促生剂投量对菌剂-促生剂协同修复沉积物的影响

采用5个110 L的模拟河道反应器,在投加菌剂的基础上(底泥稳定后向底泥和水中分别注射浓度为0.09%和0.03%的菌剂),生物促生剂投量分别设计为0(空白对照实验)、0.08、0.09、0.10和0.11 g·L~(-1),通过为期115 d的修复实验研究菌剂与促生剂协同作用时底泥微生物群落特征变化规律,进而分析其对底泥修复效果的影响.实验表明,投加促生剂后,115 d时Chloroflexi、Proteobacteria、Firmicutes、Betaproteobacteria及Bacteroidetes等主要功能菌群相对丰度增加,脲酶活性与蛋白酶活性后期时总体上低于单独投加菌剂组.促生剂投量为0.10 g·L~(-1)时,上覆水COD_(Cr)稳定浓度为16.82 mg·L~(-1),低于其余各组;底泥TOC含量由初始的0.808%下降至第115 d时的0.687%,去除率为14.9%,显著高于其余各组;促生剂投量为0.11 g·L~(-1)时,底泥全氮去除率最高为14.8%.生物促生剂促使微生物群落向更适宜降解去除氮素及有机质的方向演替,有效改善底泥环境.     

斑石鲷循环水养殖系统生物滤池微生物群落对水质变化的动态响应

为了解斑石鲷循环水养殖系统生物滤池内部细菌群落组成及其净水机制,通过高通量测序方法,研究了不同时期各级生物滤池的细菌群落结构,分析了各级生物滤池的水质参数及水处理效果。结果表明：实验筛选出37 个门和513个细菌属,第3级生物滤池整体微生物群落丰富度和多样性均高于第1级和第2级生物滤池,第2级和第3级生物滤池微生物群落相似性最高。在门水平上,优势菌为变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、拟杆菌门(Bacteroidetes);在属水平上,发现了起硝化作用的亚硝化单胞菌属Nitrosomonas和硝化螺菌属Nitrospira;实验还发现该系统生物滤池可能存在功能上的浪费现象。该系统的细菌群落结构有稳定的演替模式,生物膜微生物群落变化对水质有一定程度的动态响应,Muricauda、Maribacter等反硝化细菌对硝态氮浓度的变化作用不明显。     

MBBR工艺中SNEDPR的启动及性能研究

为探究同步硝化内源反硝化除磷(SNEDPR)强化移动床生物膜反应器(MBBR)工艺脱氮除磷的可行性,采用连续曝气和搅拌/曝气交替运行的MBBR反应器,以磁性填料作为载体处理模拟生活污水,考察了SNEDPR启动过程中的脱氮除磷性能,并结合荧光显微镜和高通量测序技术对各个功能菌群结构变化情况进行了分析.结果表明,经两阶段运行后,氨氮和磷去除率分别达到97.6%和85.37%,出水NO₂^-—N、NO₃^-—N和COD浓度分别为1.3949,3.88和20.4mg/L,同步硝化内源反硝化率(SNEDR)由0.07%逐渐升高至86.35%.好氧阶段同步硝化内源反硝化率的提高,使出水NO_x^-—N浓度下降,提高了系统的脱氮性能和厌氧阶段内碳源的储存量.荧光显微镜和高通量测序结果表明,经过53d的运行,微生物群落多样性呈显著提高,系统内GAOs、AOB、NOB丰度的提高(分别由接种污泥中的3.3%、0.84%和0.66%提高至系统内的27.08%/20.48%、1.45%/1.76%和1.05%/0.85%)和PAOs、DPAOs的存在,保证了系统的脱氮除磷性能,在MBBR工艺中实现了EBPR与SNED的耦合.     

三峡库区夏季万州段底泥甲烷功能菌群落对甲烷排放的影响

三峡水库是世界上最大的人工水库,其潜在甲烷释放近年来备受关注。目前将甲烷排放量与甲烷功能菌的生长与作用机制相结合开展研究的报道较少。为探究三峡库区夏季万州段甲烷功能菌群落对甲烷排放的影响,分别于2019年7月和9月采集了三峡库区万州段底泥,利用16S rRNA基因高通量测序技术,对该区域的万州干流和高阳、黄石支流在属水平上的甲烷功能菌群落组成结构以及甲烷功能菌群落与甲烷排放通量间的关系进行了研究。结果表明：监测期间内高阳、黄石、万州平均甲烷通量为(0.874±0.011)、(0.884±0.234)、(0.507±0.262) μmol·(m²·h)⁻¹,支流大于干流,总体表现为甲烷排放“源”。在产甲烷菌群落中,部分未分类产甲烷古菌unclassified_p_Euryarchaeota、environmental_samples_f_ Methanosarcinaceae以及未命名古菌对产甲烷影响较大,该类细菌可促进甲烷产生。在甲烷氧化菌群落中,Methylobacter、Methylosarcina以及未分类氧化菌对甲烷氧化有较大影响,当该类细菌占比增加时会加速甲烷氧化,从而减少水-气界面中的甲烷排放。除甲烷功能菌群以外,推测温度与河流回水顶托作用也是导致干、支流甲烷排放出现差异的重要因素。以上研究结果可对揭示水库甲烷排放与甲烷功能菌生长和作用机制的关系提供参考。     

巢湖完全氨氧化细菌的丰度、群落结构及其影响因素研究

完全氨氧化过程（complete ammonia oxidation, comammox）的发现使研究者们对硝化作用和氮循环都有了新的认识.本研究选取巢湖冬夏季表层（0~10 cm）沉积物样品,运用高通量测序、实时定量PCR等分子生物学技术对comammox细菌的丰度和群落结构进行研究.结果表明：基于amoA基因的comammox细菌的丰度为（5.20±0.72）×10⁶~（4.06±1.23）×10⁷ copies·g^-1;氨氧化古菌的丰度为（5.39±1.01）×10⁵~（1.60±0.18）×10⁷ copies·g^-1;氨氧化细菌的丰度为（6.16±1.57）×10⁵~（4.30±0.19）×10⁶ copies·g^-1.comammox细菌的绝对丰度显著高于氨氧化古菌和氨氧化细菌.多样性分析表明冬季巢湖表层沉积物中的comammox细菌的物种多样性大于夏季.其中Candidatus Nitrospira nitrificans、Candidatus Nitrospira nitrosa和Candidatus Nitrospira inopinata的相对丰度最高占比分别为78.72%、49.80%和6.28%,且夏季样点中Candidatus Nitrospira inopinata的相对丰度显著高于冬季样点.主坐标分析（Principle Coordinate Analysis, PcoA）结果表明,comammox细菌的群落结构具有明显的时间异质性.理化因子中,NH₄⁺和NO₃^-与comammox细菌的丰度呈负相关关系.本研究在一定程度上揭示了comammox细菌的丰度、群落组成、多样性及其与理化因子的关系.     

咸水滴灌对棉田土壤N2O排放和反硝化细菌群落结构的影响

淡水资源短缺是干旱区农业可持续发展所面临的严峻问题,合理利用咸水灌溉是缓解淡水资源不足的重要手段.长期咸水灌溉会导致土壤盐分积累,进而影响氮素的转化和N_2O的排放.本研究通过10 a咸水灌溉试验,探究咸水灌溉对棉田土壤N_2O排放、反硝化细菌丰度和群落结构组成的影响.试验采用灌溉水盐度和施氮量两因子2×2随机区组设计,其中灌溉水盐度(以电导率表示)设置2个水平:0.35 dS·m~(-1)和8.04 dS·m~(-1),施氮量设2个水平:0 kg·hm~(-2)和360 kg·hm~(-2)(分别用SFN0、SHN0、SFN360和SHN360表示).结果表明,长期咸水滴灌棉田土壤盐分、含水量和NH~+_4-N含量显著增加,pH值、NO~-_3-N、有机质和全氮含量显著降低.咸水灌溉处理显著抑制N_2O排放,不施氮肥和施氮肥处理下分别较淡水灌溉降低45.19%和43.50%.氮肥施用显著增加N_2O排放,施肥处理N_2O排放较不施肥处理增加161%.不施肥条件下,咸水灌溉显著降低反硝化酶活性、nirK、nirS和nosZ基因丰度,α多样性.施肥条件下,咸水灌溉对nosZ型反硝化细菌的丰度无显著影响,但显著降低反硝化酶活性和nirK、nirS基因丰度.咸水灌溉和氮肥施用共同改变nirK、nirS和nosZ型反硝化细菌群落结构,灌溉水盐度对于反硝化细菌群落结构的影响要大于施肥.Lefse分析显示nirK、nirS和nsoZ型反硝化细菌差异物种随着灌溉水盐度的增加而增加,咸水灌溉显著改变反硝化细菌群落结构,导致优势种群数量增加.上述结果表明,长期咸水灌溉降低土壤N_2O排放,但会导致土壤盐分的持续上升,nosZ、nirK和nirS丰度的增加会促进N_2O排放.     

长期放射性环境下微生物群落多样性变化

针对某铀尾渣库,通过深层垂直钻井方式采集了多个点位不同深度的铀尾渣样品,基于Illumina Miseq高通量测序技术研究了库区微生物群落的三维空间分布,阐释了长期放射性环境下微生物群落的多样性变化和环境因子的相关关系.结果表明,铀尾渣样品间的理化性质差异显著,放射性环境显著降低了微生物多样性水平,但仍存在优势菌群(丰...     

海水养殖尾水直排对河道沉积物细菌群落的影响

海水养殖活动对周边水域沉积物生态环境的影响日益受到关注,微生物群落是反映环境质量变化的一个重要指标.本研究采集了养殖区进出水河道4个位点(1个进水渠位点、出水口和2个出水渠位点)的沉积物,通过Illumina MiSeq测序技术测定细菌16S rRNA基因,利用磷脂脂肪酸(phospholipid fatty acid,PLFA)技术对沉积物中的微生物群落进行半定量分析,研究海水养殖尾水直接排放对河道沉积物细菌群落结构的影响.结果表明,4个位点中变形菌门(Proteobacteria)为优势细菌类型,主要包括γ-变形菌纲(γ-Proteobacteria)、δ-变形菌纲(δ-Proteobacteria)和α-变形菌纲(α-Proteobacteria).受养殖尾水排放影响,沉积物微生物生物量明显升高,放线菌门相对丰度降低而拟杆菌门相对丰度升高,氨氧化微生物相对丰度降低.非度量多维尺度(non-metric multidimensional scaling,NMDS)分析表明大部分沉积物细菌群落按位点聚类.多样性分析表明,未受养殖尾水影响的沉积物细菌群落多样性高于受养殖尾水影响的位点.冗余分析(redundancy analysis,RDA)表明氨氮与底泥沉积物细菌群落结构的相关性最大,对细菌群落的影响最明显.综上,养殖废水直排明显改变了养殖场河道沉积物物理化学性质和细菌群落结构,说明养殖废水的长期直排已严重污染河道环境,并可能会进一步对近海生态环境造成威胁.     

高钙废水颗粒污泥中古菌菌群结构变化的分析

为了解高浓度Ca~(2+)与颗粒污泥中古菌菌群结构的关系,利用高通量测序分析IC(Internal Circulation)反应器(以废纸造纸废水为处理对象)内不同高度处颗粒污泥中古菌菌群组成,并利用SEM(Scanning Electron Microscope)和EDS(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)分析颗粒污泥的形态结构和元素组成,同时借助红外光谱和XRD(X-ray diffraction)分析不同高度处颗粒污泥化学结构中各官能团的分布情况和无机成分.结果表明,随着反应器高度的增加,颗粒污泥中的无机成分CaCO_3也随着增加,而种泥中钙含量只有1.81%.种泥和ICR反应器内的颗粒污泥中古菌在门分类水平上主要包括Euryarchaeota和Bathyarchaeota,两者之和占90%以上.在属分类水平上,主要包括Methanosaeta、Methanoregula、Methanobacterium、Methanosarcina、Methanolinea、Methanospirillum等.种泥中古菌的物种多样性要明显高于IC反应器中,在IC反应器中不同高度处古菌生物多样性由高到低的顺序是5 m2 m7 m,5 m处的古菌物种更加丰富.随着反应器高度的增加,乙酸营养型甲烷菌的相对丰度呈现递增趋势,氢营养型甲烷菌则呈现递减趋势,而种泥中氢营养型甲烷菌相对丰度较大.这表明颗粒污泥在高钙废水的长期作用下,氢营养型甲烷菌的相对丰度减少,乙酸营养型甲烷菌的相对丰度增多,系统中古菌物种的相对丰度和多样性有所下降.CaCO_3沉淀使颗粒污泥的产甲烷活性降低,主要表现为其对氢营养型甲烷菌具有较大的抑制作用.     

碳添加对土壤固碳细菌群落结构及多样性的影响——以松嫩平原盐碱耕地为例

采用高通量测序技术,研究秸秆、生物炭和纳米碳3种碳源添加对盐碱耕地土壤固碳细菌群落结构及多样性的影响,并分析土壤化学性质与固碳细菌群落多样性的关系.结果表明：3种碳源添加均降低土壤固碳细菌群落多样性,其中生物炭和纳米碳添加的土壤固碳细菌的Chao1指数、物种多样性、Shannon指数及系统多样性值均高于秸秆添加的.3种碳源添加均降低土壤固碳细菌群落的物种丰度,其中纳米碳添加的物种丰度大于秸秆和生物炭添加的.在群落组成方面及相对丰度上,3种碳源添加后的优势菌门为变形菌门（Proteobacteria）,优势菌纲为γ-变形菌纲（Gammaproteobacteria）,均在纳米碳添加后相对丰度最高,分别为90.38%、57.79%.群落组间差异分析结果显示,秸秆和纳米碳添加后土壤固碳细菌群落结构差异显著.冗余分析结果表明,土壤固碳细菌群落结构受土壤pH值、有机碳、全氮、全磷、碱解氮及有效磷的综合影响,其中土壤pH值和有效磷含量是影响土壤固碳细菌群落结构的主要化学性质.综合来看,在盐碱耕地中添加秸秆、生物炭或纳米碳,都抑制了土壤固碳细菌群落的多样性和物种丰度,但纳米碳能够增加土壤固碳细菌群落结构差异.