长期施用有机和无机肥对黑土nirS型反硝化菌种群结构和丰度的影响

利用末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)和实时荧光定量PCR(real-time quantitative PCR,Q-PCR)技术,结合反硝化潜势(DEA)和土壤理化性质的测定,探索了长期施用有机和无机肥对公主岭黑土nirS型反硝化细菌的群落结构和丰度的影响.试验设不施肥(CK)、单施有机肥(OM)、单施无机肥(NPK)以及有机肥和无机肥混施(MNPK)等4个处理.结果表明,长期施用有机肥显著增加了土壤的DEA,其中OM、NPK和MNPK处理分别为CK处理的5.92、1.81和6.03倍,而NPK和CK间无差异.有机肥处理增加了黑土nirS型反硝化细菌的丰度,OM、NPK和MNPK处理中nirS基因的拷贝数分别为CK的2.73、1.30和3.98倍;NPK处理对nirS基因的拷贝数影响不显著.T-RFLP图谱显示施用有机肥改变了nirS反硝化细菌的群落结构;相比于非有机肥处理,有机肥处理中增加了一类79 bp的片段类型,显著降低了84 bp的片段类型,并完全抑制了一类99 bp的片段类型,而有机肥处理间和非有机肥处理间的nirS群落结构分别相似.系统发育分析表明:黑土中nirS型反硝化菌主要由α、β和γ-变形菌纲及一些尚未培养的微生物组成,79 bp的片段类型与γ-变形菌纲的假单胞菌科(Pseudomonadaceae)和β-变形菌纲的伯克氏菌目(Burkholderiales)相似,84 bp片段类型与Burkholderiales和红环菌目(Rhodocyclales)相似.相关性分析表明,pH、全磷(TP)、全氮(TN)、总有机碳(TOC)、硝态氮(NO3--N)和铵态氮(NH4+-N)依次与nirS型反硝化细菌的种群丰度(r为0.724～0.922,P<0.05)和DEA(r为0.453～0.938,P<0.01)显著相关,DEA与nirS型反硝化细菌的种群丰度显著线性正相关(r=0.85,P<0.01);冗余度分析表明,除含水量外,TN、TP、pH、TOC、NH4+-N和NO3--N(r为0.440～0.862,P<0.01)依次与nirS型反硝化细菌群落结构的变化显著相关,DEA的变化和nirS型反硝化细菌群落结构的变化亦显著相关(r=0.863,P<0.01).本研究表明相比于无机肥处理,公主岭黑土中nirS型反硝化菌的群落结构与丰度对有机肥处理有更显著的响应,且其群落结构的改变与种群丰度的增加与DEA的提高显著相关.     

高浓度富里酸在臭氧体系中的降解特性

为了解高浓度富里酸在臭氧体系中的降解特性,采用了高效且反应条件温和的臭氧法处理高浓度富里酸模拟废水,并采用紫外-可见吸收光谱和三维荧光光谱,研究了臭氧降解高浓度富里酸的特性与原理.结果表明:在初始pH为8.0、臭氧投加量（以ρ计）为65.00 mg/L的条件下,反应30 min后色度、富里酸、COD_Cr的去除率分别为82.16%、43.28%、26.73%;臭氧利用率从反应2 min时的72.52%降至30 min时的18.15%,B/C[ρ（BOD₅）/ρ（COD_Cr）]由进水的0.27升至0.61,ρ（HCO₃-）由初始的42.2 mg/L增至502.6 mg/L,说明小分子有机物的不断生成和矿化使得模拟废水可生化性大幅提高.紫外-可见吸收光谱分析表明,臭氧能使富里酸模拟废水中易降解物质成分增多、富里酸的结构趋于简单.三维荧光光谱表明,臭氧能有效降解大分子富里酸类物质,并较快速地使小分子色氨酸被氧化,随着反应的持续进行,富里酸的腐殖化程度逐渐降低.      

不同水淹条件下河岸带优势植物类群的生理与生态响应特征

为探究水淹胁迫下河岸带植物的生理和形态变化特征及其响应机制,以乐安河河岸带采集的优势植物类群狗牙根（Cynodon dactylon）、牛鞭草（Hemarthria altissima）、喜旱莲子草（Alternanthera philoxeroides）和蓼子草（Polygonum hydropiper）为材料,在室内进行土壤盆栽培养,利用钢化玻璃水缸控制水位,设置对照、浸润、半淹、全淹4种不同水淹胁迫条件,测定不同胁迫周期各物种的叶绿素含量、光合指标、荧光参数、荧光成像的变化及形态学变化特征,分析各物种对水淹胁迫的抗逆响应.结果表明:短时间（7 d）水淹胁迫下,浸润组、半淹组和全淹组各植物的w（Chlt）（叶绿素总量）、P_n（净光合速率）、T_r（蒸腾速率）、QY_max（最大量子产率）、株高、叶片数等指标与对照组相比总体呈降低趋势,其中浸润组植物叶片中w（Chlt）、P_n、QY_max等均略高于对照组（CK）,而C_i（胞间CO₂浓度）呈上升趋势,NPQ_lss（非光化学淬灭）呈先降后升趋势;长时间（14 d）水淹胁迫下,各植物的上述生理、形态学指标的变化规律与短时间水淹胁迫下基本一致,其中全淹条件下各植物的w（Chlt）、P_n和叶片数在较短期水淹胁迫下大幅下降,各植物3个指标分别显著（P < 0.05）低于对照组,显著差异值分别为:狗牙根100%、100%、100%;牛鞭草62.3%、67.9%、63.8%;喜旱莲子草73.6%、83.2%、89.6%;蓼子草54.5%、100%、100%,狗牙根和蓼子草在全淹条件下接近死亡.研究显示,水淹胁迫对4种植物的生长有不同程度的抑制,同时植物也做出抵消胁迫的抗逆响应.      

生物强化SBR系统中邻苯二甲酸二甲酯的降解

为实现低温条件下DMP的快速降解,在SBR反应器中,加入耐低温DMP降解菌Rhodococcus fascians STX-5,考察生物强化系统对DMP的去除效果,并通过设计特异引物,对邻苯二甲酸双加氧酶降解基因(phtA)进行扩增,利用荧光原位杂交(FISH)和实时荧光定量(q-PCR)对降解基因分布和丰度进行检测。结果表明,生物强化可显著提高DMP降解率(p0.05),强化反应器在20℃和15℃的条件下,运行后期对1 000 mg/L的DMP平均去除率分别达90%和71%,而未经强化系统对DMP去除率为54%和32%。FISH结果显示,phtA基因在反应器运行不同时段其分布特征不同,当DMP降解率上升时,其分布范围变宽且更均匀。q-PCR结果进一步表明,phtA基因丰度与DMP降解成正相关,在反应器运行的后期MLVSS与phtA基因丰度成显著正相关(r=0.97,p0.05)。当温度从20℃降至15℃时,未经强化系统中phtA基因从3.5×10~8copies/mg MLVSS下降到0.73×10~8copies/mg MLVSS,经强化的系统phtA基因数量在短暂下降后保持在4.5×10~8copies/mg MLVSS。     

污泥生物炭中水溶性有机物的三维荧光光谱特征及其与铜的络合

以市政污泥为原料,在400、500和600℃条件下热解制备了污泥生物炭,研究了污泥原料和污泥生物炭中水溶性有机物(DOM)的荧光光谱特性及其与铜的络合能力。结果表明,污泥原料DOM中含有类蛋白质组分和类富里酸组分两大类荧光物质,在400℃和500℃制备的生物炭中只含有类富里酸荧光物质,600℃制备的生物炭中不含荧光物质。污泥生物炭DOM中类富里酸荧光物质受p H和离子强度变化的影响低于污泥原料DOM。污泥生物炭DOM类富里酸物质与Cu2+的络合能力低于污泥生物质DOM,且络合能力均为可见区类富里酸紫外区类富里酸。热解改变了污泥中DOM的组成和性质,可降低与DOM络合Cu2+的迁移性。     

铜陵市河流沉积物中硝化和反硝化微生物分布特征

矿区河流不仅受到矿业活动带来污染物的影响,还受到区域内生活污水及农田退水中氮、磷和有机物的污染.本研究以铜陵市河流表层沉积物为研究对象,采用荧光定量PCR技术分析季节和污染类型对沉积物样品中硝化(amo A)和反硝化(nir S和nir K)功能基因丰度的影响.结果表明,沉积物样品中氨氧化古菌(AOA)和细菌(AOB)基因丰度变化范围分别为1.74×105~1.45×108copies·g-1和1.39×105~3.39×107copies·g-1,AOA平均丰度是AOB的4.39倍;反硝化基因(nir S和nir K基因)丰度变化范围分别为1.69×107~8.55×109copies·g-1和4.45×106~1.51×108copies·g-1,nir S基因平均丰度为nir K基因的28.35倍.沉积物AOA丰度呈现春季和秋季较高,夏季和冬季较低的趋势,而AOB在春季和冬季沉积物中的丰度高于夏季和秋季;反硝化基因丰度则表现为春季(nir S)/秋季(nir K)夏季冬季秋季(nir S)/春季(nir K).矿区周围以重金属为主要污染物的河流沉积物中两种amo A和nir S基因的丰度高于毗邻农田区域主要受到氮、磷及有机物污染的河流,后者的nir K基因丰度更高.     

胞外多聚物在废旧锌锰电池生物浸提中的作用机制

以A.thiooxidans和L.ferrooxidans为浸提菌株,研究其胞外多聚物(EPS)在废旧锌锰电池生物浸提中的作用.通过三维荧光获取了生物浸提中EPS的组成及特征变化,并利用半透膜包覆生物淋滤实验和扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等手段探讨了菌株及其EPS与电极材料的界面行为.结果表明:EPS促进了菌株与材料的接触,强化了Fe~(3+)/Fe~(2+)的生物循环;EPS总荧光区域积分标准体积(ΦT,n)与锌、锰的溶出效率之间拟合的决定系数分别为0.942和0.981,EPS保有量显著提升了锌、锰浸提效率;废旧锌锰电池溶释是菌株EPS参与下的直接接触浸提及其代谢产物间接浸提的共同结果.     

臭氧-混凝交互作用对水体有机物的影响

研究臭氧在纯水和混凝剂[Al_2(SO_4)_3]溶液中残余浓度的变化;采用差异吸收分析(differential absorbance,DA)、三维荧光(three dimensional fluorescence excitation-emission matrix spectroscopy,3D-EEM)和气相色谱(gas chromatograph,GC)、总有机碳分析(total organic carbon analyser,TOC)等研究水体有机物(富里酸)光谱特征、有机物和消毒副产物(DBPs)生成量在预臭氧、预臭氧-混凝(POC)以及臭氧-混凝联用(OC)后的差异;研究臭氧和混凝联合作用对有机物氧化程度及其对DBPs生成的影响.结果表明POC与OC作用存在明显差别,臭氧与混凝剂Al_2(SO_4)_3存在交互作用.交互作用主要体现在:(1)臭氧-混凝联用时臭氧降解速率加快;且臭氧降解中自由基产量相对增加.当臭氧投量2 mg·L~(-1),Al3+含量为1 mg·L~(-1)、3 mg·L~(-1)时,自由基捕获量比单独臭氧分别高15.2%和23.9%.(2)联用和预臭氧-混凝对有机物反应的差异,体现在OC有机物去除率低于POC,二者对有机物的反应途径不同;进而导致有机物与消毒剂反应的差异以及DBPs生成的差异.联用对DOC的去除能力明显强于单独臭氧和单独混凝,但弱于预氧化-混凝.当O3浓度为1 mg·L~(-1)、Al3+1 mg·L~(-1)时POC处理后二氯乙酸生成势(DCAAFP)和三氯乙酸生成势(TCAAFP)分别为47μg·L~(-1)和20.5μg·L~(-1),三氯甲烷生成势(CFFP)为97.8μg·L~(-1),较原水分别降低51%、64.6%和41.5%;而相应臭氧-混凝处理后DCAAFP和TCAAFP分别为48.4μg·L~(-1)和21.4μg·L~(-1),CFFP为117.3μg·L~(-1);较原水分别降低49.6%、63%和29.5%.同等臭氧投量下,增加混凝剂的剂量,POC和OC处理效果的差异进一步扩大.为保证用水安全和处理效率,臭氧和混凝联用时对臭氧的浓度、投加位置、混凝剂的种类等都需要进一步的研究论证,慎重选择.     

不同氮水平下间作对玉米土壤硝化势和氨氧化微生物数量的影响

利用荧光定量PCR(real-time quantitative PCR,Q-PCR)技术,结合氨氧化细菌(ammonia oxidizing bacteria,AOB)和氨氧化古菌(ammonia oxidizing archaea,AOA)丰度和土壤理化性质的测定,探索了不同氮水平下间作对玉米土壤硝化势(PNF)的影响.试验设置玉米单作和与马铃薯间作两个种植模式,4个施氮水平(不施氮N0、1/2常规施氮N1、常规施氮N2和3/2常规施氮N3)的随机区组试验.结果表明,从不施氮到常规施氮,土壤硝化势和AOA、AOB数量均随施氮量增加而逐渐增加,而高氮(N3)时与N2没有显著差异;间作对土壤硝化势、AOA与AOB数量的影响与施氮量和作物生育期有关,低氮投入(N1)间作有利于增加土壤氨氧化微生物数量和硝化作用.施肥是硝化势增加的主要驱动因子,相关性分析结果表明,土壤含水量是影响PNF的主要环境因子;PNF与土壤中AOA、AOB amoA基因丰度成显著的正相关.尽管玉米马铃薯间作降低了土壤中AOA、AOB amoA基因丰度,却使得间作土壤中AOB占据氨氧化微生物数量上的优势.以上结果表明,施氮和间作均影响了土壤硝化作用和氨氧化微生物AOA和AOB数量的变化,这些变化会影响土壤环境质量.     

活性污泥样品荧光原位杂交实验方法研究

采用细菌通用探针EUB338,结合DAPI全细胞染色技术,探讨了针对活性污泥样品的荧光原位杂交实验方法,通过调整样品预处理方法及固定剂类型得到了较理想的荧光原位杂交图片,可以清晰的辨别被杂交细菌的大小、形态及分布,但与探针EUB338杂交的细胞和被DAPI染色的细胞尚不能完全重合,因此仍需进一步改进实验方法。