自然生态系统中厌氧氨氧化和反硝化耦合反应研究进展

厌氧氨氧化和反硝化反应是氮循环系统的两个关键环节,它们对平衡整个生态系统氮的收支、改善水体氮的污染、减少温室气体的排放均具有重要意义.在阐述厌氧氨氧化和反硝化生物反应及微生物学机理的基础上,着重综述了二者在水生和陆地两个生态系统中的耦合反应:①探讨了厌氧氨氧化和反硝化反应在不同环境背景下发生的介质及N₂的产生速率和贡献比率,发现水生生态系统中厌氧氨氧化对N₂产生的贡献率相对陆地生态系统占有较大比重.②分析了调控厌氧氨氧化和反硝化反应的细菌群落和功能基因,反应系统占主导的微生物种类随环境发生变化,其中厌氧氨氧化菌Candidatus brocadia作为主导细菌出现频率较高.③二者耦合过程中的影响因素包括环境因素与底物因素.其中,环境因素中厌氧氨氧化与反硝化耦合的最适pH为6.7~8.3,且溶解氧含量过高时也会对耦合反应产生抑制作用;在底物环境中,有机物含量或C/N过高会促进反硝化作用,但同时也会抑制厌氧氨氧化的发生.建议以后能够加大对于厌氧氨氧化和反硝化耦合反应全球尺度的研究,特别是对于陆地生态系统,还应加深对厌氧氨氧化反应速率与反硝化反应速率之间关系的理论与应用研究;同时,在实际应用中,需要在确定厌氧氨氧化菌和反硝化菌最佳生长基础上,建立耦合体系理论预测数学模型,量化两类功能性微生物的耦合效果.      

富营养化水体生态修复中水生植物的应用研究

文章论述了水生植物修复富营养化水体的机理,并按不同生活型综述了不同水生植物在富营养化水体生态修复中的应用,指出了富营养化水体生态修复中水生植物选择依据,并展望了其研究应用前景。     

三种有机磷萃取剂对水生生物的毒性效应

通过３种有机磷萃取剂：甲基磷酸二仲辛酯（P350）、异辛基磷酸单异辛酯（P507）和磷酸二异辛酸（P204）对不同营养级水平的单种生物：藻类（斜生棚藻）、草履虫（尾草履虫）、类（大型）、鱼类（鱼苗）的毒性试验,结果表明：３种有机磷萃取剂的毒性效应浓度（半致死浓度或半抑制浓度）为P350：0.40～9.30mg/L,P507：23.32～112.00mg/L,P204：59.50～138.00mg/L;毒性强弱的顺序为P350＞P507＞P204;建议把P350、P507、P204在水体中的安全浓度暂分别定为0.04mg/L、2.33mg/L和4.71mg/L。     

热处理重组质粒DNA的复性及其在水环境中的降解特性

为了考察热处理后的重组DNA进入水环境后可能存在的环境风险,以pET-28b质粒为材料,以质粒相对转化效率为指标,考察了热变性重组质粒DNA的复性可能性,并在此基础上构建了人工模拟水环境系统,研究了热变性质粒DNA在水环境中的降解速率和影响因素.结果表明,热变性pET-28b质粒经过30min后,其转移活性可以得到恢复,在4～37℃之间,温度越高越有利于热变性质粒的复性.热处理过程中未被降解的质粒DNA进入水环境后,在pH值为7、8时降解速率相对较慢,在pH值为5、6、9的条件下,降解较快,但在任何pH下,1.0h后仍存在未降解的质粒DNA.水环境中的NaCl对热处理质粒DNA有一定的保护作用,而且这种作用是随着NaCl质量分数的提高而增强.进入水环境中的热变性DNA有足够的时间复性,从而可能发生基因转移.因此,这些热处理的质粒DNA进入环境后理论上存在一定的生态风险.     

淀山湖水生态系统的物质循环

为了解淀山湖水生态系统中氮、磷的循环过程与特征,于1990～1995年间在全湖布设的25个样点上调查、测定了淀山湖水生态系统中各营养级的种类组成、生物量、生产力,以及水质和底质情况;并估算了淀山湖氮、磷的主要输入与输出途径和数量。根据湖中生物体内氮、磷的含量建立了淀山湖水生态系统内氮、磷循环模式。氮、磷输入、输出统计表明,磷基本平衡,氮每年约有117.72t积累在湖中。淀山湖目前仍以有机污染为主,处在中营养向富营养湖泊的过渡阶段。各类水生生物对于维持淀山湖水生态系统的物质平衡具有重要作用。     

固体发酵提高水生植物发酵产物蛋白含量的研究

采用微生物固体发酵技术对伊乐藻(Elodea nuttalli)、苦草(Vallinmeria spiralis)和喜旱莲子草(Alterranthera philoxerides)3种高等水生植物进行单细胞蛋白生产的研究,分析单一菌种和混合菌种发酵过程中水生植物粗蛋白含量和纤维素酶活的变化过程.研究结果表明,与单一霉菌发酵相比,利用霉菌与酵母混合发酵,可明显提高发酵产物粗蛋白产量,其中以黑曲霉(Aspergillus niger)与产朊假丝酵母(Candida utilis)混合发酵苦草的粗蛋白含量最高,产物中粗蛋白含量最高可达39.88%,粗蛋白增加率为84.2%,使其有可能成为鱼、家禽和家畜的蛋白饲料来源.因此,利用固体发酵处理水生植物可以实现水生植物的资源化.     

生态系统健康理论在流域水环境管理中应用研究的意义、难点和关键技术——代“流域水环境管理战略研究”专栏序言

系统总结了国际河流水环境管理的发展趋势,对国际上基于河流健康的水环境管理体系与关键技术进行了分析.针对我国河流生态环境的问题与管理现状,在借鉴国外管理经验和方法的基础上,以全国环境管理关键技术研究为契机,阐述了生态系统健康理论在我国流域水环境管理中应用的意义、用途和关键技术.     

石家庄市水环境中喹诺酮类抗生素的空间分布特征与环境风险评估

随着社会经济的发展,大量含有抗生素的废水未经有效处理排放到水环境中,加剧了城市水环境中抗生素的污染.本研究以石家庄市地表水和地下水为研究对象,采用超高效液相色谱串联质谱法(HPLC-MS)分析了石家庄水环境中喹诺酮类(Quinolones,QNs)抗生素的空间分布特征,并采用风险熵值法(RQ)评估了石家庄市水环境中QNs的生态风险和健康风险.结果表明:1在石家庄市河流和水库中,QNs抗生素的浓度分别为98.43~4398.00 ng·L^-1和9.99~49.24 ng·L^-1,恩诺沙星(Enrofloxacin,ENR)和依诺沙星(Enoxacin,ENO)分别是河流和水库中主要的QNs抗生素;2在石家庄市地下水中,QNs抗生素的浓度为3.45~15.41 ng·L^-1;3相关分析结果表明,在地表水中氧氟沙星(Ofloxacin,OFL)、诺氟沙星(Norfloxacin,NOR)、恩诺沙星(Enrofloxacin,ENR)、双氟沙星(Difloxacin,DIF)、沙氟沙星(Sarafloxacin,SAR)、恶喹酸(Oxolinic Acid,OXO)和氟甲喹(Flumequine,FLU)与温度(T)和总溶解性固体颗粒物(TDS)呈显著相关(p<0.01),而ENO与pH显著相关(p<0.01);在地下水中吡哌酸(Pipemidic Acid,PIP)和马波沙星(Marbofloxacin,MAR)与T显著相关;4地表水中QNs与地下水中QNs的相关性不显著,表明石家庄市地下水中QNs的主要来源不是地表水;5生态风险结果表明,石家庄市地表水中QNs总体处于高风险水平,而地下水QNs整体处于中低风险水平;6人体健康风险结果表明,石家庄市水环境中QNs抗生素的健康风险较低.总体来说,石家庄市水环境中QNs污染在地表水中更为严峻,而石家庄地表水中QNs浓度最高的区域为汪洋沟.     

水生植物法再生景观回用水水质稳定技术研究

建立了污水处理和景观回用中试试验系统,景观回用试验水量为11 m3,研究了城市污水经二级生物处理再生后用作景观环境用水的水质稳定性;构建了不同结构的水生植物系统,研究了该系统对再生景观环境用水水质的影响. 结果表明:在晴朗天气,白天水温为(28±2)　℃,夜间水温为(20±2)℃的条件下,二级生物处理的再生水在瓷砖水池中最多可以稳定3 d;结构完善的“挺水-浮叶-沉水-浮水”水生植物系统能够有效抑制再生景观回用水中藻类的滋生,并可降低其有机物和氮、磷的含量,在9 d内使ρ(COD_Cr),ρ(TP)和ρ(NH₃-N)分别降低76.9%,95.8%和95.2%,从而使水质保持稳定并得以改善,使回用水水质完全符合再生景观回用水国家标准. 因此,构建结构完善的水生植物系统可实现污水再生景观回用.      

Monitoring Inter-Annual Variability Reveals Sources of Mercury Contamination in Clear Lake, California

Mercury (Hg) in the aquatic ecosystem of Clear Lake has been documented since the 1970s when fishes were found to have elevated levels of toxic methyl mercury (meHg). Mining practices at the Sulphur Bank Mercury Mine (active intermittently from 1872–1957) along the shoreline of Clear Lake included the bulldozing of waste rock and overburden ore into the shallow nearshore regions of the lake and the creation of steeply sloped piles of waste rock at the water's edge. This process, plus erosion of the waste rock piles, resulted in the accumulation of an estimated 100 metric tons of Hg in Clear Lake. A monitoring program to assess Hg in Clear Lake was established in 1992, and conducted continuously from 1994. Drought conditions in California had persisted for ca. 6 yrs prior to 1992, when the U.S. Environmental Protection Agency (USEPA) remediated the steeply sloped eroding waste rock piles, which appeared to reduce sediment Hg concentrations significantly. In April 1995, a white flocculent material was observed in Clear Lake adjacent to the mine and has been observed every year since, leading to the discovery of ongoing acid mine drainage (AMD), low pH fluids high in Hg and extremely high in sulfate. AMD is now believed to be the most likely cause of elevated meHg in Clear Lake. The discovery of this source of meHg production in Clear Lake, which will significantly influence remedial options, was only made possible by implementation of a diligent monitoring program.