拟柱孢藻生长及碱性磷酸酶活性对不同磷浓度和磷形态响应的株系间差异

拟柱孢藻(Cylindrospermopsis raciborskii)是热带地区普遍存在的蓝藻种类,近年来广泛扩张到温带地区水体,耐受低磷环境和多生态型的存在被认为是该藻能成功入侵的重要原因.为进一步了解不同藻株对磷波动的生理响应是否存在差异,本研究以广东省镇海水库分离的4株拟柱孢藻(N1、 N8、 N9和N10)为材料,观测它们的生长和碱性磷酸酶(ALP)活性在不同无机磷(Pi)浓度(HP=7.13 mg·L~(-1)、 MP=0.64 mg·L~(-1)、 LP=0.03 mg·L~(-1))和磷形态[磷酸氢二钾(K_2HPO_4)、焦磷酸钾(K_4P_2O_7)、三聚磷酸钾(K_5P_3O_(10))、 D-葡萄糖-6-磷酸(D-G-6-P)、三磷酸腺苷(ATP)、环磷酸腺苷(cAMP)]的变化.结果表明, 4株拟柱孢藻的生长对Pi浓度变化的响应基本一致,即它们的生物量都随Pi浓度的升高而增加,而ALP活性则反之;无论在LP、MP或HP条件下,N8藻株的ALP活性均显著低于其他3藻株,表明该藻株更能适应环境中的磷波动.在不同磷源培养下,拟柱孢藻N8和N9在3种无机磷下的生物量显著高于3种有机磷组,两者的比生长速率在K_2HPO_4最高,在ATP中最低,这表明拟柱孢藻偏好无机磷,但也能利用有机磷生长;在有机磷源条件下,N8藻株在ATP中的ALP活性显著高于其他2种有机磷,而N9藻株的ALP活性在3种有机磷培养下无显著差异,这表明N8藻株对无机磷缺乏的响应较N9藻株更为敏感.本结果表明来源于同一水库的拟柱孢藻藻株间存在显著差异,其中N8藻株对磷浓度变化的适应及响应能力均高于其它藻株.株系差异性的存在有利于拟柱孢藻适应各种环境变化,增强自身的竞争优势.     

生物质炭对磷镉富集土壤中两种元素生物有效性及作物镉积累的影响

以磷镉富集土壤(总Cd 0.94mg·kg~(-1)、全磷0.86g·kg~(-1))和低镉积累基因型红菜薹金秋红三号为供试材料,采用盆栽试验的方法,设置了绝对对照CK0(仅施NK无机肥)、相对对照CKp(施NPK无机肥)、生物质炭BC(BC+NK无机肥)和BC-CKp(BC+NPK)这4个处理,考察了土壤磷素和重金属Cd的生物有效性、植株可食部位生物量及其Cd累积特征和土壤基本性状等指标.结果表明,至作物收获时,添加生物质炭的BC和BC-CKp处理与未添加生物质炭的CK0和CKp处理相比,土壤有效Cd含量分别降低了8.23%和5.68%;同时土壤有效磷含量提高了11.60～16.26mg·kg~(-1).施加外源磷肥的CKp和BC-CKp处理土壤有效Cd含量与未施加磷肥的CK0和BC处理相比分别降低了31.43%和33.29%.除CK0处理外,其它3个处理(CKp、BC及BC-CKp)的红菜薹作物可食部位Cd含量均未超出我国食品安全国家标准(GB 2762-2017)中Cd的限定值0.1mg·kg~(-1).结果表明,将生物质炭输入到磷素富集的中、轻度Cd污染土壤中,能够同时实现土壤中重金属Cd钝化和磷素活化的双重功能;且在不额外使用磷素化肥的条件下,种植弱吸收低积累Cd的蔬菜作物基因型,既可以保证可食部位生物量增加,也可以使其可食部位重金属Cd含量满足食品安全国家标准.     

不同光照和磷水平下两种沉水植物磷富集和钙磷含量的比较

沉水植物光合作用形成的微环境有利于水体中钙和磷形成CaCO₃-P共沉淀,将水体磷迁移到基质,避免植物腐烂后的二次污染.但沉水植物形成CaCO₃-P共沉淀的能力依赖植物种类和环境条件.本研究以菹草和粉绿狐尾藻为研究对象,设置无机添加磷质量浓度（0、0.2和2mg·L^-1）和光照强度[66 μmol·（m²·s）^-1和110 μmol·（m²·s）^-1]两个变量,测定其培养一周后植物相对生长速率、植株总磷、植株灰分磷和钙磷的含量,以比较不同植物富集水体磷的实际能力和植物腐败后对水体磷增加的影响.结果表明：①菹草在各种培养条件下的相对生长速率显著高于粉绿狐尾藻,在外源性磷质量浓度为2mg·L^-1和光照强度为66 μmol·（m²·s）^-1时,相对生长速率达到最大;②无机磷添加显著影响了两种植物的灰分总磷（菹草95.681%和粉绿狐尾藻85.432%）,2种沉水植物灰分磷中Ca-P含量最高值均出现在高磷水平;③菹草的干重磷在各种处理下都低于粉绿狐尾藻,但是灰分总磷和Ca-P在高磷水平大于粉绿狐尾藻.结果表明,菹草、粉绿狐尾藻在生长期间均能有效吸收磷,但2mg·L^-1质量浓度下菹草对水体磷的实际去除能力大于粉绿狐尾藻.     

宏组学方法及在污水生物处理系统研究中的应用

近年来随着测序、质谱等技术的高速发展,基于核酸分子信息为基础的包含宏基因组学、宏转录组学、宏蛋白组学与代谢组学等核心内容的生物分子宏组学方法逐渐成熟,成为揭示污水生物处理系统中的关键微生物菌群结构和功能特征的有力工具,也在检测污水系统中多种ARGs以及探究其传播机制上发挥出无法替代的巨大优势,在污水生物处理研究中应用宏组学,对于深化认知污水处理系统本质、提高污水处理效率以及控制ARGs在环境中的传播具有重要指导意义.本文对宏组学方法进行了简单的介绍,着重综述了其在污水生物脱氮、强化生物除磷及探究抗生素抗性基因等方面的进展,并展望了其在污水生物处理系统中的广泛应用前景.     

曝气-电解生态浮床的净化效果与机理分析

为强化生态浮床对重污染河道水体的净化能力,采用曝气-电解生态浮床联合技术增强生态浮床的净化功能.试验考察了电流密度、曝气量和处理时间对模拟的高氮磷重污染水体的净化潜力,分析了电解反应对填料细菌群落结构组成和浮床水生植物黄菖蒲（Iris pseudacorus）生长的影响.结果表明：在进水NH₃-N浓度为10 mg·L^-1,PO₄^3--P浓度为0.8 mg·L^-1,电流密度为0.74 mA·cm^-2,水力停留时间为3 d的条件下,相比于电解生态浮床和传统的生态浮床,曝气-电解生态浮床有利于水体中NH₃-N的去除（p<0.001）,其NH₃-N浓度下降至（0.92±0.24）mg·L^-1,而电解生态浮床处理的水体NH₃-N浓度为（6.85±0.17）mg·L^-1,传统生态浮床处理水体中NH₃-N浓度高达（8.09±0.40）mg·L^-1,曝气促进了水体中NH₃-N向NO₂^--N和NO₃^--N的转化.电解有利于水体中PO₄^3--P的去除,电解生态浮床处理水体中的PO₄^3--P浓度下降至（0.43±0.02）mg·L^-1,曝气-电解生态浮床处理的水体中PO₄^3--P下降至（0.46±0.02）mg·L^-1,可见,电解促进了PO₄^3--P的去除.从对I.pseudacorus生理生化指标变化分析可知,曝气有利于减弱电解反应对I.pseudacorus的损伤;对基质生物膜的16S rDNA分析可知,电解反应增加了浮床基质中自养反硝化微生物数量.因此,曝气-电解生态浮床是一种有效的净化重污染水体的方法.     

黄河口典型潮沟土壤碳氮分布特征规律

为探究黄河三角洲盐沼土壤碳氮含量在潮沟水系中的时空分布特征,选取黄河口一条典型的潮沟系统,采集一、二、三级潮沟表层土壤,探寻土壤有机碳、总氮与土壤容重、盐度、pH等理化因子的相关关系。结果表明：土壤有机碳和总氮在时空尺度上表现出极大的异质性特征。时间尺度上,土壤有机碳和总氮出现先上升后下降的趋势。空间尺度上,一级潮沟土壤有机碳和总氮平均值（2.9 g·kg^-1、0.36 g·kg^-1）大于二级（1.4 g·kg^-1、0.18 g·kg^-1）、三级（1.6 g·kg^-1、0.21 g·kg^-1）潮沟。相关分析表明,土壤有机碳和总氮与盐度呈显著正相关（P<0.01）,与容重呈显著负相关（P<0.01）。盐沼湿地土壤碳氮含量受土壤水盐条件的影响,而潮沟水系的树状结构对水盐条件的影响是导致土壤碳氮含量时空差异分布的重要因素。     

基于多环境介质氮素和同位素的滦平盆地地下水硝酸盐来源示踪

选择密云水库上游承德市滦平盆地为研究区,通过不同土地利用类型地下水"三氮"含量、土壤全氮含量和包气带可溶硝态氮含量,结合水体硝酸盐氮氧双同位素、硫酸盐硫氧双同位素多种环境同位素特征和地下水放射性碳同位素测年示踪硝酸盐来源.结果表明,滦平盆地水体氮形态以硝态氮为主,地下水NO₃^-质量浓度与居民用地、旱地土地利用类型显著相关,硝酸盐污染主要集中于居民建设用地和农用地区域浅层地下水中.13.79%地下水样品NO₃^-质量浓度超过国标（GB/T 14848-2017）地下水硝酸盐限值Ⅲ类标准,超标范围为1.04~3.86倍;37.93%地下水样品NO₃^-质量浓度超WHO饮用水硝酸盐浓度限值,超标范围为1.08~6.83倍.地下水NO₃^-质量浓度、土壤全氮和浅层土壤可溶硝态氮空间变异受结构性因素和人为因素共同作用影响.地下水硝酸盐来源主要为家畜粪尿和生活污水混合污染,其次为化学肥料淋滤;盆地山前地下水径流区包气带-地下水氮循环主导过程为硝化作用.以盆地系统作为独立单元研究水环境硝酸盐污染来源和归趋规律,对流域整体地下水污染防治和修复具有重要意义.     

复合污染下丛枝菌根真菌对苎麻吸收重金属的影响

利用室内盆栽试验研究Cu、Zn、As、Cd、Sb五种重金属复合胁迫下接种丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AM真菌)对苎麻侵染率、生物量、地上部磷含量、重金属浓度及转运系数、抗氧化酶系统的影响。研究结果表明:在复合重金属胁迫条件下,AM真菌能够与苎麻形成良好共生关系,显著促进苎麻地上部对磷的吸收,增加苎麻生物量,改变苎麻抗氧化酶系统,同时调节苎麻对重金属的吸收与分配。具体来说,AM真菌对苎麻的侵染率为33.7%。与非接种组相比,接种组苎麻地上部Zn和Cd含量分别增加了50.3%和100.0%,地下部Cu和Sb的含量分别增加了30.4%和114.3%,地上部和地下部As的含量分别降低了121.6%和416.4%。与非接种组相比,接种组苎麻中Zn、As和Cd的转运系数分别增加了58.6%、148.1%和49.8%,Sb的转运系数降低了64.1%。接种AM真菌促进苎麻地上部对磷的吸收,磷含量增加了50.4%。接种组苎麻地上部与地下部生物量也较非接种组分别增加了22.2%和24.0%。同时接种AM真菌提高了苎麻体内超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)活性,分别提高了17.47%、31.75%、6.75%。     

不同合成条件对ZnAl-LDHs覆膜改性生物陶粒除磷效果的影响

采用3种Zn~(2+)/Al~(.+)金属浓度比的ZnCl_2和AlCl_3溶液,在两个不同pH值条件下,利用水热-共沉淀法对生物陶粒基质进行层状双金属氢氧化物(LDHs)覆膜改性.将生成的不同类型ZnAl-LDHs覆膜改性基质与原始生物陶粒基质分别填充于实验柱中,构建模拟垂直流人工湿地小试系统;对改性前后的7种基质进行磷素净化效果、等温吸附实验和解吸附实验研究,通过实验数据结合主成分分析,探讨ZnAl-LDHs覆膜改性生物陶粒除磷效果提升的影响因素.结果表明,pH=11的ZnAl-LDHs改性方式对磷素净化效果具有更为明显的提升功能;其中ZnAl-LDHs(pH=11,1∶1)改性生物陶粒基质相比于原始基质,对TP、TDP、SRP平均去除率的增幅超过70%,其最大理论吸附量达到原始生物陶粒的3倍.合成ZnAl-LDHs时的pH值和Zn~(2+)/Al~(3+)金属浓度比对改性生物陶粒的结构形态与覆膜效果有着不同程度的影响,其中合成时的pH值是ZnAlLDHs覆膜改性生物陶粒除磷效果的主要影响因素.通过合理调控制备ZnAl-LDHs覆膜改性生物陶粒时的pH值及Zn~(2+)/Al~(3+)金属浓度比,可以达到有效提高ZnAl-LDHs覆膜改性生物陶粒除磷效果的目的.     

京杭大运河(苏州段)内源磷形态分布及其对扰动的响应

以京杭大运河(苏州段)不同外源汇入断面的沉积物和上覆水为实验材料,研究了扰动条件下上覆水、沉积物中不同形态磷数量分布及形态转化过程.结果表明,污水厂尾水排放口处的沉积物内源磷更容易释放,且扰动期间上覆水中不同形态磷(TP、PP、DTP、DIP)均处于较高水平,明显高于风景区和居民区,此外,也归因于水丝蚓的生物扰动.但随着扰动次数的增加,上覆水中各形态磷含量呈降低趋势.扰动显著改变了上覆水中形态磷分布规律,DIP/DTP、DIP/TP及DIP/DTP比值呈降低趋势,并在第11 d以后趋于稳定,但在有水丝蚓扰动下,改变幅度变小.扰动导致沉积物中不同形态磷含量发生变化,NH_4Cl-P含量明显降低,Fe/Al-P明显增加,其中,污水厂尾水排放口沉积物中NH4Cl-P和Fe/Al-P的变化幅度最大.