中性环境中微生物介导下的厌氧铁氧化及生物矿化效应

铁是地球上最丰富也是生物圈利用最频繁的过渡金属元素。它是许多细胞化合物的组成成分,参与了众多的生理功能。在自然界中,随着水体pH和化学组分(如氧浓度)的不同,铁的存在形式和循环途径也大不相同(图1),它既能形成稳定的二价铁化学组分,也能形成稳定的三价铁化学组分。在有氧情况     

冷泉渗漏区海底微生物作用及生物标志化合物

在有冷泉活动和水合物产出的海底环境中,甲烷氧化古细菌和硫酸盐还原细菌十分发育,它们主导着海底天然气(主要是甲烷)的缺氧氧化作用,并在海底碳循环和生物种群繁衍中发挥着重要作用。海底天然气渗漏活动区的甲烷氧化古细菌使渗漏CH4缺氧氧化为HCO3-,硫酸盐还原细菌使SO42-转化为HS-,从而使细菌微生物获得生命所需的能量,生物种群得以发育和繁衍。甲烷氧化古细菌有ANME-1、ANME-2、ANME-3三个种群,形成相应的醚类异戊二烯类和类异戊二烯烃类生物标志物。硫酸盐还原细菌有Desulfosarcina和Desulfococcus两个主要的细菌群落,形成二烃基甘油二醚和脂肪酸生物标志化合物。这种天然气渗漏区内微生物活动产生的生物标志化合物都具有特别负的碳同位素组成,δ13C值为-41.1‰~-95.6‰,说明微生物群落在生命代谢过程中摄取了来自甲烷的碳,同时也反映了天然气渗漏系统缺氧带存在的古细菌和硫酸盐还原细菌活动。     

利用臭氧氧化实现复合生物反应器污泥减量

采用复合生物反应器,对应用臭氧氧化实现污泥减量进行了研究。2个相同的复合生物反应器平行运行,1个作为对照系统,1个作为氧化系统。反应器内装有半软性填料,投加量为10%。曝气池中悬浮污泥浓度为1 500 mg/L左右,生物膜浓度为2 000 mg/L左右。试验结果表明,随着臭氧氧化污泥比例的增加,污泥表观产率系数也随之降低,当臭氧投量为0.05 g O3/gSS,每天氧化的污泥分别为反应器内污泥的10%,20%,30%时,污泥表观产率系数分别减少28.2%,44.9%,75.8%。虽然随着污泥氧化比例的增大,氧化系统出水CODcr略有增加,但氧化系统仍能保持其生物处理能力,CODcr去除率在92%以上;2个系统之间氨氮的去除率相差不大,氧化系统的硝化能力基本没有受到臭氧氧化的影响。     

论生物氧化

一.问题的提出 生物氧化的一个主要特点,就是代谢物在体内的氧化是逐步进行的,能量是逐步释放的。不像有机物在体外燃烧时,发生剧烈的反应。这个特点反映了生物氧化作用有别于一般氧化作用,其电子运动具有一定的特殊性。需要提出一种有别于一般的氧化还原观念,才能对生物氧化现象进行解释。     

海水浓度对生物接触氧化法处理废水的影响

研究了海水浓度对生物接触氧化法处理废水的影响。结果表明,在淡水中添加海水超过35％时,生物接触氧化法去除废水的化学耗氧量(COD)的效果随着海水浓度的增加而降低．添加海水10％～25％时,COD的去除效果好,25％时COD最高总去除率可达87．8％．处理效果几乎与纯淡水的对照组(COD总去除率88．6％)等同。     

台湾海峡西部海域表层沉积物氧化-还原环境探讨

本文根据1984—1985年国家海洋局第三海洋研究所对台湾海峡西部海域环境进行多学科综合调查的沉积化学和底栖生物的资料,概述了该海区表层沉积物的有机质、Eh、Fe~(3+)/Fe~(2+)分布特征。把该海区沉积物氧化-还原环境区划分为三种类型:较强氧化区;弱氧化区;弱还原区。发现本区底栖生物在这三个区的分布差异是:弱氧化区最高;较强氧化区次之;弱还原区最低。     

海洋环境中氧化还原敏感性微量元素的地球化学行为及环境指示意义

依据国内外最新研究成果,初步讨论了氧化还原敏感性微量元素(RSE)Re、Cd、Mo、U、V等的地球化学行为,其中包括海洋沉积物中RSE的来源、RSE在缺氧和无氧海区的沉淀富集机理及其环境指示意义。在此基础上讨论了利用RSE研究氧化还原环境时应注意的一些问题。RSE的沉淀富集机制不尽相同,但具有以下共同特点:①对底层海水的溶解氧浓度敏感。在正常溶解氧条件下,氧化还原敏感性微量元素在海水中呈溶解态稳定存在,而当底层海水处于缺氧或无氧条件时容易发生还原。②当底层海水处于缺氧或无氧条件时,经过沉积物—海水界面过程,受缺氧程度不同的制约,海水中呈溶解态的RSE依次在沉积物中沉淀,出现不同程度的富集。③持续还原条件下,RSE在沉积物中稳定存在;受氧化作用后,容易在沉积物中发生二次迁移和重新富集。不同的RSE其氧化还原电位不同,在氧化还原序列中的位置不同,Re在U之后Mo之前发生还原。因此,RSE在海洋沉积物中的不同富集特征和富集程度可作为还原程度指标研究底层海水的缺氧程度和底质的氧化还原环境。研究RSE的氧化还原环境指示意义,必须对RSE陆源碎屑来源组分进行剔除,同时,还应充分注意到还原沉积区发生氧化后,RSE在沉积物中会发生重新迁移和二次富集。     

生物标志物及其碳同位素在冷泉区生物地球化学研究中的应用

甲烷通量在很大程度上控制着海底冷泉区生物地球化学过程及生态系统。缺氧甲烷氧化(AOM)作用是消耗CH4的一种重要途径,主要是由甲烷氧化古菌和硫酸盐还原菌共同调节的,其反应机制及碳循环可以利用生物标志物及其碳同位素比值来表征。这两种微生物所产生的特定生物标志物都具有相对负的δ13C值,且硫酸盐还原菌生物标志物的δ13C值要比古菌的略偏正,说明在AOM过程中,甲烷碳从古菌到细菌的传递。甲烷通量决定海底冷泉区微生物群落结构,通量高时以ANME-2古菌群落为主,而OH-AR和BIPH两个生物标志物指标可以指示古菌群落结构变化。所以,利用生物标志物及其δ13C值不仅能够证明AOM作用的存在和反应机制,还可以对冷泉区(尤其是古冷泉区)环境及微生物群落结构进行分析和重建。     

48ka以来日本海古生产力和古氧化还原环境变化的地球化学记录

通过对日本海Ulleung盆地KCES-1孔元素地球化学分析,探讨了过去48 ka以来日本海古生产力和古氧化还原环境的变化规律和影响因素。多种替代指标质量累积速率(总有机碳、CaCO3,磷、过剩钡、镉含量)显示日本海古生产力自48 ka以来发生了显著的变化。在48~18 ka低海平面和有限的水体交换导致表层水古生产力相对较低。在18~11 ka随着海平面的上升,富营养盐水团(亲潮和东海沿岸流水团)的流入导致古生产力逐渐增大,在12.6~11.5 ka古生产力达到最大值。在全新世对马暖流成为影响古生产力变化的重要因素,并且自5 ka以来古生产力保持相对稳定。古氧化还原替代指标(总有机碳、钼、铀、锰、碳与硫含量之比、自生铀、自生钼含量)显示在12~9 ka日本海底层水可能为无氧环境。古生产力高和底层水体有限的交换是诱发底层水缺氧的主要因素,而这又与全球气候变化和海平面变化有关。     

渤海南部沉积物中的活性铁及氧化还原环境

研究了渤海南部沉积物中的活性铁、沉积物粒度、氧化还原环境及其关系。结果表明，沉积物中的活性铁与沉积物颗粒度大小关系不大，河流输入物对沉积物活性铁浓度有重要影响，沉积物中活性铁与其氧化还原环境有密切关系。     

生物标志物梯烷脂指示胶州湾厌氧氨氧化活动

厌氧氨氧化是重要的氮脱除途径,对海洋中的氮循环,尤其是人类活动影响下海湾的氮循环起重要作用。梯烷脂作为厌氧氨氧化的生物标志物,能指示不同生态系统中的厌氧氨氧化活动,但其在海湾环境中的来源以及对人类活动影响的响应尚未明确。本文对人类活动影响下的典型海湾——山东半岛的胶州湾海域进行研究,通过分析胶州湾表层沉积物中梯烷脂及其他有机质指标,来研究海湾中有机质及厌氧氨氧化菌的来源及梯烷脂对环境因子的响应。研究显示厌氧氨氧化活动在胶州湾海域普遍存在。对总有机质参数(TOC,δ~(13)C和TOC/TN)与有机质来源贡献指标(TMBR和BIT)的分析显示胶州湾海域表层沉积物有机质以海源为主(BIT指示为83%、TMBR指示为54%),但各有机质来源指标与海湾中梯烷脂含量无明显相关。对梯烷脂总量及不同种类梯烷脂占比的分析显示,梯烷脂主要来自夏季水体中的颗粒物,且在梯烷脂总量较高的区域,梯烷脂可能主要受河流输入及污水排放的影响。主成分分析显示海湾沉积物中梯烷脂与营养盐及溶解氧含量受相同因子所调控,表明梯烷脂可以在胶州湾指示人类活动对海水环境质量的影响。这也为沉积物中梯烷脂在海湾环境,乃至其他边缘海环境中对人类活动的指示作用提供了新思路。     

南海深水底质中氧化还原带的有孔虫壳体沾染

海洋底质表层沉积物中的有孔虫壳体沾染上锰质微粒是沉积介质化学条件的反映。南海深水底质沉积物的四个沉积带中分别峭同量有孔虫沾染壳,有孔虫沾染壳的比例在垂向上的分布存在着这样一个规律：最上部的氧化带中较少;其下覆的氧化还原接触带中最多;至氧化还原过渡带和还原带中又变少。这说明有孔虫壳体在埋葬过程中经历了一个无沾染白色壳→沾染壳→无沾染白色壳的变化,也反映了表层沉积物孔隙中锰的生物地球化学过程。沉积物中     

黄河口外沉积物氧化还原环境的表征

为了评价黄河口外石油开发区沉积物的氧化还原特征,本文根据2002年9月航次所取得的黄河口外41个柱状沉积物样品,研究了该区沉积物氧化还原特征参数Fe^3 ,Fe^2 ,Fe^3 ／Fe^2 及Eh,Es和有机碳、氧化还原度(ROD)等的分布特征,以及这些参数之间的相关关系。研究表明,Fe^3 ,Fe^2 ,Fe^3 ／Fe^2 及Eh,Es和有机碳、氧化还原度(ROD)等在表层沉积物中各站之间的差别不大。Fe^3 和Fe^2 在0～40cm深度范围内变化比较复杂。40cm以后变的相对比较稳定。而Eh和Es有随深度减小的趋势,ROD在整个研究区都小于1,有机碳的含量高于整个渤海的平均值。综合所有氧化还原特征参数的特征,可确认该区沉积物的氧化还原环境为还原性,该还原性特征主要是由有机碳控制的,而活性铁的贡献不明显。     

南海北部神狐海域现代沉积物中硫酸盐还原菌和硫氧化菌的检出:脂肪酸生物标志物的指示

对南海北部神狐海域Site 4B站位现代沉积物中脂肪酸组分进行了分离,主要讨论了支链脂肪酸和单不饱和脂肪酸的来源,认为i/a-C15∶0、i/a-C17∶0、16∶1ω5和18∶1ω9来自硫酸盐还原菌(SRB),而16∶1ω7t/c和18∶1ω7来自硫氧化菌(SOB)。沉积物中SRB和SOB分布形式可能和硫酸盐还原作用生成硫化物、硫化物又被氧化生成硫酸盐和元素硫、元素硫歧化作用生成硫化物和硫酸盐有关,并在整个硫循环系统中SRB起到主导作用;而在95~97cm层位剧增的SRB和SOB生物量与站位附近底辟构造活跃带来深部大量的营养流体有关。     

去极化方法测定海水的氧化还原电位初探

采用去极化法测量氧化还原标准溶液——醌氢醌标准溶液,初步探讨了去极化法测定氧化还原电位的准确度,结果发现运用去极化方法测定氧化还原电位是一种快速、准确的方法,相对传统方法而言,具有测量时间短、测量精度高、数据重现性好的优点。进一步开展去极化方法测定海水氧化还原电位,为海洋氧化还原电位的快速测量提供依据。     

南极罗斯海氧化还原敏感元素沉积地球化学特征及其古海洋意义

大洋深部氧化还原环境与深部水体流通状况以及表层水体生产力密切相关。表层生产力与深部流通性变化影响着有机碳-呼吸CO2的转化及其在海洋-大气中的转移,最终与大气CO2分压(pCO2)变化密切相关。故探明大洋深部氧化还原环境的变化对于解决大气pCO2冰期旋回机制具有重要意义。本次研究以中国第31和32次南极科考获得的南极罗斯海柱状岩心ANT31-R23及表层样为研究材料。通过元素钙、钛,以及氧化还原敏感元素(RSE)锰、钼、镍、钴、镉的测试分析,以表层样中RSE与Ti的比值作为判断ANT31-R23孔中相应RSE富集程度的背景值。结果显示,Mn在沉积期均表现出富集,表明罗斯海深部在该孔沉积期为氧化环境。根据Mn在不同层位出现的富集峰识别出4次强氧化脉冲事件,可能由南大洋底层水流通性增强和/或生产力降低导致。4次氧化脉冲事件层位中Mo、Ni、Co的明显富集,是由于锰(氢)氧化物对其捕获或吸附所致。此外,推测分析认为罗斯海对冰期大气pCO2降低似乎没有明显贡献,但很可能对冰消期大气pCO2迅速升高起重要作用。然而这些有关南极罗斯海深部氧化还原环境与大气pCO2变化之间关联的推测,有待后续该孔精确年代模式的构建,方可进一步验证。     

刍论大连湾底质地化环境

本文根据1987年的调查资料,总结阐述了大连湾底质地化环境诸要素的分布规律及其特征,运用相关分析法,通过多元回归计算求得了诸要素之间的关系。经过综合因素分析,得出了大连湾氧化还原环境分区、还原环境的成因及发展趋势。