温度对自养型同步脱氮工艺处理猪场废水厌氧消化液性能及微生物群落的影响

通过运行4个不同温度条件下(30、25、20和15℃)的自养型同步脱氮反应器,研究了不同温度下自养型同步脱氮工艺处理猪场废水厌氧消化液的性能差异及其微生物机制.结果表明,30℃条件下反应器脱氮性能最佳.当温度由30℃降为25℃时,反应器总氮去除率从73%降低到66%,总氮去除速率从2. 29 kg·(m~3·d)~(-1)降低到1. 72 kg·(m~3·d)~(-1),污泥的形态和粒径变化不明显(SMD由80. 85μm降为79. 95μm).当温度低于20℃时,总氮去除率降低到42%,总氮去除速率降低到1. 18 kg·(m~3·d)~(-1),同时发现污泥出现解体现象,粒径减小(SMD为63. 21μm).而当温度为15℃时,总氮去除率降低至37%,总氮去除速率低至1. 00 kg·(m~3·d)~(-1),反应器运行困难.微生物群落结构分析表明,温度对厌氧氨氧化细菌的影响明显大于氨氧化细菌,因此低温条件下反应器脱氮性能下降的主要原因是厌氧氨氧化细菌对温度更敏感.     

稳定性同位素DNA-SIP示踪中性紫色土的氨氧化过程

研究表明酸性土壤中氨氧化作用主要是由氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)催化进行;而在中性和碱性土壤中则主要是由氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)主导.虽然AOA在中性土壤中具有很高的丰度,但其对硝化过程的贡献仍不清楚.因此本文选取p H为7. 2的中性紫色土为研究对象,通过稳定性同位素核酸探针技术结合克隆测序探究中性紫色土中活性氨氧化微生物群落组成.结果表明中性紫色土的净硝化速率为9. 68 mg·(kg·d)~(-1),AOA和AOB在中性紫色土中均有较高的丰度且共同推动硝化作用的进行.系统发育分析结果表明培养初期(0d)在数量上占优势的AOB为Nitrosospira Cluster 3a. 1,而Nitrosospira Cluster 3a. 2只占较小的一部分,经过56d的培养后Nitrosospira Cluster 3a. 2替代了Nitrosospira Cluster 3a. 1成为主导氨氧化的活性AOB.培养初期(0d)在数量上占优势的AOA是Nitrososphaera Subcluster 9,但经过培养后变为Nitrososphaera Subcluster 3. 2/3. 3.在培养期间AOA和AOB的群落结构均发生了改变.对~(13)C标记DNA的测序分析证明AOA和AOB在硝化过程中都起着重要作用,主导氨氧化的活性AOA和AOB主要分别隶属于Nitrososphaera Subcluster 3. 2/3. 3和Nitrosospira Cluster 3a. 2.本研究明确了AOA及AOB对中性紫色土氨氧化过程的推动作用并从微生物层面探究硝化作用的发生机制,为进一步研究紫色土中硝化作用提供理论基础.     

水库水体热分层的水质及细菌群落分布特征

作为重要的城市饮用水源地,水库是人工筑坝形成的特殊类型的水体,其水质直接影响居民的饮用水安全.为揭示北京市饮用水源地密云水库的秋季分层特征和细菌群落的垂直变化,于水体稳定分层期(秋季)在水库进行采样,应用16S rDNA末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)和定量PCR等方法研究了密云水库水体细菌群落的垂直分布特征,并利用聚类分析、多元统计分析揭示细菌群落与环境因子之间的响应关系.结果表明:(1)密云水库水体温跃层位于水深20～30 m处,水温范围在15～19℃,聚类分析将7个采样水层划分为好氧区(上层)和缺氧区(下层)两类,温度、DO、pH在15 m以下逐渐降低,电导率、氨氮、硝态氮、亚硝态氮及总氮在15 m后发生显著变化,水体水质表现出明显的垂直分布特征;(2)RDA分析结果显示,上下水层的溶解氧、pH、电导率、氨氮、硝态氮和亚硝态氮存在较为明显的垂向变化,是影响密云水库细菌群落垂直分布的主要环境因子;(3)总细菌的数量随水深变化的波动较为明显,其中好氧区细菌的Shannon-Wiener指数和T-RFs片段数明显高于缺氧区,说明秋季密云水库水体中细菌群落分布存在显著的分层现象.本研究探究了水体热分层对水库水质及细菌群落的影响,可为预测水质变化和水库管理提供科学依据.     

北京市河流秋季浮游动物群落特征分析

为了解北京市河流浮游动物群落空间分布特征及其与水环境因子之间的关系,于2017年9月采集了北京市28个水体的81个断面的样品,鉴定出浮游动物4类68种,其中原生动物17种占25%,轮虫36种占53%,枝角类13种占19%,桡足类占3%,主要是桡足幼体和无节幼体. 15种优势种中12种主要来自于轮虫和桡足类.山区河流浮游动物以原生动物和桡足类为主,城郊结合区以桡足类为主,城区以轮虫为主.综合水质标识指数法、Shannon-Wiener指数、Pielou均匀度指数和Margalef丰富度指数计算结果表明,山区河流水质总体上优于城区,城市水质优于城郊结合区;采用单因子水质标识指数法识别出水体主要污染因子为总氮.通过主成分分析(PCA)和典范对应分析(CCA)后发现,NH_4+~-N、BOD_5和COD等对浮游动物特征影响较大.     

饮用水快速砂滤池优势微生物群落的代谢功能解析

快速砂滤池广泛应用于饮用水处理中,其净水效能一直被认为是物理化学作用,而对滤池表面附着微生物的净水作用仍不明晰.为了解析滤池中微生物的群落构成和功能特征,研究对国内8个城市的11座饮用水快滤池的进出水和滤料进行采样分析.进出水水质分析结果表明经过滤池处理,溶解性有机碳(DOC)有少量去除,氨氮(NH_4~+-N)显著降低,硝酸盐氮(NO_3~--N)显著增加,总氮(TN)未发生明显变化.利用宏基因组技术获得了滤池中微生物群落的构成和功能信息,滤池优势菌属(相对丰度占前10%)共14种,包括两类氨氧化细菌Nitrospira和Nitrosomonas.对优势菌属的功能基因信息进行分析,发现优势微生物菌群具有更高的碳水化合物、氮、硫和异生物质代谢功能丰度. Aeromonas的碳水化合物代谢基因相对丰度最高,Bradyrhizobium的氮、硫及异生物质代谢基因的相对丰度最高,说明这两种菌是影响饮用水水质的重要菌属.通过评价各个优势菌属对异生物质的代谢潜能,发现Bradyrhizobium、Sphingomonas、Methyloglobulus、Sphingopyxis和Klebsiella是饮用水快速砂滤池中降解微量有机污染物的关键菌.     

宁武亚高山湖泊细菌群落的时空格局及驱动机制

受人类活动和气候变化的影响,亚高山湖泊生态系统日趋退化,导致微生物群落生物多样性和结构改变.本研究以宁武亚高山湖泊公海(GH)水体细菌群落为研究对象,通过Q-PCR和DGGE技术分析了不同季节和不同深度的水体中细菌群落多样性分布格局,探究细菌群落的时空动态及其多样性维持机制.结果表明,温度(T)、酸碱度(p H)、溶解氧(DO)、电导率(EC)、盐度(SAL)和铵态氮(NH4+)在每个月的不同采样深度间均有显著差异.细菌群落丰度具有明显的时空动态,其中8月的丰度最高,11月最低;在水体中层(2、4和6 m)的丰度较高,表层和底层(0 m和8 m)相对较低.细菌群落α多样性指数在各月份和不同深度间均有显著性差异,从4～12月整体上呈现先减少后增加的趋势.相似性分析(PERMANOVA)结果表明,不同深度之间细菌群落的空间分布格局明显不同(P 0. 001).冗余分析(RDA)和方差分解(VPA)结果表明在不同深度下,细菌群落多样性格局是环境选择和扩散限制共同作用的结果,但是环境选择的相对作用更强,其中水体无机氮(NO3-、NO2-和NH4+)浓度是主要的影响因子.总之,宁武亚高山湖泊公海中细菌群落多样性有明显的时空分布格局,环境选择作为主要因素驱动了细菌群落的多样性格局.     

在线NaClO反洗对倒置A2O-MBR系统微生物群落的影响

为研究在线NaClO反洗对MBR系统微生物群落结构的影响,采用倒置A2O-MBR反应器分别经历稳定期、在线纯水反洗及在线NaClO反洗阶段,监测系统运行效果、膜污染状况以及微生物群落结构特征.结果表明,在线NaClO反洗阶段反应器对COD、氨氮、TN等的去除效果与反洗前相差无几.在线纯水反洗后平均膜污染速率较稳定期有所降低,而在线NaClO反洗阶段膜污染速率增加,EPS浓度最高,膜污染加剧. Chao指数、Simpson指数和Shannon指数结果表明,在线NaClO反洗后好氧池污泥的微生物多样性几乎不变,而滤饼层污泥的种群丰度略微升高,但微生物的种群多样性明显降低.好氧池和滤饼层污泥的微生物种群主要以变形菌门(Proteobacteria)为主,其次是拟杆菌门(Bacteroidetes).经在线NaClO反洗后,好氧池污泥的变形菌门和拟杆菌门种群相对丰度变化很小,而滤饼层污泥的种群组成变化明显,对氯消毒剂有一定抵抗性的变形菌门从53. 4%增加到77. 8%,而拟杆菌门从33. 4%减少至14. 5%.经在线NaClO反洗后,好氧池和滤饼层在科水平微生物群落分布上十分相似,固氮螺菌科、丛毛单胞菌科等相比NaClO反洗前明显增加,那些能够耐受NaClO处理的微生物种可能是在线NaClO反洗阶段膜污染加剧的主要原因.     

呼伦贝尔沙区土壤细菌群落结构与功能预测

以呼伦贝尔沙区裸沙地、草地、沙地樟子松（Pinus sylvestris var. mongolica）人工林和沙地樟子松天然林四种生境土壤为研究对象,采用野外调查、16S rRNA基因高通量测序和PICRUSt功能预测相结合的研究方法比较分析不同生境土壤细菌群落结构和潜在功能组成特征.结果显示：呼伦贝尔沙区沙地樟子松天然林土壤细菌多样性最高,人工林土壤细菌多样性最低,Shannon指数分别为（8.623±0.193）和（7.432±0.028）,不同生境土壤细菌alpha和beta多样性存在显著差异.草地、沙地樟子松人工林和天然林土壤中变形菌门（Proteobacteria）相对丰度最高,均值分别为29.83%±1.14%、34.73%±1.99%、31.95%±0.21%,裸沙地土壤放线菌门（Actinobacteria）相对丰度最高,均值为26.13%±0.43%.不同生境土壤细菌主要优势属为慢生根瘤菌属（Bradyrhizobium）、RB41,其相对丰度在四种生境中的均值分别为5.29%±2.24%、4.22%±1.23%.PICRUSt功能预测共得到6个一级功能层,40个二级功能层,土壤细菌功能较为丰富,土壤细菌群落在环境信息处理、代谢、遗传信息处理和有机系统方面功能活跃.沙地樟子松天然林核苷酸代谢、酶家族、氨基酸代谢、碳水化合物代谢功能基因较为丰富,保证了沙地樟子松天然林土壤细菌的存活,使其具有较高的多样性.呼伦贝尔沙区不同生境土壤细菌功能基因丰度波动,反映了四种生境的土壤细菌群落组成及多样性的变化,指示了不同生境功能基因对土壤细菌群落的影响规律,可为预测和理解沙区土壤细菌代谢潜力和功能提供参考借鉴.     

多甲藻和微囊藻竞争利用不同形态磷增殖研究

为了探究不同藻竞争利用不同形态磷对浮游植物群落结构影响,分别以楯形多甲藻不等变种（Peridinium umbonatum var.inaequale）和铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）进行PM4A板多磷源单培养实验,并向原位水样添加其两藻种进行5'-单磷酸腺苷（5'-AMP）和磷酸氢二钾（K₂HPO₄）增殖模拟实验.结果表明：不同的藻种对不同形态磷的竞争利用具有选择性,楯形多甲藻不等变种和铜绿微囊藻分别能够利用溶解性有机磷（DOP）35种和25种,两种藻能够较好的利用氨基酸和核苷酸.当以楯形多甲藻不等变种调控起始生物量占比（绿藻：甲藻：硅藻：蓝藻为38%：26%：20%：7%）,无论以有机磷还是无机磷为磷源,甲藻的竞争优势明显,生物量占比达37.11%~50.19%;当以铜绿微囊藻调控起始生物量占比（绿藻：蓝藻：硅藻：甲藻为38%：29%：20%：4%）,蓝藻竞争优势明显,生物量占比达52.25%~53.44%.在温度和光照等环境条件一定的情况下,磷源形态和藻类起始生物量结构共同影响浮游植物群落结构演替.     

不同类型秸秆对污泥厌氧消化特性及细菌群落结构的影响

为促进污水处理厂污泥及农作物秸秆的资源化利用,探讨不同类型秸秆（玉米、小麦、水稻）对污泥厌氧消化特性、产气效果及细菌群落结构的影响,在中温〔（35±1）℃〕下,研究了污泥与秸秆按不同质量比（1:0、1:0.5、1:1、1:1.5）联合厌氧消化对污泥C/N（碳氮比）和厌氧消化环境中pH、ρ（NH₄+-N）、ρ（VFAs）（VFAs为挥发性脂肪酸）、日均沼气产量及φ（CH₄）、细菌群落的特征变化,以未添加秸秆的污泥厌氧消化为CK（对照）.结果表明:不同类型秸秆的添加对厌氧消化体系的pH、ρ（NH₄+-N）、ρ（VFAs）均产生显著影响,秸秆的加入明显提高了厌氧消化体系的产气量.联合厌氧消化可通过优化厌氧消化底物的C/N,从而增加ρ（VFAs）和φ（CH₄）.其中,污泥与玉米秸秆质量比为1:1.5时对厌氧消化的促进作用最为显著;其沼气日产量为2 303.08 mL,比CK（536.15 mL）提高了3倍以上,而沼气中φ（CH₄）最高为54.49%,比CK（37.07%）提高46.99%.此外,不同类型秸秆的添加也可通过改变细菌群落结构从而促进秸秆降解,增加ρ（VFAs）和提高沼气产量,特别是添加秸秆后,Bacteroidetes会逐渐取代Proteobacteria成为主要的产酸菌种,从而导致ρ（VFAs）增加.研究显示,污泥与秸秆联合厌氧消化可改善污泥营养结构,改变细菌群落结构,提高沼气产量.