微生物群落结构和多样性解析技术研究进展

微生物群落结构和多样性是微生物生态学和环境科学研究的热点内容，对于开发微生物资源，阐明微生物群落与其生境的关系，揭示群落结构与功能的联系，从而指导微生物群落功能的定向调控具有重要意义。基本按照年代顺序概述了常用的微生物群落结构及多样性解析技术，同时也体现了解析技术由片面向全面、由低分辨水平向高分辨水平的发展过程。20世纪70年代以前，对环境微生物群落结构及多样性的认识依赖传统的培养分离方法，方法的分辨水平低，认识是不全面的和有选择性的；20世纪70年代和80年代，在微生物化学成分分析的基础上建立了生物标记物方法(醌指纹法、磷脂脂肪酸法等)，对微生物群落结构和多样性的认识进入到较客观的层次上；在80和90年代，以DNA为目标物的现代分子生物学技术(rRNA基因测序技术、基因指纹图谱等)比较精确地揭示了微生物种类和遗传的多样性，并给出了关于群落结构的直观信息。指出了每种解析技术的功能特点和局限性，并展望了解析技术的发展趋势是原位、快速、灵敏、高通量和准确定量。     

退化草原碱蓬土壤微生物生物量的季节动态模型

研究了东北退化草原土壤微生物生物量的季节变化,生态因子的季节变化以及生态因子对土壤微生物生物量的综合作用规律,微生物生物量W和呼吸速率W1的季节动态呈单峰上凸式曲线变化,8月份的有明显的高峰值出现,其值为：w/mg g^-1=4.9,w1/mg g^-1d^-1=28.1,同时利用IRM模型研究了生态因子对土壤微生物生物量变化的综合作用规律;Mt △Mto[1 （0.21rn-w1)△t],生态因子对土壤微生物生长的综合作用指数rn在整个生长季节的变化范围为：0.0273-0.7264,其中7-8月份rn较大,对微生物生长的限制作用较小,微生物生长较快,5月、6月、9月和10月rn较小,对微生物生长的限制作用较大,微生物生长较慢。     

Ce-Sn-W-O_x催化剂的配伍优化及脱硝影响因素

采用共混热解法制备系列Ce-Sn-W-Ox复合氧化物,用于NH3选择性催化还原NO。通过正交实验优化CeSn-W-Ox配方,采用环境扫描电镜(ESEM)、X-射线衍射仪(XRD)等表征分析催化剂的微观形貌和固相结构,确立Ce-Sn-WOx最佳配比及结构形貌。结果表明,以粒度为5~8 mm的堇青石瓷片担载分散Ce-Sn-W-Ox,进行NH3-SCR脱除NO,当Ce/Sn/W元素摩尔比为1∶0.8∶0.6时,Ce Sn0.8W0.6Ox/堇青石NH3-SCR脱除NO效果最好。当空速为7 200 h-1,催化剂在252~426℃内脱除NO效率均大于94%。重点考察了反应空速(GHSV)、水蒸气(H2O)、SO2等对Ce Sn0.8W0.6Ox/堇青石NH3-SCR脱除NO活性的影响。研究表明,空速低于10 000 h-1时,催化剂脱硝活性受空速影响小;单独通入5%H2O对催化剂脱硝活性基本没有影响;单独通入429 mg/m3SO2导致催化剂活性略有降低;同时通入429 mg/m3SO2和5%H2O,催化剂脱硝活性下降至85.33%,除去SO2和H2O后,催化剂活性又能明显回升。     

农业源水污染物削减技术探讨

农业面源污染是水体中COD、氮、磷等指标的主要来源。它包括农药化肥施用、畜禽养殖和农村生活污水排放。对农业源水污染物进行削减是实现污染物总量控制的重要手段。通过详细总结国内外现有农业源水污染物削减技术方法,分析对比其优缺点和实用性,筛选出适用于不同农业污染来源的污水处理技术。结果表明,畜禽养殖废水的适宜处理技术有厌氧/缺氧/好氧(A/A/O)、序批式活性污泥法(SBR)、膜生物反应器(MBR)、升流式厌氧污泥床(UASB)、厌氧沼气池;农地施肥污水的适宜处理技术有SBR、MBR、UASB;农村生活污水的适宜处理技术有厌氧沼气池、生物滴滤池、人工湿地、稳定塘。     

微生物燃料电池在高盐榨菜废水处理中的产电性能

基于双室微生物燃料电池（microbial fuel cells,MFCs）,以高盐榨菜废水为燃料,考察了电池的运行状况,同时探讨了盐度变化对电池产电性能影响,并通过投加甜菜碱研究其对MFCs系统抵抗盐度负荷冲击能力的影响。结果表明：MFCs稳定运行时（阳极室容积80 mL）,最大功率密度、开路电压和电池内阻分别为3.55 W·m-3、0.698 V和427 Ω;底物中添加2 mmol·L-1甜菜碱后电池产电性能得到明显提升;当废水含盐量（增加到5 g·L-1 NaCl）为31.2 g·L-1时电池产电性能达到最佳,但是继续增高盐度后电池产电性能会急剧下降;投加甜菜碱有助于提高系统抵抗盐度负荷变化造成的冲击,维持电池的产电输出。     

基于随机森林的南京市PM2.5和O3对减排的响应

自2013年《大气污染防治行动计划》实施后,南京市大气污染有所改善,但仍面临着细颗粒物(PM_2.5)和臭氧(O₃)污染问题.为探究污染物浓度对其前体物减排的响应,获得有效的减排策略,常利用大气化学模式进行多组基于排放扰动的敏感性试验,而这需要消耗大量计算时间和计算资源.应用随机森林算法对2015年大气化学传输模式(GEOS-Chem)模拟结果进行机器学习,高效地预测了南京2019年PM_2.5浓度日均值和日最大8 h臭氧(MDA8 O₃)浓度对不同人为源排放控制情景的响应.随机森林结果表明2019年中国人为排放每减少10%,南京ρ(PM_2.5)季节平均值下降2～4μg·m^-3.当2019年中国人为源减排比例高于20%时,南京ρ(PM_2.5)年均值将低于国家二级限值(35μg·m^-3).若仅对中国地区O₃前体物氮氧化物(NO_x)和挥发性有机污染物(VOCs)同比例减排,反而...     

土地集约利用程度对华北潮土农田土壤微生物群落丰度和死生物物质积累的影响

土壤微生物决定着土壤生态系统的养分周转状况,其死生物物质在土壤有机碳(SOC)积累中发挥关键作用.然而,目前缺乏对土壤微生物群落丰度及其死生物物质如何响应农业土地集约利用程度调整的了解.为弥补这一知识缺口,基于土地集约化利用程度,设置小麦-玉米周年轮作(CC)、临时草地与小麦种植交替(TG)和多年生草地(PG)这3个处理开展长期定位试验,采用基于数字PCR和微生物标志物氨基糖的检测技术,以探究农业土地集约利用程度调整对土壤细菌和真菌数量,以及细菌、真菌和总微生物死生物物质C积累及其对土壤SOC封存贡献的影响,进一步明确驱动细菌、真菌和总微生物死生物物质C积累的关键因子.结果表明,与土壤细菌群落丰度相比,真菌群落丰度受到农业土地集约利用程度调整的强烈影响,随土地集约利用程度的降低而增加.在3种土地集约利用程度处理下,土壤总微生物死生物物质C均主导SOC积累,对SOC的贡献率分别达到52.78%、 58.36%和68.87%,呈现随土地集约利用程度降低而升高的趋势;真菌死生物物质C占总微生物死生物物质C的比例均大于80%,说明其对总微生物死生物物质C的绝对主导地位,且受土地集约利用程度降低...     

硫酸盐还原过程中乙酸型代谢方式的形成及其稳定性

通过产酸脱硫反应器处理高浓度硫酸盐废水的连续流试验,考察了不同试验阶段硫酸盐去除率和产气量稳定期,液相末端产物中挥发酸组成的变化、乙酸的分布特征、微生物种群组成和种群间关系.试验结果表明,各试验阶段液相末端产物中乙酸的分布比例高达50%～82%,微生物群体呈现特定的乙酸型代谢方式.乙酸型代谢方式本质上是产酸相反应器处理硫酸盐废水过程中,硫酸盐还原菌(SRB)与产酸菌(AB)建立起生物链式协同代谢关系,并通过非完全氧化型方式分解有机物,从而在末端产物中积累大量乙酸.乙酸型代谢方式的形成取决于利用乙酸的硫酸盐还原菌(ASRB)的竞争能力和它对乙酸的利用能力.乙酸型代谢方式可以为后续产甲烷相反应器提供适宜的底物,对提高硫酸盐废水处理系统的效率和运行稳定性具有重要意义.     

Al2O3为载体的催化剂净化贫燃汽车尾气研究

在富氧条件下,考察了C₃H₆和C₂H₅OH在Ag/Al₂O₃、In/Al₂O₃、Sn/Al₂O₃、Co/Al₂O₃、Pt/Al₂O₃和Ag/Al₂O₃+Pt/Al₂O₃组合催化剂上选择性还原NO的性能.结果表明,Ag/Al₂O₃具有最高的NO还原活性.在负载型过渡金属氧化物催化剂上,会生成显著量的CO,其HC和CO氧化转化温度也远远高于Pt/Al₂O₃催化剂.串联组合Ag/Al₂O₃+Pt/Al₂O₃催化剂可显著拓宽活性温度范围,促进HC和CO氧化,降低N₂O和CH₃CHO生成量.     

应用PCR-DGGE技术研究处理含氨废气的生物滤塔中微生物多样性

变性梯度凝胶电泳技术(DGGE)在微生物生态学领域有着广泛的应用.本文应用DGGE技术对处理含氨废气的生物滤塔中微生物多样性随时间的变化进行了研究.在生物滤塔运行的不同时间采集滤塔中的填料样品,进行了生物滤塔对氨处理效果的分析和DGGE分析.结果显示,污泥和混合填料生物滤塔氨的出气浓度在经过一段时间后,逐渐升高,而堆肥生物滤塔的运行情况较好,对氨的去除效率始终在98%以上.PCR-DGGE图谱显示,不同时间的相同填料中微生物DGGE图谱有着明显的差异性.Shannon指数分析表明,填料中微生物的多样性都随着反应器运行时间的延长而有所减少.运行一个月后,混合填料的微生物多样性指数最低为0.389;其次为污泥填料,其多样性指数为0.473;堆肥填料的微生物多样性程度最高为0.569.生物滤塔对氨的去除效果与填料中微生物多样性Shannon指数之间有一定的相关关系.主成分分析(PCA)显示对于堆肥和污泥来说,填料样品之间微生物群落结构相似性较高,而混合填料样品间的微生物群落结构相似性较低.