三亚河红树林表层沉积物中好氧氨氧化微生物的分布特征及潜在硝化速率

氨氧化过程是硝化作用的限速步骤,氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria, AOB)和氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea, AOA)是氨氧化作用的主要驱动者,其分布特征及其对硝化作用的相对贡献是氮素循环的研究热点.采用实时荧光定量PCR技术研究了三亚河红树林表层沉积物中好氧氨氧化微生物的分布特征,并通过测定潜在硝化速率分析了AOB和AOA对硝化作用的相对贡献率.结果表明,多数采样点中,AOA amoA基因丰度高于AOB amoA基因丰度; AOB丰度冬季较高,AOA丰度夏季较高,且冬季AOA和AOB丰度的比值较低;溶解氧、pH、总有机碳和硝态氮对AOB和AOA丰度影响较大; AOB和AOA在夏季的潜在硝化速率均高于冬季,冬季AOA对硝化作用的相对贡献率较高而夏季则是AOB在硝化作用中占主导地位,AOB和AOA的潜在硝化速率与amoA基因丰度均不存在显著相关性.     

紫色土N2O排放及氨氧化微生物群落结构对玉米秸秆与化肥减量配施的响应

以紫色土为研究对象,采用静态箱-气相色谱法,通过田间原位试验,设置了对照(CK)、常规施肥(F)、秸秆与全量化肥配施(100FS)、秸秆分别与化肥减量30%(70FS)、40%(60FS)、50%(50FS)处理,观测了玉米秸秆与化肥配施下的菜地土壤N2O排放动态变化特征,并利用克隆技术和实时荧光定量PCR技术,结合土壤理化性质和氨氧化微生物amoA功能基因丰度,分析了秸秆与化肥配施对土壤N2O排放及相关微生物的影响,以期为调控和减缓紫色土N2O排放提供理论依据.结果表明,玉米秸秆与化肥配施处理较F处理提高了土壤N2O排放量和试验期内的累积排放量,其中100FS处理的N2O排放量最高[57.59~6 238.02μg·(m2·h)-1],累积排放量高达60.76 kg·hm-2.与F处理相比,秸秆与化肥配施处理降低了土壤铵态氮和硝态氮含量,提高了土壤有机质含量,但对土壤总氮和pH值没有显著的影响.本试验条件下,土壤AOB amoA基因拷贝数比AOA高出1~2个数量级,其中F处理的AOA amoA基因拷贝数(50.9×103copies·g~(-1))明显高于其他处理,但AOB amoA基因拷贝数最低(1.36×105copies·g~(-1)).100FS处理降低了AOA和AOB amoA基因多样性指数和均匀度,同时也显著降低了AOA amoA基因拷贝数,但秸秆与化肥减量配施可以提高AOA和AOB amoA基因多样性,同时显著增加了AOB amoA基因拷贝数.土壤AOA优势菌群OTU1可能是硝化作用的主要驱动者,直接和间接地影响N2O排放.通过冗余(RDA)分析,土壤铵态氮、有机质和有效磷含量对AOA群落结构存在显著影响(P0.05,蒙特卡罗算法);土壤可溶性有机氮、总氮、速效钾以及有效磷含量显著影响AOB群落结构(P0.05,蒙特卡罗算法),其中AOB对不同环境因子的耐受性和生态位低于AOA.总体上,玉米秸秆配施60%~70%的化肥,在保证蔬菜产量的前提下,有效提高了AOA和AOB amoA基因多样性,在一定程度上减缓了土壤N2O排放.     

若尔盖花湖沉积物氨氧化与反硝化功能基因丰度垂向分布特征及其环境响应

若尔盖湿地作为中国最大的泥炭沼泽区,是生物地球化学循环的重要场所.本文以若尔盖湿地的花湖为研究对象,采集0～47 cm的沉积物样品,通过实时荧光定量PCR(qPCR)技术,探究沉积物中氨氧化(amoA)和反硝化(nirS、nirK、nosZ clade I)功能基因丰度的垂向分布特征,及其对环境因子的响应.结果表明:花湖沉积物中古菌amoA基因丰度在垂向分布上呈下降趋势,而nirS基因丰度呈上升趋势;古菌和细菌的amoA基因丰度相近,nirS基因丰度则远高于nirK基因,且氨氧化功能基因丰度整体上比反硝化功能基因低1～2个数量级.总氮(TN)、总磷(TP)、氨态氮(NH~+_4-N)、硝态氮(NO~-_3-N)和亚硝态氮(NO~-_2-N)与古菌amoA基因丰度均呈显著正相关关系(p0.05),而与nirS基因丰度呈显著负相关关系(p0.05).这两种功能基因明显受到花湖沉积物中不同形式氮素浓度的影响与限制.通过研究花湖沉积物氨氧化与反硝化功能基因的垂向分布特征及其对环境的响应,可为深入了解高原湖泊沉积物中的氮循环机理提供参考.     

北运河闸坝区水体氨氧化微生物及硝化活性特征研究

采用分子荧光定量PCR对北运河闸坝区(上游沙河闸和下游杨洼闸)水体中氨氧化细菌(AOB)的amoA基因拷贝数进行定量测定,并研究了闸坝设置和排污口污水排放对AOB的amoA基因拷贝数,硝化活性(NA)和氮素转化的影响.结果表明,1在沙河闸段,AOB的amoA基因拷贝数呈现先上升后下降,排污口处又显著上升的空间变化特征,其变化范围为(1.84±0.09)×10~8~(7.12±0.36)×10~8copies·L~(-1),排污口处最高;在杨洼闸段,amoA基因拷贝数呈现先上升后下降最后趋于平稳的空间变化特征,其变化范围为(3.05±0.15)×10~8~(6.83±0.34)×10~8copies·L~(-1),下游100 m处最高.闸坝的设置和排污口污水的排放对AOB的amoA基因拷贝数和空间分布具有显著影响.2硝化活性(NA)的空间变化特征与AOB的变化特征相同.闸坝的设置和污水排放能促进水体的硝化过程,加快污染物质的降解.3沙河闸排污口处排放的NH_4~+-N可以作为AOB生长的氮源,提高硝化活性,加快NH_4~+-N全向NO_3~--N的转化,促进硝化过程的完全进行;杨洼闸段闸门的开启导致溶解氧的升高和内源NO_3~--N的释放,为AOB的生长提供氮源,提高硝化活性,但造成了NO_2~--N的积累.     

杏林湾水库上游水域水华期和非水华期水质变化

为了查明厦门市杏林湾水库上游水域水华期和非水华期水质变化情况,对17个水体主要指标(温度、pH、氧化还原电位、溶解氧、盐度、电导率、浊度、透明度、叶绿素a浓度、总碳、总有机碳、总氮、铵态氮、硝态氮、亚硝态氮、总磷和正磷酸盐的浓度)进行了测定.结果显示:水华期和非水华期叶绿素a浓度(μg/L)分别为121.31±18.8...     

巢湖周围池塘氮、磷和有机质研究

巢湖周围池塘众多,根据池塘位置和地表径流补给差异,池塘可以分为村庄内池塘、毗邻村庄池塘和农田区域池塘(远离村庄的池塘).本研究采集了巢湖周围136口池塘上覆水和沉积物样品,调查巢湖周围池塘中氮、磷以及有机质污染现状.结果表明,池塘上覆水中总氮、氨氮、硝态氮、亚硝态氮、总磷、溶解态磷和COD平均含量分别为2.53、0.65、0.18、0.02、0.97、0.38和51.58mg·L-1;池塘沉积物中总氮、氨氮、硝态氮、亚硝态氮、总磷、无机磷、有机磷和烧失量平均含量分别为1575.36、35.73、13.30、2.88、933.19、490.14、414.75mg·kg-1和5.44%;90%以上的池塘总氮、总磷含量达到或超过富营养化水平.位于村庄内的池塘上覆水和沉积物中总氮和氨氮的含量显著高于位于农田区域的池塘.上覆水和沉积物中无机氮表现为:氨氮硝态氮亚硝态氮.池塘上覆水和沉积物中有机质与总氮、总磷之间存在显著的正相关性.池塘中氮、磷和有机物质主要为陆源性输入,池塘位置和径流补给方式明显影响其中的氮、磷和有机质含量.通过截留径流中的氮、磷和有机质,池塘能够有效减少进入巢湖的营养盐含量.     

黄河流域夏季水质量评价及管理对策

为了有效保护黄河水资源,促进黄河流域绿色发展,本研究在黄河流域上、中、下游贵德、兰州、三门峡和东营地点分别采样,分析p H、溶解氧、固体悬浮物、氨氮、硝态氮、总氮、亚硝态氮、总有机碳、总无机碳、总碳、总磷、化学需氧量、五日生化需氧量、粪大肠菌群、挥发酚含量变化趋势,并进行水质综合评价。结果发现:(1)固体悬浮物变化呈现东营兰州三门峡贵德;(2)氨氮、硝态氮、总氮、总有机碳、总无机碳、总碳、总磷、化学需氧量、五日生化需氧量、粪大肠菌群变化趋势依次为三门峡兰州东营贵德;(3)亚硝态氮和挥发酚含量变化趋势为兰州三门峡东营贵德;(4)综合水质评价结果为贵德水质好于东营,东营水质好于兰州,兰州好于三门峡。研究表明邻近城市和大型支流汇入点下游河段是黄河氮污染的主要来源,流域各省各级政府领导,要认真学习习总书记提出的"绿水青山就是金山银山"的生态思想,要入脑入心,严格科学减排,"一定要把黄河的事情办好"。     

太湖流域沉积物碳氮磷分布与污染评价

对太湖流域14个湖泊、8条河流和7座水库的沉积物碳氮磷进行了测定,对不同水体类型沉积物碳氮磷含量及其比值进行了比较,并对沉积物污染程度进行了评价.结果发现,太湖流域有机碳、总氮和总磷含量分别为14.453、1.748和0.760 g·kg-1.沉积物有机碳和总氮含量在不同水体类型间存在显著差异,两者均是水库最高,河流最低;总磷相反,但不同水体类型间无显著差异.C∶N、C∶P和N∶P比在不同水体类型间差异显著,C∶N比河流最高、水库最低,C∶P和N∶P比相反,河流最低、水库最高.沉积物有机碳含量与总氮(p0.01)、总磷(p0.05)含量均显著正相关,但总氮与总磷不相关.水产养殖活动和水草导致沉积物碳氮显著增加,但对磷无显著影响.有机氮指数和综合污染指数显示,太湖流域84.9%~91.9%的站点的污染水平为Ⅲ~Ⅳ级,且水库的污染程度甚于湖泊和河流.结果显示,水库沉积物氮、磷和湖泊沉积物氮主要以有机态存在,湖泊沉积物磷中存在更多的无机磷.     

人工湿地基质环境因子对AOA和AOB多样性的影响

该文以贵州某地复合垂直流人工湿地作为研究对象,采用高通量测序技术研究氨氧化古菌（AOA）和氨氧化细菌（AOB）群落分布与多样性特征。结果表明,不同等级人工湿地对基质环境因子和微生物AOA和AOB群落分布特征均有显著影响,总体上AOB群落多样性及丰度均大于AOA,且AOB主导氨氧化过程。AOA的优势菌门主要为泉古菌和奇古菌门,AOB中变形菌门占优。人工湿地发现优势菌属为亚硝化弧菌属、亚硝化单胞菌属和亚硝化螺菌属。冗余分析表明,人工湿地基质环境因子导致AOA和AOB群落分布呈显著差异。AOA群落主要影响因子为铵态氮、pH和电导率,且呈显著正相关关系,而硝态氮会限制AOA群落的生长发育。对于AOB群落,p H与亚硝化螺菌属是主要影响因子,且呈显著正相关关系。亚硝化单胞菌属和亚硝化弧菌属主要影响因子是铵态氮、硝态氮和总氮,且呈显著正相关关系,而与溶解氧呈显著负相关。研究结果可为人工湿地功能微生物资源利用及科学管理提供依据。     

北运河沉积物中氨氧化微生物的群落特征

采用T-RFLP、RT-qPCR和克隆测序等分子生物学技术,以氨单加氧酶基因(amoA)为分子标记,研究了北运河表层沉积物中氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)的群落多样性、丰度、系统发育及其与环境因子的响应关系.结果表明,沉积物中AOB的群落多样性和丰度均高于AOA,是北运河沉积物中氨氧化过程的主要功能微生物.沉积物中氨氧化微生物群落结构沿干流和支流存在明显的空间分异,而AOA的种类组成空间差异较小;沉积物的氨氮(NH4+)和硝态氮(NO3﹣+NO2﹣)是影响氨氧化微生物群落特征的主要因子,AOB对环境变化的敏感性更高;AOA和AOB的amoA基因拷贝数分别为1.32×105~1.91×106copies/g、5.39×105~8.3×106copies/g.闸坝下游沉积物的氨氧化微生物丰度最高.系统发育分析表明,amoA基因序列多属于土壤/沉积物分支,较多AOB的克隆序列与土壤亚硝化螺菌属(Nitrosospira)的类群相似性可达98%.受污水处理厂退水的影响,部分amoA基因序列与污水处理厂废水和活性污泥中发现的类群同源性高.污染物质来源、支流汇入和闸坝拦截对河流沉积物氨氧化微生物的群落特征影响显著.     

Abundance and diversity of ammonia-oxidizing archaea in response to various habitats in Pearl River Delta of China, a subtropical maritime zone

Ammonia-oxidizing archaea (AOA) are widely considered key to ammonia oxidation in various environments. However, little work has been conducted to simultaneously investigate the abundance and diversity of AOA as well as correlations between archaeal amoA genotypes and environmental parameters of different ecosystems at one district. To understand the abundance, diversity, and distribution of AOA in Pearl River Delta of China in response to various habitats, the archaeal amoA genes in soil, marine, river, lake, hot spring and wastewater treatment plant (WWTP) samples were investigated using real-time fluorescent quantitative PCR and clone libraries. Our analyses indicated that the diversity of AOA in various habitats was different and could be clustered into five major clades, i.e., estuary sediment, marine water/sediment, soil, hot spring and Cluster 1. Phylogenetic analyses revealed that the structure of AOA communities in similar ecological habitats exhibited strong relation. The canonical correspondence method indicated that the AOA community structure was strongly correlated to temperature, pH, total organic carbon, total nitrogen and dissolved oxygen variables. Assessing AOA amoA gene copy numbers, ranging from 6.84×10⁶ to 9.45×10⁷ copies/g in dry soil/sediment, and 6.06×10⁶ to 2.41×10⁷ copies/L in water samples, were higher than ammonia-oxidizing bacteria (AOB) by 1-2 orders of magnitude. However, AOA amoA copy numbers were much lower than AOB in WWTP activated sludge samples. Overall, these studies suggested that AOA may be a major contributor to ammonia oxidation in natural habitats but play a minor role in highly aerated activated sludge. The result also showed the ratio of AOA to AOB amoA gene abundance was positively correlated with temperature and less correlated with other environmental parameters. New data from our study provide increasing evidence for the relative abundance and diversity of ammonia-oxidizing archaea in the global nitrogen cycle.     

亚热带典型岩溶水库细菌丰度和细菌生产力及其与环境因子的关系

细菌丰度是反映水体污染状况的敏感指标.为了解亚热带岩溶区水库营养状况,细菌丰度和细菌生产力及其与环境因子的关系,本文以亚热带典型岩溶水库——广西上林县大龙洞水库为研究对象,采用综合营养状态指数法(TLI)评价大龙洞水库水体的营养化类型、荧光定量PCR技术研究细菌丰度分布情况以及14C标记法测定细菌生产力.结果表明,大龙洞水库处于富营养化状态,细菌丰度在调查水域存在明显空间异质性;沿着水流方向从上游到下游表层水的细菌丰度呈先递减后增加的趋势;细菌丰度垂向分布特征均表现为表层中层底层;细菌生产力的变化特征为表层水的细菌生产力明显高于中层和底层.相关性分析表明,细菌丰度与细菌生产力呈显著正相关;细菌丰度与温度、p H、高锰酸盐指数呈显著正相关,与电导率和DIC呈显著负相关,与DO、叶绿素a、DOC呈极显著正相关;细菌生产力则与p H、DOC、高锰酸盐指数呈显著正相关,与电导率、DIC呈显著负相关,与DO极显著正相关.主成分分析将影响细菌丰度和细菌生产力的10个环境因子均划分为两个主成分,第一主成分为温度、p H、电导率、DIC、DO、Chla、DOC和高锰酸盐指数,第二主成分为TN和TP,表明大龙洞水库细菌丰度和细菌生产力受多种环境因子共同影响,进而使光合细菌成为水体初级生产力的重要贡献者.     

微囊藻水华对水体中氮转化及微生物的影响

氮是水生态系统初级生产力的限制性生源要素,认识水体中氮的转化特征有利于调控和削减水体中过量的氮,对维持水生态健康十分重要.氨氧化细菌、氨氧化古菌以及反硝化细菌在氮循环中发挥关键作用.通过在室内构建微宇宙模拟蓝藻水华的重复暴发,发现在蓝藻水华暴发和衰亡短期内,TN、氨氮、TOC浓度快速升高和DO急剧降低,但后期逐渐得到恢复,且水体中的TN在高浓度藻存在下迅速降低.在蓝藻水华暴发和衰亡过程中,太湖水体中氨氧化菌演化为AOB占优势,氨氧化功能活性逐渐恢复,有利于水体中氨氮的去除.蓝藻水华暴发促进太湖水体中含nir S和nir K基因反硝化菌的数量增加至起始的100倍左右,从而促进水体中总氮的去除.     

Nitrogen removal from wastewater and bacterial diversity in activated sludge at different COD/N ratios and dissolved oxygen concentrations

The impact of the organic carbon to nitrogen ratio (chemical oxygen demand (COD)/N) in wastewater and dissolved oxygen (DO) concentration on carbon and nitrogen removal efficiency, and total bacteria and ammonia-oxidizing bacteria (AOB) communities in activated sludge in constantly aerated sequencing batch reactors (SBRs) was determined. At DO of 0.5 and 1.5 mg O₂/L during the aeration phase, the efficiency of ammonia oxidation exceeded 90%, with nitrates as the main product. Nitrification and denitrification achieved under the same operating conditions suggested the simultaneous course of these processes. The most effective nitrogen elimination (above 50%) was obtained at the COD/N ratio of 6.8 and DO of 0.5 mg O₂/L. Total bacterial diversity was similar in all experimental series, however, for both COD/N ratios of 6.8 and 0.7, higher values were observed at DO of 0.5 mg O₂/L. The diversity and abundance of AOB were higher in the reactors with the COD/N ratio of 0.7 in comparison with the reactors with the COD/N of 6.8. For both COD/N ratios applied, the AOB population was not affected by oxygen concentration. Amplicons with sequences indicating membership of the genus Nitrosospira were the determinants of variable technological conditions.     

长江口邻近海域沉积物中厌氧氨氧化细菌分布特征研究

海洋生态系统氮素循环对维持海洋生态收支平衡具有重要意义,由厌氧氨氧化细菌(anaerobic ammonia-oxidizing bacteria,ANAMMOX Bacteria)推动的厌氧氨氧化过程是海洋氮素移除的重要途径.本研究采用荧光定量PCR(q PCR)技术,并结合环境理化因子,分析了2011年夏季长江口邻近海域沉积物中厌氧氨氧化细菌的种群丰度分布特征.结果表明,厌氧氨氧化细菌的种群丰度在长江口邻近海域的空间分布与环境因子密切相关,总有机碳含量、盐度、铵盐浓度对长江口邻近海域沉积物中厌氧氨氧化细菌的种群丰度具有重要调控作用.厌氧氨氧化细菌的丰度分布与总有机碳含量呈显著正相关关系(P0.01,r=0.69),同时又随亚硝酸盐浓度、溶解氧浓度的升高而降低,而盐度对厌氧氨氧化细菌丰度分布的影响较为复杂.     

铜陵市河流沉积物中硝化和反硝化微生物分布特征

矿区河流不仅受到矿业活动带来污染物的影响,还受到区域内生活污水及农田退水中氮、磷和有机物的污染.本研究以铜陵市河流表层沉积物为研究对象,采用荧光定量PCR技术分析季节和污染类型对沉积物样品中硝化(amo A)和反硝化(nir S和nir K)功能基因丰度的影响.结果表明,沉积物样品中氨氧化古菌(AOA)和细菌(AOB)基因丰度变化范围分别为1.74×105~1.45×108copies·g-1和1.39×105~3.39×107copies·g-1,AOA平均丰度是AOB的4.39倍;反硝化基因(nir S和nir K基因)丰度变化范围分别为1.69×107~8.55×109copies·g-1和4.45×106~1.51×108copies·g-1,nir S基因平均丰度为nir K基因的28.35倍.沉积物AOA丰度呈现春季和秋季较高,夏季和冬季较低的趋势,而AOB在春季和冬季沉积物中的丰度高于夏季和秋季;反硝化基因丰度则表现为春季(nir S)/秋季(nir K)夏季冬季秋季(nir S)/春季(nir K).矿区周围以重金属为主要污染物的河流沉积物中两种amo A和nir S基因的丰度高于毗邻农田区域主要受到氮、磷及有机物污染的河流,后者的nir K基因丰度更高.     

汉江流域金水河与淇河潜在硝化速率及硝化功能基因的影响因子

河流是地表连接陆地和海洋生态系统生源要素的关键通道,河流生态系统中包括硝化作用在内的氮转化过程对全球氮循环具有重要影响.本研究选择位于秦岭南坡流域内人为干扰强度低的金水河及人为干扰强度高的淇河进行比较研究,探讨人为干扰强度对河流潜在硝化速率及硝化功能基因丰度的影响.结果表明,同时期的淇河潜在硝化速率显著高于金水河（P<0.05）.金水河和淇河的AOA-amoA基因丰度都显著高于AOB-amoA（P<0.05）,但枯水期淇河的AOB-amoA基因丰度显著高于金水河,金水河与淇河AOA-amoA基因丰度无显著差异.潜在硝化速率与水温、pH、水体NO₃^-和沉积物NO₃^-浓度呈显著正相关（P<0.05）.硝化功能基因丰度与水温、pH、水体及沉积物NO₃^-、NH₄⁺及有机碳浓度相关性显著（P<0.05）.潜在硝化速率与AOA-amoA基因丰度无显著相关性,但与AOB-amoA基因丰度呈负相关.本研究表明人为干扰强度高的河流具有更高的潜在硝化速率及硝化功能基因丰度,潜在硝化速率及硝化功能基因丰度与河流水体及沉积物的理化因子显著相关.本研究对于河流生态系统氮素迁移转化过程有重要意义.     

秸秆还田配施化肥对土壤养分及冬小麦产量的影响

为探究关中地区秸秆还田配施化肥对土壤养分和冬小麦产量的影响,研究采用裂区试验设计,主区为：秸秆不还田（S₀）和秸秆还田（S）;副区为：不施肥（WF）、氮肥（NF）和氮磷肥（NPF）.应用生态化学计量的方法,探究秸秆还田配施化肥下土壤碳氮磷含量变化及其和产量的关系.结果表明,秸秆和施肥互作对表层（0~20 cm）土壤有机碳、全氮和全磷含量均产生显著影响（P<0.05）.与S₀WF处理相比,SNPF处理显著提高表层（0~20 cm）土壤有机碳和全氮含量（P<0.05）.秸秆和年份互作对表层（0~20 cm）土壤全氮含量产生显著影响（P<0.05）,随着秸秆还田时间的增加,在2021年SWF处理下表层（0~20 cm）土壤全氮含量显著高于S₀WF （P<0.05）.秸秆和施肥及其互作对20~40 cm土层有机碳和全氮含量无显著影响（P>0.05）,但对20~40 cm土壤全磷含量产生显著影响（P<0.05）,与SWF处理相比,SNPF处理显著增加了20~40 cm土层全磷含量（P<0.05）.秸秆还田配施化肥对土壤化学计量特征也产生显著影响.与S₀WF处理相比,S₀NPF处理能够降低表层（0~20 cm）土壤C：N,提高表层（0~20 cm）土壤C：P和N：P.与SWF处理相比,SNF处理能够降低表层（0~20 cm）土壤C：N.秸秆还田配施化肥对冬小麦产量也产生显著影响,2020年和2021年SNPF处理与S₀WF处理相比分别增产24.23%和28.9%.相关性分析表明,产量与C：N （P<0.05）和C：P （P<0.01）呈显著正相关关系.全氮和N：P与处理年份呈极显著正相关关系（P<0.001）.综上所述,在关中地区秸秆还田配施氮磷肥处理（SNPF）会改善土壤养分,改变土壤化学计量特征,同时提高产量.因此,本研究结果表明秸秆还田配施氮磷肥（SNPF）是优化区域农田养分管理,提高粮食生产能力的有效途径.