Microbial community functional structure in response to micro-aerobic conditions in sulfate-reducing sulfur-producing bioreactor

Limited oxygen supply to anaerobic wastewater treatment systems had been demonstrated as an effective strategy to improve elemental sulfur(S0) recovery, coupling sulfate reduction and sulfide oxidation. However, little is known about the impact of dissolved oxygen(DO) on the microbial functional structures in these systems. We used a high throughput tool(GeoChip) to evaluate the microbial community structures in a biological desulfurization reactor under micro-aerobic conditions(DO: 0.02–0.33 mg/L). The results indicated that the microbial community functional compositions and structures were dramatically altered with elevated DO levels. The abundances of dsrA/B genes involved in sulfate reduction processes significantly decreased(p 0.05, LSD test) at relatively high DO concentration(DO: 0.33 mg/L). The abundances of sox and fccA/B genes involved in sulfur/sulfide oxidation processes significantly increased(p 0.05, LSD test) in low DO concentration conditions(DO: 0.09 mg/L) and then gradually decreased with continuously elevated DO levels. Their abundances coincided with the change of sulfate removal efficiencies and elemental sulfur(S0) conversion efficiencies in the bioreactor. In addition, the abundance of carbon degradation genes increased with the raising of DO levels, showing that the heterotrophic microorganisms(e.g., fermentative microorganisms) were thriving under micro-aerobic condition. This study provides new insights into the impacts of micro-aerobic conditions on the microbial functional structure of sulfatereducing sulfur-producing bioreactors, and revealed the potential linkage between functional microbial communities and reactor performance.     

邻苯二甲酸二丁酯的微生物降解

通过驯化富集培养,从处理石化厂废水的活性污泥中分离出１株邻苯二甲酸酯降解菌ＦＳＩ,研究了邻苯二甲酸酯菌ＦＳＩ对邻苯二甲酸二丁酯的生物降解特性。邻苯二甲酸酯降解菌ＦＳＩ降解最适酸度为ｐＨ６．５～８．０,温度为２０～３５℃。菌株ＦＳＩ对邻苯二甲酸二丁酯的生物降解反应速率遵循一级反应动力学模式。试验结果表明,菌株ＦＳＩ对邻苯二甲本二丁酯具有高效降解作用。     

LANDSCAPE‐SCALE ANALYSIS AND MANAGEMENT OF CUMULATIVE IMPACTS TO RIPARIAN ECOSYSTEMS: PAST,PRESENT, AND FUTURE1

ABSTRACT: Analyses of cumulative impacts to riparian systems is an important yet elusive goal. Previous analyses have focused on comparing the number of hectares impacted to the number of hectares restored, without addressing the loss of riparian function or the effect of the spatial distribution of impacts. This paper presents an analysis of the spatial distribution of development‐related impacts to riparian ecosystems, that were authorized under Section 404 of the Clean Water Act. Impacts on habitat structure, contiguity, and landscape context were evaluated using functional indices scaled to regional reference sites. Impact sites were mapped using GIS and analyzed for spatial associations. Positive spatial autocorrelation (i.e. clustering of impact sites) resulted from the piecemeal approach to impact assessment, which failed to prevent cumulative impacts. Numerous small projects in close proximity have resulted in adverse impacts to entire stream reaches or have fragmented the aquatic resources to a point where overall functional capacity is impaired. Additionally, the ecological functions of unaffected areas have been diminished due to their proximity to degraded areas. A proactive approach to managing cumulative impacts is currently being used in Orange County, California as part of a Corps of Engineers sponsored Special Area Management Plan (SAMP). The SAMP process is evaluating the ecological conditions and physical processes of the study watersheds and attempting to plan future development in a manner that will guard against cumulative impacts.     

羟基杀灭赤潮裸甲藻研究

羟基自由基水溶液杀灭赤潮微生物裸甲藻的实验。海水羟基比值浓度达到0.68mg/L时,裸甲藻、细菌从0.89×104/mL、5.2×105/mL减少到低于检测方法的低限值;羟基水溶液比值浓度达到0.6mg/L时,微生物的叶绿素a、类胡萝卜素含量均低于检测方法的最低限值。实验数据表明羟基是治理赤潮的绿色有效方法。     

土壤中稀土元素的生态毒性研究进展

为了解稀土元素对农田生态系统的影响,综述了近几十年来国内外有关土壤稀土元素生态毒性的研究进展,包括土壤稀土元素的主要来源途径,稀土元素对农田生态系统中植物、动物和微生物生长、发育、繁殖的影响。高浓度的稀土元素会破坏植物细胞膜的性质和结构,影响植物的抗氧化系统,扰乱植物对矿质营养元素的正常吸收和利用,诱使植物细胞发育不良、染色体畸变等现象发生。稀土元素可影响动物的消化、呼吸、生殖、神经、血液和免疫系统等。稀土元素对土壤微生物数量、种类、群落结构与功能多样性等均有影响。探讨了土壤稀土元素的生态毒性诊断方法,目前常见的植物毒性诊断法、蚯蚓毒性诊断法、土壤微生物诊断法、生物标记物诊断法和遗传毒性诊断法等可用来诊断土壤中稀土元素的生态毒性。提出了以后开展土壤稀土元素生态毒性研究应加强的方面:在群落、个体和细胞水平上研究稀土元素对土壤动物和微生物的影响,加强稀土元素生态毒性诊断新方法和新技术的探讨,进行稀土元素生物有效性与土壤因素关系的研究等。     

大通河流域土壤细菌及氮循环功能菌群沿海拔的空间分布

探究土壤微生物的海拔分布格局及其驱动机制对理解气候变化下陆地生态系统的响应至关重要.土壤微生物群落的海拔分布格局随空间尺度有所差异,为此分别沿大通河流域干流流向（海拔梯度1 000 m）和山体坡面（海拔梯度500 m）设置了两种空间尺度的样带,利用高通量测序技术分析土壤细菌群落结构和多样性沿海拔的分布特征,基于FAPROTAX数据库分析氮循环功能类群的海拔分布,探讨驱动土壤细菌群落沿海拔分布的关键环境因子.结果表明:①土壤理化性质沿海拔分布有显著差异,总氮（TN）和硝态氮（NO₃ ^-）含量与海拔正相关（P < 0.01）,土壤容重（BD）、pH与海拔负相关（P < 0.001）;②细菌群落OTU丰度沿海拔升高显著增大（P < 0.01）,丰富度和多样性指数沿海拔增大,但趋势不显著（P > 0.05）;③细菌群落以酸杆菌门（Acidobacteria）、变形菌门（Proteobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）为优势门,其相对丰度随海拔升高分别增加、减小和微弱减小;④参与氮循环的功能类群共13种,以硝化作用、好氧氨氧化和好氧亚硝酸盐氧化作用为主,随海拔升高响应规律不同,其中硝化作用细菌丰度显著增加（P < 0.01）,好氧氨氧化和硝酸还原细菌丰度微弱增加,而参与含氮化合物异化还原的细菌丰度先增后减;⑤冗余分析表明海拔（ELEV）、pH和氨氮（NH₄ ⁺）是驱动门水平土壤细菌群落的主要因子,Mantel分析表明土壤细菌氮循环优势类群均受海拔驱动（P < 0.01）.⑥流域和坡面尺度上细菌群落α-多样性沿海拔的规律一致,但土壤性质、氮循环功能菌群丰度和主要环境影响因子均不同.因此从不同空间尺度探究土壤微生物的海拔分布格局具有重要意义.     

生物炭和秸秆还田对咸水滴灌棉田土壤微生物群落特征及功能差异的影响

干旱区淡水资源不足,农业用水主要依赖于含盐的浅层地下水,但长期咸水灌溉会造成土壤盐分积累,土壤环境恶化,不利于作物生长.因此,在长期淡水（0.35 dS·m^-1,FW）和咸水（8.04 dS·m^-1,SW）灌溉的基础上,采用等碳量设计向土壤中添加生物炭（3.7 t·hm^-2,BC）和秸秆（6 t·hm^-2,ST）,旨在明晰生物炭和秸秆还田对盐渍化土壤理化性质及微生物群落结构的影响.结果表明,咸水灌溉显著增加土壤含水量、电导率、速效磷和全碳的含量,但显著降低了pH值和速效钾的含量.生物炭和秸秆还田均显著增加土壤含水量、速效磷、速效钾和全碳的含量,但显著降低了咸水灌溉条件下的电导率值.各处理土壤优势菌门为变形菌门、放线菌门 、酸杆菌门、绿弯菌门和芽单胞菌门.咸水灌溉显著增加芽单胞菌门和变形菌门的相对丰度,但显著降低酸杆菌门和放线菌门的相对丰度.在淡水灌溉条件下,生物炭还田显著降低绿弯菌门的相对丰度;秸秆还田显著增加变形菌门的相对丰度,但显著降低酸杆菌门、放线菌门 、绿弯菌门和芽单胞菌门的相对丰度.在咸水灌溉条件下,生物炭还田显著降低绿弯菌门和芽单胞菌门的相对丰度;秸秆还田显著增加变形菌门的相对丰度,但显著降低酸杆菌门、放线菌门 、绿弯菌门和芽单胞菌门的相对丰度.LEfSe分析表明,咸水灌溉降低了土壤微生物的潜在标志物和功能数量;咸水灌溉条件下,生物炭还田增加了土壤微生物的潜在标志物和功能数量;秸秆还田增加土壤微生物的潜在功能数量;秸秆还田增加土壤微生物的潜在标志物和功能数量.RDA结果显示,土壤微生物群落和功能结构与EC_1:5 、SWC和pH值显著相关.咸水灌溉会恶化土壤环境,不利于农业生产,其中EC_1:5 、SWC和pH值是驱动土壤微生物群落和功能结构变化的重要因子,采用生物炭和秸秆还田可减缓盐分对土壤和作物的危害,为提高农业生产力奠定基础.     

除草剂硝磺草酮对土壤微生物生态效应研究

采用室内培养试验,研究了硝磺草酮对土壤酶活性和微生物群落功能多样性的影响.结果表明,土壤过氧化氢酶和蔗糖酶活性随硝磺草酮浓度增加呈现先增加后降低的趋势,但比对照处理都有所升高,分别增加了22.6%~41.0%和3.4%~54.2%,且在硝磺草酮浓度为50mg/kg时达到最大.与之相反,尿酶活性则降低了12.0%~18.6%,但差异性不明显(P > 0.05).施用一定浓度的硝磺草酮激活了土壤微生物活性,微生物群落丰富度、均匀性和多样性都呈增长趋势,单孔的平均颜色变化率(AWCD)值和利用速率均随硝磺草酮浓度增加而增大,微生物群落对碳水化合物类、氨基酸类、多聚物类、羧酸类、胺类和酚酸类利用率整体上均有所提高,与对照相比,最大增幅分别达到5.3、1.0、4.4、3.2、0.2和6.8倍,但不同浓度硝磺草酮处理下土壤微生物在利用碳源的类型上是存在一定的差异.     

温带季节性分层水库浮游植物功能类群的时空演替

为探究我国北方温带季节性分层水库浮游植物群落结构的时空演替特性,于2014年7月~2015年6月对山东枣庄市水源水库周村水库进行每月2次的分层采样分析,采用Renolyds和Padisák等提出的功能类群划分方法对水库浮游植物群落进行分类,并结合水库水文、水质,分析优势功能类群时空演替规律及其主要环境影响因子.结果表明:周村水库共检出浮游植物112种,隶属于7门63属,可划分为18个功能群类.周村水库浮游植物功能类群演替具有明显的季节性分布特性:其中夏秋季热分层期主要以鞘丝藻(Lyngbya sp.)、螺旋藻属(Spirulina sp.)等丝状蓝藻为代表的S₁功能类群占优势,而冬季混合期以梅尼小环藻(Cyclotella meneghiniana)、针杆藻(Synedra sp.)等能适应低温、弱光的C+D功能类群为优势群落;浮游植物功能类群分布在垂向上并无较大差异.冗余分析(RDA)显示:热分层、降雨量和水温是影响浮游植物功能类群时空演替的主要环境因子.     

气候变化对土壤微生物多样性及其功能的影响

以同时模拟未来大气CO₂浓度和温度升高的田间开放式气候变化平台为依托,研究CO₂浓度升高（CE）、升温（WA）以及两者同时升高（CW）对麦田土壤基础呼吸和微生物丰度、群落结构的影响.结果表明：CE对土壤基础呼吸没有影响,但是WA显著提高了土壤基础呼吸,在抽穗和成熟期分别增加了51.6%和38.5%.在分蘖期,土壤细菌和真菌丰度没有显著变化;而在抽穗和成熟期,CW和WA处理显著降低了真菌丰度,降低幅度分别达到32.1%~50.2%和32.0%~37.4%.通过对T-RFLP数据分析发现,CE、CW和WA处理对麦田土壤真菌和细菌群落结构没有显著影响,但是在一定程度上改变了古菌群落结构.与对照相比,CE处理真菌多样性提高了7.1%~8.2%,CW和WA处理真菌多样性分别降低了5.3%~13.5%和22.1%~33.6%;在分蘖和抽穗期,CE、CW和WA处理土壤细菌多样性比对照显著提高.