寒冷地区IFAS+磁混凝污水厂菌群结构和抗生素抗性基因分析

为探究寒冷地区IFAS+磁混凝污水厂中菌群及其携带的抗生素抗性基因（ARGs）变化,采用16S rRNA基因测序和宏基因组测序方法对新疆某城市污水厂进行研究.结果表明,绿弯菌门（Chloroflexi）和硝化螺旋菌门（Nitrospirae）在活性污泥中的相对丰度平均值分别为3.50%和0.03%,在生物膜中的相对丰度分别达到10.02%和2.12%,NH₄⁺-N和TN去除率平均值分别由改造前的91.89%和66.76%提升至改造后的97.71%和91.90%,表明IFAS增强了寒冷地区污水厂的生物脱氮能力;生物处理段内与铁氧化还原有关的Ferruginibacter和红育菌属（Rhodoferax）的相对丰度平均值分别达到5.24%和3.72%,出水中红育菌属（Rhodoferax）的相对丰度达到9.48%,表明磁粉对菌群产生了影响;该厂对ARGs有明显的去除效果,ARGs的相对丰度由进水中的191.08×10^-3‰降至出水中的32.58×10^-3‰,活性污泥中ARGs相对丰度为63.25×10^-3‰~72.38×10^-3‰,明显高于生物膜中的41.31×10^-3‰,但sul2、floR和rpoB 2等ARGs优势亚型在生物膜中的相对丰度分别为5.77×10^-3‰、2.52×10^-3‰和2.03×10^-3‰,高于活性污泥中的3.15×10^-3‰~3.57×10^-3‰、1.73×10^-3‰~2.24×10^-3‰和1.28×10^-3‰~1.76×10^-3‰;网络分析结果表明,Caldilineaceae_norank与sul2呈显著正相关,毛球菌属（Trichococcus）与floR呈显著正相关.     

反硝化颗粒污泥在纳米零价铁胁迫下的性能恢复

为探明纳米零价铁(nZVI)对反硝化颗粒污泥(DGS)潜在的胁迫效应,本研究通过连续多批次实验,考察了经历n ZVI短期冲击后,DGS反硝化活性在不同C/N比条件下的恢复情况.结果表明,当nZVI投加量高于5 mg·L~(-1)时,DGS比反硝化速率(μ)会出现下降,对应的比反硝化抑制率(IR)与基质C/N比、nZVI投加量呈现正相关.当nZVI投加量达到100 mg·L~(-1)时,胞外蛋白与多糖含量均明显降低.此时,充足的外加碳源(C/N≥4)将有助于促进DGS反硝化活性的恢复和减少去除单位硝态氮所消耗的COD值.由Freundlich和Langmuir吸附等温线的拟合结果可知,基质C/N比越高,DGS对n ZVI的吸附能力就越强.在恢复期内,泥相中总铁含量(Qe)的持续削减为高C/N比条件下,DGS反硝化活性的提升创造了有利条件.当Qe降至0.4 mg·g~(-1)以下时,μ值可达到或接近对照组的水平.     

基于市域尺度的中国化肥施用与粮食产量的时空耦合关系

化肥施用是一把双刃剑,在促进粮食产量增加、保障粮食安全的同时,导致了生态环境退化,当前亟需辨明化肥施用与粮食生产之间的时空耦合关系,以便为维护粮食安全与生态安全提供有效的对策。以中国336个地级行政区为研究单元,分析2005-2015年中国粮食产量与化肥施用量的时空格局变化特征、化肥施用量与粮食产量的时空耦合关系及其动态变化过程。研究发现：（1）2005-2015年中国化肥施用量与粮食产量均呈上升趋势,化肥施用量的区内差异呈“粮食主产区—产销平衡区—粮食主销区”递减态势;而粮食产量的区域差异总体趋于增大,且呈“粮食主产区—产销平衡区—粮食主销区”递增态势。（2）化肥施用量增幅大致呈“东—中—西”阶梯式递增的趋势,而粮食产量增幅呈明显的南北分异特征。（3）从空间分布来看,胡焕庸线以东地区以“双高区”为主,胡焕庸线以西地区以“双低区”为主,且“低效施肥区”收缩,“他因素影响区”扩张。（4）期间,粮肥耦合关系以“双增型”为主,其他类型为辅,粮肥耦合关系主要向“双增型”与“他因素影响型”转变。     

高地下水位地区透水停车场的水文控制效果

为确定高地下水位地区透水铺装对路面径流的水文控制效果,在上海市区建造了4个实验性透水铺装单元与1个不透水铺装对照,其中3个为设有防水衬底的不透型设施分别为透水混凝土铺装(设施Ⅰ)、水泥稳定碎石基层/缝隙透水砖面层(设施Ⅱ)、碎石基层/缝隙透水砖面层(设施Ⅲ),1个普通缝隙透水砖铺装(设施Ⅳ),以及1个不透水混凝土对照(设施0).历时1年监测了实际降雨条件下4种实验设施的表面径流、排水管出流流量及表面渗透速率,考察不同设施的径流总量削减率、峰值削减及峰现延迟能力.结果表明,缝隙透水砖面层的表面稳定渗透速率明显小于透水混凝土面层,使用1年后,2种面层表面稳定渗透速率均明显下降;4种设施的表面产流均无显著差异;3种不透型设施的就地消纳水量能力均较弱,年径流总量控制率分别为24.2%、28.5%、28.4%,排水管不发生出流的控制降雨量分别为5.2 mm、7.8 mm、7.8 mm;设施Ⅰ的峰值削减与峰现延迟效果弱于设施Ⅱ及设施Ⅲ,且3种设施的峰值削减率和峰现延迟时间与降雨强度呈现显著负相关性.     

近10年流域江湖关系变化作用下鄱阳湖水动力及水质特征模拟

鄱阳湖水文情势受流域来水及长江共同影响,近10年流域、长江和鄱阳湖间关系发生了较大变化,导致了新的水文节律调整,进一步使得湖区水质环境发生变化.对近10年序列(2003—2012年)和1956—2002年序列的多年平均的日水文过程进行对比,分析了鄱阳湖的流域入流、湖口出流及湖区水位的年内变化过程;近10年鄱阳湖最高水位降低,湖相时间变短,河相时间增长;通过构建鄱阳湖的二维水动力水质模型,并采用实测2010年湖区水动力及水质数据对模型进行率定验证,在此基础上着重研究流域、江湖水文情势变化条件下,湖区的水动力和水质发生的变化.模拟结果显示,由于4—6月间湖区丰水期滞后13 d,8—10月间枯水期提前21 d,导致TN浓度在两个时间段内分别上升10.6%和12.4%,TP浓度在两期间内分别升高11.7%和13.6%.在8—10月期间,湖区水位下降速率增加,南部与西部的碟型湖提前与主湖区分离,形成相对静水的水塘,加剧了碟型湖的富营养化风险.     

温度和储存基质对储存后厌氧颗粒污泥特性的影响

温度和储存基质是颗粒污泥储存过程中的重要控制因子.本文选取某IC反应器内典型厌氧颗粒污泥(AGS)为对象,研究了温度和储存基质对储存后AGS理化性质、结构特征和菌群结构的影响.结果显示,常温(20℃)和添加基质可减缓储存过程中AGS粒径下降,维持形状稳定.中温(35℃)利于削减储存液中积累的酪氨酸、色氨酸等芳香性氨基酸,但会增加难降解腐殖酸类物质积累.中温条件适于短期储存(1.5个月)过程中维持颗粒污泥结构稳定,而常温适于长期储存(3个月).不同条件储存后,污泥中的优势菌群在门水平和属水平相似,分别为Chloroflexi、Bacteriodetes、Euryarchaeota、Hyd24-12和Anaerolinea、Bacteroidales、T78、Methanobacterium、Methanosaeta.但功能菌群受温度影响变化显著,常温条件下产甲烷菌群相对丰度下降至2.70%~3.00%,而发酵菌群丰度提高至65.90%~67.40%.中温和基质对污泥菌群结构影响较小.综合而言,常温利于维持AGS理化性能和结构稳定,中温利于维持菌群活性和结构稳定,基质添加利于增强AGS的综合性能,但效果不显著.     

模拟酸雨对土壤酸性磷酸酶活性的影响及机理

通过恒温恒湿连续培养的方法,研究了外源酸雨对土壤pH值、酸性磷酸酶活性的影响,同时运用紫外差光谱和荧光光谱对其机理进行了探讨.结果表明,酸雨通过改变土壤pH值而影响酶活性,pH6.66的近中性土壤酶活性呈现激活-抑制的变化过程;而pH4.61的酸性土壤酶活性持续下降.溶液构象研究表明,pH值是通过改变酶的肽链构象、氨基酸残基微环境而影响其活性的.     

聚糖原菌富集实验及其内源过程探究

细胞衰减是微生物内源过程的一个重要组成部分,可分为由细胞死亡引起的数量衰减和由细胞活性降低引起的活性衰减两部分.通过挥发性脂肪酸（VFA）吸收速率(VFAUR)测定、荧光原位杂交技术（FISH）以及LIVE/DEAD细胞染色技术,研究了富集聚糖原菌（GAOs）在序批式反应器（SBR）系统中好氧环境下的衰减特征.结果表明,当T=30℃、进料中m(COD)∶m(P)=100时,SBR系统中GAOs富集比例达94%.测定和计算表明,SBR富集系统中GAOs衰减速率和死亡速率分别为0.132 d^-1和0.034 d^-1,其数量衰减和活性衰减占其细胞总衰减比例分别为26%和74%.可见,GAOs数量衰减只占其细胞总衰减中很小一部分,而绝大部分衰减由活性衰减所引起.     

小流域土地利用结构对氮素输出的影响

以丹江口库区的胡家山小流域为研究区,以资源二号卫星影像图为底图,通过实地调查获取胡家山小流域土地利用图,利用ArcGIS的水文模拟、空间分析模块提取15个集水区,并分析其土地利用结构.根据2008年1～12月各个集水区的出口的总氮、硝态氮浓度的监测数据,定量地分析土地利用结构对氮素输出时空变化的影响.结果表明,胡家山小流域内旱地、居民地对氮素输出起显著源作用,与TN、NO-3-N的Pearson相关系数分别为0.869、0.856和0.826、0.867.林地、疏林地、草地等对氮素输出起汇作用,其中林地、草地汇作用显著,与TN、NO-3-N的Pearson相关系数分别为-0.820、-0.851和-0.602、-0.518.土地利用结构是氮素输出空间变化的关键因素,土地利用类型的空间分布使得汇土地利用类型旱地、居民地对小流域氮素输出影响最大;在不同时间尺度上,土地利用结构对氮素输出浓度影响有所不同.年度上,对氮素输出影响最大的是旱地,季节上,春、夏、秋、冬四季对氮素输出影响最大的分别是旱地、居民地、居民地、旱地;土地利用结构对氮素输出浓度的影响受到降雨、气温、人为等因素的作用.     

丹江口水库真核浮游植物群落分布特征及其与环境因子的关系

浮游植物是湖库生态系统物质循环和能量流动的主要参与者,了解其群落组成对保护水生生态系统平衡具有重要意义.2021年6月在南水北调中线工程水源地丹江口水库淅川库区设置7个采样点,分4层分别在0.5、5、10和20 m处共采取28个样品.采用高通量测序测定真核浮游植物群落结构,分析真核浮游植物群落在水平和垂向上的分布特征.采用冗余分析探讨了浮游植物主要类群与环境因子的关系.结果表明：①库区真核浮游植物共12门68属,物种为甲藻-硅藻-绿藻型结构.水平方向上浮游植物群落差异较大,各采样点垂直方向上浮游植物丰度和多样性存在较大差异.宋岗、土门和党子口浮游植物群落多样性和丰度随水深增加呈下降趋势,其他采样点的浮游植物群落与水深关系趋势不明显.②硝氮（NO₃^--N）、水深、溶解氧（DO）、pH和水温（WT）是影响库区浮游植物垂直分布的重要环境因子.环境因子对浮游植物门类影响各异,甲藻门与NO₃^--N和水深呈负相关,与其他环境因子呈正相关;硅藻门与NO₃^--N和水深呈正相关,与其他环境因子呈负相关;绿藻门与WT、pH和DO呈负相关,与水深无明显相关性.