固定化氮循环细菌修复城市湖泊水体脱氮效果及N2O排放

利用从镇江金山湖天然水体中筛选分离出的土著氨化、亚硝化、硝化和反硝化细菌,将氮循环细菌固定化后在金山湖示范工程区进行水体脱氮净化效果研究.结果表明,运行一段时间后水质明显得到改善,氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮以及总氮浓度均显著下降,氨氮浓度指标达到国家水质Ⅰ类标准,总氮浓度指标达到水质Ⅱ类标准.同时,对湖泊水体的N_2O气体排放通量进行了检测,结果显示,随着实验的进行,金山湖区的N_2O气体排放通量逐渐升高,4月份的平均值为23,51μg/(m~2·h)、5月份的平均值为29.52μg/(m~2·h)、6月份的平均值为59.10μg/(m~2·h).水质氮素指标以及N_2O气体排放通量数据说明利用微生物固定化载体强化净化技术对城市湖泊水质净化具有显著效果和重要意义.     

秋冬季环境下固定化氮循环细菌净化湖泊水体氮污染动态模拟

本文依据太湖秋冬季水体氮污染的特点,应用辐射增殖氮循环细胞进行了净化湖水氮污染的动态模拟实验,研究结果表明,富营养化湖水经固定化氮循环净化后,总氮下降７２．４％,氨氮下降８５．６％,出水水质得到明显改善,固定化氮循环细茵在冬季低温（７℃）条件下仍保持了较高的降氮能力,总氮和氨氮去除率分别为５５．６％,５８．９％,降氮效果与湖水滞留时间有关,探讨了固定化氮循环细茵的降氮机理。     

净化湖泊水体氮污染的固定化硝化-反硝化菌研究

依据太湖水体氮污染的特点,设计应用低温辐射技术引导玻璃态单体丙烯酸羟乙脂－２－Ｈｙｄｒｏｘｙｅｔｈｙｌ ａｃｒｙｌａｔｅ（ＨＥＡ）与聚乙二醇二甲基丙烯酸酯Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ ｄｉｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ（１４Ｇ）制备高分子载体,并使用增殖细胞技术固定化硝化－反硝化菌净化湖水。研究结果表明,富营养化湖水经过固定化硝化－反硝化菌ＳＢＲ工艺净化后,总氮下降７０％,氨氮下降８４％,ＣＯ     

平原河网水体氮污染对氮循环菌的影响

采用最大可能数法对平原河网地区不同氮污染程度河道水体中浮游、颗粒附着及底泥中的氨化、亚硝化、硝化和反硝化菌进行测定,研究水体氮污染程度对氮循环菌不同种群的影响效应及其分布特征.结果表明,浮游、颗粒附着和底泥中亚硝化菌的丰度随着水体氮污染程度的增加而升高,但不同氮污染程度下氮循环菌种群结构组成之间差异不大,而浮游、颗粒附着及底泥生活类型之间的氮循环菌种群结构组成存在较大差异,其中浮游与底泥中氮循环菌种群组成结构之间差异最大.在氮污染水体中,浮游、颗粒附着和底泥氮循环菌中均以氨化菌为优势种群,显著高出其他氮循环菌种群多个数量级,而亚硝化菌和硝化菌丰度相对较低,反硝化菌在水体悬浮颗粒物上存在相对较高的丰度,不同氮循环菌种群组成比例存在失衡现象.     

太湖富营养化湖区秋季水体和沉积物中硝化微生物分布特征及控制因素

微生物参与下的氮循环是富营养化湖泊十分重要的生物地球化学循环过程.采用基于amoA功能基因和16S rRNA基因的荧光定量PCR、PCR-DGGE与高通量测序等分子生物学技术,调查秋季太湖不同水体和表层沉积物中氨氧化古菌(AOA)、氨氧化细菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)群落丰度和组成,探讨影响硝化微生物分布的关键环境因子.结果表明,中度富营养化的梅梁湾湖区水体表层、中层和底层水样和表层底泥中AOA amoA基因的丰度分别低于轻度富营养化的湖心区,而不同层水样中AOB amoA基因的丰度分别高于湖心区.梅梁湾湖区和湖心区水样中AOA群落组成基本相似,2个湖区表层沉积物样品中AOA群落组成亦基本相似,水体中AOA群落组成与表层沉积物中AOA群落组成有差异,AOA群落丰度显著受硝态氮、pH和DO影响;表层沉积物中AOB群落丰度有明显差异且显著受总氮含量影响,表层沉积物中NOB群落丰度也有明显差异且显著受亚硝态氮含量影响.太湖梅梁湾湖区和湖心区水体与表层沉积物AOA群落包括Nitrosopumilium和Nitrosotalea两大属;表层沉积物AOB群落主要包括亚硝化单胞菌(Nitrosomonas)和亚硝化螺菌(Nitrosospira)两大属,NOB群落主要包括硝化刺菌(Nitrospina)和硝化螺菌(Nitrospira)两大属,其中硝化螺菌属是淡水湖泊中比较少见的亚硝酸盐氧化菌.影响太湖水体和沉积物中AOA和AOB丰度的最主要环境因子为总氮、总磷与铵态氮.研究表明典型富营养指标(总氮、总磷、铵态氮、硝态氮和硝态氮等)是影响太湖梅梁湾和湖心区水体和沉积物中AOA或AOB丰度以及硝化微生物群落丰度的重要因素.     

硝态氮对库区水体藻类和细菌群落的影响

水体富营养化极易引起湖泊水库如藻类水华等水生态系统环境问题。氮素作为初级生产力的限制性生源要素之一,认识其在水华形成过程中潜在作用至关重要。本研究选取胶东半岛低碳高氮水库水体进行模拟实验,通过添加不同剂量硝态氮,探究高硝态氮输入对库区水体藻类和细菌群落结构的影响。结果表明:(1)当硝态氮作为唯一氮源,随着培养时间延长,硝态氮浓度显著下降,亚硝态氮和氨氮浓度逐渐升高,表明微藻和细菌共同作用可能将硝态氮转化为亚硝态氮和氨氮;(2)当硝态氮浓度为6 mg/L时,藻类叶绿素a浓度达到最高值,随着硝态氮浓度升高,叶绿素a浓度则会降低;(3)添加硝态氮后,蓝藻门成为优势藻类,绿藻门次之;变形菌门相对丰度显著升高。研究结果为低碳高氮类水体暴发蓝绿藻水华及有效防控提供理论依据和技术支撑。     

两种氮浓度对轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)腐解过程营养盐释放及附着生物膜内氮循环基因丰度的影响

氨氮是地表水常见污染物,尤其在农业区域,氮类化肥的不合理施用会导致周边水体氮浓度迅速升高并保持较高水平.然而,当前对高氮水平下沉水植物腐败和附着氮循环微生物的影响尚不清楚.以轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)为研究用沉水植物,在实验室内模拟水体内8和16 mg/L氮浓度下轮叶黑藻腐解过程中营养盐释放及残体表面微生物氮循环功能基因丰度的变化.研究发现水体两种氮浓度下轮叶黑藻腐解过程中残体腐解及营养盐释放速率无显著差异;与对照相比,植物腐败初期水体内碳、磷浓度迅速增加,而溶解氧浓度及氧化还原电位迅速降低,随着时间的推移上述水质指标逐步恢复至初期状态(第146天);水体荧光溶解性有机质主要包括紫外类富里酸、可见类富里酸、色氨酸类蛋白质和酪氨酸类蛋白质等类型.在5个氮循环相关基因中,氮负荷增加对轮叶黑藻残体生物膜内amo A、napA和narG的丰度有显著影响.冗余分析表明氮循环基因丰度受水体总氮浓度的影响较小,与植物总有机碳含量和水体化学需氧量及溶解氧浓度存在相关性.研究结果表明虽然当前氮水平对植物腐败过程影响不大、对氮循环基因丰度有一定影响,但是对该水生植被(尤其是植物腐败初期)和农业退水排放的管理仍需加强,以降低其对水体的影响.     

长江中下游典型湿地沉积物-水界面硝酸盐异养还原过程

反硝化(Denitrification,DNF)和硝酸盐异化还原为氨(Dissimilatory Nitrate Reduction to Ammonium,DNRA)是硝酸盐异养还原的2个主要途径.反硝化被认为是彻底去除水体氮负荷的主要过程;而硝酸盐异化还原为氨则将水体中的硝态氮转化为氨氮.2个过程均以硝酸盐为电子受体,并存在相互竞争关系.这2个过程的研究对理解湿地氮转化以及指导湿地氮污染修复具有重要意义.运用无扰动沉积物柱样流动培养、15NO-3-N同位素示踪实验,并采用氨氧化-膜接口质谱仪联用(OX/MIMS)测定氨氮同位素产物的方法,对鄱阳湖碟形湖湿地、巢湖重污染河流湿地、巢湖重污染湖泊湿地3种类型湿地沉积物-水界面的硝酸盐异养还原过程进行研究,结果表明存在显著差异.3种类型湿地DNF速率的范围为(6.36±2.57)~(99.98±14.05)μmol/(m2·h),DNRA速率的范围为(0.51±0.45)~(79.82±6.08)μmol/(m2·h).在3种类型湿地中,随着氮污染程度加重,DNF和DNRA速率均显著增加,且DNRA过程在总的硝态氮异养还原中所占的比重不断增大,说明较高的硝酸盐负荷、较高的沉积物有机质含量更有利于DNRA过程的竞争.而对反硝化方式的进一步研究发现,巢湖重污染河流、湖泊湿地主要以非耦合反硝化为主导过程,而鄱阳湖碟形湖湿地则更倾向于以硝化过程耦合控制的反硝化为主.     

太湖流域上游东苕溪干流沉积物和悬浮物的氮形态分布及影响因素

氮是影响和控制水体富营养化的重要因素,不同形态的氮对水体富营养化贡献不同.使用连续提取法对东苕溪干流悬浮物、表层沉积物样品中各形态氮含量进行测定,探讨各形态氮的分布特征及其影响因素.结果表明,东苕溪水体氮污染严重,总氮浓度均值为4.48 mg/L.悬浮物中各形态氮含量均高于沉积物,其中悬浮物中铁锰氧化态氮(IMOF-N)含量所占比例最大,均值为1506.94 mg/kg;沉积物中有机硫化物结合态氮(OSF-N)含量最高,均值为625.31 mg/kg.IMOFN、OSF-N含量受阳离子交换量、粒径影响显著,均与总氮浓度显著相关.相关性分析表明水体的性质对IMOF-N及OSF-N含量影响较显著,并且总体上对悬浮物的影响强于沉积物.另外,悬浮物有助于水体中的氮发生硝化反应向硝态氮转化,沉积物则有助于水体的氮发生还原作用向氨氮转化.在一定程度上,水体中的悬浮物对藻类具有抑制作用.     

一株耐冷异养硝化菌的分离鉴定及脱氮特性

利用异养硝化培养基,冬季从南四湖人工湿地底泥中分离筛选到一株具有较高脱氮性能的菌株Z01.经形态特征、生理生化特性以及16S rDNA序列分析,初步鉴定该菌株为假单胞菌属（Pseudomonas sp.）,命名为Pseudomonas sp.Z01.实验探究得到菌株Z01的最佳初始投菌量为7%,最适温度、pH和盐度分别为15℃、6.0~8.0和0.3%,最佳碳源为葡萄糖.在最适生长条件下,通过氨氮去除试验发现该菌株对模拟污水中氨氮的去除率有一定提高,是异养硝化培养基中氨氮去除效率的1.1倍.此外,该菌株对模拟废水中总氮和COD也具有较好的去除效果.研究表明,菌株Z01在冬季污水处理中硝化脱氮具有良好的应用前景和很大的发展空间.     

大气湿沉降向太湖水生生态系统输送氮的初步估算

测定和分析了2002年7月至2003年6月太湖周边地区太湖站、拖山岛、东山站、无锡、苏州、湖州、常州等7个站点大气降水化学组成,计算了水气界面TN、NH4 -N、NO3--N、T1N、TON的湿沉降率。结果表明,大气降水的TN浓度变化范围为2.06±0.30(常州)-3.71±0.43(拖山岛),太湖流域大气降水已呈富营养化水质的特征;大气降水TN、NH4 -N、NO3--N、TIN、TON的年均湿沉降率分别为2806.75kg/km2、1458.81kg/km2、631.67kg/km2、2090.48kg/km2和716.28kg/km2;每年由湿沉降直接进入太湖水体的TN约为6562.2t,NH4 -N为3410.7t,NO3--N为1476.8t,TIN为4887.5t,TON为1674.7t;TN占入湖河道年输入污染物总量的13.6%.大气湿沉降中,TIN对TN的贡献比较大,平均约占TN的78.78%.TIN的湿沉降率具有季节性分布,夏季高,春季次之,冬秋季低。这种现象无疑对太湖水体的蓝藻爆发和富营养化具有潜在的促进作用.     

Natural attenuation of septic system nitrogen by anammox

On-site disposal of sewage in septic systems can lead to groundwater plumes with NO(3)(-)-N concentrations exceeding the common drinking water limit of 10 mg/L. Currently, denitrification is considered as the principal natural attenuation process. However, at a large seasonal-use septic system in Ontario (256 campsites), a suboxic zone exists where nitrogen removal of up to 80% occurs including removal of NH(4)(+)-N. This zone has both NO(3)(-)-N and NH(4)(+)-N at >5 mg/L each. In the distal NH(4)(+)-rich zone, NH(4)(+)-N concentrations (8.1 ± 8.0 mg/L) are lower than in the proximal zone (48 ± 36 mg/L) and NH(4)(+)-N is isotopically enriched (concentration-weighted mean δ(15)N of +15.7‰) compared to the proximal zone (+7.8‰). Furthermore, δ(15)N-NH(4)(+) isotopic enrichment increases with depth in the distal zone, which is opposite to what would result if nitrification along the water table zone was the mechanism causing NH(4)(+) depletion. Bacterial community composition was assessed with molecular (DNA-based) analysis and demonstrated that groundwater bacterial populations were predominantly composed of bacteria from two Candidatus genera of the Planctomycetales (Brocadia and Jettenia). Together, these data provide strong evidence that anaerobic ammonium oxidation (anammox) plays an important role in nitrogen attenuation at this site.     

好氧和厌氧条件对霞浦湖沉积物-水界面氮磷交换的影响

在实验室控制条件下,研究了日本霞浦湾和湖心区底泥中形态氮磷,在好氧和厌氧条件下水土界面交换量变化及差异,结果表明;好氧条件下,ＮＯ＾－３－Ｎ,ＮＯ＾－２－Ｎ,ＮＨ＾＋４,－Ｎ,和ＰＯ＾３－４－Ｐ均有释放作用产生,量值多数较小,ＤＴＮ和ＤＴＰ则净释放作用接近零;厌氧条件下,ＮＯ＾－３－Ｎ和ＮＯ＾－２－Ｎ呈负释放状态,ＮＨ＾＋４－Ｎ和ＰＯ＾３－４－Ｐ的释放速率是好氧条件下的２－８倍。     

不同水生植物对湿地无机氮素去除效果的模拟

分别以芦苇、花叶水葱和苦草构建成小规模人工湿地模拟系统,开展不同类型水生植物湿地中无机氮（硝态氮和铵态氮）去除效果的试验。试验结果表明：在分别以芦苇、花叶水葱和苦草构成的模拟湿地单元中,虽然氧化还原等环境条件呈现较大差异,但不同类型水生植物湿地单元的铵态氮和硝态氮的去除率并没有显著差别,这与以往关于不同类型水生植物对氮素去除贡献的认识有所不同;水生植物对模拟湿地体系中氮素的去除具有重要作用,在相对较低的氮负荷（NH4^＋-N约为2.85mg／L,NO3^-N约为1.07mg／L,相当于一般城市污染河流）条件下,有水生植物湿地单元中铵态氮和硝态氮的10d去除率分别在39.32％和21.91％以上,而无水生植物的空白湿地单元对铵态氮和硝态氮的10d去除率分别只有34.68％和13.86％;在提高模拟湿地体系水体氮（NH4^＋-N约为5.50mg／L,NO3^-N约为3.37mg／L,是一般城市污染程度的2倍）负荷条件下,有水生植物湿地单元中铵态氮和硝态氮的10d去除率分别大于或等于66.87％和78.92％以上,而无水生植物的空白湿地单元对铵态氮和硝态氮的10d去除率仅为40.62％和31.77％,为人工湿地对原污水或初沉池出水的处理提供了有力依据。试验结果还表明,水生植物能有效促进湿地的氮素转化过程,显著缩短无机氮素在湿地中的寄宿时间。     

太湖底泥及其间隙水中氮磷垂直分布及相互关系分析

对太湖主要湖区柱状样底泥的总氮、总磷含量及其间隙水铵态氮（ＮＨ＾＋４－Ｎ）、磷酸根磷（ＰＯ＾３－４－Ｐ）和二价铁Ｆｅ（ＩＩ）含量进行了分析,并对底泥和间隙水中相应物质含量进行了比较,结果表明：太湖近表层１０ｃｍ内底泥ＴＮ、ＴＰ赋存含量较之下层高１２％－２０％左右,间隙水中ＰＯ＾３＋４－Ｐ和ＮＨ＾＋４－Ｎ含量随浓度增加而大致呈上升趋势,表层未见高浓度层存在,各湖区底泥间隙水中ＰＯ＾３＋４－Ｐ和ＮＨ＾     

东太湖水环境现状及保护对策

根据2002年4月至2003年4月东太湖的水质监测结果,分析了东太湖的水质现状、空间分布特征及变化趋势．其中TN变化范围0．57-3．91mg／L,平均值1．61 mg／L,NH4 -N变化范围0．01-0．42mg／L,平均值0．14mg／L,NO3--N 变化范围0．044-0．549mg／L,平均值0．16mg／L,而TP平均值为0.103mg／L,与以前的调查结果相比,TN、TP和NH4 -N 均明显增加,CODMn有所下降,水质状况总体较差,但不同水域因其影响因子不同,水质亦有明显差别,湖心区水质最好．目前,东太湖水体总体上处于中富营养状态,部分湖区已达到富营养状态．最后根据东太湖水环境的现状,提出一些措施和建议．     

Quantitative aspects of inorganic nutrient fluxes in the Gazi Bay (Kenya): implications for coastal ecosystems

Fluxes of dissolved inorganic nutrients: NH4+, NO2-, NO3-, PO4(3-) and Si(OH)4 from nearshore sediments of Gazi Bay were measured in situ within mangrove, seagrass and coral reef biotopes using benthic flux bell-jar chambers of cross-sectional area 0.066 m2 and volume 0.0132 m3. The objectives were: (1) to determine the influence of benthic fluxes, fluvial discharge and seasonal variations on the nutrient budget in the Bay waters; (2) to determine the effect of tidal and spatial variations on nutrient loads in the water column and (3) to establish the relative importance of the nutrient sources with regard to total community production of the Bay. The directly measured fluxes ranged from -270 to +148 micromol NH4+-N/m2/h; -60 to +63 micromol NO2(-)-N/m2/h; -79 to +41 micromol NO3(-)-N/m2/h; -79 to +75 micromol PO4(3-)-P/m2/h and +30 to +350 micromol Si(OH)4-Si/m2/h for and respectively. It was established that benthic fluxes are the major sources of dissolved inorganic NH4+, NO2- and Si(OH)4 while fluvial sources are important for NO3- and PO4(3-) into Gazi Bay waters. Seasonal variations had an appreciable effect on the PO4(3-) fluxes, N:Si ratio, river nutrient discharge, plankton productivity and important environmental factors such as salinity and temperature. Tidal and spatial variations had no significant effect on nutrient concentrations and net fluxes within the water column. The results imply that benthic fluxes are largely responsible for the nutrient dynamics of the nearshore coastal ecosystems especially where direct terrestrial inputs do not contribute significantly to the nutrient budget.     

净化湖泊饮用水源的物理-生态工程实验研究

我国许多历史上水质优良的湖泊水源区已污染严重污染,净化饮用水源刻不容缓。本文介绍了自１９９１年以来太源进行的物理－生态工程的部分研究成果。着重介绍在太湖的重富营养湖湾－五里湖无锡中桥自来水厂水源区的静态和抽水动态实验。