设施菜田与棚外粮田土壤菌群和反硝化气体产生的比较分析

【目的】对比设施菜田与棚外粮田土壤菌群以及N2O产生模式的差异。【方法】采用变性梯度凝胶电泳(DGGE)和反硝化功能基因(nirS,nosZ)方法分别比较两种土壤细菌群落以及功能基因类群丰度的差异,利用自动连续在线培养监测体系(Robot系统)测定两种土壤在好氧、厌氧阶段N2O等反硝化相关气态产物产生模式,分析N2O/(N2+N2O+NO)产物比。【结果】设施菜田与棚外粮田具有不同的土壤细菌群落结构,并且土壤细菌总量得到了显著的提升,然而两种反硝化功能基因(nirS,nosZ)丰度并没有显著变化。与设施菜田相比,棚外粮田有相对低的N2O积累量以及产物比,并且在厌氧初期气体产生模式有所不同。培养后铵态氮和亚硝态氮含量上升。【结论】设施菜田长期有别于棚外粮田的管理方式造成了土壤细菌群落的显著改变,增大了活跃微生物总量,造成土壤酸化,并导致N2O在气态产物中的比例升高。设施菜田土壤微生物进行了与棚外粮田不同的硝酸盐呼吸过程,异化硝酸盐还原成铵(DNRA)过程有可能贡献了两种土壤的部分厌氧N2O产生量。     

基于响应面法对一株好氧反硝化菌脱氮效能优化

【目的】水体富营养化是当今我国水环境面临的重大水域环境问题,氮素超标排放是主要的引发因素之一。好氧反硝化菌构建同步硝化反硝化工艺比传统脱氮工艺优势更大。获得高效的好氧反硝化菌株并通过生长因子优化使脱氮效率达到最高。【方法】经过序批式生物反应器(Sequencing batch reactor,SBR)的定向驯化,筛选获得高效好氧反硝化菌株,采用响应面法优化好氧反硝化过程影响总氮去除效率的关键因子(碳氮、溶解氧、pH、温度)。【结果】从运行稳定的SBR反应器中定向筛选高效好氧反硝化菌株Pseudomonas T13,采用响应面法对碳氮比、pH和溶解氧关键因子综合优化获得在18 h内最高硝酸盐去除率95%,总氮去除率90%。该菌株的高效反硝化效果的适宜温度范围为25?30 °C;最适pH为中性偏碱;适宜的COD/NO3?-N为4:1以上;最佳溶解氧浓度在2.5 mg/L。【结论】从长期稳定运行的SBR反应器中筛选获得一株高效好氧反硝化菌Pseudomonas T13,硝酸盐还原酶比例占脱氮酶基因的30%以上,通过运行条件优化获得硝氮去除率达到90%以上,对强化废水脱氮工艺具有良好应用价值。     

一株耐碱变形假单胞菌ZY-3的鉴定及其脱氮特性

【背景】目前缺少具有高效脱氮能力、较高生物安全性、能处理高碱含氮污水的好氧反硝化菌株,难以使用生物方法处理高碱性的工业、养殖废水。【目的】对前期于佛山市一水产养殖池塘底泥中分离得到的耐碱高效好氧反硝化细菌ZY-3进行研究,期望获得一株能用于不同酸碱环境脱氮的高效、安全的好氧反硝化细菌。【方法】通过形态学、生理生化试验及16S rRNA基因序列分析方法对菌株种属进行鉴定,采用抗生素试验及斑马鱼攻毒试验进行菌株的环境生物安全性评估,利用3种含不同氮素的含氮模拟废水进行脱氮能力的测定。【结果】确定ZY-3为假单胞菌属变形假单胞菌（Pseudomonas plecoglossicida）,其对多种临床常用抗生素敏感,对水生生物的毒性低,该菌株在高浓度含氮模拟废水中以28℃、180 r/min振荡培养时,其对数期出现在4—12 h,在12 h时NH₄⁺-N、NO₃^--N和NO₂^--N的去除率分别达到94.87%、81.44%和98.02%,其pH耐受范围为6.0—10.0。【结论】得到一株安全、高效、具有广泛pH适应范围的耐碱好氧反硝化细菌P. plecoglossicida ZY-3,其在有氧条件下对3种氮素（NH₄⁺-N、NO₃^–-N、NO₂^–-N）具有快速去除能力。     

二氧化钛纳米颗粒对沼泽土壤反硝化和N2O排放的影响

近年来,二氧化钛纳米颗粒（TiO₂NPs）环境释放量不断增加,并通过多种途径进入湿地生态系统,不可避免地影响到湿地生态系统环境和功能。然而,关于TiO₂NPs对沼泽土壤反硝化作用和氧化亚氮（N₂O）排放的影响机及制尚不明确。选择典型沼泽土壤,通过室内培养实验研究土壤理化性质、反硝化酶活性、反硝化速率（DNR）和N₂O排放对不同剂量TiO₂NPs 0 mg/kg （CK）、10 mg/kg （A10）、100 mg/kg （A100）、1000 mg/kg （A1000）输入的响应,探讨TiO₂NPs输入对沼泽土壤反硝化作用和N₂O排放影响的内在机制。结果表明：不同剂量TiO₂NPs处理显著降低了土壤pH （P<0.05）,A10处理显著降低土壤总有机碳（TOC）含量（P<0.01）,A1000处理显著降低硝态氮（NO₃^--N）和亚硝态氮（NO₂^--N）含量（P<0.05）。TiO₂NPs处理抑制硝酸盐还原酶（NAR）活性,促进一氧化氮还原酶（NOR）和氧化亚氮还原酶（NOS）活性（P<0.01）,A1000处理先促进后抑制了亚硝酸盐还原酶（NIR）活性（P<0.05）。不同剂量TiO₂NPs处理抑制了土壤DNR,促进了N₂O排放,TiO₂NPs处理通过抑制NIR活性,降低土壤DNR,同时通过促进NOR活性,提高N₂O排放。综上,TiO₂NPs输入通过影响反硝化还原酶活性改变沼泽土壤反硝化过程,导致沼泽土壤N₂O排放增加,改变湿地氮的源、汇功能,影响全球气候变化。为TiO₂NPs输入的湿地环境风险评估研究提供理论基础。     

植物种类对野芷湖湖岸带土壤反硝化作用的影响

反硝化作用是湖岸带有效去除氮素的关键氮循环过程,受到植物、土壤理化性质及微生物等因素的影响。为探究湖岸带不同植物对土壤反硝化作用的影响,通过调查测定野芷湖湖岸带9种常见植物的根际与非根际土壤的反硝化功能基因丰度和反硝化潜势,分析其与土壤理化性质的关系,阐明植物种类影响反硝化作用的机制。研究结果表明:(1)种植植物会改变湖岸带土壤的理化指标,植物根际土的硝态氮(NN)、铵态氮(AN)、总碳(TC)、总氮(TN)和可溶性有机碳(DOC)含量等显著高于非根际土,其中柳树、黄素馨、喜旱莲子草根际土的TC、DOC、TN、NN显著高于其他物种,桂树的根际和非根际土的pH均显著低于其他物种;(2)植物根际土的微生物反硝化功能基因(narG、napA、nirS、nirK和nosZ)丰度显著高于非根际土,其中柳树、黄素馨、喜旱莲子草根际土的基因丰度显著高于其他物种, pH、TN、NN和DOC等对反硝化功能基因丰度影响较大;(3)根际土的反硝化潜势显著高于非根际土,其中柳树、桂树、黄素馨根际土的反硝化潜势显著高于其他物种,黄素馨非根际土的反硝化潜势也较高,pH、DOC、TN以及napA、nirS、norB基因丰度等对土壤的反硝化潜势具有显著影响。本研究说明植物根际微环境更有利于反硝化微生物的生长与繁殖,湖岸带种植植物时可考虑不同的常绿和落叶乔木、灌木、草本植物的合理配置来提高湖岸带的氮素截留能力,以减少由过量氮素进入水生生态系统导致的面源污染。     

一株耐盐反硝化细菌的筛选、鉴定和特性及其产物四氢嘧啶的检测

【背景】石化工业废水具有高盐含氮的特点,高盐度会对微生物代谢造成抑制,导致普通反硝化微生物难以在高盐环境下有效脱氮。【目的】筛选在高盐条件下仍能保持反硝化能力的菌株并研究其特性。【方法】富集筛选出一株耐盐反硝化细菌,对其进行生理生化特性和16S rRNA基因序列鉴定,对其生长条件进行优化并测定该菌株反硝化能力,对菌株在高盐环境下的产物进行定性定量分析。【结果】经鉴定菌株YA16-1为表皮短杆菌(Brevibacterium epidermidis),可对硝态氮进行反硝化作用,在盐度为3%、初始氮浓度为55 mg/L的条件下,18 h的硝态氮转化率达到97%;初始硝态氮浓度为250 mg/L时,24 h内硝态氮转化率达到100%。该菌株的最适生长条件为：2% NaCl,碳源为玉米芯粉,氮源为酵母粉,pH值为6.0,培养温度为30 ℃。菌株在盐度为2%-15%的培养基内生长良好。在15%盐度下,菌株通过产四氢嘧啶维持渗透压,产量为0.89 mg/mL。【结论】菌株YA16-1具有良好的耐盐能力和反硝化能力,在高盐废水处理、保护生态环境和四氢嘧啶的制备具有潜在的应用价值。     

污水净化湿地模拟系统中细菌和藻类的生态分布研究

以湿地土壤－微生物模拟系统为基础,研究了细菌和藻类在不同处理单元中的生态分布和种类变化。随着系统中微生物的净化作用,污水中污染物浓度下降,污染负荷降低,细菌和藻类的种类和数量也发生相应的变化。系统中,藻类种类由耐污种类向喜清种类过渡,显示了藻类是良好的水质评价和监测的指示生物。细菌总量降低,第４单元中的细菌总量比第１单元要低２个数量级。Ｍａｒｇａｌｅｆ多样性指数逐渐升高,第１单元为０．３８,第２单元为０．６０,第３单元为０．６９,第４单元为０．８７。系统中的反硝化率在第２单元处最高,在第４单元处最低,垂直分布以２ｃｍ深度处最高。     

不同林分类型下油松毛虫（Dendrolimus tabulaeformis Tsai et Liu）种群遗传多样性

采用AFLP技术对平泉县的1个油松-落叶松混交林和2个油松纯林中油松毛虫(Dendrolimus tabulaeformis Tsai et Liu)的135个个体进行了遗传多样性和遗传结构的研究,并调查了3个油松林群落的各种环境条件.结果表明,纯林中油松毛虫种群的遗传多样性高于混交林中的油松毛虫种群;林木生长状况为影响不同油松纯林群落中油松毛虫种群遗传多样性的重要因素;混交林对油松毛虫种群之间的基因流有阻断作用,油松毛虫种群的基因流大小与油松林之间的物种多度呈反相关.     

好氧反硝化细菌N6-1亚硝酸盐还原活性的研究

针对本实验室筛选得到的1株好氧反硝化细菌(Aerobic Denitrifying Bacteria)N6-1,研究了培养条件和培养基组分对菌株亚硝酸盐还原活性的影响.结果表明,其最适培养条件为30℃、摇床转速120 r/min、初始pH 8.5,分别以NaNO2和乙酸钠为唯一氮源和碳源时,最适碳氮比为12;初始NaNO2浓度为2g/L时,培养20 h后NO2- -N全部被还原,平均还原速率可达20.3 mg/L·h;1.5%NaCl和1%蛋白胨对其亚硝酸盐还原活性没有明显影响;10 L发酵罐培养24 h后菌体浓度高达1.2×1011 CFU/mL.     

生物滤塔体系好氧反硝化菌的分离鉴定与特性研究

从实验室生物滤塔填料的生物膜上,经选择性培养基筛选,分离出4株好氧反硝化茵.好氧状态下4种菌的40h反硝化率均大于80%,其中菌种A1反硝化率可达到99.05%.跟踪菌种反硝化过程中氮元素24h变化过程,发现4株菌除A1外都有亚硝酸根积累.茵种A1为短杆菌,革兰氏阴性.生理生化特性研究与16S rDNA序列测定(GenBank接受号DQ836052.1)初步判定菌种A1为假单胞菌Pseudomonas putida.适于茵Al生长的初始pH值是7.0左右,温度30℃左右,当DO大于2.0mg/L时,DO的变化对菌种Al的反硝化效果影响很小.