环境DNA(eDNA)宏条形码技术对枝角类浮游动物物种鉴定及其生物量监测研究

环境DNA(eDNA)宏条形码(Metabarcoding)技术越来越多地被应用于环境中物种定性识别,但如何定量监测物种在环境中的丰度尚未得到解决。本研究以太湖流域常见的5种浮游动物拟同形溞、大型溞、蚤状溞、多刺裸腹溞、老年低额溞为研究对象,建立了一种基于eDNA宏条形码技术的物种定量方法,并与实时荧光定量PCR(qPCR)相比较,研究了eDNA宏条形码技术多物种定量的准确性。结果表明,PCR引物对eDNA宏条形码的物种检测和定量影响显著。313 bp COI313引物对浮游动物物种覆盖度高,但是物种间DNA扩增的偏好性大,不适用于eDNA宏条形码定量检测。基于COI序列重新设计的短COI116引物能够同时检测出所有5个物种。荧光定量PCR(qPCR)物种拷贝数与物种相对占比呈正相关。eDNA宏条形码所检出每个物种的序列数与qPCR定量拷贝数高度一致。综上,eDNA宏条形码技术可实现对浮游动物物种的半定量检测,在生物多样性监测和生物完整性评价有显著的应用价值。     

基于多元统计技术的赣江沉积物重金属污染评价

赣江是鄱阳湖重要入湖河流,为了解赣江流域沉积物重金属空间分布及污染状况,本文布设了29个采样点,对赣江沉积物重金属(Cu、As、Cd、Pb、Hg、W、Cr、Mn、Zn)含量和序列组分进行了测定及分析,并运用污染负荷指数(PLI)、地累积指数(Igeo)和潜在生态风险(RI)指数评价沉积物重金属污染程度.结果 表明,Mn、Cu、Zn、As、Cd、W、Hg和Pb的平均浓度分别超出本底3.8、4.1、5.2、3.0、22.7、5.0、11.8、1.6倍.其中,章江(Z)分布较高的Cu、As、Cd、Pb、Hg、W;桃江(T)分布较高的Cr和Mn;赣江(G)分布较高的Zn.所有采样点的PLI值均大于1,表明所有采样点均受到重金属污染;Igeo评价结果表明,赣江沉积物重金属Igeo依次为Cd(3.4)＞Hg(1.7)＞Zn(1.6)＞Cu(1.2)＞Mn(1.0)＞As(0.4)＞W(0.3)＞Pb(-0.1)＞Cr(-3.7);其中Cd的污染程度最高,Zn、Hg、 Cu,As、W、Pb为轻度污染,沉积物中Cr的Igeo＜0,表明赣江未受到Cr的污染.RI均值均大于150,表明赣江水系沉积物重金属均存在潜在风险,且赣江沉积物重金属污染对鄱阳湖构成严重威胁.     

基于活性污泥微生物冻后再生对废水基质降解效能的研究

采用高径比为12.5的序批式反应器(SBR)对冷冻的成熟好氧颗粒污泥（AGS）解冻驯化,研究母体颗粒冻后富集培养及其在番茄废水基质降解中的循环利用。结果表明：冻后恢复活性的污泥第60天全部颗粒化,平均粒径不小于0.45 mm;高通量测序结果显示,相较母体颗粒,该污泥中与颗粒化相关的变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)优势菌群富集,微生物丰度呈显著差异（P<0.05）;复合菌株对COD、NH3-N和PO3-4-P去除率分别为98.9%、82.1%和82.2%,可实现番茄废水的有效降解。     

围垦养殖对中国典型滨海湿地土壤真菌多样性及群落结构影响

本研究以我国黄河口碱蓬湿地、九龙江口桐花树湿地、东寨港木榄湿地为研究样地,借助高通量测序技术探究这3个典型滨海湿地围垦养殖前、后土壤真菌多样性及群落结构的变化.结果表明：①不同地域湿地围垦养殖对土壤真菌群落多样性及丰富度影响表现不一致.九龙江口桐花树湿地围垦后,土壤真菌多样性及丰富度有所下降;黄河口碱蓬湿地和东寨港木榄湿地围垦后土壤真菌多样性及丰富度显著增加;②子囊菌门（Ascomycota）在湿地围垦养殖前、后土壤中均为优势真菌门,但其相对丰度在围垦后显著下降;③湿地围垦养殖改变了土壤真菌属水平群落组成,黄河口湿地围垦后,未出现翅孢壳属（Emericellopsis）、毛霉属（Mucor）、枝顶孢属（Acremonium）;九龙江口和东寨港湿地围垦后,青霉属（Penicillium）相对丰度显著下降,并新增了镰刀菌属（Fusarium）,九龙江口湿地围垦后还新增了链格孢属（Alternaria）;④环境因子与湿地土壤真菌相对丰度存在一定程度的相关性,青霉属（Penicillium）与容重呈显著负相关（p<0.05）,与pH呈显著负相关（p<0.01）,与有机碳呈显著正相关（p<0.01）;翅孢壳属（Emericellopsis）与容重和pH呈显著正相关（p<0.05）,与有机碳呈显著负相关（p<0.01）.     

城市管道系统风险分析及闭环管理研究

为了探索构建城市管道系统安全及可靠性风险管理体系,基于FMECA,FTA&ETA及FRACAS等技术,建立涵盖故障模式辨识、影响及危害度分析、纠正措施执行等内容,且遵循闭环管理原则的科学、完整的风险闭环管理模式。针对城市管道安全及可靠性研究存在的局限性,引入FCE改进的FMECA和模糊灰关联FTA等定量计算方法,克服统计信息匮乏、数据模糊等瓶颈。研究结果表明:基于改进“3F”一体化技术的系统风险闭环管理体系契合城市管道风险管控需求,为多态、多要素耦合、不确定性复杂系统整体风险分析研究提供新思路。     

生物膜层DO浓度对MABR中异养硝化-好氧反硝化的影响

高浓度氨氮（NH₄+-N）废水的好氧生物处理是一个高氧需求过程.膜曝气生物膜反应器（membrane aerobic biofilm reactor,MABR）因其高氧利用率、低能耗优势在高氨氮废水处理中具有重要应用潜力.通过启动贯通式MABR接种异养硝化-好氧反硝化（heterotrophic nitrification and aerobic denitrification,HN-AD）脱氮混合菌液处理高氨氮模拟废水,调节进气量实现生物膜层不同溶解氧（DO）浓度,考察生物膜层DO浓度对MABR脱氮性能、HN-AD菌多样性及其脱氮功能基因的影响.结果表明:①MABR中仅生物膜内层DO浓度随进气量的增加而提升,生物膜外层DO浓度始终保持为0 mg/L;高DO浓度下反应器NH₄+-N、总氮（TN）去除率相比低DO浓度分别增加了28.15%和24.18%,提高生物膜内层DO浓度强化MABR脱氮性能.②高通量测序分析表明,HN-AD菌是MABR中的脱氮功能微生物,研究获得假黄褐藻属（Pseudofulvimonas）、脱氮副球菌属（Paracoccus）、鞘氨醇杆菌属（Sphingobacterium）和不动杆菌属（Acinetobacter）等共13种HN-AD菌属,其总相对丰度在低、中和高DO浓度下分别为12.97%、19.05%和22.01%,说明提高生物膜内层DO浓度促进了HN-AD菌属的富集.③PICRUSt1功能基因预测发现,MABR中HN-AD菌的好氧反硝化功能基因（napA、napB）总相对丰度在低、中和高DO浓度下分别为0.000 13‰、0.019‰和0.060‰,说明提高MABR生物膜内层DO浓度加快了HN-AD菌的好氧反硝化进程,促进了MABR中HN-AD过程的实现.研究显示,通过调节进气量实现生物膜内层不同DO浓度,可以强化MABR脱氮性能,提高HN-AD菌属富集程度,促进MABR中HN-AD过程的实现.      

潮汐-复合流人工湿地系统优化及对抗生素抗性基因的去除效果

抗生素抗性基因随废水排放传播扩散,对环境生物和民众健康构成严重威胁.针对废水中抗性基因的深度去除值得重点关注.在前期研究中发现潮汐流人工湿地能有效去除废水中多种氮素.本研究通过增加隔板和种植植物等方式进一步优化潮汐流人工湿地系统,并考察了工艺优化对抗性基因去除和脱氮功能微生物的影响机制.结果表明,同时增加隔板和种植植物后的潮汐-复合流人工湿地系统能有效提高抗性基因的去除效率,在增加隔板和种植植物组对7类21种抗性基因去除率最高达到83.82%~100.0%,显著高于单一增加隔板或种植植物组.从湿地基质和植物中的抗性基因绝对丰度对比可以看出,增加隔板能促进湿地基质中抗性基因量积累,而植物对抗性基因吸附也是其去除途径之一.同时,结合氮循环功能基因测序结果显示,湿地系统优化能提高基质中硝化和反硝化功能微生物物种多样性和丰富度,这与优化系统对废水中硝化量、反硝化量和总氮的去除率相对更高结果一致.