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。     

九龙江口肥水-缢蛏养殖塘厌氧氨氧化微生物活性研究

缢蛏串联养殖经由饵料藻类养殖塘(俗称肥水塘)投放适量含氮化合物以提高生产效率,了解此过程中的沉积物氮转化对调控和管理河口养殖塘氮的收支具有重要意义。以福建九龙江口肥水-缢蛏养殖塘为研究对象,运用同位素示踪技术和高通量测序技术探究缢蛏塘和肥水塘沉积物厌氧氨氧化速率及微生物群落结构,并分析其环境调控机制。结果表明,肥水塘沉积物厌氧氨氧化速率为(1.76±0.11) nmol/(g·h),相对贡献为9.16%±0.40%,显著高于缢蛏塘(P<0.05)。缢蛏塘和肥水塘厌氧氨氧化微生物主要由Candidatus Scalindua、Ca.Kuenenia、Ca.Brocadia和Ca.Anammoximicrobium属组成。其中,Ca.Kuenenia属为养殖塘的优势菌属。沉积物厌氧氨氧化微生物多样性和丰富度呈显著的空间分布特征,肥水塘中生物多样性更高(P<0.05)。厌氧氨氧化微生物活性和群落结构差异主要受养殖土地利用方式、溶解氧(DO)、NH₄⁺和NO₃^-含量等环境因子的调控。该研究在一定...     

8种湿地植物的生长状况及泌氧能力

湿地植物是人工湿地的核心部分,筛选优良的植物种类,将有利于充分发挥湿地植物的功能,提高人工湿地污水处理的能力.分析4种须根型植物香蒲(Typha orientalis)、美人蕉(Canna indica)、灯芯草(Juncus effusus)、纸莎草(Cyperus papyrus)和4种根茎型植物菖蒲(Acorus calamus)、再力花(Thalia dealbata)、芦竹(Arundo donax)、黄菖蒲(Iris pseudacorus)在厌氧、水培条件下的生长状况及根系泌氧特性;比较它们的根和茎叶生物量、相对生长速率(RGR)、根长、根孔隙度和泌氧量(率)等生理生态特性.结果表明,8种湿地植物在厌氧条件下生长状况良好;其中,须根型植物的生物量、RGR和泌氧能力均显著优于根茎型植物.在相同光照条件下,灯芯草的泌氧率最大,为192.62μmol O2/(d·g(DWroot)),而黄菖蒲的根系泌氧率最小,仅为68.81μmol O2/(d·g(DWroot)).各植物根系泌氧率大小为:灯芯草纸莎草香蒲美人蕉菖蒲再力花芦竹黄菖蒲.方差分析显示:植物根系泌氧率与根孔隙度呈极显著正相关,而植物泌氧量与RGR、各生物量呈极显著正相关,但与根茎比呈显著负相关.     

自组装膜进样质谱系统及其在砂质沉积物异化硝酸盐还原研究中的应用

沉积物中的异化硝酸盐还原过程对于海洋氮循环起着至关重要的作用。基于15N标记的培养技术是目前测定沉积物异化硝酸盐还原的主要手段。准确快速测定15N标记的产物(29N2、 30N2)是量化异化硝酸盐还原各个过程速率的关键。本研究自行组装膜进样质谱系统用于29N2和30N2的测定,对其测量条件进行了优化。结果表明,进样蠕动泵进样流速0.80 mL/min,进样时间3~3.5 min,恒温槽温度20~25℃,同时铜还原炉温度在300~600℃的条件下,^29N2/^28N2和^30N2/^28N2的测试精密度分别可以控制在0.1%和1%以内,比较适合29N2和30N2的测定。利用自组装的膜进样质谱系统结合15N标记的培养技术研究了青岛石老人沙滩沉积物中的异化硝酸盐还原过程。石老人沙滩沉积物不存在将硝酸盐完全还原为氮气好氧的反硝化。厌氧铵氧化、厌氧反硝化和异化硝酸盐还原为铵(Dissimilatory Nitrate Reduction to Ammonium,DNRA)的潜在速率(以湿沉积物N计)分别为(0.05±0.01) nmol/(cm^3·h),(2.32±0.21) nmol/(cm^3·h)和(1.02±0.15) nmol/(cm^3·h)。厌氧反硝化是硝酸盐异化还原主要的贡献者,其比例接近70%,其次是DNRA,比例可达30%,而厌氧铵氧化的贡献最低,仅为1%。在N2产生过程中,主要贡献者是反硝化,厌氧铵氧化的贡献仅为2%。     

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。     

过氧化钙在处理厌氧底泥中的应用初探

为改善河道厌氧底质及内源氮、磷等营养盐释放问题,考察对沉水植被恢复的影响,研发可同步解决沉积物供氧和削减内源氮、磷释放的氧缓释材料.实验通过向沉积物-水界面处散点注射不同剂量的过氧化钙(Ca O2),研究界面处溶解氧的动态变化特征及表层沉积物与底层水体之间溶解态氮、磷的交换过程.结果表明:添加Ca O2显著提高了界面处底层上覆水溶解氧浓度,随着Ca O2浓度的增加溶解氧浓度增加,不同处理组之间具有显著差异;Ca O2对沉积物中PO3-4-P释放具有明显的抑制作用,且随Ca O2浓度的增加抑制效果愈加明显,上覆水中可溶性活性磷浓度最大可削减98%.实验开始时,磷释放速率可降至-241.916±22.501 mg/(m2·d),降幅最高可达到144%;Ca O2对沉积物NH+4-N释放的抑制效果不佳,上覆水中NH+4-N浓度随着时间的变化波动性较大,且有逐渐增大的趋势.另外,添加Ca O2会显著提高底层上覆水p H值,不同处理组之间差异显著,但当Ca O2投加量小于0.529 kg/m2时,不会对苦草种子的萌发生长有显著影响,p H值波动在可接受范围内(7.62~10.87).因此,结合污染沉积物的状况,适当地投加Ca O2有望同步解决底质厌氧、内源磷释放及后期沉水植被定植底质生境改善的问题,可推荐为一种黑臭污染底泥治理技术在实际的河道生态工程中应用,其适宜浓度为0.176 kg/m2左右.     

南海东北部HD196A岩心的自生条状黃铁矿

自生黄铁矿是海洋沉积物缺氧硫酸盐还原过程的主要产物。南海东北部的HD196A岩心中发现大量条状的自生黄铁矿,以中空或实心为主。含量分析表明,岩心500cm附近为黄铁矿富集带,与沉积物有机碳(Corg)、硫酸盐[SO4]2-、甲烷(CH4)以及碳酸钙(CaCO3)的地球化学特征分界一致,是岩心的沉积边界,反映了沉积物所处的缺氧环境。岩心沉积物地球化学剖面表明,有机质参与的硫酸盐还原过程和甲烷厌氧氧化作用是黄铁矿形成的主要因素。黄铁矿异常可以作为指示沉积物甲烷异常的标志之一。     

形成湿地的“淹埋深-历时-频率”阈值研究进展

湿地水文是形成湿地的发生学因素,“淹埋深-历时-频率”(S, D, F)是表征湿地水文的特征指标。为了推进(S, D, F)阈值研究理论和方法的发展,总结了(S, D, F)阈值研究的一致结论:S阈值确定的原则是水饱和至地表;D阈值确定的原则是从水饱和开始到厌氧环境形成的时滞;F阈值应取≥50%。通过对这些一致结论的分析后认为:D阈值确定的原则存在着科学性问题;目前(S, D, F)阈值研究理论针对正常情况下湿地类型,不适合非正常情况下的湿地类型。为了科学地解决(S, D, F)阈值问题,必须构建新的(S, D, F)阈值确定的理论和方法,包括正常情况下和非正常情况(S, D, F)阈值确定的理论和方法以及(S, D, F)阈值科学性检验的理论和方法。     

海洋沉积物甲烷厌氧氧化作用(AOM)及其对无机硫循环的影响

甲烷厌氧氧化作用(AOM)在调控全球甲烷收支平衡以及缓解因甲烷引起的温室效应等方面扮演着十分重要的角色,成为近些年来海洋生物地球化学领域的研究热点之一.一般而言,海洋沉积物孔隙水硫酸盐还原主要是通过2种反应途径来完成,即氧化有机质途径和AOM途径.长期以来,与有机质氧化途径相关的硫酸盐还原作用研究已有充分展示,而由AOM驱动的硫酸盐还原及其对自生硫化铁形成与埋藏的重要贡献却被严重低估.侧重从生物地球化学、同位素地球化学等角度,综述近些年来不同环境条件下海洋沉积物AOM作用发生的地球化学证据和AOM对沉积物孔隙水硫酸盐消耗比例的贡献大小及其调控因素.AOM过程产生的H2S会与沉积物中活性铁结合形成自生铁硫化物.与沉积物浅表层条件相比,AOM过程固定的自生铁硫化物不容易发生再氧化,更利于在沉积物中埋藏保存起来.AOM与海洋沉积物硫酸盐还原作用相偶联,由AOM驱动的硫酸盐还原过程对海底自生铁硫化物形成与埋藏的重要贡献不容忽视.该综述有助加深对海洋沉积物AOM作用的认识及其对硫循环的全面理解.     

褐煤中天然产甲烷菌富集培养与生物气产出模拟

采用厌氧培养方法,在云南省昭通褐煤样品中成功地培养富集了活性厌氧细菌,并进一步开展了为期60天的生物气生成模拟实验,分析了生物气的生成规律、物质组成和成因机制。结果揭示：3件褐煤样品中均有活性厌氧细菌存在,以纤维素分解菌为主,活性硫酸盐还原菌极其微少,说明昭通盆地褐煤层具有较强还原性的生化环境,有利于产甲烷菌的繁盛;生物气的生成经历了生气量缓慢增长、显著增高、趋于减缓三个阶段,表明产甲烷菌在经历了第一阶段缓慢繁殖后,其数量和活性在第二阶段达到较高水平;3件煤样生气量和生气历程存在一定差别的原因,可能在于原煤中活性产甲烷菌数量以及显微组分组成方面存在差异,褐煤生物气生成过程至少存在两个以上的生气高峰阶段。模拟实验中产生的生物气几乎全部由CH4和CO2组成,且CH4占主要部分,几乎没有检测到重烃气。甲烷气体δ13C1和δD的平均值均处于生物甲烷碳、氢同位素组成的正常分布范围。