干热河谷林地燥红土固碳特征及"新固定"碳表观稳定性

全球气候变化背景下,森林土壤固碳能力及所固定碳的稳定性受到极大关注.基于土壤密度分组和酸水解技术,对比研究了1991年营造的大叶相思(Acacia auriculiformis)林不同阶段(1991、1997、2003和2010年)土壤及其物理和生化组分中有机碳密度.结果表明,造林19 a后林地表层(0～15 cm)和亚表层(15～30 cm)土壤有机碳密度分别为1.40 kg.m-2和0.99kg.m-2.研究期内(1991～2010年)表层和亚表层土壤平均固碳速率分别为37.89 g.(m2.a)-1和16.84 g.(m2.a)-1,且土壤呈现加速固碳特征.2003年林地表层重组有机碳分配比例为71.44%,显著高于2010年(67.99%).2003年林地表层或亚表层轻组顽固性碳指数显著高于重组,但均随林龄的增加而降低,尤其是轻组顽固性碳指数.2003～2010年间燥红土"新固定"碳中57%～70%受物理保护,33%～49%为生化稳定性碳.研究揭示出干热河谷人工林燥红土具备较大的固碳能力.受物理保护碳的生化稳定性低于非保护碳,其稳定性均随林龄的增加而降低.     

深圳湾海域沉积物中酸可挥发性硫化物与重金属生态风险评价

测定了深圳湾海域10个站点表层沉积物中的AVS、TOC和同步浸提重金属(SEM)的含量,对AVS、SEM的平面分布及AVS与SEM和TOC的相互关系进行了分析。结果表明:深圳湾海域表层沉积物AVS含量范围为0.06～7.41μmol/g,平均值为2.51μmol/g;SEM含量范围为0.71～5.15μmol/g,平均值为3.06μmol/g;AVS与SEM的平面分布较一致,呈从湾顶到湾中向湾外逐渐递减的明显趋势。调查海域AVS与SEM和TOC间具有良好的线性相关性,大多数站点∑SEM-AVS的差值均0<(∑SEM-AVS)<5,说明该海域可能存在重金属的中等毒性生态风险。     

崇明东滩夏季沉积物厌氧氨氧化菌群落结构与空间分布特征

为探索长江口崇明东滩表层沉积物中是否存在厌氧氨氧化菌以及厌氧氨氧化菌的群落结构与空间分布特征,以崇明东滩高、中、低潮滩夏季表层沉积物中总DNA为模板,PCR扩增沉积物样品中厌氧氨氧化菌特异性16S rDNA片段,通过克隆、测序,构建相应基因文库,将文库中有效克隆序列分别提交到GenBank中进行相似序列搜索,并利用MEGA5绘制系统发育树.分析结果发现,克隆序列CM-L-7和CM-L-18与已发现厌氧氨氧化菌Candidatus"Scalindua sp."同源性达98%,CM-L-13与Candidatus"Scalindua wagneri"同源性达94%,CM-M-6与Candidatus"Kuenenia sp."同源性达94%,CM-M-22与Anaerobicammonium-oxidizing planctomycete JMK-1的同源性达95%,CM-H-15与Candidatus"Kuenenia stuttgartiensis"的同源性达94%.表明,崇明东滩高、中、低潮滩表层沉积物中均存在厌氧氨氧化菌,但所属菌属不同,低潮滩以Candidatus"Scalindua"为主,中、高潮滩以Candidatus"Kuenenia"为主.相比之下,中潮滩厌氧氨氧化菌群落结构较为复杂.部分克隆序列与已发现厌氧氨氧化菌存在较大进化距离,表明崇明东滩可能还存在其他具有潜在厌氧氨氧化功能的细菌.     

中试厌氧氨氧化反应器的运行性能及其过程动力学特性

研究了上流式中试厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation,ANAMMOX)反应器在环境温度下的运行性能及其过程动力学特性.基质浓度试验表明,中试厌氧氨氧化反应器可在进水亚硝酸盐浓度为(380.4±18.3)mg.L-1稳定运行,继续提升至(480.5±21.9)mg.L-1时,反应器性能恶化.在水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)试验中,HRT可缩短至3.43 h,反应器容积基质氮去除速率可达3.45 kg.(m3.d)-1.长期运行中,温度对中试厌氧氨氧化反应器的性能影响较大.采用改进型的Stover-Kincannon模型可较好地模拟非抑制状态下中试厌氧氨氧化反应器在不同温度范围下的行为.获得的Stover-Kincannon模型动力学参数及其出水总基质浓度预测公式和总基质去除率预测公式,可用于指导中试厌氧氨氧化反应器的实际操作.     

基于引物的湖泊沉积物氨氧化细菌PCR扩增策略比较

PCR扩增是检测环境中β-变形杆菌纲氨氧化细菌(β-AOB)群落的主要方法,但是引物的敏感性和特异性对结果具有关键影响.本研究首先比较了2组常用的β-AOB 16S rRNA基因引物,结果显示,在扩增一组不同性质湖泊沉积物样品时,βAMO引物均获得明亮的单一条带,但CTO引物则未能全部扩增.克隆及序列分析证实,βAMO引物扩增获得的序列均不属于β-AOB所在的Nitrosomonadales目,而CTO引物扩增获得的序列来自β-AOB中的Nitrosomonas europaea/"Nitrosococcus mobilis"分支.采用变性梯度凝胶电泳方法,对4种不同引物组合PCR策略扩增所得产物进行分析,发现以βAMO或16S rRNA通用引物结合CTO引物的巢式方案可以提高扩增的效率,且β-AOB的群落轮廓与CTO引物直接扩增方案高度相似.这些结果表明βAMO引物具有较高的敏感性但特异性较低,而CTO引物则相反.因此,特定巢式扩增方案既可提高扩增的效率,也能真实反映湖泊沉积物中β-AOB的群落轮廓,是较为理想的β-AOB研究方法.     

接种不同污泥启动厌氧氨氧化ASBR反应器研究

采用ASBR反应器,分别以好氧硝化污泥和厌氧颗粒污泥为种泥,通过对氨氮、亚硝酸盐氮等指标的监测和数据分析、污泥颜色的观察,研究2个厌氧氨氧化反应器启动的可行性及其差异.结果表明,2个厌氧氨氧化反应器均可成功启动;采用好氧硝化污泥启动厌氧氨氧化反应器耗时142 d,启动前后污泥颜色变化不大,亚硝酸盐氮浓度超过20 mmol/L会对厌氧氨氧化产生明显的抑制作用;采用厌氧颗粒污泥启动厌氧氨氧化反应器耗时249 d,启动前后污泥颜色变化很大,从黑色逐渐变为砖红色,亚硝酸盐氮浓度超过13.4 mmol/L会对厌氧氨氧化产生抑制作用;分别用以上2种污泥启动的厌氧氨氧化ASBR反应器中占优势地位的厌氧氨氧化菌不同.     

珠江三角洲人为氨源排放清单及特征

根据收集的珠江三角洲(珠三角)人为氨源的活动水平数据,采用合理的估算方法和排放因子,建立了该地区2006年人为氨源分类别和分城市的排放清单.结果表明:①2006年珠三角地区人为氨源NH3排放总量约为194.8kt;②农业源是珠江三角洲地区人为氨源的主要排放贡献源,其中畜禽源排放的NH3占总排放量的62.1%,其次是氮肥施用源,其贡献率为21.7%;③畜禽源中肉鸡是NH3排放最大贡献源,占畜禽源NH3排放总量的43.4%,其次是肉猪,其贡献率为32.1%;④广州是珠三角地区2006年人为氨源排放量最大的城市,其次是江门,分别占NH3总排放量的23.4%和19.1%,主要的排放源均为畜禽和氮肥施用源.     

应用质子变化滴定测量法监测氨氧化的化学计量关系

开发了一套监测批式废水生物处理系统质子变化的自动滴定测量装置.装置由批式反应器、数据自动采集与保存系统和药品自动投加系统组成.通过实际测量活性污泥氨氧化反应中氢离子产生量与氨消耗量的化学计量比值,考察自动滴定测量装置的测试精度.在1L的反应器中改变氨氮浓度(以N计)分别为1.67、3.33、8.33、16.66和30.00mg/L下实测比值与其理论值十分接近,相对误差在2.09%～6.34%之间;保持氨氮浓度16.66mg/L,在1、2、3和4L的反应器中实测比值相对误差在2.09%～-18.57%之间,随反应器体积增大而明显增大.反应器系统中的碳酸氢盐和氨盐缓冲体系,特别是在较大容积反应器中的滴定动态效应是导致测试误差的重要原因.研究成果为滴定测量方法在废水生物处理过程中监测质子变化提供了一种重要方法.     

钒掺杂磁铁矿对亚甲基蓝的吸附性能研究

采用共沉淀硝酸盐氧化法合成了不同掺杂量的钒掺杂磁铁矿(Fe3-xVxO4, x<0.4),并运用化学分析、X射线衍射(XRD)、BET比表面积测试、傅立叶变换红外光谱(FTIR)以及N2和空气气氛下的热重-差示扫描量热分析(TG-DSC)等手段对合成的Fe3-xVxO4进行了结构表征. 结果显示,合成的Fe3-xVxO4为立方晶系尖晶石结构,钒离子主要类质同像替换八面体位上的Fe3+. 合成的Fe3-xVxO4是纳米级的磁性材料,晶粒尺寸为28～35 nm. 钒掺杂作用增加了磁铁矿的表面羟基量. 吸附实验结果表明,在中性pH下,Fe3-xVxO4对亚甲基蓝的饱和吸附量随钒掺杂量的增加明显增大,其吸附等温线符合Langmuir方程. Fe3-xVxO4对亚甲基蓝的吸附反应主要在前25 min内完成,动力学曲线符合准二级动力学方程. 此外,提高溶液的pH有利于Fe3-xVxO4对亚甲基蓝的吸附.     

C/P对EBPR系统PAOs与GAOs竞争及PHAs代谢过程影响研究

以富含聚磷菌(PAOs)活性污泥为基础,基于FISH技术研究了SBR工艺不同C/P(25∶1、20∶1、15∶1和10∶1)对EBPR系统中功能菌变化特征与微生物胞内聚合物(PHAs)代谢过程的影响.结果表明,经过10 d运行处理,C/P分别为25∶1、20∶1和15∶1系统磷酸盐去除率88%,而C/P为10∶1系统磷酸盐的去除率为0%.FISH检测结果显示,随着C/P从25∶1下降到10∶1,EBPR系统中PAOs的含量相应从(76.42±1.24)%减少到(10.40±0.97)%,而聚糖菌(GAOs)则从(16.36±3.41)%增加到(34.25±2.59)%.在厌氧段,不同C/P条件下EBPR系统中PHB和PHV的合成动力学系数大小分别为K25∶1K20∶1K15∶1K10∶1和K15∶1K20∶1K25∶1K10∶1.随着C/P从25∶1下降到10∶1,合成PHB在PHAs中所占的比例从85%下降到24%,而PHV则从15%上升到76%;在好氧段,不同C/P系统消耗PHB和PHV的动力学系数大小均为K20∶1K25∶1K15∶1K10∶1,且C/P为25∶1、20∶1和15∶1时系统消耗主要成分是PHB(占PHAs 71%～75%),而C/P为10∶1时系统消耗主要成分是PHV(占PHAs 71%).由此表明,随着C/P的降低,EBPR系统内GAOs增加而PAOs减少,从而导致系统内PHB合成与消耗比例逐渐减少,而PHV合成与消耗比例逐渐增加.