Abundance and distribution of ammonia-oxidizing archaea in Tibetan and Yunnan plateau agricultural soils of China

As low oxygen and high ultraviolet （UV） exposure might significantly affect the microbial existence in plateau, it could lead to a specialized microbial community. To determine the abundance and distribution of ammonia-oxidizing archaea （AOA） in agricultural soil of plateau, seven soil samples were collected respectively from farmlands in Tibet and Yunnan cultivating the wheat, highland-barley, and colza, which are located at altitudes of 3200-3800 m above sea level. Quantitative PCR （q-PCR） and clone library targeting on amoA gene were used to quantify the abundances of AOA and ammonia-oxidizing bacteria （AOB）, and characterize the community structures of AOA in the samples. The number of AOA cells （9.34 × 10^7-2.32× 10^8 g^-1 soil） was 3.86-21.84 times greater than that of AOB cells （6.91 × 10^6-1.24 × 10^8 g^-1 soil） in most of the samples, except a soil sample cultivating highland- barley with an AOA/AOB ratio of 0.90. Based Kendall＇s correlation coefficient, no remarkable correlation between AOA abundance and the environmental factor was observed. Additionally, the diversities of AOA community were affected by total nitrogen and organic matter concentration in soils, suggesting that AOA was probably sensitive to several environmental factors, and could adjust its community structure to adapt to the environmental variation while maintaining its abundance.     

启动炭管膜曝气生物膜反应器实现全程自养脱氮

启动包裹无纺布的多微孔炭管为膜组件的膜曝气生物膜反应器(MABR),实现基于短程硝化和厌氧氨氧化的完全自养脱氮.首先接种普通硝化污泥启动反应器,在温度35℃, pH为7.9条件下,通过对膜内腔压力的适当控制逐步降低反应器溶解氧浓度,实现亚硝酸盐的积累.然后再次接种厌氧氨氧化污泥,使无纺布上形成好氧氨氧化菌与厌氧氨氧化菌稳定共存的膜曝气生物膜,从而实现全程自养脱氮结果表明,经过120 d连续运行,在膜内压力为0.015MPa,水力停留时间6 h,进水NH 4-N为200 mg/L±10 mg/L条件下, NH 4-N转化率达到88.7%,出水总氮平均为48.65mg/L,总氮去除率达到83.77%.荧光原位杂交(fluorescent in situ hybridization, FISH)分析表明,好氧氨氧化菌(AOB)和厌氧氨氧化菌作为主要功能菌群分别控制着靠近炭管膜/生物膜界面区域和靠近生物膜/液体界面区域.     

常温限氧条件下SBR反应器中的部分亚硝化研究

常温下(14.1～24.2℃)以二级出水(NH 4-N 30～100 mg/L)为原水,在限氧条件下(DO为0.3～0.4 mg/L)的SBR反应器中研究了适合ANAMMOX工艺进水的部分亚硝化工艺.ANAMMOX反应器进水要求NH 4/NO-2=1/1.31,即仅有一部分氨氮形成亚硝酸盐.研究中通过控制进水碱度,以在线DO趋势线为指示,实现部分亚硝化,最终获得NH 4-N/NO-2-N合适比例的出水.当约57%的氨氮转化为亚硝酸盐时,同等比例的HCO-3/NH 4消耗会导致pH值的自然下降.当pH值下降到一定程度时,氨氧化细菌代谢速率的减小导致了耗氧速率(OUR)的急剧下降,DO趋势线就会出现突跃的特征点(本研究以DO突跃至1.0 mg/L为判别),指示出部分亚硝化反应的终点.试验对30～100 mg/L范围内4种氨氮浓度条件下部分亚硝化的最佳碱度进行了研究.结果表明,本试验中进水碱度与氨氮浓度的比率是影响部分亚硝化工艺出水亚硝化比率(NO-2,NH 4)的重要因素,通过对进水碱度的控制完全可以实现向ANAMMOX反应器提供进水的部分亚硝化工艺.     

颗粒污泥厌氧氨氧化动力学特性及微量NO2的影响

采用批试验方法,研究了颗粒污泥厌氧氨氧化动力学特性及微量NO2的影响.用Haldane模型描述厌氧氨氧化反应动力学,得到最大氨氮反应速率6.65×10-3tmg·(mg·h)-1、氨氮半饱和常数87.1 nag·L-1和抑制常数1 123 mg·L-1,亚硝态氮半饱和常数15.39 mg·L-1和抑制常数159.5 mg·L-1.微量NO2对厌氧氨氧化具有强化作用,基于Haldane模型建立了厌氧氨氧化的NO2强化函数,估计了强化函数中的最大强化系数48.79、NO2半饱和常数2480 mg·m-3、NO2抑制常数4.22 mg·m-3和基础速率系数0.018 2.试验中大部分的NOx出现损失.     

一株菲高效降解菌的环境适应性研究

生物降解是多环芳烃从环境中去除的主要途径,菲是一种典型的三环芳烃。本研究考察了一株能高效降解多环芳烃菲的鞘氨醇单胞菌GY2B在含河沙环境及不同盐度的人工海水环境中的生长特性与降解菲的情况。结果表明：河沙的加入对菌株GY2B的生长及其高效降解菲的性能均无明显影响,65 h可将起始浓度为100 mg/L的菲降解99.5%以上;而经过驯化后在添加85%人工海水的条件下该菌也仍可正常生长并高效降解菲,66 h可将起始浓度为100 mg/L的菲几乎完全降解。本研究结果可为菌株GY2B在受多环芳烃污染的河滩、河口及近海海洋环境修复中的应用提供参考依据。     

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.     

农业生态与土壤环境中硼元素的关系

论述了硼元素的地球化学特征及其分布状况，与硼元素有关的主要作物分类，作物产量和质量与硼元素的关系，影响硼元素有效态和作物吸收硼元素的因素，硼肥的种类和施用方法与效果。     

厌氧氨氧化颗粒污泥EPS及其对污泥表面特性的影响

取厌氧氨氧化EGSB反应器中颗粒污泥,根据粒径筛分为R1(0. 5～1. 4 mm)、R2(1. 4～2. 8 mm)和R3( 2. 8 mm)这3组.提取不同粒径厌氧氨氧化颗粒污泥EPS,分析EPS特性及其对厌氧氨氧化聚集体表面特性的影响.随着厌氧氨氧化颗粒污泥粒径的增加,PS含量介于(10. 69±0. 11)～(12. 28±0. 15) mg·g~(-1)之间,而PN含量从(56. 88±0. 86) mg·g~(-1)增加到(98. 59±2. 10) mg·g~(-1),且PN/PS从5. 32提高到9. 05.不同粒径厌氧氨氧化颗粒污泥EPS官能团及三维荧光组分含量不同.随着颗粒污泥粒径增大,蛋白质二级结构α-螺旋/(β-折叠+无规卷曲)值从0. 60逐渐降低到0. 43,这种变化有利于污泥表面疏水性的表达.随着颗粒污泥粒径的增大,污泥表面疏水性由54. 2%提高到63. 1%,Zeta电位由-41. 2 m V增加到-31. 5 m V,疏水性的增强和表面电荷的增大有利于颗粒污泥的聚集.厌氧氨氧化颗粒污泥EPS可以增强污泥疏水性和提高Zeta电位,EPS中的PN发挥着重要的作用.     

ANAMMOX菌铁自养反硝化工艺的稳定性

在非严格厌氧的连续流反应器中,通过调节进水pH、外加一定浓度的Fe~(2+)以及定期更换新鲜铁粉这3种运行方式探讨维持厌氧氨氧化(ANAMMOX)菌利用零价铁去除硝酸盐反应体系长期稳定运行的适宜条件.结果表明,随着反应进行、受零价铁表面钝化的影响,该体系硝酸盐去除率逐渐下降,反应器难以持续运行.在一定范围内降低进水pH(5～7),或者额外投加一定量的Fe~(2+)对改善该反应体系的稳定性效果不显著.通过定期更换新鲜铁粉的方式,可以有效提高硝酸盐去除率、增强反应器稳定性.相比对照组可稳定运行7 d,实验组可至少稳定运行60 d,硝酸盐平均去除率提高22. 23%.因此,采取适宜措施保证体系内有足够具有活性的零价铁、消除零价铁钝化的不利影响,是ANAMMOX菌利用零价铁去除硝酸盐反应体系高效、稳定运行的关键.     

溶解氧对悬浮与附着生长系统短程硝化反应的影响机制

溶解氧(DO)是控制短程硝化的重要因素,其对不同的生物处理系统有不同的影响.本文研究了DO对悬浮污泥及生物膜系统短程硝化效果的影响,并利用高通量测序技术分析了微生物群落结构变化.结果表明,对于悬浮污泥系统,当DO从0. 25 mg·L~(-1)增加到0. 50 mg·L~(-1)时,氨氧化速率(AOR)从18. 08 mg·(L·h)-1升高至30. 27 mg·(L·h)-1;当曝气继续增加,DO达到3. 00 mg·L~(-1),仅运行14 d,进水氨氮(NH_4+-N)基本全部转化为硝酸盐氮(NO_3--N),且通过降低DO来恢复短程硝化效果需77 d,恢复过程缓慢.对于生物膜系统,DO由2. 50 mg·L~(-1)上升到3. 00 mg·L~(-1)的过程中,AOR稳定在11. 50～13. 50mg·(L·h)-1,当DO为3. 00 mg·L~(-1)时,80 d的运行结果显示,出水中氨氮与亚硝酸盐氮(NO_2--N)的比值可长期稳定在1∶1. 2～1∶1. 7,基本满足ANAMMOX工艺进水要求.微生物群落结构分析结果表明,悬浮污泥系统在DO从0. 25 mg·L~(-1)增加到3. 00 mg·L~(-1)的过程中,主要氨氧化菌(AOB)菌属Nitrosomonas丰度由10. 07%增长至18. 64%.当DO为3. 00 mg·L~(-1)时,生物膜系统中Nitrosomonas菌属丰度与悬浮污泥系统相近为20. 43%,且生物膜系统富集了0. 78%的ANAMMOX菌属Candidatus_Kuenenia.综上,生物膜系统内DO的变化受曝气量影响较小,短程硝化效果受DO影响较小,短程硝化速率更稳定,更适合作为ANAMMOX脱氮工艺的前处理单元.