闽江河口湿地围垦稻田对土壤铁碳结合特征的影响

土壤铁氧化物结合态有机碳是有机碳长期维持的主要途径,但其机理研究仍较为薄弱。为探究河口湿地围垦稻田对土壤铁碳结合特征的影响,本研究选择福建省闽江河口天然芦苇湿地与围垦稻田为研究对象,对两种类型土壤中的铁结合态有机碳(Fe-OC)及其相关指标进行测定与分析。结果显示:①芦苇湿地围垦稻田改变了土壤氧化还原过程,显著影响土壤中铁相的转化。围垦后土壤二价铁[Fe(Ⅱ)]、三价铁[Fe(Ⅲ)]、活性总铁含量(HCl-Fe_(t))及Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)分别显著下降了24.68%、52.56%、51.45%、35.68%(P<0.05)。游离态氧化铁(Fe_(d))与无定形态铁(Fe_(o))含量分别显著下降了21.64%和29.24%(P<0.05),络合态铁(Fe_(p))含量则有所增加。②芦苇湿地围垦稻田显著影响土壤碳固存,Fe-OC与土壤有机碳含量(SOC)在围垦稻田后分别显著下降了39.03%和18.42%(P<0.05);芦苇湿地与稻田土壤Fe-OC均主要以吸附途径结合,稻田土壤Fe-OC对土壤有机碳的贡献率(fFe-OC)显著高于芦苇湿地(P<0.05)。③土壤全氮、含水量、电导率、铁以及土壤有机碳、溶解性有机碳与Fe-OC呈显著正相关(P<0.01)。本研究可为退耕还湿、土壤碳增汇提供科学参考。

自然生态系统中的厌氧氨氧化

厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation,anammox)是由anammox菌在缺氧条件下以氨为电子供体、以亚硝酸为电子受体的生物反应,反应产物为氮气,该反应的发现为全球氮素循环增添了新的内容。参与anammox反应的微生物是anammox菌,anammox菌是一群分支很深的浮霉状菌,目前已发现的anammox菌有5个属8个种。催化anammox反应的是一特殊的细胞结构-厌氧氨氧化体,每种已发现的anammox菌中都存在该特殊结构。有关anammox反应的生化机理目前普遍认为,NO和联氨(N2H4)是anammox反应的重要中间体,NO可将NH4+直接氧化,形成N2H4,N2H4在联氨氧化酶的作用下最终转化为氮气。Anammox最初发现于人工脱氮系统,已发现的8种anammox菌中7种来自于人工系统。但越来越多的证据表明,anammox菌广泛分布于自然界的海洋、淡水和陆地生态系统中,在区域氮素循环中起着不同程度的作用。影响自然生态系统中anammox反应的主要环境因子包括有机质含量、NO3-浓度和盐度等,但在不同的生态系统,anammox反应的主导影响因子存在较明显差异。综述了anammox菌的类群和生化反应机理,总结了anammox菌在各种自然生态系统中的分布与生态多样性,论述了anammox反应在全球氮素循环中的重要性以及影响此过程发挥的主要环境因子。

甲烷厌氧氧化微生物的研究进展

甲烷是一种重要的温室气体,其对全球气候变暖的贡献率约占20%。微生物进行的甲烷厌氧氧化(Anaerobic oxidation of methane,AOM)是减少自然环境中该温室气体排放的重要生物途径。根据耦联反应的不同,可将AOM分为两类,即硫酸盐还原型甲烷厌氧氧化(Sulphate-dependent anaerobic methane oxida-tion,SAMO)和反硝化型甲烷厌氧氧化(Denitrification-dependent anaerobic methane oxidation,DAMO),前者以SO42-作为AOM的最终电子受体,后者以NO2-/NO3-作为AOM的最终电子受体。深入了解这两种类型AOM的发生机理,有助于更好地理解该生物过程的重要性,为AOM工艺的开发提供理论依据。鉴此,本文简要介绍了不同类型的AOM及其参与的微生物,着重阐述了其发生机理,并探讨了AOM未来的研究方向与应用前景。

亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化微生物生态学研究进展

亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化(nitrite-dependent anaerobic methane oxidation,N-DAMO)是指以亚硝酸盐为电子受体将甲烷氧化为二氧化碳的微生物生理过程。虽然目前人们对于N-DAMO的研究主要集中于人工环境,但不断有证据表明N-DAMO菌广泛分布于不同类型生境(如河流、湖泊、湿地和海洋等)中,且在部分生境中已被证实N-DAMO反应的发生。这表明N-DAMO是一种被忽视的甲烷汇,其在全球温室气体减排中可能起着重要作用。本文介绍了N-DAMO菌的分类和生化反应机理,总结了N-DAMO菌在不同自然生态系统中的分布特征与作用强度,浅析了影响N-DAMO菌在自然生态系统中分布和发挥作用的主要环境因子,并探讨了N-DAMO反应作为一种被忽视的甲烷汇在控制温室气体排放中的贡献。

内陆湿地与水体甲烷厌氧氧化功能微生物研究进展

内陆湿地与水体(如湖泊、河流、水库等)是温室气体甲烷的重要排放源。微生物介导的甲烷厌氧氧化(anaerobic oxidation of methane,AOM)反应在控制内陆湿地与水体甲烷排放中起着不可忽视的作用,对缓解全球温室效应具有重要意义。内陆湿地与水体易形成缺氧环境,且电子受体的种类和数量繁多,是发生AOM反应的理想生境。近年来,不断有研究表明,内陆湿地与水体中存在多种电子受体(NO^(-)_(2)、NO^(-)_(3)、SO^(2-)_(4)、Fe(Ⅲ)等)驱动的AOM途径。NC10门细菌和甲烷厌氧氧化古菌(anaerobic methanotrophic archaea,ANME)的一新分支ANME^(-)_(2)d主导了湿地和水体环境中的AOM反应,其中ANME^(-)_(2)d具有根据环境条件选择不同电子受体的潜力。研究系统综述了内陆湿地与水体中不同电子受体驱动的AOM途径及其参与的主要功能微生物类群;分析了AOM反应在控制温室气体甲烷排放中的作用及其环境影响因素;总结了相关功能微生物的分子生物学检测方法及甲烷厌氧氧化活性测定的同位素示踪技术。最后,对未来相关研究方向进行了展望。

发酵产氢的影响因素Ⅱ.反应器类型、营养条件和环境条件

发酵产氢技术在国内外受到了普遍关注,然该过程是一个极其复杂的生物过程,受诸多因素的干扰。如何优化产氢过程,确保稳定、持续和高效的产氢能力已成为发酵产氢研究的重点课题。本文在查阅了国内外大量文献的基础上,总结了主要影响因子(包括接种物、基质、反应器类型、营养条件和环境条件)对发酵产氢的影响,对发酵产氢未来的研发工作提出了建议。本部分主要针对反应器类型、营养条件和环境条件三类影响因素进行探讨,接种物和基质的影响已在Ⅰ部分进行了论述。

发酵产氢的影响因素Ⅰ接种物和基质

发酵产氢技术在国内外受到了普遍关注,然而该过程是一个极其复杂的生物过程,受诸多因素的干扰。如何优化产氢过程,确保稳定、持续和高效的产氢能力已成为发酵产氢研究的重点课题。本文在查阅了国内外大量文献的基础上,总结了主要影响因子(包括接种物、基质、反应器类型、营养条件和环境条件)对发酵产氢的影响,对发酵产氢未来的研发工作提出了建议。本部分主要针对接种物和基质两种影响因素进行探讨,其它因素将在Ⅱ部分进行论述。

DAMO过程中甲烷传质模型的建立与验证

以甲烷为电子供体还原亚硝酸盐的反硝化型甲烷厌氧氧化(denitrification anaerobic methane oxidation,DAMO)是最近环境科学与工程领域的一个重大发现。虽然DAMO过程释放的自由能非常大,但是DAMO微生物生长却极其缓慢,细胞倍增时间长达一个月以上,DAMO富集培养物难以获得。由于甲烷是一种不易溶于水的气体,因此一般认为甲烷是DAMO微生物富集培养的限制因素,对此建立了甲烷在气-液-菌三相间的传质模型,研究了甲烷溶解度和传质阻力对DAMO微生物富集培养的影响。根据模型分析,得到了DAMO比活性与气相甲烷分压和甲烷传质阻力间的关系式,并通过DAMO活性实验验证了该关系式。

发酵产氢的动力学模型

发酵产氢已经建立和应用了一些动力学模型。对描述批次发酵产氢过程的动力学模型,描述各种因子对其影响的动力学模型,以及探讨基质降解速率、产氢细菌(HPB)生长速率和产物形成速率关系的动力学模型进行了综述分析。分析表明,改进的Gompertz模型被广泛用于描述批次发酵产氢过程;Monod模型则广泛应用于描述基质浓度对基质降解速率的影响;改进的Han-Levenspiel模型可描述抑制剂浓度对发酵产氢的影响;Arrhenius模型用于描述温度对发酵产氢的影响;Andrew模型可描述H+浓度对比产氢速率的影响;稀释率对发酵产氢影响的动力学模型需要根据系统特点选用不同的模型,包含了生物衰减的双基质模型更适用于描述连续搅拌罐反应器中稀释率对产氢速率、生物量和葡萄糖、蛋白胨、氨氮、甲酸盐、丁酸盐浓度的影响;Luedeking-Piret及其改进型模型被大量用于描述HPB生长速率与产物形成速率间的关系。同时,对这些动力学模型未来所要做的工作提出了建议。

厌氧消化工艺的金属抑制现象

厌氧消化是一种非常有用的废物处理方式,既能实现污染控制,又可回收能源,具有多种优势。而金属抑制是导致厌氧消化工艺运行不稳定的重要原因之一。综述了厌氧消化工艺金属抑制相关研究进展,分析了抑制机制,总结了其影响因素,并提出了解毒对策。分析表明,由于所用接种污泥、废物成分、试验条件和方法各不相同,金属抑制效应也各异。微生物驯化以及在厌氧消化前采取沉淀、吸附和螯合等方法,可减弱金属的抑制作用,从而显著改善废物处理的效率。

稻田亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化对大气CO_(2)浓度缓增的响应

亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化(nitrite-dependent anaerobic methane oxidation,n-damo)是控制稻田甲烷排放的一种新途径,但有关其对大气CO_(2)升高的响应尚不清楚。依托开顶式气室组成的CO_(2)浓度自动调控平台,设置环境CO_(2)浓度处理(CK)和CO_(2)缓增处理(EC:每年增加40μL·L^(–1),至采样时CO_(2)浓度为CK+160μL·L^(–1))。采用稳定性同位素示踪、定量PCR和高通量测序等手段,分析不同CO_(2)处理下水稻关键生育期(分蘖期、拔节期和开花期)稻田n-damo活性及其功能微生物Candidatus Methylomirabilis oxyfera(M.oxyfera)-like细菌的丰度、多样性和群落组成。结果发现,供试土壤中n-damo活性为0.31~5.09 nmol CO_(2)g^(–1)·d^(–1),M.oxyfera-like细菌丰度为7.51×10^(6)~5.49×10^(7)copies·g^(–1)。CO_(2)缓增一定程度上刺激了土壤中n-damo活性以及M.oxyfera-like细菌丰度,且在拔节期达到显著性水平:活性和丰度分别增加了137.9%和96.0%。同时还使M.oxyfera-like细菌的群落组成发生显著改变,并影响其多样性。EC处理下土壤可溶性有机碳含量和无机氮含量的改变很可能是导致n-damo活性及M.oxyfera-like细菌群落结构发生变化的重要原因。综上,稻田n-damo过程对大气CO_(2)浓度缓增具有正响应。

UASB反应器模型的研究进展

升流式厌氧污泥床(UASB)是一种高效、经济的厌氧生物反应器。迄今已有大量的研究旨在构建UASB反应器的数学模型,实现反应器设计和运行优化。本文综述了UASB反应器的各种数学模型,包括:水力学模型(轴向扩散模型、体积渐增式CSTR模型即ISC模型)、反应器模型。

大气CO_(2)浓度缓增对稻田土壤甲烷氧化过程的影响

微生物介导的甲烷好氧氧化,对控制稻田甲烷排放起着重要作用。本文从基因、群落、活性等多个层次上解析CO_(2)浓度缓增对稻田土壤甲烷好氧氧化过程的影响及其作用机理。依托于田间CO_(2)浓度自动调控平台,在背景CO_(2)浓度(AC)基础上,设置了CO_(2)浓度缓增处理(每年增加40μL·L^(-1),持续4年)(EC)。采用室内泥浆培养以及高通量测序和定量PCR技术,对不同CO_(2)处理下水稻关键生育期(分蘖期、拔节期、扬花期和乳熟期)土壤中的甲烷氧化潜势及其功能微生物的丰度和群落结构进行了系统研究。结果表明:大气CO_(2)浓度升高促进了稻田甲烷氧化潜势和甲烷氧化菌丰度的增加;CO_(2)浓度升高还使得土壤中甲烷氧化菌的群落结构发生了显著变化,其优势菌从Ⅱ型菌转变为Ⅰ型菌。CO_(2)浓度升高所致的土壤中甲烷、氧气浓度以及氮素水平等的改变很可能对稻田甲烷氧化过程产生了重要影响。综合本研究发现,稻田甲烷氧化过程对大气CO_(2)浓度缓增具有积极的响应作用,这对全球气候变暖有一定的缓解作用。

“现代生态学”研究生全英文课程建设探讨

"现代生态学"是南京信息工程大学针对生态学专业研究生开设的第一门全英文专业课程。教学全程使用英文,这对教师的教学水平和学生的学习能力都是一个考验,教学效果关系到课程的建设成效。文章从教材选用、课程体系、师资队伍和课程评价方式等方面分析和讨论了研究生全英文课程教学改革和实践过程,提出了课程的建设思路,以期为其他全英文课程提供参考。

灭滴灵药物干髓剂的临床运用

目前药物干髓剂配方各异,干髓后残髓炎的复发率也较高。我科从1989年以来,采用以灭滴灵为主要成份的药物干髓剂,疗效十分满意,现报告如下。 1.配方制作:采用上海第二医科大学材料厂生产的干髓糊剂为原料,取灭滴灵粉1.0g、乙酰螺旋霉素粉0.2g、庆大霉素粉0.2g、氢氧化钙粉0.1g,均匀混合后装入有色瓶中备用。使用时将干髓剂粉与药粉以3:1比例混合,再与干髓剂液(加少量樟脑酚)调合成药物干髓糊剂,作干髓术,现配现用。 2.适应证:除常规干髓法适应证外,还可用于急性根尖周炎后恢复较好但又不适合作根管治疗的后牙(X线片下根尖无阴影)、

西湖底泥中厌氧氨氧化菌的分子生物学检测

厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation,anammox)在海洋氮素循环中起了重要作用,而有关天然淡水生态系统中anammox的研究报道并不多.本研究采用16SrRNA基因克隆文库技术首次考察了西湖淡水底泥中anammox菌的分布与种群多样性水平.16SrRNA系统发育分析表明,西湖底泥中的anammox菌种群多样性水平较高,明显高于目前已报道的大部分自然生态系统,检测结果发现Brocadia,Kuenenia,Scalindua三个属的anammox菌共存于西湖底泥中.此外,本研究在西湖底泥中还发现了两个新的anammox菌序列群,其与目前已知anammox菌的序列相似度都较低(分别仅为92.9%～93.3%和91.6%～92.7%).与海洋底泥不同(海洋底泥中Scalindua属的anammox菌占主导地位),西湖淡水底泥中Kuenenia属的anammox菌明显占优.

亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化微生物特性研究进展

亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化(nitrite-dependent anaerobic methane oxidation,N-DAMO)是新近发现的生物反应,是偶联碳氮循环的关键环节,是环境领域和微生物领域的重大发现.N-DAMO的发现对于完善碳氮生物地球化学循环、丰富微生物学内容和研发新型生物脱氮除碳工艺均具有巨大的推动作用.催化N-DAMO反应的微生物为Candidatus Methylomirabilis oxyfera(M.oxyfera),其隶属于一新发现的细菌门——NC10门.近年来,M.oxyfera的生物学研究取得了许多突破性进展,如初步探明了其个体形态特征、细胞化学组分特征、富集培养特征、生理生化特征及生态学特征,最突出的例子包括发现了M.oxyfera独特的细胞(星状)形态及特殊的脂肪酸(10Me C16∶1Δ7)组分等.最近,N-DAMO的机制研究方面也有了突破性进展:发现了地球上第4种生物产氧途径.目前认为,M.oxyfera具有内产氧功能,其首先将NO-2还原为NO,然后将2分子NO进行歧化反应生成N2和O2,最后利用生成的O2对甲烷进行氧化.本文系统地介绍了M.oxyfera各方面的微生物特性.

Biolog和PCR-DGGE技术解析椒江口沉积物微生物多样性

采用Biolog和PCR-DGGE技术对椒江口6个站位表层沉积物群落水平的微生物代谢功能和以16S rRNA基因标记的细菌遗传多样性进行分析,并对其代谢功能和群落结构与沉积物污染物等参数进行冗余梯度分析(Redundancy gradient analysis,RDA)和典范对应分析(Canonicalcorrespondence analysis,CCA).Biolog分析结果表明,微生物群落整体代谢活性由高到低的顺序为:潮间带(B1、B2)、入海口处(A3)>入海口内(A1、A2)>入海口外(A4);碳源代谢的Shannon-Wiener多样性指数范围为2.09～3.25,由高到低的顺序为:潮间带(B1、B2)、入海口处(A3)>河道内(A1)>近入海口处(A2)>入海口外(A4);潮间带、入海口处及河道内的微生物对各类碳源的相对利用率较平均,而近入海口处和入海口外的微生物群落对聚合物的相对利用率较高,对氨基酸类和胺类的相对利用率较低.DGGE图谱分析表明,细菌群落结构沿河口盐度梯度存在空间异质性,但两潮间带站位的相似度高(82.27%);遗传基因的Shannon-Wiener多样性指数范围为1.68～2.87,由高到低的顺序为:潮间带>入海口处>入海口外>近入海口处>河道内.群落代谢功能与理化因子的RDA显示,有机质和硝基苯的分布能较好地解释微生物群落代谢功能的变化;群落遗传结构与理化因子的CCA显示,硝基苯和多环芳烃的分布能较好地解释细菌群落遗传结构的变化.综上结果认为,椒江口沉积物的微生物代谢及遗传多样性符合典型的河口特征,但入海口内微生物沉积环境已表现出对某些化工污染物的响应.

新型厌氧氨氧化反应器脱氮性能及过程动力学特性的研究

对新型厌氧氨氧化折流板反应器的启动和运行性能进行了研究,并对其过程动力学特性进行了分析.试验中采用了两种启动策略:一是固定水力停留时间(HRT)(24h)并逐步提高进水基质浓度,二是固定进水浓度并逐步缩短HRT.结果显示后者(低基质浓度高水力负荷)更利于厌氧氨氧化反应器的启动.当厌氧氨氧化反应成功启动后,消耗的氨氮亚硝酸氮以及产生的硝酸氮的比值为1:(1.22±0.18):(0.13±0.06),接近理论比值.当进水总氮浓度为434mg.L-1,水力停留时间为3h,容积总氮负荷为3.45kg.m-.3d-1时,在153d取得了最大容积基质去除负荷3.00kg.m-.3d-1.使用二级动力学模型和改进的Stover-Kincannon模型对厌氧氨氧化反应器的动力学行为进行了模拟,获得了模型参数.模拟结果表明:二级动力学模型的预测精度比改进型Stover-Kincannon模型更高.

西湖底泥中的反硝化型甲烷厌氧氧化菌的分子生物学检测

反硝化型甲烷厌氧氧化反应(Denitrifying anaerobic methane oxidation,DAMO)是一种最新发现的生物反应,该反应能够偶联反硝化和甲烷的厌氧氧化.催化DAMO反应的微生物是NC10门中一种被命名为"Candidatus Methylomirabilis oxyfera"的细菌.本研究采用基因克隆文库技术考察了西湖淡水底泥中DAMO微生物的分布与种群多样性状况.16S rRNA基因系统发育分析表明,西湖底泥中存在NC10门细菌,与已知的M.oxyfera的16S rRNA基因相似度为93%～98%.DAMO微生物功能基因(pmoA)的系统发育分析进一步证实了西湖底泥中分布有此类微生物,与已知的M.oxyfera的pmoA基因相似度为86%～95%.实时定量PCR结果表明,西湖底泥中DAMO微生物的16S rRNA基因的拷贝数为2.15×105 copies·g-1(以干重计).