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.     

两种桑科植物叶片光合及光呼吸对模拟干旱的响应

采用150 g/L的聚乙二醇(Polyethylene glycol,PEG)模拟干旱胁迫,研究两种桑科植物(构树和桑树)的叶片光合及光呼吸特征对干旱胁迫的响应。对植物培养液的相关化学参数以及叶片的光合参数进行测定,结果表明:干旱对构树根系吸水能力的影响小于桑树的;构树以中光合-低蒸腾-高水分利用率的模式适应干旱环境,桑树以低光合-低蒸腾-高水分利用率的模式来应对干旱环境;在模拟干旱环境下,构树以稳定的羧化效率-高光呼吸速率-高光呼吸利用份额来适应外界胁迫,而桑树以低羧化效率-低光呼吸速率-低光呼吸利用份额来应对外界胁迫。构树表现出对外界干旱胁迫更好的适应性,这种适应机制可能与其较强的光呼吸作用及其碳酸氢根离子利用能力有关。这种"以碳换水"的机制可能是喀斯特适生植物适应岩溶干旱的又一个重要机制。     

载体对周丛生物生物量和群落的影响研究

周丛生物在环境领域有多种应用,载体作为其附着基质,有着重要作用。考察了5种载体上周丛生物的生物量、光合活性和基于16S rRNA和18S rRNA高通量测序分析的群落特征,结果显示不同载体的周丛生物各有优势。PP上周丛生物的生物量最高(P0.05),初期蓝细菌相对丰度达59.62%,说明其有利于生物量积累和蓝细菌附着。接触角为22°的花岗岩上周丛生物初期原核与真核生物的丰富度和多样性均最高,且Fv/Fm高于其他载体7%～9%,说明其适合更多种类微生物定殖,特别是高光合活性的生物附着,反映亲水表面更有利于多种微生物定殖。樟子松的周丛生物氮含量仅次于PP,反硝化细菌相对丰度达29%,反映出氮转化潜力相对较高。     

磺胺甲(口恶)唑对罗非鱼养殖水体细菌群落的影响

以SCT 1084-2006《磺胺类药物水产养殖使用规范》为依据,制作无(NS)、低(LS)、中(MS)和高(HS)剂量磺胺甲啊恶唑(SMZ)的饲料,通过8周的养殖试验(前4周投喂SMZ饲料,后4周投喂无SMZ饲料)、16S高通量测序技术和生物信息学分析来研究养殖过程中不同剂量SMZ的使用对养殖水体细菌群落结构的影响。第2、4、6和8周时运用16S rRNA和生物信息学测定分析水体微生物多样性。研究显示:(1)不同剂量SMZ投喂下对养殖水体细菌的生物多样性有不同程度的降低影响,中、高剂量效果显著,停止投喂SMZ饲料后显著性差异消失、差异程度降低;(2)不同剂量SMZ投喂时均改变了细菌群落结构,其中NS群落和LS群落差异弱于与MS和HS群落的差异,这种差异在停药4周后仍存在;(3)SMZ的抑菌和细菌耐药作用显著改变水体菌群从门至属的物种组成,SMZ主要诱导了变形菌门下β-变形菌纲中的某些参与氮循环相关的细菌(如:Candidatus_Branchiomonas和12up),同时抑制了一些致病菌(如:拟杆菌门的黄杆菌等);(4)SMZ对水体细菌群落的改变在一定程度上改变其功能分配和抑制其功能强度。研究结果表明,不同剂量饲料拌喂SMZ不仅会在不同程度上显著改变养殖水体细菌群落结构且有一定的延续性;此外,在SMZ的选择压力下一些与脱氮相关的菌成为明显的优势种,可能会对养殖池塘的氮循环有潜在的影响。     

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.      

水稻光合碳在植株-土壤系统中分配与稳定对施磷的响应

为探究稻田土壤光合碳的输入及分配对施磷的响应特征,本研究选用籼性常规水稻品种（中早39）,在两个施磷（0 mg·kg^-1和80 mg·kg^-1;分别记为P₀和P₈₀）条件下进行盆栽试验,同时采用¹³CO₂连续标记技术量化光合碳在水稻-土壤系统中的分配.结果表明,施磷显著增加光合碳在水稻地上部的分配,降低其在根际土的分配（P<0.05）;施磷使拔节期水稻的光合碳含量增加了70%,根系干重降低了31%.与不施磷相比,施磷显著提高了水稻地上部全碳含量0.31 g·pot^-1（P<0.05）,显著降低了水稻根冠比;施磷使进入非根际土壤微生物量的光合碳（¹³C-MBC）显著增加了0.03 mg·kg^-1,但降低其在根际土壤的分配;光合碳在非根际土壤颗粒态有机碳（POC）和矿物结合态有机碳（MOC）的分配对施磷的响应不显著,但在根际土壤施磷处理显著降低了其在POC中的含量.因此,施磷增加了光合碳在水稻-土壤系统的分配,但降低了光合碳在土壤中的积累.本研究探讨施磷对水稻光合碳在水稻-土壤系统的分配及其稳定的影响,为缺磷土壤的合理施用磷肥及其对土壤有机碳积累的影响提供理论基础和数据支撑;对理解稻田土壤光合碳的传输与分配特征及其固碳潜力具有重要意义.     

基于DEA和SBM-Undesirable模型的山东省污水处理效率研究

为探究污水处理效率提升方法,选取覆盖山东省所有地级市的105座污水处理厂2018年污水处理数据为样本,在数据包络分析法(DEA)的基础上,通过SBM-Undesirable模型将部分产出指标作为非期望产出进行对比,分析山东省污水处理厂运行效率及制约其发展的关键因素.结果表明:①山东省2018年污水处理效率平均值为0.64,其中技术效率值为0.67,规模效率值为0.92,高于全国平均水平(全国平均值分别为0.62、0.62、0.96),技术效率是影响山东省污水处理效率的主要因素.②设置非期望产出后的效率值低于传统DEA效率值,说明COD、氨氮与总磷的排放对污水处理产生负面效应.③技术分类中,A2/O处理工艺在大型污水处理厂的技术效率最高,达0.8;其他活性污泥技术在小型污水处理厂的技术效率为0.7,且在COD及总磷的处理上具有优势;氧化沟处理工艺技术效率平均值为0.55,其对总磷的处理效果差,适用于中小型污水处理企业.研究显示,技术类型、规模大小及主要污染物对污水处理效率的影响具有交互作用,山东省应根据各污水处理厂具体情况,通过规模与技术的协同改进提高污水处理效率.      

1,2,5,6-四溴环辛烷(TBCO)的分析方法、环境行为及毒性效应研究进展

1,2,5,6-四溴环辛烷（1,2,5,6-Tetrabromocyclooctane,TBCO）与六溴环十二烷（HBCD）同属于脂环族溴代阻燃剂.随着HBCD的禁止生产和限制使用,TBCO成为潜在的替代品,其生态和环境效应开始受到关注.通过对TBCO的性质、分析方法、环境行为和毒性效应研究进行综述,结果表明:TBCO具有2个非对映异构体（简称为异构体）,分别为α-TBCO和β-TBCO,其中β-TBCO有一对对映体;TBCO的检测一般采用气相色谱-质谱联用法;TBCO目前已在空气、土壤、沉积物及生物中检出,并显示出生物蓄积性、生物毒性以及异构体特异性的生物降解.需要指出的是,关于环境介质、生物体中TBCO的有限研究主要集中于水生生态系统,在陆生生态系统中的生物富集、食物链放大及毒性效应的研究非常匮乏.TBCO是否具有环境持久性和长距离传输能力尚存争议.建议全面开展TBCO的环境界面迁移行为、生物富集、代谢与毒性效应研究,特别是在陆生生态系统中的研究,并从异构体和对映体水平深入探讨,以期全面评价TBCO的生态和健康风险.      

氯和紫外消毒过程中胞外抗性基因的产生特征

考察了城市污水氯和紫外消毒过程中不同物理形态的胞外抗性基因的产生行为与及微生物群落的关联特征.结果表明,氯消毒尽管使胞内抗性基因丰度下降,但使结合型胞外抗性基因丰度明显上升（0.7±0.1）log,而游离型胞外抗性基因丰度下降（0.2±0.1）log.紫外消毒也使胞内抗性基因下降,但使游离型胞外抗性基因显著上升（0.4±0.2）log,而结合型胞外抗性基因丰度下降（0.3±0.1）log.氯消毒后,结合型胞外DNA（a-eDNA）中变形菌门丰度下降而其他菌门的丰度上升,细菌多样性指数由4.2上升到4.7;而游离型胞外DNA（f-eDNA）中变形菌门上升了6.6%,多样性指数则从3.5降低到2.8.紫外消毒后,a-eDNA中变形菌门丰度下降了36.6%,多样性则上升到4.8,而f-eDNA中细菌丰度变化较小.分子生态网络分析揭示了抗性基因与细菌间广泛的寄存关系,tetA、tetX、sulI和sulII分别与17、15、15和5种菌属间存在共现性,表明抗性基因潜在宿主的变化是导致消毒后胞外抗性基因产生的关键原因.本研究表明氯和紫外消毒不能消除抗性基因风险,反而通过导致不同胞外抗性基因的大量产生,使风险的形式发生变化.     

假微型海链藻对不同氮培养条件的响应

本文选取假微型海链藻为目标微藻,研究其在不同氮源（硝酸盐、亚硝酸盐、铵盐和尿素）和氮饥饿条件下的生长速率和光合作用,以期为阐述海洋微藻对近岸复杂多变的氮环境适应机制提供依据。结果表明,在氮饥饿条件下,假微型海链藻的种群生长受阻,细胞内色素分解,光合作用被显著抑制;在不同氮源条件下,假微型海链藻均能生长但表现出不同的生长模式,但高浓度的铵盐能够对其产生抑制,各条件下藻细胞叶绿素a、叶绿素c 和总类胡萝卜素含量在指数生长期无显著差异,而在平台末期,尿素处理组各色素水平显著提高;假微型海链藻光系统Ⅱ的不同光合作用参数在实验末期均表现为铵盐处理组显著高于其他处理组。综上所述,假微型海链藻能够利用不同氮源进行生长,但在不同氮源条件下,种群增长的变化模式与光合作用的响应并不一致,由此推测假微型海链藻在不同氮源条件下光合作用并不是导致其生长模式差异的主要原因。