多形态多水平氮添加对温带森林土壤根系呼吸和微生物呼吸的影响

为阐明不同水平、不同形态的氮添加对土壤总呼吸、土壤微生物呼吸、根系呼吸的影响及微生物机制,本研究以温带森林土壤为研究对象,开展多形态(硝态氮(NaNO_3)、铵态氮((NH_4)_2SO_4)和混合态氮(NH_4NO_3))多水平(50 kg N·ha~(-1)·a~(-1)和150 kg N·ha~(-1)·a~(-1))的增氮控制实验.在施氮后的第7—9年,利用静态箱-气相色谱法研究土壤呼吸组分和磷脂脂肪酸方法研究微生物群落丰度和群落结构的改变.结果表明,氮添加显著提高了土壤硝态氮和铵态氮含量,而土壤pH平均降低0.85个单位.在施氮后的第7—9年,氮添加将会减弱土壤呼吸活动,高水平的氮添加效应强于低水平氮添加;就形态来说,(NH_4)_2SO_4起到促进效应,而NH_4NO_3则逐渐由促进效应转变成抑制效应,例如在2019年(施肥后第9年),高水平的(NH_4)_2SO_4施加分别提高土壤总呼吸和微生物呼吸的34.06%和37.95%,而高水平NH_4NO_3添加则分别抑制了土壤总呼吸和微生物呼吸的27.62%和31.70%.而高水平的(NH_4)_2SO_4添加对根系呼吸有促进作用,而高水平的NH_4NO_3则有抑制效应.微生物呼吸和细菌、真菌显著正相关,和真菌/细菌比值也呈正相关.总之,土壤呼吸各组分对氮添加的响应受氮素形态和水平的控制,特定森林土壤碳排放量对土壤氮基质响应具有多阶段性,微生物呼吸的降低反映了土壤有机质分解速度的降低,这有可能会进而促进土壤碳的积累,达到氮促碳汇的效果.     

温度对嗜酸性硫杆菌活性和生物成因次生铁矿物形成的影响

通过实验室摇瓶试验研究了温度对嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidan)氧化亚铁的活性及对生物成因次生铁矿物形成的影响.结果表明,在FeSO4-H2O-A.ferrooxidans休止细胞体系中,低温明显抑制了A.ferrooxidans菌的氧化活性.培养5 d后,10℃和28℃体系中Fe2+氧化率分别为11.81%和100%.当温度从10℃(培养7 d)调至28℃后,Fe2+氧化率在1 d内就迅速上升到95.10%.Fe2+最高氧化速率依次为:10℃(培养7 d)+28℃(2.25 h-1)>28℃(1.42 h-1)>10℃(0.81 h-1).次生铁矿物XRD图谱表明,在9K培养基中,10℃条件下较低的Fe3+供应速率更有利于无定型施威特曼石的形成.而在28℃条件下,施威特曼石优先于黄铁矾生成,且随着时间延长黄铁矾结晶度愈来愈高.通过XRD图谱和SEM微形貌特征判断,28℃下生物合成次生铁矿物主要为施威特曼石和黄钾铁矾的混合物.     

建筑垃圾的活性激发及制备蒸养砖

为实现建筑垃圾的资源化利用,采用SEM、XRF、XRD等分析测试技术,研究了建筑垃圾微粉的颗粒形貌、化学成分、矿物组成等相关性质。选用Ca(OH)_2、Na_2SO_4、CaCl_2为激发剂,在相同条件下激发建筑垃圾的活性,以建筑垃圾为主要原料,采用压制成型的方法制备蒸压砖,以蒸养砖的强度来评价激发效果。结果表明:Ca(OH)_2激发效果较好,建筑垃圾总用量达到90%,制备的蒸压砖强度达到MU15等级。     

复合菌株YH01+YH02强化SBR好氧反硝化脱氮及菌群结构分析

为探讨复合菌株强化好氧反硝化的脱氮特性以及揭示菌群结构动态演替与生物反应器运行效率之间的联系,以硝态氮为底物,研究了异养硝化-好氧反硝化复合菌株Delftia sp.YH01+Acidovorax sp.YH02强化好氧SBR的脱氮特性,并借助高通量测序技术对强化过程中的菌群结构进行了分析.结果表明,经复合菌株强化后,反应器对NO₃^--N、TN和COD去除率分别提高了12.1%、9.2%和9.4%;复合菌株YH01+YH02的加入对菌群结构产生了较大的影响,菌群结构在属水平上丰度呈上升趋势,多样性呈下降趋势;PCA主成分析和UPGMA聚类分析大致把反应器运行过程分成4个阶段;Delftia和Acidovorax菌的丰度随着反应器呈上升趋势,复合菌株YH01+YH02在SBR反应器内具有良好的适应能力,对好氧反硝化起着非常重要的作用.     

异养硝化细菌Pseudomonas putida YH的脱氮特性及降解动力学

针对传统污水处理过程脱氮处理效率低、工艺流程复杂、抗高氨氮冲击负荷能力弱等问题,以具有高效脱氮能力的异养硝化细菌Pseudomonas putida YH为研究对象,开展其生理生化特性、脱氮性能、影响因子及动力学分析.结果表明,菌株YH具有高效的异养硝化能力,氨氮最大去除率达99.1%,约53%的去除总氮转化为胞内氮,反应过程仅有少量的硝化中间产物积累;菌株YH还能够在好氧条件利用亚硝酸盐和硝酸盐进行生长代谢,最大去除率分别为99.8%和99.5%.同时,结合反硝化功能基因napA和nirK的PCR成功扩增,进一步证明菌株YH具有好氧反硝化特性;菌株YH生长特性与Logistic模型相匹配（R²>0.99）,氮素降解过程则符合Compertz模型（R²>0.99）,拟合所得氮素最大转化速率R_m为氨氮 > 硝氮 > 亚硝氮,迟滞时间t₀为硝氮 > 亚硝氮 > 氨氮;异养硝化最佳的条件是碳源为琥珀酸钠、C/N=10、T=30℃、r为160~200 r·min^-1以及pH=7,最优条件下平均氨氧化速率和R_m分别为8.35 mg·（L·h）^-1和16.71 mg·（L·h）^-1;菌株YH能够适应较宽范围的氨氮负荷,在高氨氮浓度下（1000 mg·L^-1）仍具有较高的异养硝化能力,体现了菌株YH具有处理高氨氮废水的潜能.     

生物强化生物滤池去除海水养殖废水中氨氮

针对海水养殖水生物脱氮效果差的问题,将海洋菌株SF16接种到曝气生物滤池中,构建生物强化海水养殖废水处理系统,以未投加菌株SF16的曝气生物滤池作为对照,研究了水力停留时间(HRT)、盐度、碳氮比、溶解氧(DO)等因素对氨氮去除效果的影响。结果表明,菌株SF16能显著提高曝气生物滤池耐盐性和异养硝化-好氧反硝化脱氮效果。菌株SF16强化曝气生物滤池在HRT为4 h,盐度为3%～5%,高锰酸盐指数/NH_4~+–N为14,DO为4～5 mg/L的适宜工艺条件下,处理初始NH_4~+-N浓度为10 mg/L的模拟海水养殖废水,NH_4~+-N、TN和高锰酸盐指数的去除率分别达到95%、93%和80%以上,NO_3~-–N和NO_2~-–N积累量分别低于0.1 mg/L和0.02mg/L,出水无机氮和高锰酸盐指数达到《海水养殖水排放要求》(SC/T 9103-2007)的一级排放标准。该研究结果能够为菌株SF16在海水(浓海水)养殖系统废水处理工程中应用提供技术支持。     

水体致黑硫离子高效氧化菌的固定化条件优化

S~(2-)是导致城市河流水体变黑的主要污染物。该文开展了水体致黑硫离子高效氧化菌寡养单胞菌(Stenotrophomonas sp.)的固定化条件优化研究,分别考察了固定化初始p H、吸附时间、接种量及载体添加量这4个固定化过程中的主要因素对寡养单胞菌氧化黑臭水体中S~(2-)的影响,以及对COD、NH_3-N和TP去除的影响。实验结果表明,固定化初始pH、吸附时间、接种量以及载体添加量皆可显著影响寡养单胞菌对S~(2-)的氧化率,以及对COD、NH_3-N和TP的去除率。适宜的单因素条件分别为:固定化初始pH值8.0,吸附时间37.5 h,接种量5%和载体添加量1.0 g;在单因素实验条件下,S~(2-)氧化率最高可达76.8%,COD、NH_3-N和TP去除率最高可分别达到31.2%、60.7%和31.9%。在此基础上,响应面优化结果表明,最佳的固定化组合条件为:固定化初始pH值为8.1,吸附时间为37.4 h,菌体接种量为6.0%,人造沸石载体添加量为0.98 g。在上述最优条件下,S~(2-)氧化率的预测值最高可达到82.4%,与实际值拟合率达到99%以上,较未固定化的菌体对S~(2-)的氧化率提高了47.7%。     

1株Arthrobacter arilaitensis菌的耐冷异养硝化和好氧反硝化作用

分别采用高浓度的铵态氮、硝态氮、亚硝态氮、有机氮模拟废水和铵态氮与硝态氮、铵态氮与亚硝态氮混合模拟废水,研究耐冷反硝化细菌Arthrobacter arilaitensis Y-10的异养硝化、好氧反硝化以及同时硝化和反硝化能力,通过测定Y-10菌株在整个脱氮过程中的D600值,分析细菌生长与生物脱氮之间的联系.结果表明,耐冷菌株Arthrobacter arilaitensis Y-10具有很强的硝化和反硝化能力,15℃条件下,4 d内分别可将铵态氮由208.43 mg·L~(-1)降至72.92 mg·L~(-1),去除率65.0%;硝态氮由201.16mg·L~(-1)降至0 mg·L~(-1),去除率为100%;亚硝态氮由194.33 mg·L~(-1)降至75.43 mg·L~(-1),去除率为61.2%.该菌只在含硝态氮的模拟废水中才会产生亚硝态氮积累;此外,在混合模拟废水中,以去除铵态氮为主.总之,Arthrobacter arilaitensis Y-10能在15℃条件下有效进行异养硝化和好氧反硝化作用,在不同无机氮混合模拟废水中对铵态氮的去除率高达80.0%以上.     

低分子有机酸对硫杆菌活性的抑制作用及对土壤重金属脱除的影响

施用有机肥能够降低污染土壤重金属溶解性和生物可利用性,但在淹水厌氧等环境中,有机肥会分解产生大量低分子有机酸,会抑制嗜酸性硫杆菌的生物活性.通过摇瓶实验研究了低分子有机酸对硫杆菌的毒害抑制效果和不同硫杆菌对各类有机酸的耐受水平.结果表明,纯体系培养下,A.ferrooxidans和A.thiooxidans活性抑制率在72 h内达到90%以上,所需甲、乙、丙、丁酸最低浓度分别为41.2、78.3、43.2、123.4 mg·L~(-1)和81.9、230.4、170.1、123.4 mg·L~(-1).其中,甲酸对A.ferrooxidans和A.thiooxidans的抑制作用最显著,A.thiooxidans相比A.ferrooxidans对4种有机酸具有更高的耐受性.新鲜重金属污染土壤在生物酸化初期(0 h)加入4种有机酸对后续土壤酸化过程影响较小,但12 h后加入有机酸却能使土壤生物酸化基本停止,导致土壤重金属脱除率大幅度下降.这为有机肥改良重金属污染土壤的生物修复可行性提供一定理论依据.     

Comamonas sp. IDO2合成靛蓝的特性研究

利用吲哚降解菌丛毛单胞菌(Comamonas)IDO2转化吲哚合成靛蓝,优化靛蓝合成条件,并对合成产物进行分析.结果表明,菌株IDO2能够在苯酚、萘、苯和菲的诱导下转化吲哚合成靛蓝,在苯酚诱导时靛蓝的产量最高.采用表面响应法优化菌株合成靛蓝的条件:吲哚197.76mg·L~(-1),苯酚203.39 mg·L~(-1),酵母浸粉0.18%,在此条件下靛蓝的合成量为9.0 mg·L~(-1),与初始条件下的产量相比提高了104%.此外,考察了不同金属离子对菌株IDO2合成靛蓝的影响,结果表明Ba~(2+)和Ca~(2+)对靛蓝的合成具有促进作用.采用液相色谱/飞行时间/质谱联用对菌株IDO2转化吲哚的产物进行定量和定性分析,发现合成产物主要为靛蓝和靛红,并依此提出了可能的反应途径.