人类活动对河流沉积物中反硝化厌氧甲烷氧化菌群落特征的影响

河流生态系统是陆地生态系统输出营养盐和有机质的主要接收器,是水-气界面CO2和CH4全球碳循环的重要环节.人类活动导致大量未经处理的硝酸盐和有机物质汇入河流,影响了N-DAMO(N-DAMO,Nitrate/nitrite-dependent anaerobic methane oxidation,反硝化厌氧甲烷氧化菌)细菌的群落特征.本文选取北运河作为研究区域,通过对比分析北运河中游和下游沉积物理化参数和N-DAMO细菌群落特征的差异性,探究由于人类活动的影响,河流沉积物中N-DAMO细菌的群落组成结构特征,及其与沉积物中NH+4-N、NO-3-N的响应关系.结果表明,北运河沉积物中NH+4-N为中游和下游氮素的主要形态,且下游NH+4-N浓度显著高于中游;人类活动对N-DAMO细菌16S rRNA和pmo A功能基因群落分布有影响,16S rRNA和pmo A功能基因均分别聚为中游和下游两类;系统发育树分析显示,人类活动影响北运河N-DAMO细菌高同源性菌群的来源,其高同源性菌群来源与北运河主要污染物氨氮的来源一致;RDA分析显示,人类活动影响N-DAMO细菌相关环境因子,沉积物中高浓度的NH+4-N、NO-3-N与16S rRNA和pmo A功能基因有显著的响应关系.沉积物N-DAMO细菌16S rRNA和pmo A功能基因的共生关系分析显示,北运河下游沉积物中N-DAMO细菌彼此之间的共存关系更强,细菌群落形成的模块化程度较高,其对环境变化的敏感程度更高,受人类活动的影响更大.     

重庆市北碚城区气溶胶中水溶性无机离子的质量浓度及其粒径分布

为了研究重庆市北碚区城区气溶胶中水溶性无机离子的浓度和分布特征,于2014年3月~2015年2月利用安德森采样器连续采集大气气溶胶分级样品,并用离子色谱法分析了不同粒径(9.00、5.80、4.70、3.30、2.10、1.10、0.65和0.43μm)中Na~+、NH~_4~+、K~+、Mg~(2+)、Ca~(2+)、F-、Cl-、NO_3~-、SO_4~(2-)这9种水溶性无机离子.结果表明,SO_4~(2-)、NH~_4~+、NO_3~-、Cl-、Na~+、K~+主要分布在细粒子中,Mg~(2+)、Ca~(2+)、F-主要分布在粗粒子中.SNA(SO_4~(2-)、NH~_4~+和NO_3~-三者的简称)呈明显单峰型分布,其峰值均出现在0.65~1.10μm的液滴模态,且在细粒子中主要以(NH4)2SO4和NH4NO3形式存在.SO_4~(2-)的形成主要来自云内过程,部分来自SO_2的氧化.Na~+、Cl-、Mg~(2+)在粗、细粒子中呈双峰型分布;K~+在0.43~1.10μm呈单峰型分布;F-、Ca~(2+)在粗粒子中出现峰值.观测期间,PM2.1和PM9.0中总水溶性离子的年均质量浓度分别为(32.68±15.28)μg·m~(-3)和(48.01±19.66)μg·m~(-3),且浓度具有相似季节变化特征,均表现为冬季春季夏季秋季.大部分离子(Na~+、NH~_4~+、K~+、Cl-、NO_3~-、SO_4~(2-))浓度表现为冬春季偏高,夏秋季偏低;而少数离子(F-、Mg~(2+)、Ca~(2+))浓度在秋季最低,其他季节浓度变化稍有不同.SNA是PM2.1中最主要的水溶性离子;而PM9.0中水溶性离子的主要成分除了SNA外,还包括Ca~(2+).PM2.1和PM9.0中阳离子总浓度明显高于阴离子,且不同离子间均具有一定的相关性.主成分分析结果表明,该地区水溶性离子的主要来源包括机动车尾气的排放源、燃烧源、土壤源和建筑道路扬尘.分析气象因素的影响,发现气温对二次离子的生成有明显关系(P0.05),而相对湿度、风速的影响则不显著(P0.05).     

蓄水前后三峡库区香溪河沉积物磷形态分布特征及释放通量估算

三峡库区汛末蓄水过程改变了支流库湾沉积物赋存环境,继而影响沉积物磷形态的分布特征和沉积物-水界面过程.本文通过对2016年8月(蓄水前)和10月(蓄水后)香溪河库湾沉积物和上覆水样品的采集分析,分析了蓄水前后库区干流和支流库湾底部沉积物磷形态分布特征及赋存的环境条件,估算了沉积物-水界面PO3-4-P交换通量.结果表明:蓄水后沉积物上覆水pH增加,碱性增强;Eh减少,还原性增强.沉积物中各形态磷相对含量由Na OH-PHCl-POP转变为HCl-POPNa OH-P,沉积环境的改变是磷形态变化的根本原因.沉积物中TP增加了1.3倍,上覆水ρ(PO3-4-P)是蓄水前3.7倍,间隙水ρ(PO3-4-P)是蓄水前8.3倍,增加了香溪河库湾沉积物营养盐释放风险.蓄水前后香溪河沉积物PO3-4-P总体均表现为"源",但PO3-4-P扩散通量由蓄水前的-0.002 9~0.005 9 mg·(m~2·d)~(-1)增加为蓄水后的0.006 7~0.107 1 mg·(m~2·d)~(-1),蓄水后香溪河库湾底部沉积物磷释放量增加.     

我国典型潮间带沉积物-水界面无机氮源汇效应

以中国东部沿海12个典型潮间带为研究对象,通过室内模拟测定了潮间带沉积物-水界面硝酸盐(NO_3~-)和氨氮(NH_4~+)的源汇通量,分析了沉积物对上覆水体无机氮源汇效应的空间分布特征,以及环境因子的影响.结果发现:(1)NO_3~--N的总通量范围是-2.91~3.34 mmol·(m~2·h)~(-1),NH_4~+-N的总通量范围是-4.36~2.34 mmol·(m~2·h)~(-1).12℃和35℃温度下,无机氮的平均值是-0.04 mmol·(m~2·h)~(-1),我国东部典型潮间带沉积物表现为氨氮和硝氮的有效汇库.(2)潮间带的硝氮和氨氮通量存在纬度分异.12℃时,纬度越高,氨氮硝氮通量值越大;25℃和35℃时,潮间带硝氮通量值大小随纬度的变化为,25°~35°N15°~25°N35°~45°N.而氨氮通量值,25°~35°N15°~25°N35°~45°N.(3)温度通过影响硝化反硝化的耦合作用影响无机氮通量.潮间带的NO_3~--N通量随温度的增加而减小,15°~25°N和35°~45°N地区NO_3~--N通量随温度先升高再降低,25°~35°N地区NO_3~--N通量随温度一直减小.每个纬度区,温度越高,NH_4~+-N通量值越低.(4)上覆水体的盐度、沉积物总有机碳(TOC)、总氮(TN)含量,孔隙水氨氮、硝氮浓度,容重等环境因子对通量没有单一的显著影响,协同影响NO_3~--N、NH_4~+-N在潮滩沉积物水界面的空间分异.     

鄱阳湖入湖河口沉积物真菌群落结构

本次研究基于高通量测序技术分析了鄱阳湖入湖河口14处沉积物的真菌群落结构特征.测序得到的314条真菌OTU分属于9个门,25个纲,49个目,62个科,62个属和117个种.在OTU分类水平上,鄱阳湖主要支流入湖河口中除饶河、赣江南支和修水具有相近的真菌群落结构外,其它河口之间群落结构差异较大;真菌群落丰度、多样性与沉积物p H、有机碳、有机氮和C/N等环境因子没有显著相关性.在门分类水平上,丰度(序列数比例)最高的是子囊菌门(Ascomycota,49.4%),其次为壶菌门(Chytridiomycota,20.4%)和担子菌门(Basidiomycota,17.8%).与其它河口相比,赣江河口沉积物的水生环境真菌Chytridiomycota丰度显著较高,抚河河口沉积物的陆生环境真菌Basidiomycota丰度显著较高.有机碳是影响鄱阳湖入湖河口沉积物真菌群落门分类组成的主要环境因子,与Basidiomycota相对丰度正相关,与Chytridiomycota负相关,与Ascomycota相关性较弱.     

改性膨润土对杭州西湖沉积物各形态磷的吸附性能

通过盐酸、碳酸钠、高温焙烧及复合改性等多种改性方法对膨润土进行改性,并借助扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱仪及X射线衍射仪等仪器对其进行表征,探讨最佳的改性方法.结果表明,10%碳酸钠+450℃高温焙烧复合改性膨润土(Modified bentonite,MB)为最佳改性用土.对比改性前后膨润土颗粒对沉积物各形态磷吸附性能,发现MB颗粒对沉积物磷吸附性能优于膨润土原土(raw bentonite,RB)颗粒.在最佳动态吸附条件下,RB对沉积物TP、OP、IP、Fe/Al-P和Ca-P的吸附率分别为32.5%、25.4%、52.6%、34.6%和12.4%;MB对沉积物TP、OP、IP、Fe/Al-P和Ca-P的吸附率分别为35.5%、29.1%、54.5%、44.6%和10.7%.静态吸附实验结果表明:RB颗粒和MB颗粒在静态吸附时间为28 d时,对沉积物TP的吸附量分别为828.2 mg·kg~(-1)和977.2 mg·kg~(-1),相应的吸附率分别为58.2%和68.6%.MB对沉积物磷的吸附性能较好,可进一步用于富营养化湖泊沉积物磷控制.     

旱雨季岩溶地表河不同河段正构烷烃相态组成变化和来源解析

岩溶作用产生的无机碳可以在水生植物、微生物等作用下形成有机质,转化为较稳定的内源有机碳,这为寻找全球遗漏碳汇提供了新的突破口,而加强对岩溶区有机质的溯源研究是重要手段.为探究金佛山岩溶地表河溶解态、颗粒态和沉积物正构烷烃的含量、组分及来源,于2017年3月20日、9月26日分别在石钟溪上、中、下游进行采样,并利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对三相态正构烷烃的组分进行定量分析.结果显示,旱季溶解态、颗粒态和沉积物正构烷烃的平均含量分别为737 ng·L~(-1)、6108 ng·L~(-1)和7149 ng·g~(-1),雨季三者的平均含量分别为7129 ng·L~(-1)、8146 ng·L~(-1)和6213 ng·g~(-1).正构烷烃的含量整体表现为雨季高于旱季,以溶解态正构烷烃表现得最为显著,这主要由外源高等植物输入增多所致.旱季上、下游正构烷烃含量差异明显,以沉积物正构烷烃表现得最为显著,自上而下整体保持微升态势;雨季外源输入量较大,差异性减弱,整体变幅较小.不同季节降雨和气温的变化导致水动力条件、浊度及水温的不同,深刻地影响着不同相态和不同河段正构烷烃的来源和迁移.整体上,随着海拔降低,高等植物贡献度降低,水生植物和低等生物贡献度增高.当水动力条件较弱和浊度较低时,造成内源溶解有机质增多,同时会出现溶解态至颗粒态乃至沉积物的缓慢沉降迁移.     

利用PARAFAC及SOM研究不同来源及粒径胶体的三维荧光光谱特征

利用三维荧光光谱法(3D-EEM)结合平行因子分析(PARAFAC)和自组织神经网络分析(SOM),解析了不同来源水体中不同粒径胶体的荧光特性,同时与挑峰法进行比较,以期寻找一种更好的分析天然胶体来源、粒径、荧光特性间关系的方法.基于PARAFAC模型,研究区水体中不同粒径胶体共解析出2个类腐殖质荧光峰(C1和C3)及3个类蛋白荧光峰(C2、C4和C5).其中,300 k Da~1μm分级胶体荧光强度最高,C1、C2、C3组分的荧光强度随粒径增大而增强,C4、C5组分的荧光强度随粒径增大而减弱.不同来源胶体(生活污水:进水和出水;农业污水:大盈和天恩桥;天然水体:吴淞口)的荧光强度变化大致规律为:吴淞口进水大盈天恩桥出水.SOM分析结果与PARAFAC一致,且可视化程度更高,但EEM-SOM模型存在输入变量多、兼具挑峰法缺点的问题.而PARAFAC-SOM模型不仅兼具了前两者的优点,还具有输入变量少、运行时间短、可靠性高等优点.同时,该模型还成功应用于胶体其他理化参数的分析(Parameters-SOM模型),使得前期工作结果系统性更强、更直观.因此,PARAFAC-SOM模型是相对较好的分析天然胶体来源、粒径、荧光特性间关系的方法.     

响应面法优化解体好氧颗粒污泥的修复方式

通过小试实验,探究提高氨氮、COD浓度、水力剪切力以及投加活性污泥和活性炭粉末对解体好氧颗粒污泥的修复效果,得出进水COD浓度以及投加活性污泥和活性炭对颗粒修复影响较大但单一修复方式效果不理想,进而针对这3个因素,采用响应面法得出其最优耦合修复工况（进水COD、投加活性炭和活性污泥质量浓度分别340mg/L、4.64g/L和2900mg/L）.经过17d运行,解体AGS得到良好修复并通过扫描电镜（SEM）对其形态进行观察,可知修复后AGS表面以丝状菌为主,孔隙、裂痕大幅减少,污泥以活性炭为晶核形成新的AGS并且颗粒修复后粒径由（0.89±0.5） mm快速增加到了（2.19±0.4） mm,氨氧化速率（以LVSS记）由2.49mg/（g·h）提高到3.18mg/（g·h）,由此验证了这种耦合修复方式对解体AGS具有高效且快速的修复作用.     

鄱阳湖入湖河口沉积物细菌群落特征

基于高通量测序技术分析了鄱阳湖入湖河口15处沉积物的细菌群落特征.结果发现鄱阳湖入湖河口细菌优势门类为Proteobacteria（32.1%）,Acidobacteria（16.6%）、Chloroflexi（14.4%）、Nitrospirae（8.8%）和Actinobacteria（6.0%）.在属分类水平上相对丰度最高的是norank_Acidobacteria（8.9%）和Nitrospira（8.4%）.根据采样点沉积物细菌群落结构差异,5条主要支流入湖河口可分成赣江-饶河-信江组和抚河-修水组.赣江-饶河-信江组Acidobacteria、Nitrospirae、Gemmatimonadetes和Latescibacteria丰度显著较高;抚河-修水组Actinobacteria、Bacteroidetes、Firmicutes、Ignavibacteriae和Deltaproteobacteria丰度显著较高.鄱阳湖主航道下游沉积物细菌群落结构与其它入湖河口差异明显,具有显著较高的Chloroflexi、Aminicenantes和Firmicutes丰度.pH值和有机碳是影响鄱阳湖入湖河口沉积物门分类种群的主要环境因子,pH值是影响赣江-饶河-信江组和抚河-修水组细菌群落结构差异的主要环境因子.以上研究结果有助于从微生物的角度分析鄱阳湖入湖河口生态系统的物质和能量循环机理.