基于高通量测序的OMS-2对序批式反应器系统微生物群落的影响

随着纳米材料的广泛应用,越来越多的纳米材料随着废水进入污水处理厂,纳米材料对污水生物处理系统的潜在影响越来越受到重视。探讨了氧化锰八面体分子筛(manganese oxide octahedral molecular sieve, OMS-2)纳米颗粒对序批式反应器(sequencing batch reactor,SBR)中活性污泥微生物群落结构的影响;以活性艳红X-3B溶液模拟印染废水,将不同浓度的OMS-2混入稳定运行的SBR中,采用Illumina MiSeq高通量测序分析技术,对不同SBR中微生物分布规律进行了研究。结果表明：SBR添加0.25 g·L⁻¹的OMS-2后,其COD去除率和脱色率分别提升了6%和13.6%;Illumina MiSeq高通量测序显示,在混入0.25 g·L⁻¹的OMS-2后,SBR内污泥菌群中拟杆菌门(Bacteroidetes)和变形菌门(Proteobacteria)的微生物DNA序列操作分类单元(operational taxonomic units,OTU)分别增加了16.8%和96.4%,这2类菌种可能提升了SBR降解有机污染物的能力;不同浓度的OMS-2改变了菌群的多样性和结构,低浓度的OMS-2可以提升微生物菌群的多样性和改变菌群的结构。X射线光电子能谱(XPS)分析表明,OMS-2在SBR中存在锰(Ⅳ)/锰(Ⅲ)转变为锰(Ⅱ)的氧化还原反应,该过程可能影响了菌群的组成。研究为纳米材料的实际应用和环境风险提供了参考。     

基于磷脂脂肪酸法分析A+OSA污泥减量工艺微生物群落结构

以传统缺氧-好氧(AO) 工艺为参照,采用磷脂脂肪酸(PLFA)分析技术研究了缺氧-好氧-沉淀-厌氧(A+OSA)污泥减量工艺微生物生物量变化及群落结构分布特征。结果表明,参照工艺及减量工艺PLFAs组成以饱和脂肪酸、支链脂肪酸和单不饱和脂肪酸为主,并含有少量环丙烷脂肪酸和羟基脂肪酸。减量工艺污泥减量主要是源于贮泥池中污泥衰减,好氧菌和革兰氏阴性菌(G-菌)为与污泥衰减相关的微生物类群。真菌含量变化表明,减量工艺有抑制真菌生长的作用。减量工艺由于贮泥池的插入造成其微生物群落结构与参照工艺有显著不同,减量工艺缺氧池与好氧池微生物群落结构相似度提高。     

基于微生物生物完整性指数的北京市城市河道生态系统健康评价

生物完整性指数（IBI）是河道生态系统健康评价的重要且被广泛应用的指标,然而,基于水体中分解者微生物群落构建IBI评价标准的研究较少。针对北京市城市河道生态系统健康状况开展评价,探索微生物生物完整性指数(M-IBI)评价流程与标准构建方法。基于沉积物中微生物Illumina高通量测序信息,筛选出关键环境因子（水质指标TN、TP、NH₃-N、NO₃-N和NO₂-N）确定候选生物指标,根据判别能力分析结果,确定Shannon指数、拟杆菌门（Bacteroidota）相对丰度、绿弯菌门（Chloroflexi）相对丰度、蓝藻门（Cyanobacteria）相对丰度、COD_Cr耐受属相对丰度和NH₃-N清洁属相对丰度6个指标,提出了指标标准化公式和健康评价标准。结果表明,以自然水体为补水的永定河各采样点评价结果均为健康状态,其他3条以城镇再生水厂出水为补水的河道中,清河4个采样点为健康至亚健康状态,凉水河5个采样点为健康至一般状态,大龙河4个采样点为亚健康至一般状态。M-IBI可以有效区分不同程度的受损点位,较合理地评价城市河道生态系统健康状况。

     

基于降水等级分异方法的低影响开发小区雨水径流污染负荷削减率的评估

为定量评估低影响开发(LID)技术对雨水径流污染负荷的削减率,选取嘉兴市柳岸禾丰小区作为LID小区,与其临近且下垫面类型相似的浅水湾小区作为传统小区,同步监测小区的外排水量和TP浓度,根据降水等级分异计算2个小区同等降水情景下单位面积污染负荷量,再以传统小区的单位面积污染负荷量为基准核算LID小区的雨水径流污染负荷削减率。结果表明：小雨时,LID设施可消纳其服务范围内的所有径流及所携带的污染物,污染负荷削减率达100%;当降水量增至超过LID设施功能阈值时,污染物削减率开始降低,中雨时降至67%,大雨时降至46%,年均雨水径流污染负荷削减率约为66%。整体来看,LID设施雨水径流污染负荷削减率表现出明显的降水等级差异。采用降水等级分异的方法能够减少降水等级所造成的误差,确保评估结果的精准程度,为小区LID设施建设提供可靠的决策依据。

     

Use of Microbial Community to Evaluate Performance of a Wetland System in Treating Pb/Zn Mine Drainage

The performance of a wetland system in treating lead (Pb)/zinc (Zn) mine drainage was evaluated by using the polyurethane foam unit (PFU) microbial community (method), which has been adopted by China as a standardized procedure for monitoring water quality. The wetland system consisted of four cells with three dominant plants: Typha latifolia, Phragmites australis and Paspalum distichum. Physicochemical characteristics [pH, EC, content of total suspended solid (TSS) and metals (Pb, Zn, Cd, and Cu)] and PFU microbial community in water samples had been investigated from seven sampling sites. The results indicated that the concentrations of Pb, Zn, Cd, Cu, and TSS in the mine drainage were gradually reduced from the inlet to the outlet of the wetland system and 99%, 98%, 75%, 83%, and 68% of these metals and TSS respectively, had been reduced in concentration after the drainage passed through the wetland system. A total of 105 protozoan species were identified, the number of protozoa species and the diversity index (DI) gradually increased, while the heterotrophic index (HI) gradually decreased from the inlet to the outlet of the wetland system. The results indicated that DI, HI, and total number species of protozoa could be used as biological indicators indicating the improvement of water quality.     

浑河流域鱼类群落特征及其与环境因子的关系

流域水生态调查是对受损的流域水生态系统进行恢复的基础。以浑河流域为例,对全流域62个采样点的鱼类群落进行调查。共采集并鉴定出鱼类34种,隶属于7目10科29属。其中,鲤科鱼类个体数占比最高(88.5%),鳅科次之(6.7%)。依据鱼类群落组成的相似性,利用聚类分析将62个采样点分为3组：组Ⅰ主要分布于浑河上游;组Ⅱ主要分布于浑河中游的各支流;组Ⅲ主要分布于浑河中下游的干流及各支流。指示物种分析结果显示：组Ⅰ指示物种为洛氏鱥、北方条鳅、北方花鳅和中华多刺鱼;组Ⅱ指示物种主要为鲫、麦穗、宽鳍鱲等中度耐污种;组Ⅲ指示物种为餐条。典型对应分析(canonical correspondence analysis,CCA)结果表明：影响浑河流域鱼类群落结构的主要环境因子为海拔、河流等级、悬浮物(SS)浓度、森林用地比例、农业用地比例和总溶解性固体(TDS)浓度。     

冬季衡水湖沉积物微生物群落结构特征及影响因素

湖泊沉积物中的微生物对有机物和营养盐的转化起着重要作用,其群落结构也会受环境因子的影响。为探究冬季衡水湖沉积物中微生物群落结构差异及影响因素,基于16S rRNA基因高通量测序,分析衡水湖不同湖区表层沉积物中微生物群落结构组成、多样性及与环境因子之间的响应关系。结果表明：不同湖区沉积物中微生物群落多样性表现为湖北区>湖心区>湖南区,湖北区与湖心区沉积物的微生物群落结构存在极显著差异（P<0.01）。在门水平上,湖心区沉积物中绿弯菌门（Chloroflexi）的相对丰度显著高于其他湖区,这与湖心区有机污染严重有关;在属水平上,湖北区沉积物中P9X2b3D02相对丰度显著高于其他湖区,说明该菌属更适宜在水生植物丰富的环境下生长繁衍。有机碳（TOC）浓度是衡水湖水体沉积物微生物群落结构的关键影响因素,TOC浓度与微生物菌属相对丰度的高相关性与沉积物有机污染严重有关。

     

国土空间规划背景下的山体生态修复规划研究—以南宁市为例

为探索系统性、大尺度的山体国土空间生态修复新路径,以南宁市为例,通过构建山体生态系统服务功能评价指标体系并开展山体生态功能评价,划分山体生态功能分区,制定山体生态修复与提升方案,建立了以“本底评价—功能分区—修复提升”为一体的区域山体国土空间生态修复规划方法。结果显示,研究区主要山体面积占比约37.26%,在空间上集中连片分布;山体生态功能高度和中度重要区占比达85%,是山体生态保护修复的核心区域;研究区可划分为山体生态保育区、水源地保护区、生态游憩协调区等8类分区,分别执行相应的管控措施;统筹保护与发展需求,制定了速生桉种植调整、山体群落结构优化、生态游憩带构建、受损山体生态修复等山体修复提升规划方案。区域山体国土空间生态修复规划应协调生态保护修复与城市发展需求,统筹山体资源的保护、修复和利用,分区、分类制定方案。

     

耐盐复合菌剂强化生物工艺处理高盐废水的快速启动

从城市污水处理厂的活性污泥中驯化分离出2株耐盐高效菌：地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis ）O1和枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）Y5制备复合菌剂,用于高盐生活污水生物处理工艺快速启动研究。研究表明,在SBR系统中连续投加复合菌剂（制备的配比为1∶1）,在30 d完成快速启动（TOC去除率>85%）,并且在整个启动过程中,TOC的去除率都能够稳定保持在80%左右,而负载复合菌剂填料的投入可获得更稳定的出水水质。通过高通量测序与OTU分类,高盐废水的配入使得活性污泥微生物群落结构发生显著改变,并且在工艺启动后,所投加的耐盐高效菌O1和Y5在活性污泥微生物总量中所占比例由1.31%升高至6.13%,说明O1和Y5能够在小试SBR中长期存留,并逐渐成为优势种属之一。     

微生物群落结构和多样性解析技术研究进展

微生物群落结构和多样性是微生物生态学和环境科学研究的热点内容，对于开发微生物资源，阐明微生物群落与其生境的关系，揭示群落结构与功能的联系，从而指导微生物群落功能的定向调控具有重要意义。基本按照年代顺序概述了常用的微生物群落结构及多样性解析技术，同时也体现了解析技术由片面向全面、由低分辨水平向高分辨水平的发展过程。20世纪70年代以前，对环境微生物群落结构及多样性的认识依赖传统的培养分离方法，方法的分辨水平低，认识是不全面的和有选择性的；20世纪70年代和80年代，在微生物化学成分分析的基础上建立了生物标记物方法(醌指纹法、磷脂脂肪酸法等)，对微生物群落结构和多样性的认识进入到较客观的层次上；在80和90年代，以DNA为目标物的现代分子生物学技术(rRNA基因测序技术、基因指纹图谱等)比较精确地揭示了微生物种类和遗传的多样性，并给出了关于群落结构的直观信息。指出了每种解析技术的功能特点和局限性，并展望了解析技术的发展趋势是原位、快速、灵敏、高通量和准确定量。