用研究

人工湿地污水处理系统应用十分的普遍。因为人工湿地污水处理要比传统污水处理投资少,运行成本低。这在传统的污水处理系统中占有很大的优势。同时湿地的植物能经常为水体输送氧气,不时增加水体的活性。并控制水体污染,为降解有害物质起到重要的作用。     

傀儡湖沉积物-水界面硝酸盐异养还原过程研究

反硝化（DNF）和硝酸盐异养还原为氨（DNRA）是水域生态系统中硝酸盐异养还原的2个主要过程.DNF和DNRA之间的竞争控制着硝酸盐在水域生态系统中的异养还原方式和最终归趋.选取太湖流域的傀儡湖为研究对象,采用室内培养实验和稳定氮同位素示踪技术,考察傀儡湖沉积物-水界面的DNF和DNRA速率及其对硝酸盐异养还原过程的贡献.结果显示,沉积物表现为NH₄⁺-N的源和NO₃^--N的汇,潜在DNF速率为18.89~54.00μmol/（kg·h）[均值（36.39±3.86）μmol/（kg·h）],DNRA反应速率为1.02~5.89μmol/（kg·h）[均值（3.21±1.15）μmol/（kg·h）].DNF与沉积物有机质含量和含水率存在显著的正相关关系,DNRA与沉积物需氧量（SOD）之间存在相关性.反硝化是傀儡湖中硝酸盐异养还原的主导过程,贡献率为84.23%~96.90%,而DNRA过程只占3.10%~15.77%.与海洋河口区域相比,淡水湖泊生态系统中DNRA速率和DNRA在硝酸盐异养还原中所占的比重均较小.     

活性污泥体系中C/N/S对硝酸盐还原过程的影响

采用序批式活性污泥反应器(ASBR),通过调整进水C/N和S/N,在活性污泥体系中探究电子受体有限的条件下,不同电子供体(有机物或者S2-)对反硝化和硝酸盐氮异化还原成铵(DNRA)过程的影响.结果 表明:较高的C/N进水条件,有利于反硝化过程的进行;而较高的S/N进水条件,更有利于DNRA过程的发生;DNRA过程的特...     

鄱阳湖湿地DOM对铁还原菌异化还原水铁矿的影响

湿地土壤和沉积物中的Fe(Ⅲ)还原过程是地球化学循环中重要的一部分,目前有关鄱阳湖湿地DOM的化学组成及其与Fe(Ⅲ)还原作用的构效关系尚不明确.为此,以鄱阳湖湿地沉积物中分离筛选出的铁还原菌作为模式菌,Fe(Ⅱ)的生成量作为考察指标进行Logistic方程拟合分析,并采用紫外-可见光谱、三维荧光光谱及XRD光谱,研究...     

菌株Desulfovibrio sp. CMX的DNRA性能和影响因素

微生物的硝酸盐异化还原为铵(DNRA)过程对自然界中铵根离子的存在和转化具有重要影响,然而关于SRB菌株DNRA过程影响和机制尚未探明.本文考察了实验室筛选的SRB菌株Desulfovibrio sp.CMX的DNRA能力、影响因素及其影响机制.结果表明,无外加氮源的情况下,分别以10 mmol·L-1NO_3~-和NO_2~-作为唯一电子受体,菌株Desulfovibrio sp.CMX最终NH_4~+生成率分别达到85.8%和97.3%,且无N2和N2O等副产物产生.实验探究了不同外加氮源、不同初始浓度的SO_4~(2-)、S~(2-)对菌株DNRA过程的影响.酵母浸粉作为外加氮源可促进菌株的生长和代谢从而促进菌株DNRA过程;SO_4~(2-)对于NO_3~-还原为NO_2~-阶段起促进作用,而对NO_2~-还原为NH_4~+阶段起抑制作用,综合两方面影响,最终表现出对菌株DNRA过程的抑制作用;S~(2-)对菌株生长及DNRA过程都表现出抑制作用,且S~(2-)浓度越高抑制作用越强,当S~(2-)浓度达到6 mmol·L-1后,S~(2-)对于NO_3~-还原为NO_2~-阶段的抑制作用强于NO_2~-还原为NH_4~+阶段的抑制作用,NO_3~-还原为NO_2~-速率低于NO_2~-还原为NH_4~+速率,此时体系中不再有NO_2~-的积累.     

Marine aquaculture regulates dissimilatory nitrate reduction processes in a typical semi-enclosed bay of southeastern China

Marine aquaculture in semi-enclosed bays can significantly influence nutrient cycling in coastal ecosystems. However, the impact of marine aquaculture on the dynamics of dissimilatory nitrate reduction processes (DNRPs) and the fate of reactive nitrogen remain poorly understood. In this study, the rates of DNRPs and the abundances of related functional genes were investigated in aquaculture and non-aquaculture areas. The results showed that marine aquaculture significantly increased the denitrification (DNF) and dissimilatory nitrate reduction to ammonium (DNRA) rates and decreased the rate of anaerobic ammonium oxidation (ANA), as compared with non-aquaculture sites. DNF was the dominant pathway contributing to the total nitrate reduction, and its contribution to the total nitrate reduction significantly increased from 66.72% at non-aquaculture sites to 78.50% at aquaculture sites. Marine aquaculture can significantly affect the physicochemical characteristics of sediment and the abundances of related functional genes, leading to variations in the nitrate reduction rates. Although nitrate removal rates increased in the marine aquaculture area, ammonification rates and the nitrogen retention index in the aquaculture areas were 2.19 and 1.24 times, respectively, higher than those at non-aquaculture sites. Net reactive nitrogen retention exceeded nitrogen removal in the aquaculture area, and the retained reactive nitrogen could diffuse with the tidal current to the entire bay, thereby aggravating N pollution in the entire study area. These results show that marine aquaculture is the dominant source of nitrogen pollution in semi-enclosed bays. This study can provide insights into nitrogen pollution control in semi-enclosed bays with well-developed marine aquaculture.     

EDTA-2Na/Fe(Ⅱ)对自养生物体系下硝酸盐还原过程的影响

采用厌氧序批式生物膜反应器(ASBBR),以固定浓度的硝酸盐和硫酸亚铁为基质,按不同梯度条件添加EDTA-2Na,进行长时间的培养驯化,研究铁盐脱氮的启动过程,同时探究不同EDTA-2Na/Fe(Ⅱ)对铁自养反硝化过程以及硝酸盐异化还原为铵(DNRA)的影响.结果表明:经过65d的培养驯化,反应器成功稳定运行.当EDTA-2Na/Fe(Ⅱ)<1.50时,反应器只进行铁自养反硝化过程,NO₃^--N去除率最高仅为71.70%;当EDTA-2Na/Fe(Ⅱ)≥1.50时,反应器同时进行铁自养反硝化与DNRA过程,NO₃^--N去除率最高为99.70%.值得注意的是,在EDTA-2Na/Fe(Ⅱ)=1.50时,铁自养反硝化速率达到最大值1.63mg/(L·h)的同时,DNRA的产氨量也达到最大值9.75mg/L.Visual MINTEQ模拟结果表明:EDTA-2Na与Fe(Ⅱ)的摩尔比会影响进水中EDTA-2Na与Fe(Ⅱ)的存在形态,物质的量比越大,FeEDTA^2-度越高,Fe...