污染河流底泥亚铁氧化硝酸盐还原菌分离及代谢特性

采用常规分离培养方法,从富含亚铁厌氧还原态底泥中分离得到多株亚铁氧化硝酸还原菌,并从中选取1株:FX-Fe5菌株进行详细分析研究.经革兰氏染色、光学显微镜及扫描电镜观察,该菌为革兰氏染色阴性长杆菌,经16SrRNA测序分析确定为:拉乌尔菌属种类(Raoultella sp.).利用亚铁作为单独电子供体和亚铁与不同比例乙酸作为共同电子供体反硝化反应液,研究了FX-Fe5菌株对亚铁、硝酸盐氮和有机物的代谢特点.结果表明,FX-Fe5在24h内可对亚铁进行较大幅度的去除,去除率(%)分别为:89.77±0.47a(亚铁与乙酸盐比例1:1)、87.01±0.22b(亚铁与乙酸盐比例3:1)、86.96±0.07b(仅亚铁)、72.97±0.53c(亚铁与乙酸盐比例1:3),高于文献报道大部分纯菌的亚铁氧化率;亚铁和乙酸盐为共同电子供体时,乙酸和亚铁在硝酸还原过程中同步减少;重复反应的结果发现FX-Fe5菌株在不提供乙酸盐时,不能持续地利用亚铁进行硝酸还原反应.FX-Fe5菌株利用亚铁对硝酸还原过程中没有出现明显的亚硝酸盐氮和氨的积累,各反应体系反应气体中都含有N2O的存在,所占比例都不高,最高的情况不超过0.5%(5000×10-6),但不同电子供体间差别非常大.利用Biology对碳源代谢特点分析表明,FX-Fe5菌株但对单糖/糖苷/聚合糖类优先利用且利用程度较高.     

入洱海河流临湖段底泥氮的分布

于2013年7月在洱海流域采集了17条主要入洱海河流临湖段的底泥和上覆水样品,测定分析样品中TN、NH₃-N和NO₃--N的含量,揭示底泥中氮素的分布特征,并探讨底泥与上覆水中氮素含量的相关性. 结果表明:①17条入洱海河流临湖段底泥中w(TN)为23.10～310.60 mg/kg,平均值为141.66 mg/kg. ②对w(TN)有显著性差异的河流进行分组,并按照w(TN)由低到高排序为清碧溪、双鸳溪<白石溪<灵泉溪、龙溪、阳溪<桃溪、梅溪、隐仙溪、弥苴河<莫残溪、波罗江<永安江<锦溪<中和溪、罗时江、白鹤溪. 其中,各组之内河流间w(TN)无显著差异,而各组之间w(TN)差异显著(P=0.05). ③底泥中w(NH₃-N)、w(ON)与w(TN)呈极显著正相关,氮存在形态以ON为主. 其中,“北三江”临湖段底泥的厌/缺氧程度高,底泥中w(NO₃--N)占w(TN)的比例明显低于西部入洱海河流;上覆水中ρ(TN)与底泥中w(TN)、w(ON)呈极显著正相关.      

湖滨带生态退化及其与人类活动的相互作用

湖滨带属于水陆生态交错带,是湖泊水生态系统与陆地生态系统间非常重要的过渡带. 根据湖滨带生态退化的表现形式,可以将湖滨带生态退化过程归纳为渐变退化、间断不连续退化、跃变退化、突变退化及复合退化5种类型. 系统自然退化是一个漫长渐变的过程,而人为干扰往往带有冲击负荷与胁迫压力.人类对湖滨带生态退化的影响与人类文明的发展历程密切相关,随着人类开发自然、利用自然能力的加强,对湖滨带生态退化的影响深度、范围也明显增强. 在文明初始阶段,人类对湖滨带处于被动适应及竞争利用的状态;文明成长阶段,人类开始对湖滨带进行主动开发及可控利用;在文明成熟阶段,从对湖滨带单纯开发利用拓展为发挥综合生态服务功能. 另一方面,湖滨带生态退化对人类产生的影响主要体现在生物资源萎缩、洪水灾害损失增加、可利用淡水资源减少、对人体健康造成威胁、美学价值丧失、影响水文化的历史传承等. 研究湖滨带的退化过程及其与人类活动之间的相互作用、相互影响关系,认清湖滨带自身的发展规律,识别湖滨带退化的驱动因子,有助于我们进一步保护湖滨带、修复退化的湖滨带或提出减缓湖滨带退化过程的有利措施.      

基于三角模糊数的清河沉积物重金属评价

为全面了解北京清河沉积物重金属的空间分布及污染水平,在清河采集8个沉积物样品,测定w(As)、w(Cd)、w(Cr)、w(Cu)、w(Pb)、w(Zn),并利用基于三角模糊数的地累积指数模糊评价模型对北京清河沉积物的重金属污染进行评价. 结果表明:北京清河沉积物中w(As)、w(Cd)、w(Cr)、w(Cu)、w(Pb)、w(Zn)的平均值分别为43.18、1.20、70.70、49.62、38.59和297.36 mg/kg,不同重金属在各采样点间的分布差异较大,6种重金属的污染程度表现为As>Cd>Zn>Cu>Pb>Cr. 对于大部分采样点,基于三角模糊数的不确定性评价结果与常规评价结果保持一致,均显示清河沉积物重金属污染程度较低. 然而,QH6采样点(立水桥)As常规评价结果为偏中度污染,不确定性评价结果为中度污染;QH5采样点(清河大桥)Cd和Zn在常规评价结果为轻度污染,而不确定性评价结果为偏中度污染;QH8采样点(入温榆河口)Cd和Zn常规评价结果分别为轻度污染和偏中度污染,不确定性评价的结果则显示为偏中度和中度污染. 不确定性评价方法采用重金属质量分数区间值,而常规评价则采用重金属质量分数的单一值;不确定性评价通过计算隶属度确定污染等级,在接近分级界限时,不确定性评价和常规评价结果之间出现差异.      

Assessment on contaminations in sediments of an intake and the inflow canals in Taihu Lake,China

As the second largest freshwater lake in China, Taihu Lake provides water supply to approximately 32 million inhabitants around the lake. However, dramatically increased pollution has threatened the safety of drinking water supply in recent years. In the present study, we investigated the contaminations of nutrients and heavy metals in the sediments of an intake and inflow canals in Gonghu Bay, Taihu Lake. Moreover, we also examined the impact of human activities on spatial distribution characteristics of contaminations. Our results showed that the intake presented relatively lower concentrations of phosphorus and nitrogen compared with inflow canals. However, the concentrations of Cr, Ni, Cu, Zn and Pb in the sediments of the intake exceeded the lowest effect level (LEL) values, indicating a potential risk to drinking water resource. In addition, the concentrations of Ni in the sediments of Tianji Canal and Jinshu Canal exceeded the severe effect level (SEL) value. More importantly, the concentrations of Cu in the sediments of Tianji Canal exceeded three times of the SEL value. Multivariate statistical analysis confirmed that the domestic sewage primarily contributed to the nutrient accumulation, and the leakage of electronic trash dominated the enrichment of metals in the sediments. Taken together, more effort should be made to ensure the security of water resources in Taihu Lake, especially for the treatment of domestic sewage and industrial wastewater.     

Modeling the refuge effect of submerged macrophytes in ecological dynamics of shallow lakes: A new model of fish functional response

Submerged macrophytes often provide refuge for zooplankton from fish predation in temperate and subtropical shallow lakes. However, since the relationship between submerged macrophyte abundance and its refuge effect has not been well established, the refuge effect is difficult to be simulated. In this paper, we constructed mathematical models to describe the refuge effect of submerged macrophytes on fish foraging activities and ecological dynamics of shallow lakes based on the previous studies. We clarified the underlying behavioral mechanisms of the observed functional responses through analyses of the fish foraging behavior, extracted the affected variables related to the refuge effect, formulized the relationship between the affected variables and submerged vegetation density, and determined parameter values with a compensative procedure. Calibration and validation results indicated that the new functional response model was successful to simulate the refuge effect on interfering with fish foraging behavior. Moreover, the model was cooperated into a minimal ecological model for shallow lakes. Modeling results showed that the model was able to simulate the refuge effect in ecological dynamics, and made the ecological model produce significantly different results from those with the existing functional response models.     

新疆博斯腾湖表层沉积物中硅藻分布特征及影响因素分析

通过采集新疆博斯腾湖不同水深、矿化度、营养盐浓度及pH环境下的湖泊表层沉积物,提取硅藻并进行种属组合分析,研究了中国西北干旱区半封闭淡水湖泊中硅藻的分布特征,并且运用降维对应分析（DCA）,探讨了影响博斯腾湖现生硅藻组合特征的主要水质环境因子及硅藻种属对水体理化性质变化的响应。研究结果表明,在博斯腾湖硅藻组合受湖泊水深、矿化度影响明显分区：河口区受水体扰动作用影响明显,硅藻浓度变化大,以Fragilaria属为主;黄水湾区硅藻分布受矿化度及pH影响显著,以Mastogloia smithii、Navicula anglica、Gomphonema parvulum等底栖、喜碱性、微咸水种为主,淡水种Fragilaria属的含量明显低于其它区域,其含量的高低指示了水体矿化度的变化;在湖心区硅藻组合主要响应于水深变化,当水深增加时,Cyclotella radiosa、C.meneghiniana、Fragilaria bidens等浮游种含量显著增加,Mastogloria smithii、Gomphonema parvulum等底栖种含量明显降低或消失,且发现Fragilaria属在5.4～7.8m水深处生长繁盛。研究结果为建立中国西北干旱区的硅藻-环境因子关系数据库、重建本地区过去环境提供了理论依据。     

长江口南支沉积物对卤虫的毒性效应研究

以Ⅱ-Ⅲ龄卤虫幼体（Artemia salina）为受试生物,开展生物检测试验,研究长江口南支沉积物的毒性效应。生物检测结果表明长江口南支部分站位的沉积物对卤虫幼体已产生毒性效应,其中,2、5、8三站沉积物对卤虫体长和体内SOD酶活性具有显著影响（p〈0.05）,1号和2号站沉积物对卤虫体内LDH活性有显著影响（p〈0.05）。对多个毒性效应指标运用因子分析法得到长江口南支各站因子得分F,F值大小可表征各站沉积物对卤虫综合毒性的强弱,各站F值排序为：2号（-1.59）〈5号（-0.76）〈8号（-0.42）〈1号（0.06）〈6号（0.62）〈7号（0.78）〈3号（1.31）,2号站沉积物毒性最强,3号站毒性最弱。经逐步回归分析,因子得分F与沉积物中Cu、Cd含量具有显著相关关系（R=0.91,p〈0.05）,表明长江口南支沉积物中Cu和Cd是对卤虫产生毒性效应的关键污染物。     

黄河中下游沉积物对磷酸盐的吸附动力学研究

研究了黄河中下游10个不同表层沉积物在黄河水体中对磷酸盐（P）的吸附动力学及其影响因素和吸附机理。结果表明：（1）不同黄河沉积物对P的吸附能力各不相同,但吸附量随时间的变化具有相同的变化趋势,吸附速率均在前8h内较快,以后逐渐趋缓,在48h时基本达到吸附平衡。不同黄河沉积物对P的吸附量均随P初始质量浓度的增加而增大,随沉积物含量增大而减小;（2）不同沉积物在不同P初始质量浓度下对P的吸附动力学均符合Lagergren二级吸附动力学模型及Weber-Morris扩散方程,求得二级吸附速率常数和扩散速率常数分别在11.9866～157.55g·mg^-1·h^-1和0.0005～0.0119mg·g^-1·h^-1/2之间,吸附过程由P在沉积物内扩散控制。     

基于RBF神经网络的鄱阳湖表层水体总悬浮颗粒物浓度遥感反演

为进一步提高湖泊总悬浮颗粒物浓度遥感反演的准确性,引进适应复杂非线性映射的RBF神经网络模型,以鄱阳湖通江湖体为例进行了实证分析,根据实测水体悬浮颗粒物浓度和MODIS遥感数据,对遥感数据进行预处理,建立了RBF神经网络悬浮颗粒物浓度反演模型,神经元个数为8个,误差性能目标值为0.001,对悬浮颗粒物浓度进行反演。研究结果表明,验证样本相关系数R2=0.956 8,均方根误差RMSE=0.54。利用神经网络模型反演水悬浮颗粒物浓度是有效的,其反演结果优于非线性回归模型的结果。