硫酸盐还原菌和铁细菌对回灌堵塞影响的试验研究

针对铁锰含量较高地区,分析不同渗流时期由硫酸盐还原菌(SRB)及铁细菌(FB)导致的回灌堵塞成因。采用室内砂柱模拟间歇性回灌堵塞过程,通过测定水通量、砂柱中胞外聚合物(EPS)的含量、细菌含量及产生的气体体积变化,分析微生物回灌堵塞的特征,并在试验结束后通过XRD衍射判断生成物质。试验结果表明,回灌过程中渗流初期介质渗透性能的降低是由菌体本身引起的,渗流中后期介质渗透性能的降低是由菌体本身、EPS和生化作用生成的四氧化三铁及硫化亚铁等不溶性固体共同作用导致。发现有产气菌(即SRB)参与的回灌过程易发生气阻且气阻作用一直存在,从而导致回灌难以进行,且该现象在微生长期格外突出。在生物堵塞中,由细菌导致的化学衍生物也是导致含水介质的渗透性能降低的主要因素。该研究为微生物堵塞的研究机理提供进一步依据。     

含水层人工回灌物理堵塞的实验与数值模拟

以地表水体和雨洪水作为回灌水源,人工补给地下含水层过程中会发生含水层堵塞问题(特别是物理堵塞),将严重影响人工回灌的效果.采用模拟实验系统研究了悬浮固体颗粒对含水介质堵塞的机理,并用数学模型预测了含水介质物理堵塞的发生和发展过程.研究表明,含水介质的渗透性在回灌初期不断下降,随着回灌时间的延长逐渐趋于稳定;另外,悬浮物堵塞会导致介质的非均质性,渗透距离越小的砂层,堵塞越严重.建议将回灌液悬浮物浓度控制在25mg/L之内,在雨季悬浮物浓度较高时要进行周期性反冲洗,其频率为1次/d.     

砾间接触氧化反应器中填料表面细菌多样性及其主要功能

采用分子生物学手段,通过构建16S rDNA基因文库,对新型剩余污泥减量化处理系统—生物砾间接触氧化反应器 (GCOR) 中载体表面附着细菌多样性进行了系统发育分析,并讨论了多种细菌共存对剩余污泥减量化的贡献。结果表明,附着细菌可分为好氧呼吸菌群、兼性厌氧菌群、厌氧水解发酵菌群和生长缓慢菌群等4大类。其中,优势菌群分别是以兼具呼吸/发酵代谢方式的β变形菌、嗜水气单胞菌及以发酵为主要代谢方式的拟杆菌属。此外,好氧菌群中还发育有假单胞菌属、硝化螺菌属细菌和黄杆菌属细菌等。慢速生长菌群包括Caldimonas taiwanensis strain On 1和Ideonella sp.。填料表面生物膜微生态环境复杂,微生物多样性较高,好氧、厌氧菌群以及慢速生长菌群等多种细菌共同作用,为在降解污水有机物的同时,达到剩余污泥减量化做出巨大贡献。结果分析表明,细菌的主要功能可归纳为：能量解偶联、共代谢作用、生物溶胞作用和慢性生长种群的影响。     

新疆东帕米尔高原慕士塔格峰洋布拉克冰川雪冰及融水中可培养细菌多样性分析

采用LB和PYGV两种培养基分离培养慕士塔格峰洋布拉克冰川雪冰及融水中可培养细菌,通过分离菌株16S rDNA的PCR-RFLP图谱和基于基因序列相似性的系统发育分析揭示细菌多样性。结果从样品中共分离到178株菌,分属于变形菌门（Proteobacteria）中的α-Proteobacteria、β-Proteobac-teria、γ-Proteobacteria纲,厚壁菌门（Firmicutes）,放线菌门（Actinobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）6个类群,以假单胞菌Pseudomonas、黄杆菌Flavobacterium、紫色杆菌Janthinobacterium为优势菌群。 LB和PYGV两种培养基在分离的细菌数量及种群多样性、优势菌属、特有菌属方面呈现一定差异。结果表明,慕士塔格峰洋布拉克冰川地区可培养细菌多样性丰富,且存在一定的地方特异性菌属,寡营养培养基更利于极端微生物的恢复生长。     

青藏高原冬克玛底冰川可培养细菌群落特征研究

冬克玛底冰川作为重要的长江源头之一,近年来主要以冰川气候、地质变化等自然地理方向的研究为主,而对于冬克玛底冰川不同生境中可培养细菌多样性及群落构成的研究还鲜有报道。为了阐明冬克玛底冰川可培养细菌多样性及其与环境因子的相关关系,发掘冰川微生物资源,针对冬克玛底冰川雪、冰和融水3种生境开展了研究。采用传统可培养法分离菌株,16S rRNA基因序列分析方法进行菌株鉴定,统计学方法分析可培养细菌多样性及其影响因素。结果表明,本研究中可培养细菌分属于放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和厚壁菌门(Firmicutes)。其中放线菌门为优势菌门,库克菌属(Kocuria)、微杆菌属(Microbacterium)和马赛菌属(Massilia)为优势菌属。不同生境中的可培养细菌数量、群落结构和多样性均不同,冰样中可培养细菌数量最多、群落结构复杂并且多样性最高。冬克玛底冰川分离的36个菌属中有8个菌属未从其他冰川分离出。冰川不同生境中可培养细菌群落结构差异较大;Cl^-和Ca²⁺     

青藏高原疏勒河上游不同类型冻土可培养细菌多样性特征研究

在气候变暖及人类活动的双重干扰下,疏勒河上游冻土发生了显著退化,如活动层厚度加大、植被退化等,而冻土退化对微生物的影响一直是科研人员关注的热点话题。以疏勒河上游不同季节（4月、6月、9月）、不同退化程度冻土为研究对象,研究了可培养细菌多样性特征。通过16S rDNA基因测序及构建系统发育树表明,研究区域可培养细菌归类为27个属,分属于α-变形菌门,γ-变形菌门,放线菌门,厚壁菌门和拟杆菌门,其中放线菌门为优势类群。从属水平来讲,可培养细菌以节杆菌属和微球菌属为主,其含量随冻土退化程度加深分别呈下降和升高趋势。土壤细菌多样性与环境因子的相关性分析表明,可培养细菌多样性与土壤含水量、总氮极显著正相关,与有机碳显著正相关。这些结果表明,伴随着冻土退化而发生的地上植被逆向演替过程中,青藏高原不同类型冻土间已产生较大的环境异质性如土壤碳氮及含水量,进一步可能导致冻土微生物多样性分异。研究结果为利用微生物综合评价青藏高原不同类型冻土的生态环境提供了数据基础。     

黑龙江林甸地热田热水微生物多样性与群落结构分析

【研究目的】研究地热系统微生物群落组成有助于揭示地热流体地球化学演化和指示热储地球化学环境。已有研究显示,林甸地热田热水还原性强且富含甲烷,但关于微生物在甲烷形成中的作用研究较少。本文旨在分析林甸地热田热水中微生物的群落结构和多样性特征,并揭示其甲烷生成途径。【研究方法】在地热供暖季和非供暖季采集并测试了9个热水微生物样品,并对热水中微生物多样性、群落结构及功能基因进行了分析。【研究结果】属水平上,林甸地热水中优势细菌主要为不动杆菌属(Acinetobacter,>80%),与已有报道的地热系统有一定差异,而同油田热水相似;供暖季和非供暖季热水中细菌多样性差异较大,非供暖季细菌多样性高于供暖季,但古菌多样性基本不受开采影响;优势古菌以广古菌门(Euryarchaeota)产甲烷菌为主,地热流体中的甲烷气体主要源于H₂还原CO₂产甲烷途径,而甲基歧化产甲烷作用和H₂还原甲基化合物产甲烷途径次之。【结论】林甸地热田热水中微生物多样性和群落结构较为独特,与地层中有机质含量较高、地热开采扰动有关。     

西藏纳木错沿岸表层水体浮游细菌群落结构及生态功能预测北大核心CSCD

浮游细菌群落对高原湖泊变化具有高度响应性,并且会影响高原湖泊生境的地球化学平衡。因此,了解高原湖泊中浮游细菌群落的分布特征,阐明其在高原湖泊生态系统中的生态功能具有重要科学意义。2021年5月对纳木错沿岸浮游细菌群落分布特征进行了调查研究,并采用16S rDNA高通量测序技术对样品进行分析,通过α-多样性指数分析浮游细菌群落的差异性,通过共现网络分析浮游细菌群落之间的相互作用,利用Pearson相关系数衡量理化因子与α-多样性指数的相关性,采用冗余分析(RDA)探讨水体理化因子对浮游细菌群落结构的影响,并基于PICRUSTt2对纳木错浮游细菌进行功能预测。结果表明:浮游细菌群落主要由变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)、蓝细菌门(Cyanobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes)组成,其中变形菌门相对丰度最高,主要包括γ-变形菌纲(Gamma-proteobacteria)和α-变形菌纲(Alpha-proteobacteria);噬氢菌属(Hydrogenophaga)和嗜冷菌属(Algoriphagus)为相对优势菌属。α-多样性指数表明,纳木错浮游细菌群落比较丰富。共现网络节点间关系以正相关为主;总溶解固体量(TDS)和盐度(Sal)是影响纳木错浮游细菌群落结构的关键因子。功能预测结果显示,纳木错浮游细菌群落功能主要涉及代谢、遗传信息处理、环境信息处理等6类生物代谢通路,以及膜运输、氨基酸代谢、碳水化合物代谢等46个子功能。综上所述,纳木错浮游细菌群落结构在各样点间存在一定差异,浮游细菌在门级水平上类群间相互作用主要为协同作用,其群落结构是多个因子共同作用的结果。研究阐明了纳木错浮游细菌群落组成和功能及其与环境因子的相互联系,可为当地生态环境保护提供科学依据。     

冀中地热区深部热水微生物群落组成及其功能预测

了解深部微生物群落组成和功能对探索早期生命起源和利用其独特功能均有重要意义.地热区深部碳酸盐岩岩溶-裂隙热储环境中微生物群落组成和功能特性仍然不清.为了探测冀中地热区深部热水微生物群落组成与功能特性,以浅层水和土壤为参照,利用冀中地热区地热科学钻探孔抽水试验,采集深部热水样,同时采集每个钻孔上方附近的大田农灌井浅层水和土壤样品,用于16S rRNA基因高通量测序,并使用PICRUSt软件进行功能预测.结果显示冀中地热区深部热水含有38个菌门,541个菌属,以细菌为主(97.5％),古菌很少(2.5％),特征性菌群主要是厚壁菌门Firmicutes、硝化螺旋菌门Nitrospirae、热袍菌门Thermotogae和广古菌门Euryarchaeota,优势菌属包括硫酸盐还原菌,固碳作用、发酵作用和硫酸盐还原作用可能较强,而产甲烷作用和反硝化作用可能很弱.深部热水出现好氧嗜温菌,说明在大流量抽水条件下,深部热水受到富含变形菌门Proteobacteria浅层水的补给.本次研究揭示了冀中地热区深部碳酸盐岩岩溶-裂隙热储层含有种类丰富、功能多样的微生物群落,微生物群落特征可作为深部热水与浅层水水力联系的指示剂.     

青藏高原北麓河地区荒漠草原土壤细菌对热融滑塌的响应

多年冻土区地下冰融化造成的热融滑塌会对土壤理化性质产生一系列影响,进而影响微生物群落结构,但目前热融滑塌对荒漠草原区土壤微生物的影响还不清楚。利用Illumina测序方法,以青藏高原北麓河多年冻土区发生热融滑塌的荒漠草原为研究对象,对3种微地貌（对照区、滑塌区、沉降区）下的土壤细菌展开研究,分析了细菌群落结构及其与环境因子间的关系。结果显示滑塌区和沉降区有机碳含量显著低于对照区,滑塌区土壤含水量最高;放线菌门、变形菌门、绿弯菌门和酸杆菌门是3种微地貌下的优势菌群,对照区细菌群落丰富度显著低于滑塌区。Mantel检验表明,细菌群落结构与土壤理化性质间无显著相关性;非度量多维尺度分析（NMDS）表明,微生物群落结构在3种微地貌下显著不同。研究结果表明,在荒漠草原区,热融滑塌会改变土壤理化性质,影响细菌特定门的微生物相对丰度,但对门水平的整体群落结构影响不显著。     

青藏高原多年冻土区土壤需氧可培养细菌多样性及群落功能研究

以青藏高原腹地不同植被类型多年冻土区土壤细菌为研究对象, 分析了可培养菌群数量、 多样性和生理代谢功能的变化及其与环境因子间的关系. 结果显示: 从沼泽草甸到高寒荒漠, 土壤水分、 总碳、 总氮含量逐渐降低, pH值升高, 可培养细菌数量在2.97×10⁶~2.88×10⁷ CFU·g^-1, 与含水量、 总碳、 总氮显著正相关; Actinobacteria(51.4%)和γ-Proteobacteria(31.7%)为优势菌群, α-protebacteria仅在沼泽草甸中有分布, β-protebacteria、 Bacterioidetes丰度与含水量、 总碳、 总氮间显著正相关; 自沼泽到荒漠, 菌群代谢活性和Shannon功能多样性指数降低, pH与Shannon指数显著负相关, 继氨基酸类碳源之后, 多聚物逐渐成为被细菌群落主要利用的碳源种类. 研究表明, 伴随冻土退化地上植被逆向演替的过程, 青藏高原多年冻土地下土壤微生物群落丰度、 遗传和代谢功能多样性均发生了不同程度的响应.     

超深层孔隙型热储地热尾水回灌堵塞机理

超深层孔隙型地下热水回灌难的问题已成为制约关中盆地地下热水可持续开发利用的瓶颈.本文以超深层孔隙型地热流体为载体,以热储原水-回灌尾水-热储介质-堵塞垢物之间水岩作用下矿物组分溶解沉淀规律为基础,以咸阳回灌1号井为例,应用室内堵塞实验模拟及水文地球化学模拟耦合方法,展开超深层孔隙型地热尾水回灌堵塞机理研究.结果表明:造成堵塞的主要因素有物理、化学、气体、微生物等,其中物理堵塞形式主要为颗粒运移和悬浮物堵塞,颗粒运移受回灌流速和储层物性影响明显,温度、压力是悬浮物堵塞的主控因素,而粘土膨胀影响甚微;化学堵塞程度随温度升高而加剧,主要化学沉淀为碳酸盐垢,且在回灌初期-中期达到沉淀量最大值;气体堵塞在回灌初期影响较大,之后随温度升高而减小;微生物堵塞的主要细菌类型为腐生菌,其堵塞程度与环境开放程度有关.     

祁连山冻土区天然气水合物DK一2钻孔微生物群落

对青海省祁连山永久冻土区天然气水合物DK一2钻孔的11件样品进行分析,通过微生物群落分析来探寻水合物层样品与非水合物层样品的差别。在11件样品中均发现了细菌16SrDNA,未检测到海洋天然气水合物地区常见的古菌16SrDNA、mc以（I,Ⅱ）、pmoA、mmoX和mxaF。分析得到的细菌16SrDNA分属5个门,包括变形杆菌门、放线菌门、拟杆菌门、厚壁菌门和异常球菌一栖热菌门,随着样品深度的增加,细菌多样性有降低的趋势。对非水合物层样品DK2—19和水合物层样品DK2—25进行细菌系统发育树分析,发现这2个样品群落结构相差较大。水合物层样品与非水合物层样品细菌群落对比后发现,水合物层样品中叫一变形杆菌的比例低于非水合物层样品中1一变形杆菌的比例,而Arthrobacter属多发现于非水合物层的样品中。     

地下水人工回灌过程中多孔介质悬浮物堵塞实验

地下水人工回灌技术的发展与推广常因其回灌过程中物理、化学及生物作用产生的入渗介质堵塞现象而受到严重制约。针对堵塞现象中最常见且最主要的悬浮物堵塞问题,采用室内模拟实验方法,通过将悬浊水连续注入均质的石英砂柱中,来刻画多孔介质中悬浮物堵塞的现象及发生的过程,并分析其发展规律,同时量化计算了堵塞速率。实验结果表明：回灌15 h左右表层介质渗透系数开始降低,即堵塞在表层开始发生,并随时间增加不断向深部发展;连续回灌100 h后表层渗透系数趋于稳定,进入介质内部悬浮物的量减少,内部堵塞发展也趋于稳定,此时堵塞主要在入渗深度10 cm左右的范围内。计算不同堵塞层的堵塞速率λ:表层0～1 cm的λ最大,为0.038 3 h^-1,λ随入渗深度增加而减小。对于介质整体的渗透性而言,其降低明显滞后于表层介质,但随时间发展主要受堵塞层的控制。     

南海北部九龙甲烷礁邻区沉积物层中垂向细菌群落结构特征研究

本研究应用微生物16S rRNA-DGGE和T-RFLP技术,结合环境参数,对我国天然气水合物潜在区南海九龙甲烷礁附近973-4柱状样沉积物中3个层位12个不同深度(表层20 cm至382 cm,中层552 cm至796 cm,深层862 cm至1 196 cm)细菌群落结构及其分布进行了对比研究.其中T-RFLP实验表明,细菌丰度、香农指数和均匀度变化趋势相同,由深层到716 cm处先降后升,中层716 cm深度范围处微生物群落丰度、均匀度、香农指数相对较高,716 cm至表层先降后升.DGGE图谱和T-RFLP色谱峰聚类分析表明:表层20 cm至192 cm相似性较高,表层236 cm至382 cm与深层1 082 cm、1 196 cm群落结构相似性较高,但中层沉积物中微生物群落结构与表层及深层均有较大差异.环境参数表明中层甲烷含量较高,推测甲烷是影响微生物群落结构差异的主要因素之一.T-RFLP色谱峰与微生物数据库比对及DGGE条带测序也表明了:本区变形杆菌(Proteobacteria)为优势菌群,其中α-、γ-、δ-变形杆菌(Proteobacteria)为主要的细菌亚群,其他细菌包括放线菌(Actinobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、绿弯菌门(Chloroflexi)为次优势菌群.甲烷含量较高的中层,甲烷氧化菌(Methanotrophs),硫还原菌(Sulfate-reducing bacteria)等与甲烷密切相关的细菌均有被检测到,表明该区域存在与天然气水合物的分解释放相关的微生物群落.     

祁连山不同海拔低温原油降解菌群的分布特性研究

以祁连山南麓中端野牛沟土壤为研究对象,研究了不同海拔下低温原油降解细菌群落的分布特征。结果显示：研究区域具有原油利用潜力的低温降解菌数量为0.3×10⁵~1.4×10⁵CFU ·g^-1,随海拔的升高,菌群明显减少;同时通过16S rRNA基因序列分析共发现4个门、7个属、25种细菌,其中假单胞菌属（Pseudomonas）和节杆菌属（Arthrobacter）是优势属,并且位于海拔3597m处的菌株原油利用潜力均较高,而变形菌门的不动杆菌属（Acinetobacter）利用原油生长的潜力最高。     

深层含氟地下水微生物群落组成及环境响应特征

在特殊地质体中开展地质微生物研究具有重要价值,但在深层含氟地下水环境中开展的相关研究尚有不足.为此,选取衡水市桃城区第三含水组并采集地下水水源井样品9个,进行了水化学分析和微生物16s RNA基因V4-V5区域测序.结果表明,研究区深层地下水偏碱性,TDS相对偏低,F-的平均含量为1.01 mg/L,水化学类型整体表现为Cl·SO₄-Na与HCO₃·Cl·SO₄-Na型. F-含量对地下水微生物的丰度与多样性影响较为明显,高氟与低氟地下水特有菌属数量分别为39个和126个.地下水在门水平上以变形菌门(Proteobacteria)最为优势(47.67%～76.96%),属水平类群分散度较高,无明显优势菌属.整体上看,研究区地下水中菌群的组成对水化学过程响应灵敏且关系密切,NO₃^-、F^-、DO与取样深度是影响微生物组成结构的主要因子,其中DO也是研究区地下水微生物丰度水平的重要保障.     

人工回灌过程中地下水微生物群落变化

人工回灌过程中,回灌水的注入使目的含水层地下水环境发生变化,微生物条件也会随之改变,从而影响地下水环境质量及水文地球化学作用。以上海市某人工回灌试验场为例,在分析人工回灌过程中水化学演化特点的基础上,应用DGGE技术对场地回灌过程中地下水中的微生物群落结构变化进行研究,为评价人工回灌对地下水水质安全的影响提供科学的理论依据。结果表明:人工回灌作用使目的含水层地下水中的Eh值及DO质量浓度升高,分别由64.0 mV、1.12 mg/L升至534.4 mV、1.44 mg/L;同一位置处微生物群落结构与原始地下水状态的相似性随时间降低;同一时刻距离回灌井越远的监测井的微生物群落结构越接近于原始地下水状态。随着回灌的进行,目的含水层地下水中优势菌属(种)共有7种,其中Rubrivivax gelatinosus和Candidatus Accumulibacter phosphatis clade IIA str.的反硝化能力以及Rhodoferax ferrireducens对Fe³⁺的还原能力,对地下水水化学组分产生影响。     

人工回灌条件下滨海砂质含水层渗透性的时空演变特征

人工回灌补给滨海含水层是海水入侵修复经常采用的工程措施,然而人工回灌条件下滨海砂质含水层经常出现渗透性显著降低的现象,其含水介质渗透性的时空演变规律仍不清楚。本文以青岛市大沽河下游咸水入侵区含水层砂样为研究对象,通过利用不同尺度的室内砂柱淡咸水驱替试验,对定水头和定流速条件下人工回灌咸淡水驱替过程中砂质含水层渗透性的时空演变特征进行了研究。结果表明：当淡水驱替咸水时含水介质的渗透性会发生显著变化,整个砂柱的渗透性先降低后回升,原因是回灌过程中砂柱中的黏土矿物发生释放、迁移、沉积;定水头条件下,在砂柱的前半段存在一个淘空区,渗透系数是初始渗透系数的1.6~2.0倍,砂柱其它部分渗透性是先降低再轻微回弹;定流速条件下,砂柱的渗透系数随时间的变化均呈现先降低后升高趋势,且砂柱各段离入水口的距离越远其渗透系数的值越小;砂柱黏粒含量的变化规律与渗透性的演化特征相吻合。研究成果可为人工回灌治理滨海含水层海水入侵提供一定的科学依据。     

回灌井暂时性堵塞物的形成及其排除过程变化机制分析

以定期回扬方法及时排除回灌井中的暂时性堵塞物是整个回灌工作的重要环节,它对延长回灌井寿命提高回灌效益是至关重要的。回灌过程中井下形成的暂时性堵塞物,主要由三部分物质组成:回灌水本身固有的杂质;回灌水源转入地下后与地下水之间产生一系列物理、化学和生物化学反应所形成的物质;含水介质中的细颗粒成份。在回扬作用下这些暂时性堵塞物形成回扬水混浊度而被排除到井外,所以研究暂时性堵塞物的形成及其排除过程变化规律,要从研究回扬水混浊度变化机制入手,亦即通过回扬试验来实现。