开闭路条件下沉积物微生物燃料电池阳极细菌群落差异解析

采用Solixa高通量测序技术对比了沉积物微生物燃料电池(sediment microbial fuel cells,SMFCs)开闭路条件下启动阳极生物膜细菌群落结构差异.SMFCs开路条件下启动阳极生物膜获得优化序列3 936条,经过97%相似度归并后得到1 581个操作分类单元(operational taxonomic units,OTUs);SMFCs连接5 kΩ电阻闭路启动阳极生物膜获得优化序列3 930条,聚类归并后产生1 551个OTUs,α多样性指数分析表明开路条件下启动阳极生物膜菌群多样性相对更丰富.SMFCs开、闭路条件下启动阳极生物膜优势菌均为Proteobacteria、Firmicutes和Bacteroidetes,它们在开路下阳极生物膜中的含量分别为59.79%、12.54%和9.02%,而在闭路条件下分别为63.02%、10.01%和3.60%,SMFCs闭路条件下运行,地杆菌Geobacter在阳极生物膜中含量高达16.55%.SMFCs开、闭路条件下启动阳极生物膜细菌群落结构的差异说明SMFCs启动过程电子的传递影响电极生物膜微生物群落结构.     

洱海入湖河口湿地干湿季沉积物氮、磷、有机质垂向分布特征及污染风险差异性

以云南洱海罗时江河口湿地为典型对象,利用柱状底泥分层采样器采集罗时江河口湿地表层(0~10 cm)、中层(10~30 cm)和底层(30~60 cm)沉积物样品,分析干、湿季沉积物总氮(TN)、总磷(TP)、有机质(OM)垂向分布特征,并对沉积物进行污染风险评价.结果表明:1干季罗时江河口湿地表层、中层和底层沉积物TN平均含量分别为1.734、1.453和1.255g·kg~(-1),TP平均值分别1.085、1.034和0.992 g·kg~(-1),OM平均值分别为59.051、47.730和42.133 g·kg~(-1);湿季罗时江河口湿地表层、中层和底层沉积物TN平均含量分别为1.147、0.948和0.895 g·kg~(-1),TP平均值分别0.599、0.523和0.519g·kg~(-1),OM平均值分别为53.098、46.897和43.395 g·kg~(-1);干、湿季各指标含量垂向分布随沉积深度的增加呈下降趋势,表层富集明显;三层沉积物各指标含量均为干季高于湿季,且除OM外,TN和TP均达到显著差异(P0.01).2单因子指数(PI)、有机氮指数(ON)和有机指数(OI)评价结果表明,整体上干季沉积物氮磷属于重度污染,有机质属于中度污染;湿季沉积物氮和有机质均为中度污染,磷为轻度污染;总体上沉积物氮、磷、有机质污染水平为干季高于湿季,且干、湿季各污染指数均为表层最高,中层次之,底层最低,表层污染最为严重.3干、湿季罗时江河口湿地污染来源存在差异,干季以外源为主,湿季以内源为主;干季沉积物营养盐潜在释放风险较湿季大,且以表层释放风险最大.     

周村水库主库区热分层初期氮素降低的驱动因子分析

为了探究周村水库热分层前期氮素的变化趋势及其驱动因子,于2016年2~4月定期对周村水库主库区进行水质指标监测,并在采样点采集新鲜水样和表层沉积物,实验室模拟水库氮素变化过程中,水体和沉积物的反硝化作用量.结果表明周村水库在热分层初期,库区总氮浓度由(2.28±0.09)mg·L~(-1)降至(1.08±0.09)mg·L~(-1),硝氮浓度由(1.66±0.09)mg·L~(-1)降至(0.25±0.06)mg·L~(-1),氨氮浓度总体变化不大,亚硝氮的浓度几乎不变.与此同时,叶绿素没有明显增加,藻类的影响不大;氮素降低主要由于好氧反硝化菌的反硝化作用造成.热分层初期水库的温度逐渐增加、DO、pH的变化以及以小分子量为主的有机物组成均利用好氧反硝化菌的生长繁殖,菌数从1.06×105cfu·L~(-1)增加到8.33×106cfu·L~(-1),使得水库的反硝化作用增强,水库氮素下降;与此同时的模拟实验中,仅有水体好氧反硝化菌作用时,培养瓶的总氮去除量为0.7 mg,水体和表层沉积物共同作用时,总氮去除量为3.3 mg,水体与表层沉积物的反硝化去除氮量之比大体为1∶4,表层沉积物的反硝化作用是水库氮素去除的重要因素.     

长江口沉积物重金属赋存形态及风险特征

基于长江口沉积物8种重金属(As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn)总量与形态在丰、平、枯水期以及14个典型点位的分布特征,通过平衡分配法建立了长江口沉积物质量基准(SQGs),并以此评价长江口沉积物重金属生态风险,揭示重金属生态风险与其形态特征间的相关关系.结果表明,除Cd之外,长江口沉积物重金属以残渣态为主导形态,尤其是As、Cr、Hg,其残渣态含量均为90%以上.长江口As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn的沉积物质量基准分别为43.29、0.672、79.65、19.08、0.569、339.09、30.87、411.36μg·g~(-1).Cu的生态风险程度最高,对水生生物具有较大的毒性影响,应当引起重视.河口上游受到长江径流影响大,在丰水期风险较高,在平水期和枯水期则风险偏低;而下游受上海等城市排污影响较大,风险较高(尤其在平水期和枯水期).8种重金属的生态风险与赋存形态之间表现出3种不同的相关关系.     

滆湖表层沉积物营养盐和重金属分布及污染评价

为了揭示滆湖表层沉积物营养盐及重金属分布和污染特征,2014年1月采集了滆湖湖北区、湖中区和湖南区共20个沉积物样品.分析了沉积物营养盐和重金属的水平分布特征,并对营养盐及重金属的污染特征和来源进行了研究.结果表明,滆湖沉积物总氮(TN)和总磷(TP)的平均含量分别为2 207.94 mg·kg~(-1)和708.62 mg·kg~(-1),其中湖中区(N=20,P=0.027)和湖南区(N=20,P=0.005)TN及湖中区(N=20,P=0.005)TP含量显著大于湖北区;重金属(Zn、As、Cr、Cu、Ni、Pb、Cd、Hg)的平均含量分别为766.59、350.66、307.98、59.54、122.67、168.97、2.34和0.41 mg·kg~(-1),其中湖中区的Cu含量显著(N=20,P=0.013)大于湖北区,湖中区的Zn含量显著(N=20,P=0.024)大于湖南区,其它重金属元素含量在3个湖区的差异性不显著(P0.05).除TP、Cu和Hg与粒径之间有一定的相关性,其它元素与粒径的相关性不明显.营养盐污染评价中,综合污染指数(PI)表明滆湖处于严重污染,且湖中区和湖南区比湖北区污染更为严重.潜在生态风险评价中,重金属Cd、As和Hg均已达到很强到极强污染程度,其余重金属则处于轻微到中等污染水平,重金属潜在生态风险指数(RI)表明滆湖沉积物存在很强到极强的潜在生态风险,其中Cd、As和Hg对RI的贡献最大.     

CaO2不同投加方式对黑臭河道底泥内源磷释放抑制作用

以S市某黑臭河道底泥和上覆水为研究材料,研究了CaO_2在3种不同投加方式下对内源磷释放的抑制效果.结果表明CaO_2在3种投加方式下,均导致上覆水中pH和DO有所增加.注射条件下,上覆水DO浓度明显低于覆盖,说明注射确实延缓了CaO_2的氧化速度,有利于创造底泥微氧化环境.CaO_2覆盖和注射条件下,上覆水中TP和DIP浓度以及变化趋势基本一致,均明显低于混匀条件.但是,覆盖条件下,间隙水中DIP浓度最高,达到注射条件下的120.33~142.18倍.相反,注射条件下,间隙水中DIP浓度最低,并且上覆水中DIP浓度也较低,说明注射条件下CaO_2对内源磷的释放确有抑制作用,这与其创造的微氧化环境密切相关.底泥中不同形态磷数量分布也证实了这一点.投加CaO_2加快了有机磷的矿化速度,铁铝结合态磷和钙结合态磷也明显增加,使得内源磷持留能力增强.     

都柳江水系沉积物锑等重金属空间分布特征及生态风险

以都柳江沉积物为研究对象,通过系统采集表层沉积物样品,测定其重金属含量,查明了流域沉积物中重金属空间分布特征,结合主成分分析和相关性分析等统计学方法探讨了都柳江表层水系沉积物中重金属的来源,并利用地累积指数法、富集因子法和生态风险指数法评估了沉积物中重金属污染状况及其潜在生态风险.结果表明:(1)都柳江表层沉积物中Sb含量极高,可达7 080 mg·kg~(-1),且从上游到下游呈现逐渐降低的趋势,As、Cd、Co、Cr、Cu、Mo、Ni、Pb、Tl和Zn等含量变化不大;(2)主成分分析提取的两个因子的累积贡献率达到77.67%,表明沉积物中重金属来源主要包括:矿业活动和自然源等;(3)地累积指数和富集因子表明,都柳江水系沉积物中Sb污染最为严重,其次是As和Cd,Co、Cu、Mo、Ni、Pb、Tl和Zn的污染较轻,未受Cr污染;(4)各金属Hakanson潜在生态风险指数(Eir)依次为SbCdAsCoNiPbCuZnCr,而重金属综合潜在生态风险指数(RI)结果表明,中度生态风险及以上等级的样品约占58.1%,严重生态风险等级的样点主要集中在受锑矿采选冶活动影响和支流八洛河汇入后等周边采样点位;都柳江流域各重金属生态风险指数在综合指数中占主导地位的是Sb,表明Sb在都柳江流域水系沉积物中具有极强的生态风险性.     

太湖表层沉积物中PPCPs的时空分布特征及潜在风险

使用HPLC-MS/MS技术,对太湖周边15个河流入库口和6个水源地沉积物中9种药物及个人护理品(PPCPs)进行检测,其几何均值范围分别为1.60~129 ng·g-1和1.36~22.0 ng·g-1,其中咖啡因的含量占15个河流入库口沉积物中9种PPCPs总含量的52%,为河流入库口沉积物中PPCPs的优势污染物,林可霉素、甲氧苄啶、阿奇霉素、磺胺甲恶唑、泰乐菌素等5种抗生素的含量占6个水源地沉积物中9种PPCPs总含量的79%,为6个水源地沉积物中PPCPs的优势污染物.从空间分布来看,太湖西偏北部分的竺山湾和宜兴东部湖区附近沉积物中的PPCPs含量较高;从PPCPs的组成来看,各采样点PPCPs有不同的来源,总的来说有市政污水排放、畜牧养殖业污水排放和水产养殖业用药直接施用于太湖水体等3个来源.15个河流入库口沉积物中人类使用药物对太湖沉积物中PPCPs含量的贡献较大,6个水源地沉积物中兽用及水产养殖业中使用的药物对太湖沉积物中PPCPs含量的贡献较大.本研究检测出太湖周边河流入库口中有较高含量的PPCPs,说明周边区域有污染源持续向太湖输入;应用风险商值(RQ)模型评价太湖表层沉积物中PPCPs残留对沉积物生态环境的影响,河流入库口与水源地对乙酰氨基酚、阿奇霉素和磺胺甲恶唑的RQ大于1,对沉积物生态环境具有高风险;卡马西平的RQ值介于0.1~1之间,对沉积物生态环境具有中风险;其他几种PPCPs化合物RQ值介于0.01~0.1之间,对底栖生态环境具有低风险.     

分层型水源水库沉积物需氧量特性

为探明分层型水源水库沉积物需氧量(SOD)特性及其影响因素,选取西安金盆水库主库区上覆水体流速较低的库心区及流速较高的入库口两处沉积物进行对比实验,估算水体不同扰动条件下沉积物需氧量,利用Biolog-Eco平板和三维荧光光谱(EMMs)技术从底栖微生物群落代谢活性和沉积物有机质两方面对取样点沉积物需氧量的差异性进行分析.结果表明,静止条件下,入库与库心沉积物在较高溶解氧时(约5 mg·L-1)的沉积物面积需氧量SOD5area分别为0.13 g·(m2·d)-1和0.36g·(m2·d)-1,库心约为入库的2.69倍.动态条件下,沉积物-水界面上覆水扰动增加使沉积物需氧量增加,沉积物耗氧动力学由一阶动力学方程逐渐向零阶动力学方程转变.入库与库心沉积物有机质含量分别为44.43 mg·g-1和45.12 mg·g-1,库心沉积物的可溶解性有机质(DOM)的总荧光强度约为入库的1.5倍.有机质含量更高的库心沉积物细菌群落代谢活性(以AWCD表征)更强,表明高含量有机质和较强细菌代谢活性是引起库心沉积物需氧量大的主要因素.将深层水库水体耗氧过程的研究结果与现有充氧曝气技术进行结合,可为提高曝气器充氧效率提供科学依据.     

基于液相31P核磁共振技术的不同地理区域湖泊沉积物生物质磷(Biogenic-P)形态特征研究

利用液相~(31)P核磁共振分析方法,研究了我国不同地理区域湖泊表层沉积物中生物质磷(Biogenic-P)的形态特征.结果表明,不同地理区域湖泊表层沉积物磷含量差异较大,湖泊沉积物中的总磷在184.37～1089.41 mg·kg~(-1)之间,青藏高原的青海湖总磷含量最高,达到1089.41 mg·kg~(-1).使用~(31)P-NMR技术在湖泊沉积物中共检测到4类磷化合物,其中生物质磷检测到3类磷化合物,分别为:磷酸单酯(Mono-P)、DNA磷(DNA-P)、焦磷酸盐(Pyro-P),其中以磷酸单酯为主,含量在5.57～399.18 mg·kg~(-1)之间.随着我国外源性磷的有效控制,内源性磷成为了磷主要的来源,在磷的内源负荷中,生物质磷矿化释放的磷将会影响水体整体生产力,本研究基于液相~(31)P核磁共振技术,对我国不同区域湖泊沉积物中磷形态的分布有了一些新的认识,可为深入认识磷在不同区域湖泊中转化提供支持,有助于深入研究不同区域湖泊磷生物地球化学循环过程,同时为认识我国不同区域湖泊沉积物中磷形态特征提供数据支持.