复合垂直流人工湿地污染物去除及微生物群落结构的PCR-DGGE分析

采用复合垂直流人工湿地净化富营养化景观水,考察了湿地系统中ρ(COD_Cr),ρ(TN),ρ(NH₄+-N),ρ(TP)和ρ(DO)以及pH的沿程变化,并采用PCR-DGGE技术分析了湿地系统中微生物群落结构垂直分布及组成的多样性. 结果表明:从下行池到上行池,ρ(COD_Cr),ρ(TN),ρ(NH₄+-N),ρ(TP),ρ(DO)和pH沿水流方向逐渐下降,上行池末端出水ρ(DO)略有回升,污染物的去除主要发生在下行池;由于湿地系统中环境条件和营养水平的变化,在湿地系统的不同位置微生物种群存在共同种属和各自的特异种属;下行池表层微生物多样性指数最高,上行池各样品间的相似性较好. 从下行池到上行池,微生物群落的多样性降低,群落结构间的相似性逐渐增大. 植物供氧、残体累积以及根际效应有助于提高湿地表层微生物的多样性.      

石臼漾人工湿地冬夏季全程氨氧化微生物的分布、群落结构及其影响因素研究

湿地作为水体与陆地之间的过渡地带,具有独特的生态环境特性,是氮循环反应的关键区域.研究湿地生态系统中的全程氨氧化过程（complete ammonia oxidation,comammox）,解析该区域中comammox细菌的分布与群落结构特征,补充了此前该新型氨氧化微生物在湿地生态系统中分布特征的研究空白,对于完善comammox细菌在各种不同生态系统中分布情况的研究具有重要意义.本研究在石臼漾人工湿地中于冬夏两季分别采集了大沟中心、大沟边缘、小沟中心和小沟边缘的表层沉积物样品,利用PCR、荧光定量PCR和amoA功能基因高通量测序等方法,解析人工湿地中comammox细菌的时空分布与群落结构特征.主要研究结果如下：①所有样品中均检测到了comammox细菌,其丰度为1.77×10⁵~4.07×10⁷ copies·g^-1.冬季,comammox细菌丰度在大沟中高于氨氧化细菌（ammonia oxidizing bacteria,AOB）和氨氧化古菌（ammonia oxidizing archaea,AOA）,在小沟中高于AOB,但低于AOA;夏季,comammox细菌丰度在所有样点中均高于AOB和AOA.②冬夏两季样品中,comammox细菌丰度与底物NH₄⁺-N浓度均呈负相关关系,且夏季样品中呈显著性负相关.③主坐标分析（Principle Coordinate Analysis,PCoA）与多样性分析结果表明,comammox细菌群落结构具有空间异质性,且冬季物种多样性高于夏季.     

低温条件下湿地氨氮强化净化技术及其氨氧化微生物机制

针对北方寒冷冬季水源地氨氮微污染水体的特征,构建间歇流人工湿地系统并同步采用分子生物学方法对湿地系统中的氨氧化古菌和氨氧化细菌的丰度和古菌的多样性进行分析,并结合硝化速率潜势来研究氨氧化古菌和氨氧化细菌在氨氧化过程中的作用.结果表明:平均气温为5℃时,最佳运行工况为:停留时间21 h,水力负荷4.2 cm·d-1,氨氮去除率达99%;平均气温为-5℃时,最佳运行工况为:水力停留时间为21 h,水力负荷3.6 cm·d-1,氨氮去除率达81%,去除效率稳定.在低温条件下,氨氧化古菌和氨氧化细菌中amoA基因的丰度会因温度降低而减少,古菌中amoA基因丰度高于细菌2.9~33.2倍,且硝化速率潜势与氨氧化古菌中amoA基因丰度呈正向变化趋势,而与氨氧化细菌无显著相关,表明氨氧化古菌在低温条件下的氨氧化过程中起主导作用.湿地系统中的氨氧化古菌的生物多样性具有季节性变化,系统发育分析显示,夏季样品8个OTU全部属于土壤支系;冬季样品11个OTU序列属于土壤支系,2个OTU序列属于海洋水体支系,多样性较高.夏季和冬季样品中氨氧化古菌均属于一个新命名的古菌类群——奇古菌门(Thaumarchaeota).本文建立了一种在低温条件下基于氨氧化古菌有效强化湿地氨氮净化处理的稳定运行技术,为寒冷地区强化湿地去除氨氮提供了理论依据.     

复合垂直流人工湿地基质生化活性研究

文章测定了复合垂直流人工湿地基质生物膜生物量的空间分布、纤维素分解作用强度、氨化作用强度、酚分解作用强度、耗氧速率、厌氧活性等指标,结果表明:下行流池基质的纤维素分解作用、氨化作用、酚分解作用、耗氧速率等均高于上行流池,表层高于中下层,各指标变化趋势与生物膜生物量的空间分布存在明显的一致性;下行流池表层基质是污染物降解的主要空间;但上行流池基质的厌氧活性高于下行池;同时发现钴离子对基质厌氧微生物活性存在一定的影响,随着浓度的升高表现为先激活后降低。这些研究为阐明人工湿地净化机理提供了理论依据。     

溶氧对富集培养的河口湿地表层沉积物氨氧化菌多样性及氨氧化速率的影响

溶氧(dissolved oxygen,DO)是影响氨氧化过程的一个重要环境因素.为探究DO对氨氧化过程的影响程度及其作用机制,本研究对驯化培养河口湿地表层沉积物所得到的氨氧化菌富集培养物进行DO处理实验,利用PCR-DGGE分子指纹图谱技术比较不同DO条件下氨氧化菌多样性,确定DO对氨氧化速率、氨氧化菌多样性的影响规律.结果表明,在饱和及好氧条件下氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)群落多样性指数(Shannon index)达到2.00和2.05,氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)为2.49和2.03,氨氧化速率分别达到14.20 mg·(L·d)-1和13.36 mg·(L·d)-1,NH4+-N转化率达到93.8%和88.2%.而在缺氧和厌氧条件下AOB群落多样性指数分别为1.76和1.80,AOA为1.27和2.21,氨氧化速率仅为7.82 mg·(L·d)-1和5.66 mg·(L·d)-1,NH4+-N转化率为51.7%和37.4%.相关性分析结果表明,DO浓度与氨氧化速率呈极显著正相关,与AOB多样性指数亦呈显著正相关;DO和氨氧化速率与AOA群落各指数都无相关关系.     

淡水水体底泥厌氧氨氧化菌的初步富集培养与氨氧化特性

对已通过16SrRNA基因方法检测到厌氧氨氧化菌(anammox菌)的江苏新沂河底泥样品在厌氧生物反应器中进行连续培养,研究这种新发现的anammox菌的生长特性,及其厌氧氨氧化效应.培养试验历时49d.经25d的启动期,反应器中氨氮和亚硝酸氮开始同时降低,并与厌氧氨氧化反应的化学计量关系类似.此后,反应器的氮转化量呈上升趋势(最大值接近0.17kg.m-.3d-1).底泥经培养后,anammox菌得到了富集,其数量从1%提高到5.6%,其倍增时间为12d.研究还发现反应器生物量的流失,出水中含有与anammox菌特异性基因探针杂交并正进行增殖的细菌细胞,但其生物特性有待深入研究.     

我国北方四类土壤中氨氧化古菌和氨氧化细菌的活性及对氨氧化的贡献

氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)与氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)是目前已知的两类好氧氨氧化微生物,广泛分布于各类生态系统中.采用双氰胺(dicyandiamide;DCD)和1-辛炔(1-octyne)抑制剂的方法对我国北方湿地、草原、农田、沙漠4类生态系统的土壤中AOA和AOB的氨氧化速率(ammonia oxidation rate,AR)分别进行定量测定,剖析AOA、AOB对不同土壤中氨氧化的贡献.结果表明:在氨氮含量较高的湿地土壤((32.58±1.38)mg·kg~(-1))中氨氧化速率由AOB主导(ARAOB占AR的86.19%),而在氨氮含量较低的草原土壤((10.40±0.69)mg·kg~(-1))、农田土壤((5.09±0.25)mg·kg~(-1))中氨氧化速率则由AOA主导(ARAOA分别占AR的65.50%、62.20%).氨氮含量是影响AOA、AOB相对活性的主要限制性因素.湿地土壤中氨氧化速率最高,为3.22 mg·kg~(-1)·d~(-1)(以N计),其次是草原土壤和农田土壤,其AR分别为1.11、1.00 mg·kg~(-1)·d~(-1),沙漠土壤中未检测到氨氧化速率.对氨氧化古菌、细菌的amoA基因进行定量分析的结果表明:在氨氮含量最高的湿地土壤和最低的沙漠土壤((1.27±0.05)mg·kg~(-1))中AOA丰度高于AOB丰度,在草原、农田土壤中AOB丰度高于AOA丰度.amoA基因生物多样性分析表明,377个古菌amoA序列以85%相似度可以划分为19个独立操作单元(operational taxonomic unit,OTU),具有较高的生物多样性,其Shannon指数为1.51~1.73.直接通过氨氧化微生物amoA基因丰度来推测AOA、AOB的活性具有一定的缺陷,而依靠AOA、AOB分别的氨氧化速率能够准确地衡量其在不同生态系统中对氨氮去除的相对贡献,对于理解不同生态系统中氨氮去除过程和效应有着重要的意义.     

浙江省瓯江氨氧化古菌和氨氧化细菌分布及多样性特征

氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)和氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)在生物地球化学氮循环过程中发挥着重要作用.河流是关系人类生产和生活的重要生态系统,蕴含大量氮循环功能微生物.本研究采用变性梯度凝胶电泳(denaturing gradient gel electrophoresis,DGGE)和荧光定量PCR(quantitative PCR,q PCR)技术对沉积物AOA、AOB群落进行结构和丰度分析,在瓯江感潮河段尺度上探究AOA、AOB分布规律及影响AOA、AOB群落结构与丰度的因素.结果表明,AOA群落结构差异不显著,影响其分布的主要因素为NH+4和TS;AOB群落结构存在显著差异,序列分析比对表明AOB分为Nitrosospira和Nitrosomonas,其中90%序列为Nitrosospira,EC、p H、NH_4~+、NO_3~-、TC和TN是影响AOB群落组成的重要环境因素;总硫(TS)和电导率(EC)分别是影响AOA和AOB多样性的主要因素;AOA丰度显著高于AOB;EC、NH_4~+-N和NO_3~--N是影响AOA和AOB丰度的主要环境因素.研究表明,瓯江感潮河段沉积物中AOA和AOB群落结构和丰度均显著受环境因素影响,AOA在表层沉积物氨氧化过程中可能占主导位置.     

复合垂直流人工湿地污水处理系统硝化与反硝化作用

研究了复合垂直流人工湿地各基质层的硝化与反硝化菌数量以及硝化与反硝化作用强度.结果表明,基质中硝化菌数量为7.5×10³～1.1×10⁵MPN·g^-1,反硝化菌数量为7.5×10⁶～1.1×10⁷ MPN·g^-1.硝化作用强度为0.01～6.35μg·(g·d)^-1,反硝化作用强度为3.37～4.19μg·(g·d)^-1.沿水流方向硝化菌数量和硝化作用强度明显降低,其变化趋势呈显著正相关(r=0.9661,p＜0.001).反硝化菌数量和反硝化作用强度比较稳定,沿水流方向略有上升,其变化趋势呈显著正相关(r=0.7722,p＜0.025).沿水流方向,硝化作用与反硝化作用强度变化呈显著负相关(r=-0.9776,p＜0.001),这与人工湿地的溶氧状况和污水中氨氮含量较高相一致.     

处理水产养殖污水潜流湿地中的厌氧氨氧化菌群特征

厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation,ANAMMOX)是潜流湿地净化污水的重要功能,目前关于潜流湿地厌氧氨氧化特征还不清楚.为了解处理水产养殖污水潜流湿地中的厌氧氨氧化特点,采用16S rRNA基因克隆文库和实时荧光定量PCR技术以及多样性分析等方法,对处理水产养殖污水潜流湿地中ANAMMOX菌的结构、多样性和丰度进行了研究分析.结果表明,处理水产养殖污水潜流湿地中存在Candidatus brocadia和Candidatus kuenenia这2类已知的ANAMMOX菌和3类未知的ANAMMOX菌,其优势种群为Candidatus brocadia;在不同季节中,秋季潜流湿地中ANAMMOX菌的多样性最高(H',1.21),春季最低(H',0.64);在养殖周期内,潜流湿地中ANAMMOX菌的丰度(以鲜重计,下同)在8.0×104~9.4×106copies·g-1之间,总细菌丰度在7.3×109~9.1×1010copies·g-1之间;在潜流湿地不同层面以及不同季节中,ANAMMOX菌的丰度存在着明显的差异,总细菌丰度则差异不明显,ANAMMOX菌的丰度在不同层面上的差异没有随时间变化的规律性.根据潜流湿地中ANAMMOX菌的分布特征,改变养殖污水布水方式和调整湿地结构可以提高潜流湿地的反硝化效果.该研究为进一步优化潜流湿地结构,提高净化养殖污水效率提供了依据.     

人工芦苇湿地氨氮污染物去除及氨氧化菌群落多样性分析

对不同质量浓度的NH₃-N在水平潜流人工湿地内的去除过程进行考察,并且对比分析了去除率和硝化强度,利用PCR-DGGE技术研究了ρ(NH₃-N)及植物种植等因素对人工湿地中AOB(氨氧化细菌)群落结构的影响. 结果表明:在水力停留时间为2.5d的情况下,模拟低污染水ρ(NH₃-N)分别为0.6~0.7和4.5~5.0mg/L时,芦苇湿地对TN的去除率分别为81.9%和62.2%. 较高的ρ(NH₃-N)和种植芦苇有利于提高湿地硝化强度和AOB群落多样性. 系统运行50d时,处理高ρ(NH₃-N)和低ρ(NH₃-N)低污染水的芦苇湿地的硝化强度分别为0.164和0.103mg/(kg·h);AOB群落Shannon-Weaver多样性指数(系统运行90d时)分别为2.32和1.75. 处理高ρ(NH₃-N)的低污染水时,空白湿地和芦苇湿地的硝化强度分别为0.082和0.164mg/(kg·h);AOB群落Shannon-Weaver多样性指数(系统运行90d时)从1.95增至2.32.      

复合人工湿地-池塘养殖生态系统细菌多样性研究

于2009年8至10月对比调查研究了由人工湿地-池塘养殖复合构成的池塘循环水养殖系统和传统池塘养殖系统中水体理化和生物特征,并利用变性梯度凝胶电泳技术(DGGE)分析了两系统中的细菌多样性。研究结果表明:试验期间各池塘水温和溶氧随月份呈下降趋势,对照塘NH4+-N和TP显著高于循环塘(P＜0.05),而循环塘间无显著差...     

氧调控下复合垂直流人工湿地脱氮研究

溶解氧是人工湿地脱氮的重要限制性因子,调控湿地内氧状态分布是提高其脱氮效果的关键所在.为此,研究了夏、冬季时氧凋控下复合垂直流人工湿地(IVCW)中氧状态的变化规律、脱氮效果及净化机制.结果表明,氧调控下IVCW中氧状态改善明显,夏、冬季时好氧Ⅰ区范围(以深度表示)分别从22 cm、17 cm扩大至53 cm、44 c...     

复合垂直流人工湿地微生物特征对典型污水的响应差异

污水性质是影响人工湿地微生物特征的重要因子,而微生物对人工湿地污染物净化功能的发挥至关重要. 运用两组IVCW(复合垂直流人工湿地)分别处理模拟生活污水和污水处理厂尾水,比较研究两组系统下行流、上行流池的基质酶活性及硝化反硝化强度,并通过脂肪酸甲酯图谱分析系统中的微生物群落结构,以解析人工湿地微生物特征对两种污水的响应差异. 结果表明:处理生活污水的IVCW下行流池中脱氢酶、过氧化氢酶、脲酶及硝酸盐还原酶活性均显著高于其他单元,四者平均值分别为其他单元的2.8~4.6、7.9~10.3、19.3~41.7和4.5~10.8倍. 处理生活污水IVCW基质的硝化强度是尾水处理系统对应单元的1.4~5.3倍(下行流)和1.3~3.9倍(上行流),而两组IVCW对应单元基质的反硝化强度之间无显著差异. IVCW下行流池中特征脂肪酸比值及微生物群落结构受污水类型的影响较小,均以厌氧细菌和革兰氏阳性菌为优势菌;上行流池微生物群落结构则受到污水类型的一定影响,真菌的相对丰度较高. 两种污水对IVCW基质酶活性和硝化强度的影响高于对反硝化强度和微生物群落结构的影响.      

模拟砾石垂直潜流人工湿地的除磷性能分析

为确定砾石作为垂直潜流人工湿地基质的可行性,采用静态吸附实验和砾石去除生活污水中的磷素实验,研究从砾石对污水中磷素污染物的吸附速率、理论吸附量、吸附机理和方式及其二次解析量。结果表明,砾石对污水中磷素的吸附平衡时间较短,吸附速率较快;当温度降低时,砾石的磷素吸附容量对吸附平衡浓度依赖性和吸附强度随之升高,最大理论吸附量亦升高36%以上;在处理0.5 m~3/(m~2·d)的生活污水中,砾石对TP的平均去除率只有20%,吸附方式只有物理吸附;大小粒径的砾石最大磷素解析量分别占最大吸附量的0.21%和5.08%,在实际人工湿地应用中应注意磷素解析而形成的二次污染。     

不同曝气方式对人工湿地细菌多样性、代谢活性及功能的影响

细菌在人工湿地去除污染物过程中起着非常关键的作用.基于DNA和RNA高通量测序技术探讨了不同曝气强化方式影响下的人工湿地单元内细菌多样性、代谢活性和功能.结果发现:①养殖废水和人工湿地处理组共检测到细菌4 042个操作分类单元(OTUs),其中α-变形菌、γ-变形菌和拟杆菌为多样性最高的类群,且人工湿地曝气强化方式会在...     

处理重金属废水人工湿地中微生物群落结构和酶活性变化

研究了处理含铜、铬与镍废水的三阶段波形潜流人工湿地中微生物群落结构和酶活性的空间变化. 用稀释平板菌落计数法研究了微生物的数量变化,用PCR-DGGE结合测序研究了微生物群落结构变化,并用比色法测定了土壤酶活性. 结果表明,在人工湿地中,细菌数量为(4.10 ± 0.72)×10⁶ ～ (1.61±0.10)×10⁷,真菌数量为(7.21±1.60)×10⁴ ～(1.29±0.02)×10⁵;放线菌数量为(1.41±0.27)×10⁶ ～(3.38±0.11)×10⁶. 回收自DGGE凝胶中的8个不同的条带均为特异的16S rRNA序列或18S rRNA序列,说明微生物群落结构发生了显著变化. 最大的脲酶活性［（0.67 ± 0.2) mg/(g·24 h）］、蔗糖酶活性［（40.15 ± 0.14) mg/(g·24 h）］和碱性磷酸酶活性［（1.03 ± 0.16) mg/(g·2 h）］分别出现在第1、第3和第1阶段. 相关性分析表明,真菌数与全量铬含量、有效态铬含量和铬的活化率均呈显著负相关,蔗糖酶活性与全量铜、全量镍和有效态镍也均呈显著负相关.     

农业废物好氧堆肥中氨氧化细菌的群落结构

应用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）技术对农业废物好氧堆肥过程中氨氧化细菌（ammonia-oxidizingbacteria,AOB）种群结构随时间的变化情况进行了研究,结果表明,AOB群落的Shannon-Weaver指数初始值为2.58,堆肥结束时为2.02,多样性整体呈下降趋势.通过对部分优...