出水回流对ABR反应器启动过程中污染物去除效果和微生物种群的影响

出水回流对厌氧折流板反应器(ABR)抗酸化性能及机制的影响研究是提升高负荷ABR稳定运行研究的热点.因此,本文采用ABR处理模拟废水,采用常温、高负荷启动方式,研究回流对ABR启动过程中运行效果、挥发性脂肪酸(VFA)及微生物种群分布的影响.结果显示,回流对ABR的COD去除率影响不大,但可使反应器的pH值更稳定;回流反应器中的VFA累积速率降低了1/3,有利于减少VFA的积累;回流反应器中的微生物主要有短杆菌、球菌、链球菌及拟杆菌等,回流提高了反应器中的微生物多样性,从而提高了微生物种群的稳定性.回流反应器中真细菌、古细菌、产氢产乙酸菌和耗氢产乙酸菌的相对丰度均高于不回流反应器,真细菌平均高出8.5%,古细菌平均高出4.5%,产氢产乙酸菌和耗氢产乙酸菌分别高出3.5%和3.0%.通过回流能够调控pH值、VFA浓度、微生物种群结构及分布,进而提升ABR反应器的抗酸化性.     

不同形态磷对沉积物-水界面浮游植物增殖及群落结构演替的影响

探讨了不同磷形态对沉积物-水界面浮游植物增殖及群落结构演替的影响,以九龙江北溪西陂水库沉积物-上覆水体(水体藻类丰度为7.2×10~4cells·L~(-1),以硅藻、绿藻、蓝藻为主,分别占藻类丰度的49.16%、32.40%、17.32%)为研究对象,磷源包括:无机磷(NaH_2PO_4·2H_2O)、有机磷(单磷酸腺苷,AMP)、SMT方法提取沉积物总无机磷(SMT-TP)、鲜沉积物(Sediment)和野外原水(OW).结果表明,无机磷和有机磷(N∶P=20∶1)培养组对藻类增殖有明显促进作用.其中,无机磷组中浮游植物群落结构演替为以蓝藻和绿藻为主,分别占藻类丰度的76.67%和23.34%;有机磷组中浮游植物群落则演替为以绿藻为主,占藻类丰度的92.51%.在低磷组(N∶P=25∶1)、野外原水(N∶P=17∶1)、SMT-TP组(N∶P=10∶1)中,浮游植物群落结构从硅藻、绿藻和蓝藻演替为以蓝藻和绿藻为主,与无机磷组结果趋于一致.而鲜沉积物(N∶P=10∶1,含有无机磷和有机磷)组群落结构演变为蓝藻占优势,所占比例为71.80%.该结果表明,磷的形态对浮游植物群落结构具有重要的影响.模拟环境无机磷组、有机磷组和SMT-TP培养组中,浮游植物群落多样性具有降低的趋向,硅藻逐渐消失;而野外原水和鲜沉积物组中浮游植物群落多样性稳定,硅藻仍然存在,表明自然环境中其他元素调控水体中浮游植物群落多样性.鲜沉积物组中浮游植物群落结构逐渐演替为以蓝藻为主,暗示沉积物对蓝藻水华暴发具有重要贡献.     

CANON工艺处理猪场沼液的启动及微生物种群结构分析

在连续流合建式反应器内接种普通活性污泥,以实际猪场沼液作为进水,保持温度为(30±1)℃,控制低溶解氧(DO浓度为(0.5±0.1)mg·L~(-1)),通过分阶段提高氨氮浓度的方式启动CANON(Completely autotrophic nitrogen removal over nitrite)工艺,同时采用高通量测序技术对反应器启动前后的微生物种群结构进行分析.结果表明,反应器可在210 d实现成功启动CANON工艺,启动成功后,当猪场沼液进水氨氮浓度为450 mg·L~(-1)时,氨氮和总氮的去除率分别达到69.8%和61.1%;出水(NO_3~--N+NO_2~--N)/ΔNH_4~+接近0.11.同时,CANON工艺启动成功后,微生物种群结构发生了很大的变化:其优势菌门为变形菌门(Proteobacteria)(36.16%)、绿弯菌门(Chloroflexi)(14.22%)、浮霉菌门(Planctomycetes)(11.07%)、酸杆菌门(Acidobacteria)(10.41%)和绿菌门(Chlorobi)(12.82%);与脱氮功能相关的菌属为Candidatus_Brocadia (ANAMMOX菌)、Nitrosomonas(AOB菌)、Comamonadaceae(反硝化菌)和Xanthomonadaceae(反硝化菌)等.     

好氧堆肥微生物代谢多样性及其细菌群落结构

好氧堆肥是农业废弃物无害化处理和资源化利用的一条有效途径.为了探究好氧堆肥过程中微生物群落的代谢特征和细菌群落演替现象,了解起关键作用的微生物菌群,通过筛选强降解菌种改善堆肥工艺、提高堆肥效率,采用Biolog法和宏基因组法分析了玉米秸秆和牛粪联合好氧堆肥过程中微生物的碳源代谢能力和细菌群落多样性.结果表明:在第2次翻堆（第14天）时,微生物利用碳源的能力最强,初次建堆时（0 d）和其余翻堆时（第8、20、26天）次之,发酵结束时（第34天）最弱.Simpson、Shannon-Wiener和McIntosh多样性指数表明,建堆时及翻堆时的菌群优势度、丰富度和均匀度均极显著优于好氧堆肥结束.不同好氧发酵时间的微生物群落对同一碳源代谢有差异,同一好氧发酵时间微生物群落对不同碳源的利用率不同.糖类、酸类和醇类是区分好氧堆肥不同时间微生物碳源利用差异的敏感碳源.好氧堆肥不同时间细菌的种类和丰度不同,共享的优势菌门有厚壁菌门（Firmicutes）、变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、绿弯菌门（Chloroflexi）、放线菌门（Actinobacteria）和浮霉菌门（Planctomycetes）,在第0、8、14、20、26、34天这6个时间内它们的相对丰度之和分别达90.27%、90.34%、94.26%、84.21%、84.31%和77.61%,且6种门类在不同发酵时间的丰度表达存在消长变化状态.研究显示,参与好氧堆肥不同时间的微生物群落在碳源代谢能力上存在多样性,在细菌菌群的种类和丰度上也存在多样性.      

黄土高原典型林木根际土壤微生物群落结构与功能特征及其环境指示意义

通过研究黄土高原典型林木根际土壤微生物群落结构,为正确评价该生态恢复区土壤环境恢复状况提供理论依据.利用湿筛倾析法、涂平板法和BIOLOG法研究了陕北黄土高原4种典型林木丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)孢子密度与土壤微生物群落结构多样性.结果表明,沙棘AMF孢子密度为刺槐的2.24倍,顺序为沙棘>狼牙刺>柠条>刺槐,不同林木土壤细菌和放线菌数量达极显著差异(p<0.01),真菌数量差异不显著(p>0.05).同一林木土壤细菌对BIOLOG-ECO板中碳源的利用优势种类和利用程度呈现明显的差异性;主成分分析表明对主成分1和主成分2贡献大的碳源为14种和8种,柠条和沙棘土壤典型变量值的变异(离散)较小,而狼牙刺和刺槐土壤典型变量值的变异较大.相关性分析表明,AMF孢子密度与细菌数量、氨基酸类、多胺类和芳香化合物类碳源呈极显著正相关(p<0.01),与真菌数量、放线菌数量和细菌总代谢活性呈显著正相关(p<0.05),但是与羧酸类、糖类和多聚物类碳源相关性不显著(p>0.05).AMF孢子密度可以作为评价陕北黄土高原林木土壤细菌生理代谢类群及其多样性的环境生物学指标.     

黄土高原植被演替不同阶段植物系数的变化与适应性评价

用4年长期定位试验资料,利用植物系数、蒸散量、土壤含水量和土壤水分对植物的有效性等指标,研究了黄土高原植被群落不同演替阶段(草本群落→灌木群落→早期森林群落→顶级群落)的耗水特性与生态适应性。结果表明:不同演替阶段,群落实际蒸散量主要受降水控制,群落间差异不显著(P＞0.05);土壤含水量是早期森林群落明显高于其它群落,草本群落明显高于灌木群落(P＜0.05);植物系数是灌木群落＞草本群落＞乔木群落,而顶级群落大于早期森林群落;土壤水分对植物的有效性是早期森林和顶级群落明显高于草本和灌木群落(P＜0.05)。因此,进行植被建设不但要考虑植物系数还要考虑土壤水分对不同植物的有效性。     

表层沉积物中6:2氟调醇生物降解对细菌群落结构的影响

6∶2氟调醇(6∶2 FTOH)是一种多氟烷基物质,近年被广泛用于工业和消费品中,对环境有潜在威胁,但目前关于6∶2FTOH及其降解产物对沉积物中微生物群落结构的影响还不清楚.本研究的目的是通过基因分析方法探索6∶2 FTOH生物降解对表层沉积物中细菌群落结构的影响.从天津海河采集表层沉积物和河水,在实验室进行微宇宙实验,通过LC-MS/MS测定6∶2 FTOH及其降解产物的浓度,通过变性梯度凝胶电泳和高通量测序分析细菌的群落结构.结果表明,6∶2 FTOH在微生物的作用下可发生降解(半衰期小于3 d),生成6∶2 FTCA、6∶2 FTUCA等中间产物和5∶2 FT Ketone、5∶2 s FTOH、PFHx A、PFPe A、PFBA、5∶3 Acid等稳定产物,该过程对沉积物细菌群落结构产生明显影响,引起细菌群落丰富度和多样性的变化.在6∶2 FTOH降解的不同阶段,细菌的变化和优势菌群略有不同.根据100 d的实验结果,从门的分类水平看,6∶2 FTOH生物降解引起绿弯菌门丰度大幅上升(+24.8%)、变形菌门和厚壁菌门丰度大幅下降(-17.8%和-15.9%).从纲的分类水平看,6∶2 FTOH生物降解引起丰度上升较大的有厌氧绳菌纲(+19.6%)和δ-变形菌纲(+4.3%),引起丰度下降较大的有ε-变形菌纲(-20.0%)、梭菌纲(-10.1%)、芽孢杆菌纲(-5.8%)和γ-变形菌纲(-4.2%).从属的分类水平看,6∶2 FTOH生物降解引起丰度上升较大的有Anaerolineaceae_uncultured(+19.1%)和硫碱球菌属(+13.3%),引起丰度下降较大的有弧菌属(-14.1%)、硫单胞菌属(-13.2%)、芽孢杆菌属(-5.1%)、Sulfurovum(-4.2%)和Fusibacter(-4.1%).这些结果有助于预测环境中细菌对多氟烷基物质污染的响应及筛选可降解多氟烷基物质的细菌.     

Nitrous oxide reductase gene (nosZ) and N2O reduction along the littoral gradient of a eutrophic freshwater lake

Lake littoral zones are characterized by heterogeneity in the biogeochemistry of nutrient elements. This study aimed to explore the relationship between the nitrous oxide reductase gene (nosZ)-encoding denitrifier community composition/abundance and N2O reduction. Five samples (deep sediment, near-transition sediment, transition site, near-transition land and land soil) were collected along a littoral gradient of eutrophic Baiyangdian Lake, North China. To investigate the relationship between the nosZ-encoding denitrifier community structure and N2O reduction, the nosZ-encoding denitrifier community composition/abundance, potential denitrification rate (DNR) and potential N2O production rate (pN2O) were investigated using molecular biological technologies and laboratory incubation experiments. The results showed that the average DNR of sediments was about 25 times higher than that of land soils, reaching 282.5 nmol N/(g dry weight (dw)·hr) and that the average pN2O of sediments was about 3.5 times higher than that of land soils, reaching 15.7 nmol N/(g dw·hr). In the land area, the nosZ gene abundance showed a negative correlation with the N2O/(N2O+N2) ratio, indicating that nosZ gene abundance dominated N2O reduction both in the surface soils of the land area and in the soil core of the transition site.Phylogenetic analysis showed that all the nosZ sequences recovered from sediment clustered closely with the isolates Azospirillum largimobile and Azospirillum irakense affiliated to Rhodospirillaceae in alpha-Proteobacteria, while about 92.3% (12/13) of the nosZ sequences recovered from land soil affiliated to Rhizobiaceae and Bradyrhizobiaceae in α-Proteobacteria. The community composition of nosZ gene-encoding denitrifiers appeared to be coupled with N2O reduction along the littoral gradient.     

失稳硝化膜生物反应器的性能恢复研究

对高水力负荷条件下丧失硝化功能的膜生物反应器进行恢复实验,将水力停留时间(HRT)从原来的5h延长到正常条件下可以实现完全硝化的10h后,在进水NH4+-N浓度为500mg.L-1的条件下反应器可去除99%的NH4+-N,但NO2--N出现严重积累,在60d的实验过程中NO2--N平均出水浓度为425mg.L-1.荧光原位杂交分析结果表明,氨氧化菌(AOBs)在总菌中的比例与恢复实验前没有变化,分别为12.9%(恢复实验期)和9.75%(恢复实验前),但氨氧化杆菌(Nitrosomonas)在AOBs中的比例从80%降低到40%;亚硝酸盐氧化细菌(NOBs)在总菌中的比例下降一半(从5.64%下降至2.84%),并以慢生型的Nitrospira为主.高NO2-含量和高胞外物浓度(497.1mg.L-1)可能是导致亚硝酸盐氧化功能难以恢复的主要原因.     

苯高效降解菌群富集及其降解机理研究

微生物绿色、低耗、原位修复去除污染土壤与地下水中可降解污染物日益受到关注.本研究从江苏某农药厂苯系物污染土壤中以苯为唯一碳源富集获得苯降解菌群.在28℃、pH=8.0、添加100 mg·L^-1酵母粉条件下,该菌群在6 h内完全降解100 mg·L^-1的苯,利用Q-TOF解析出苯酚和邻苯二酚等主要代谢产物,并通过PCR扩增出苯酚单加氧酶基因（GenBank登录号：MW388722）.该菌群30 h内可完全降解30 mg·L^-1的苯、甲苯和乙苯混合物,高通量测序结果显示该菌群主要含有Cupriavidus、Arthrobacter、Dyella、Corynebacterium、Microbacterium等菌属,其中Cupriavidus为优势菌,菌群群落结构稳定且可高效降解苯,具有潜在的应用前景.