海洋环境中甲烷好氧氧化过程的研究进展

海洋环境中微生物驱动的甲烷好氧氧化作用是甲烷迁移转化过程的关键环节之一,在降解甲烷方面的贡献不容忽视,能够有效降低甲烷大气通量、影响海洋碳循环。本文系统调研了国内外文献资料,认识到海洋环境中甲烷好氧氧化的赋存范围十分广泛,可赋存于超过3 000 m水深的深海环境、热液喷口等极端环境,其中海底高压、渗漏甲烷的动态运移等是甲烷好氧氧化所面临的特殊环境,在该赋存环境下,好氧甲烷氧化菌主要以Ⅰ型氧化菌为主。Ⅰ型与Ⅱ型氧化菌对甲烷、微量金属元素等环境条件具有一定偏向性,并且在水体和沉积物两种赋存环境下氧化菌的类型也不尽相同。同时,在该赋存环境下甲烷好氧氧化强度存在时间或空间上的差异,受温度、甲烷浓度、氧浓度、微量金属元素等环境因子影响显著,但目前对压力以及甲烷渗漏运移状态对好氧氧化过程的影响规律认识不清。随着深海科研探索不断发展,甲烷氧化菌菌群多样性研究将更加丰富。此外,还需进一步针对海底高压渗漏状态下的好氧氧化过程开展精细研究工作,进一步理解海洋环境中甲烷的好氧氧化规律,这对深刻揭示甲烷迁移转化机制、科学评估甲烷生态环境效应具有重要意义。     

芽孢对提高好氧颗粒污泥环境耐受力的作用

为研究好氧颗粒污泥中大量存在的芽孢对其环境耐受力的作用,将好氧颗粒污泥经过低温无营养、高温高压、冷冻和紫外线处理后,监测其活性恢复过程中2,6-吡啶二羧酸根(dpa)的释放、比耗氧速率(SOUR)和以还原2,3,5-氯化三苯基四氮唑(TTC)为标志的脱氢酶的活性变化.实验结果显示,好氧颗粒污泥中大量存在的芽孢在不良环境条件下处于休眠状态,环境条件改善后能迅速转化为繁殖体细胞,进行正常的代谢活动.作为潜在的生命力,好氧颗粒污泥对不良环境的耐受力增强.芽孢是好氧颗粒污泥不容忽视的重要组分.     

环境因子对好氧不产氧光合细菌脂肪酸组成的影响

对赤杆菌属(Erythrobacter)、柠檬酸微菌属(Citromicrobium)和玫瑰杆菌(Roseobacter)分支的9株好氧不产氧光合细菌(AAPB)的脂肪酸组成进行分析,并以10株非AAPB菌为参照,从脂肪酸角度考察光照、温度、营养等重要环境因子对AAPB的影响.结果显示, AAPB的脂肪酸以C18:1 w7c为主,该成分在Roseobacter分支中含量最高,不同种脂肪酸对环境因子的响应不同,低温和寡营养条件主要作用于不饱和脂肪酸(UFA);二羟基脂肪酸在寡营养和光照双重作用下有较明显的升高.此外,结合非AAPB 的比较也为 AAPB 脂肪酸研究提供了新的视角,如温度实验显示,由于不饱和脂肪酸的比例较高, AAPB 可能在寒冷海域有更好的竞争优势,而从饥饿培养试验来看, AAPB 的异养能力似乎比非AAPB更弱.     

墨西哥湾北部富甲烷岩心SMI上的甲烷氧化作用

在富甲烷和含天然气水合物的海洋沉积物中,硫酸盐-甲烷界面（SMI）正逐步为大家所认识,被看作一个基本的生物地球化学氧化还原作用边界。SMI之上沉积物富硫酸盐,其下贫硫酸盐和富甲烷。SMI是一个很薄的带,甲烷的厌氧氧化作用是通过甲烷氧化作用完成的。在甲烷氧化作用过程中,甲烷和硫酸盐被消耗,形成溶解无机碳（DIC）和硫化氢（HS^-）,反应式如下：     

南海东北部硫酸盐还原-甲烷厌氧氧化界面——海底强烈甲烷渗溢的记录

南海东北部沉积物顶空气甲烷含量较高,海底存在明显的甲烷渗溢现象。该海域6个沉积物岩心的孔隙水硫酸盐浓度和顶空气甲烷含量随深度变化而变化,出现明显的硫酸盐-甲烷互相消耗区域,硫酸盐和甲烷浓度均急剧下降。HD109、HD170、HD196A、HD200、HD319和GC10等6个岩心的硫酸盐还原-甲烷厌氧氧化界面(SMI)分别位于704、911、728、636、888、792cm处,完全落入全球水合物区富甲烷环境的SMI深度范围之内。强烈的甲烷渗溢过程使得硫酸盐-甲烷互相消耗作用加剧,并形成浅的SMI。浅的SMI显示了东北部存在强烈的甲烷渗溢活动以及强烈的甲烷厌氧氧化作用,具有天然气水合物成藏的典型特征。     

长江口外颗粒有机碳及光合色素在不同溶氧水平下早期降解速率研究

有机质降解是低氧形成的重要原因.长江口外的低氧近几十年来日趋恶化,引起了大量学者关注,但现场有机质降解及相关的耗氧速率还鲜见报道.本研究通过人工控制体系溶氧(DO)水平,于2006年10月在曾经出现低氧的长江口外近海进行现场有机质降解培养实验,以模拟有机质在沉降进入近底层水后早期(9天)内的生物地球化学过程,估算有机碳降解速率和耗氧速率.培养实验表明,有机质在几天内即可出现明显的降解,并伴随体系pH的下降和细菌、病毒的增加.体系溶氧对有机碳(POC)降解速率影响较大,POC在DO＞95％条件下的降解速率是DO＜50％条件下的5倍,分别为1.5 mmol/(m3·d)和0.3 mmol/(m3·d).光合色素岩藻黄素(FUCO)和叶绿素a(Chla)含量在9天内呈指数下降,其中80％的FUCO在9天内发生了降解.指数方程能较好地实现对观测数据的拟合,结果表明Chl a的半衰期为3-4天.不同溶氧条件下的结果表明低溶氧条件(DO＜50％)下浮游植物更容易成为降解有机质的来源.根据POC降解速率估算得到长江口外溶氧消耗速率分别为82-91 mmol/(m2·d)(DO＞95％条件)和27-30 mmol/(m2·d)(DO＜50％条件),远高于深海氧通量和表层50 m南海的氧消耗通量;以此耗氧速率为基础,估算得到长江口外层化形成至发育出低氧的时间为50-150天.     

温度对缢蛏(Sinonovacula constricta)耗氧率和排氨率的影响

实验研究温度对不同个体大小缢蛏耗氧率和排氨率的影响。实验结果表明 ,在实验温度(15～ 30℃ )条件下 ,缢蛏的耗氧率 (O) [mg/ h·个 ]和排氨率 (N ) [μg/ h·个 ]与缢蛏软体部干重(W)呈明显的幂函数关系 ;温度的上升使得缢蛏的耗氧率 (OS) [mg/ g· h]、排氨率 (Na) [μg/ g· h]均增大 ;两者之间的比值 (原子数 O∶ N)在 2 0℃时最大 ,随着温度的继续升高其值逐步减小。耗氧率 (O)、排氨率 (N)与温度 (T)、缢蛏软体部干重 (W)二元线形回归方程分别是 :O=- 0 .370 3+0 .32 0 4 W+ 0 .0 2 98T,N =- 15 4 .0 6 77+ 6 9.74 88W+ 7.9332 T。复相关系数 r分别为 0 .9773和0 .92 2 8;F检验表明 ,两个回归方程均极显著。     

海底甲烷缺氧氧化与冷泉碳酸盐岩沉淀动力学研究进展

海底缺氧带甲烷氧化作用是一个重要的甲烷生物地球化学过程,已被许多地球化学现象所证实。甲烷缺氧氧化有效地减少了渗漏到海水和大气中的甲烷通量,但目前仅有的数据还不能很好地限定甲烷缺氧氧化在全球甲烷循环和全球碳循环中的作用。甲烷缺氧氧化的机理还存在争议,很可能是一个“反甲烷生成”过程。在许多天然气渗漏发育区域,由于甲烷缺氧氧化作用引起环境碱度的增加而沉淀冷泉碳酸盐岩,在海底表层沉积物中形成块状碳酸盐岩结壳。但冷泉碳酸盐岩生成所需的物理化学和生物地球化学条件在很大程度上还不清楚。数值计算表明,孔隙水中溶解足够量的甲烷、冷泉渗漏强度适中、较小的生物扰动作用有利于冷泉碳酸盐岩的生成,而过高的沉积速率则抑制冷泉碳酸盐岩结壳的生成。因此,海底发育冷泉碳酸盐岩可以指示天然气渗漏系统的演化特征。     

好氧反硝化反应器中微生物群落的碳代谢特征

本文采用Biolog-ECO微平板技术,分析了不同水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)5、6、7h和进水硝酸盐(NO3ˉ-N)浓度50、100、150mg/L时,好氧反硝化反应器微生物群落结构和代谢功能特征。研究结果表明:在同一进水硝酸盐浓度下,水力停留时间越长,微生物代谢活性越强(P0.05);在同一水力停留时间下,不同进水NO3ˉ-N浓度下微生物平均吸光值(用平均颜色变化率AWCD指示)的大小顺序为50150100mg/L(P0.05),说明进水NO3ˉ-N浓度对微生物代谢活性有一定影响。反应器内微生物对不同碳源的代谢利用由强到弱的顺序是:多聚物氨基类碳水化合物羧酸类胺类酚酸类。不同处理组的Shannon-Wiener指数、Simpson指数、Pielou指数、Mc Intosh指数相互之间差异显著(P0.05),其中HRT为7h、NO3ˉ-N为150mg/L以上处理组微生物多样性指数最高。本实验采用Biolog-ECO板来分析在好氧反硝化反应器中微生物的群落代谢特征,研究结果可为通过碳源调节生物滤池水处理效果提供科学依据,以此提高水处理效率。     

好氧颗粒污泥系统快速启动试验研究

采用3组圆柱型SBR反应器进行活性污泥颗粒化培养,接种浓度分别为12 500mg.L-1,4 400mg.L-1和1 800mg.L-1。由于采用逐步缩短沉降时间这一有效措施,系统启动20d后,颗粒污泥初步形成,污泥浓度可达到6 000~8 000mg.L-1,高于普通活性污泥系统,且沉降性能良好,SVI值在50mL.g-1左右。颗粒污泥的平均粒径稳定在0.2~0.25mm。在活性污泥颗粒化的启动试验中,在生物化学条件相同的条件下,逐步缩短沉淀时间可以加快好氧污泥颗粒化系统的启动。     

台湾海峡南部海域好氧不产氧光合异养细菌对上升流的响应

国内外关于好氧不产氧光合异养细菌(AAPB)和上升流之间关系的研究甚少。本文采用“基于蓝细菌校正的时序红外显微技术”研究了台湾海峡南部近岸上升流中心区AAPB对上升流变化的响应。研究结果发现,在上升流涌升的初始阶段,AAPB和总异养细菌丰度较低;随着上升流的发展,两者丰度均增加并在上升流的成熟期达到最高值;而当上升流衰退时,AAPB和总异养细菌丰度开始下降。在上升流发展过程中,AAPB丰度与叶绿素a浓度在一定范围内呈显著正相关,但同时受环境低磷浓度的限制,总异养细菌丰度与氮、磷、硅营养盐均有显著正相关,表明叶绿素a指示的浮游植物所释放的溶解有机碳和环境中的磷限制可能对AAPB起着更为直接和重要的作用,而营养盐则可能在总异养细菌对上升流的响应中起着重要作用。本研究有助于我们理解AAPB在碳及其他生源要素循环中的作用及其调控机制。     

温度对墨西哥湾扇贝耗氧率及排泄率的影响

于1996年12月至1997年1月在实验室内研究了温度对墨西哥湾扇贝(Argopecten irradians concentricus)的耗氧率和排泄(NH₄-N)率的影响,实验在投饵后6h,静水(盐度32)条件下进行,溶氧量和氨氮量分别采用Winkler滴定法和次溴酸盐氧化法测定.实验结果表明,在实验温度(10～31℃)条件下,不同规格(壳高1.6～4.8cm,软体部干重0.0342～0.6908g)的墨西哥湾扇贝耗氧率的总平均值为2.35mg/(g·h).排泄率总平均值为350.89μg/(g·h).墨西哥湾扇见的耗氧量和排氧量都与扇贝体重呈明显的幂函数关系.在10～28℃范围内,不同规格的扇贝耗氧率都随温度的升高而增加;当水温继续升高到31℃时,耗氧率反而下降.在实验温度(10～31℃)条件下,扇贝的排泄率随着温度的升高而增加,温度对墨西哥湾扇贝的耗氧率和排泄率的影响都可用指数方程表示.本实验证实,高温(31℃)将进一步提高墨西哥湾扇贝蛋白质的代谢水平.耗氧量(O)和排氨量(N)与温度(t)、扇贝软体部干重(W)二元线性回归方程分别为:O=-587.804+36.787t+1697.864W;N=-92.344 9+4.534 1t+276.781 8W.复相关系数r分别为0.880 6和0.8035 ; F检验表明,两个回归方程均极显著(F>F_0.01).     

去眼柄对凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)稚虾耗氧率昼夜节律的影响

采用流水装置测定去眼柄对凡纳滨对虾稚虾 (Litopenaeusvannamei)耗氧率昼夜节律的影响。实验水温为 2 5℃± 0 .5℃ ,实验虾规格为 (2 .2 6 6± 0 .0 13) g。实验结果表明 :1、去眼柄对凡纳滨对虾稚虾耗氧率的高峰和低峰发生的时间产生影响。正常组对虾耗氧率的高峰多发生在夜间 ,低峰多发生在日间 ;去眼柄后 ,对虾耗氧率的高峰和低峰则大都发生在日间 ;2、去眼柄对虾的日间和夜间的平均耗氧率差异不显著 (P >0 .0 5 ) ,而正常对虾夜间平均耗氧率显著高于日间 34.79% (P <0 .0 5 ) ;3、去眼柄对对虾的平均耗氧率未产生显著的影响(P >0 .0 5 )。     

九龙江河口沉积物中硫酸盐还原与甲烷厌氧氧化:同位素地球化学证据

通过沉积物柱孔隙水中甲烷,SO2-4,Cl-,δc(34S-SO2-4)、δc(13 C-CH4)的垂直分布特征,研究了硫酸盐还原和甲烷厌氧氧化(anaerobic oxidation of methane,简称AOM)过程在九龙江河口沉积物中的分布规律.测定结果显示两个站位(J-A和J-E)间隙水中SO2-4浓度随深...     

深海冷泉古菌厌氧甲烷氧化研究进展

在富含甲烷水合物的海相冷泉沉积物中, 古菌厌氧甲烷氧化作用(anaerobic oxidation of methane, AOM)越来越受到人们的重视。目前普遍认为, AOM是由嗜甲烷古菌和硫酸盐还原菌共同调节的生物地球化学过程。16S rRNA基因分析表明, 包括AEME-1、AEME-2和AEME-3在内的多种甲烷古菌参与了AOM的过程, 它们广泛分布于全球大洋海底缺氧带。AOM过程与全球环境变化密切相关, 从深海底部冷泉区向上渗漏的甲烷气体, 绝大部分在穿透缺氧带沉积层过程中被甲烷氧化古菌所消耗, 有效减少了具有强烈温室效应的甲烷气体向大气的释放。对AOM生物地球化学过程的研究, 在认识冷泉系统碳酸盐的形成机理、控制强温室气体甲烷从海底的渗漏和开发可燃冰新能源等方面具有重要意义。     

麻醉剂丁香酚对黄腊鯵耗氧的影响

用不同浓度的丁香酚对体质量为 115～ 175 g的黄腊鲹( Trachinotus blochii)麻醉处理 15 min,每 1分钟测定容器内的氧饱和度 1次.实验结果表明,黄腊鲹的耗氧率明显地受到丁香酚的影响,在各处理组中以 10× 10- 6浓度组的耗氧率为最低( 0.33 mg/(g@ h)), 5× 10- 6浓度组次之( 0.42 mg/(g@ h)),而对照组则较高( 0.57 mg/(g@ h)).同时实验还表明经丁香酚麻醉处理的黄腊鲹鳃活动频率显著地比对照组低.此结果表明了在施用麻醉剂以后,鱼体的活动及对氧气的消耗有明显的下降,丁香酚可以作为活鱼运输过程中有效的麻醉剂.     

竹醋对生活污水好氧处理的强化作用初步研究

采用在生活污水好氧处理之前投加外源物质的方法 ,研究了竹醋 (Bamboo Vinegar,BV)及其主要有机成分 (乙酸 )对污水好氧处理效果的强化作用。结果表明 :1当 VBV/ V污水 的比值达到1 / 1 0 6时 ,BV对污水 CODcr的去除有极显著的强化作用 :CODcr去除率比不加竹醋的对照组提高1 0 %。但是 ,BV对污水中 NH+ 4 - N,T- P的去除率没有影响。 2乙酸单独使用亦可显著提高污水CODcr去除率 ,当 V乙酸 / V污水 为 1 / 1 0 7时 ,强化效果最好 ,CODcr去除率提高 1 3%。由于乙酸具有与BV相似的作用特点 ,所以认为 BV对污水处理效果的强化作用来自其中的乙酸。为了将 BV应用于污水处理中 ,需要进一步研究确定 BV对活性污泥法、生物膜法处理污水的强化效果     

邻苯二甲酸二甲酯及其异构体的好氧微生物降解

3种苯二甲酸二甲酯异构体(邻、间和对苯二甲酸二甲酯)主要应用于化学工业,作为增塑剂和生产聚酯的原料。用邻苯二甲酸二丁酯为惟一碳源,从红树林底泥中驯化、富集、培养、分离得到的微生物对邻苯二甲酸二甲酯(Dimethylphthalate,DMP)及其异构体对苯二甲酸二甲酯(Terephthalate,DMT)和间苯二甲酸二甲酯(Isophthalate,DMI)具有较强的降解作用。此菌株16SrDNA分子生物学的鉴定为Rhodococcusruber1k。实验得出该菌能够在苯二甲酸二甲酯作为惟一碳源和能源的培养基中生长。浓度为50mg·L-1的DMP、DMI和DMT分别在6、10、11d内可以完全被降解;DMP能够在好氧条件下被该菌快速降解,生成邻苯二甲酸一甲酯(monomethylphthalate,MMP)和邻苯二甲酸(phthalicacid,PA)2种主要中间产物,最终可以完全矿化成CO2和H2O;该菌对DMI和DMT的降解速度则比DMP慢。两者的降解中间产物间苯二甲酸一甲酯(MMI)和对苯二甲酸一甲酯(MMT)却不能被Rhodococcusruber1k继续降解而在培养基中积累。结果表明苯二甲酸二甲基酯的3种异构体能够被红树林底泥中的土著微生物降解。降解速度及降解途径与底物的化学结构有密切关系。     

盐胁迫对间歇增氧垂直流人工湿地脱氮性能及微生物群落影响

利用新型间歇增氧垂直流人工湿地,揭示了不同进水N H4+-N浓度下盐度提升对湿地脱氮性能及微生物群落的影响.试验结果表明:间歇增氧垂直流人工湿地在盐胁迫下的脱氮性能明显优于传统垂直流人工湿地,高盐(2.0％ 盐度)对TN去除性能影响较大,对COD去除性能影响相对较小.进水NH4+-N浓度为40 mg/L时,当盐度由0％...     

南海神狐海域水合物发育区浅表层沉积物甲烷周转定量模拟

在天然气水合物发育区海底沉积物中甲烷厌氧氧化作用(AOM)是碳循环的重要组成部分。通过定量计算表层沉积物中甲烷迁移转化通量,可以更准确评估甲烷来源碳对沉积物碳库和海洋深部碳库影响。本文利用反应―运移模型对采集于南海神狐水合物发育区两个站位(SH-W19-PC、SH-W23-PC)采集的孔隙水SO_4~(2-)、溶解无机碳(DIC)、Ca~(2+)剖面进行拟合,同时对DIC碳同位素进行分析,确定近海底沉积物中的碳循环。研究显示两个站位孔隙水中SO_4~(2-)和Ca~(2+)浓度在剖面上随深度呈线性减少,DIC浓度随深度逐渐增加,其δ~(13)C_(DIC)值随深度逐渐降低至约-25‰,表明两个站位存在一定程度的AOM。模拟计算两个站位沉积物孔隙水溶解甲烷向上的通量分别为25.9和18.4 mmol·m~(-2) a~(-1),AOM作用产生的DIC分别占其总DIC量的70.7%和60%。由沉积物向海水中释放的DIC通量占DIC汇的约60%。因此,在天然气水合物发育区向海底渗漏甲烷大部分以DIC的形式进入上覆海水,这些具有极负碳同位素值的甲烷来源的DIC可能对局部深海碳库产生一定的影响。