三峡水库水质时空变化特征及影响机制研究

三峡工程建设运行后水库生态环境问题一直备受关注,水质状况复杂且不断变化,但在水库调度下水库水质时空特征及影响机制仍需探究。基于三峡水库2021年11个长江干流断面和2个支流断面的监测数据,利用水质指数(WQI)评价水库水质状况,并结合主成分分析(PCA)、Pearson相关性分析、单因素方差分析(One-way ANOVA)及随机森林(Random forest,RF)方法探究三峡水库在调度影响下水质的时空变化特征及影响机制。结果表明:①从空间尺度上看,各水质参数的变化具有明显的空间异质性,总体上水质状况从上游至坝前(朱沱到巫峡口断面)有所好转,朱杨溪断面的水质情况最差;②从月尺度上看,不同水质参数和WQI随年度水库调度规划期发生变化,TP和COD_(Mn)的浓度总体上呈现汛期(6~9月)>消落期(1~6月)和蓄水期(9~10月)>高水位期(10~12月)的特征,而DO、pH及WQI与前者相反,在消落期下降,汛期相对稳定,在蓄水期逐渐上升;③生态调度有益于提升三峡水库水质,推测由于2021年5月29日至6月3日和6月16~22日开展2次以“促进产漂流性卵鱼类繁殖”为目标的生态调度使得6月份水库水质明显提升;④多种统计分析手段结合RF方法表明,不同水质参数之间存在明显关联,TN、TP、NH 3-N及COD_(Mn)之间呈显著正相关(r>0.3,p<0.01),pH和DO呈显著正相关(r=0.428,p<0.01),各参数均显著影响三峡水库WQI(p<0.01),其中浊度是影响三峡水库水质的最重要参数。研究结果可为三峡水库水环境可持续发展和水资源合理配置提供理论依据。

2株硝化细菌的分离鉴定与脱氮性能研究

本研究以沙洋太平河生活排污口黑臭水体为研究对象,验证其在乳糖、淀粉、甲酸、葡萄糖及NaHCO_(3)等不同碳源下的硝化效率及产物类型,以获得其优势碳源,并进一步分离纯化具有高效硝化功能的单菌。结果表明,不同碳源下氮素去除效果不尽相同,作用第4 d的氨氮去除率依次为乳糖>NaHCO_(3)>葡萄糖>甲酸>淀粉,亚硝态氮去除率依次为乳糖≈葡萄糖>淀粉>NaHCO_(3)≈甲酸。添加不同碳源的硝化产物具有较大差异,以葡萄糖为碳源时硝化活性最大,氨氮脱除率最高,而以分子量较小、化学结构简单的甲酸为碳源的培养基氨氮脱除率不如以葡萄糖为碳源的培养基高。经过多轮传代富集培养筛选出2株硝化细菌,克隆其16S rRNA基因以获得其分类地位,观察其形态验证其功能发现,16S rRNA基因测序结果表明2株纯菌分别为植物固氮菌属(Phytobacter sp.)和肠杆菌属(Gibbsiella sp.),故分别命名为Phytobacter sp.R3和Gibbsiella sp.R4,以葡萄糖、乳糖、NaHCO_(3)为其唯一生长碳源,这2株纯菌对氨氮和亚硝态氮去除率均在85%以上。在高氨氮垃圾渗滤液中的应用结果表明,添加菌株R4后渗滤液在15 d内NH_(4)^(+)-N和TN去除率分别达到了60.4%和48.44%,且无硝态氮和亚硝态氮累积,说明菌株R4可以作为处理高氨氮废水的备选菌。

微生物菌肥对养殖底泥中重金属含量和微生物群落结构及功能的影响

相对于人为施用的化肥、农药、抗生素及饲料等会污染养殖环境,导致养殖生态系统失衡,损害水产养殖健康发展,微生物菌肥具有改善养殖环境、提高水产养殖动物产量的作用。然而,微生物菌肥对养殖底泥中重金属含量和微生物群落结构及功能的影响仍未知。通过测定施加微生物菌肥前后养殖底泥的理化特性、重金属含量、细菌和真菌微生物群落结构及功能等,深刻剖析微生物菌肥对养殖底泥中重金属含量和微生物群落及功能的影响。结果表明:施加微生物菌肥后养殖底泥中有机质、氨氮、有效磷和总磷等营养化合物含量均有所下降;施加微生物菌肥前养殖底泥中重金属锰、砷、铜、汞和镉的含量均超过中国土壤重金属背景值,施加微生物菌肥后底泥中这五种重金属的含量分别下降了22.81%、11.93%、22.73%、20.84%和18.00%,并能使底泥中锰、铜和镉的含量恢复到正常水平;施加微生物菌肥前后养殖底泥中微生物群落结构及功能具有明显的差异,施加微生物菌肥后底泥中Chloroflexi,Proteobacteria,Firmicutes等能诱发河道水华、黑臭和耐重金属细菌的丰度下降了10.41%~34.01%,Chytridiomycota、Ascomycota和Basidiomycota等致病真菌的丰度降低了77.21%~88.79%。可见,微生物菌肥能有效改善水生态系统平衡和养殖环境,降低水产养殖产品的发病概率,该研究结果可为水产养殖生态修复治理提供理论依据。

《环境生态工程专业实验》课程教学模式的创新与实践研究

现如今,环境生态工程专业作为国家生态文明建设背景下新设立的专业,着力培养社会需要的环境类人才,以符合时代发展的需求。本文在分析《环境生态工程专业实验》这一课程教学过程中存在问题的基础上,结合环境生态工程专业特点、培养目标,进行课程教学模式的创新与实践,以期为本专业同类课程的改革以及专业建设提供借鉴思路。

荆门某填埋场渗滤液的微生物群落结构及功能分析

采用Illumina MiSeq高通量测序技术对荆门某垃圾填埋场渗滤液的微生物群落组成、相对丰度和代谢功能进行研究。结果显示,渗滤液细菌种类隶属于23个门、62个纲、130个目、195个科和315个属,优势类群为Proteobacteria门(50.25%)和Pseudomonas属(20.25%);真菌种类隶属于4个门、12个纲、21个目、31个科和38个属,优势类群为Basidiomycota门和Apiotrichum属,相对丰度为26.04%和21.62%。基于Tax4Fun软件预测垃圾渗滤液中微生物的代谢功能,结果表明KEGG途径代谢有最丰富的代谢群,基于FAPROTAX预测渗滤液细菌微生物的生态功能,表明细菌群落主要以碳(C)、氮(N)和硫(S)元素循环代谢型和动物病原型微生物为主,为深入了解垃圾渗滤液中微生物群落的组成和功能特征提供了重要信息。

基于响应面法的微生物除磷剂复配研究

目前微生物菌剂与表面活性剂、絮凝剂等的复配研究已取得初步进展,且复配效果良好,但微生物菌剂与化学除磷剂的复配研究较少。以微生物菌剂和除磷剂为研究对象,采用响应面法(RSM)中的Box-Behnken设计实验,研究两种试剂的投加量和水体pH对黑臭废水的氨氮(NH_(3)-N)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)的去除效果,以优化其复配比例。实验结果表明,当清水一号微生物用量为44.77 mg/L、除磷剂用量为100.29 mg/L、pH为7.72时,黑臭水体中NH_(3)-N,TP,COD去除效果最佳,此时,NH_(3)-N去除率为57.96%,TP去除率为98.88%,COD去除率为91.89%。此研究可为复合微生物除磷剂这一新型水处理产品的研制提供相应的实验数据和理论支撑。

微波-超声波协同影响菜籽蛋白糖基化改性

采用微波-超声波协同作用强化菜籽蛋白的糖基化改性,并对所得糖基化产物进行了功能性质和分子结构的对比分析。结果表明,当改性条件为微波功率500 W、超声波功率300 W、协同作用时间7 min时,菜籽蛋白的接枝度可达67.1%,显著高于湿热法和微波法制备的糖基化产物,有效提高了蛋白质糖基化反应的效率;协同作用可显著改善所得糖基化产物的溶解性、乳化活性、起泡能力、泡沫稳定性,分别提高至55.7%、13.9 m^2/g、50.0%和80.0%;糖基化产物的表面疏水性和圆二色谱结果分析表明,微波和超声波处理使得菜籽蛋白的分子展开,表面疏水性和分子柔性增加,从而促进了糖基化反应的进行,改善了蛋白质糖基化产物的功能特性。

微生物介导的高砷沉积物中砷释放来源性分析

江汉平原某些地区地下水已受到砷的严重污染,探讨高砷地下水的形成机制十分必要。采集江汉平原高砷区不同深度(20m、50m、100m、130m、160m和225m)的高砷沉积物样品,对其进行了地球化学成分特征分析,并通过实验室模拟试验对微生物介导的高砷沉积物中砷的溶解与转化以及来源进行了分析。地球化学分析表明:高砷沉积物中不可溶性砷和铁的平均含量分别为27.57mg/kg和21.06g/kg;实验室模拟试验表明:微生物群落可以明显促进高砷沉积物中不可溶性砷和铁的溶解与释放;砷顺序提取试验结果表明:沉积物中34.5%的不可溶性砷为无定形铁锰氧化物结合态砷;进一步的相关性分析表明:试验体系中可溶性砷的含量与沉积物中无定形铁锰氧化物结合态砷密切相关。这些结果表明:微生物可以促进高砷沉积物中不可溶性砷的溶解与释放,且释放的砷主要来自于沉积物中无定形铁锰氧化物的还原与溶解。

耐砷菌Pseudomonas 2-23T的分离鉴定及其对高砷沉积物中砷释放的影响

为探知耐砷微生物对高砷沉积物中砷释放的影响,从石门高砷沉积物中分离得到菌株Pseudomonas 2-23T,根据其生理生化特征和16SrRNA序列同源性对其进行鉴定,并考察该菌株在不同碳源、温度和砷浓度条件下的生长状况,探究该菌株在有氧及厌氧条件下对高砷沉积物中砷释放的影响.结果表明:菌株2-23T是一株耐砷菌,属于γ-变形菌门中的假单胞菌,命名为Pseudomonas 2-23T;它的最适生长温度为30℃,在含1.0mM砷的条件下比较利于细菌的生长;其能够利用乳酸钠、草酸钠、柠檬酸钠、丙酮酸钠和乙酸钠作为碳源,而不能利用碳酸氢钠、甲酸钠、葡萄糖和蔗糖作为碳源;菌株Pseudomonas 2-23T在厌氧条件下促进高砷沉积物中砷释放的能力明显强于有氧条件.

超声浸提-离心过滤法测土壤有效磷的探索

国标法GB 12297—1990《石灰性土壤有效磷测定方法》明确测定土壤有效磷需恒温振荡浸提30min和无磷滤纸过滤30min,测定时间长,检测效率低。为提高土壤有效磷测试效率,引入超声浸提、离心过滤法对国标法浸提和分离两个主要环节进行优化。选取3种不同的土壤样品进行比测实验,实验结果表明:超声10min、10000rpm转速离心5min所测结果与国标法十分接近,且具有稳定的正相关关系(R^(2)=0.99994)。改进方法具有简化步骤、缩短时间、节约成本并可一次性处理多个样本等优点,大大提高了土壤有效磷的测定效率。

耐酸砷还原菌Bacillus sp.strain P3-23的分离鉴定及其对高砷土壤砷释放影响

砷还原微生物在原生高砷地下水形成中起关键作用,研究其对不同环境因素改变的响应以及对砷迁移与转化的影响是十分必要的。从石门土壤中分离得到一株耐酸砷还原菌,研究其形态和生理生化特征,通过分子生物学和微生物学手段对其进行系统分类和生理生化特性鉴定,并使用微生物学方法在不同温度、pH值和电子供体条件下进行培养,探究其对环境因素波动的适应能力,检测菌株对高砷土壤砷释放的影响。实验结果表明:该耐酸砷还原菌为芽孢杆菌属(Bacillus)成员,故命名为Bacillus sp.strain P3-23(以下简称P3-23);菌株P3-23最适宜的生长温度为30℃,在pH值为3.5~7.5范围内均可生长且具有砷还原能力,能够利用乳酸钠、丙酮酸钠、柠檬酸钠、酵母味素、丙三醇、葡萄糖、蔗糖为电子供体;菌株P3-23能够在72 h内完全还原2.0 mM As(Ⅴ)且菌液浓度呈上升趋势,具有强耐砷能力,40.0 mM砷存在条件下仍能生长;菌株P3-23促进土壤中砷释放能力较强,砷形态分析显示释放的可溶性砷中As^(3+)占比达83.3%以上。菌株P3-23的分离不仅丰富了人们对砷还原微生物的认识,也说明砷还原微生物对不同环境因素胁迫具有相应的应答机制,预示着其可能存在于极端环境中。对不同环境中砷还原微生物进行研究,在完善砷的生物地球化学循环模式的同时有助于砷污染机制及砷修复生物手段的探索。

菜籽蛋白糖基化修饰及其功能性质的研究

采用湿热法对菜籽蛋白进行了糖基化修饰改性,研究结果表明,在菜籽蛋白的质量浓度为8 mg/m L,蛋白质与葡聚糖质量比为1︰1,反应温度和反应时间分别为60℃和6 h的条件下菜籽蛋白的接枝度可达46.0。对改性后的菜籽蛋白功能性质进行对比分析可知,糖基化修饰可显著改善菜籽蛋白的功能性质,与原样菜籽蛋白相比,其溶解性和起泡性分别提高了2.7和1倍,而乳化性活性,乳化稳定性则分别提高了45.6%和24.9%。

一株新的砷还原菌分离鉴定及其对天然矿物臭葱石的溶解作用

【目的】探究江汉平原土著砷还原微生物如何介导臭葱石的溶解和释放过程,以及硝酸盐和硫酸盐对该过程的影响。【方法】采集江汉平原高砷沉积物,利用多轮传代富集方法筛选出一株兼性厌氧砷还原菌;克隆其16S rRNA基因、砷还原酶基因(arsC)、硫代硫酸盐还原酶基因(phsA)、硝酸盐还原酶基因(nar)以获得其分类地位;分析该细菌的As(V)、NO3^–、Fe(III)、S2O32–还原功能;利用microcosm技术分析该菌株催化臭葱石中不可溶砷和铁的溶解和释放作用及硝酸盐和硫酸盐对此过程的影响;采用X-射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)等方法对细菌作用前后的矿物表面形貌进行分析。【结果】16S rRNA基因测序结果表明该细菌为柠檬酸杆菌属(Citrobacter sp.),故命名为Citrobacter sp.A11;在Citrobacter sp.A11作用下,0.45 mmol/L As(V)在4 d内被还原成As(III),2.0 mmol/L S2O3^2–在6 d内被还原成S2^–,1.0 mmol/L Fe(III)在3 d内被还原成Fe(II),140.0 mg/L NO3^–在28 h内被还原成NO2^–;经过28 d该细菌的催化作用使得体系中不可溶砷和铁的释放量分别为33.68μmol/L、51.93μmol/L;硫酸根的加入使得砷和铁的释放量分别增长了41.04%和34.30%,硝酸根的加入则使砷和铁释放量分别降低了35.07%和53.46%。XRD、SEM-EDS分析表明,细菌作用后的臭葱石表面形貌发生明显改变,并出现细小且分散的溶解性颗粒。【结论】本次研究从江汉平原高砷沉积物中富集分离得到一株兼性厌氧砷还原细菌Citrobacter sp.A11,能有效还原As(V)、S2O3^2–、NO3^–、Fe(III);砷还原细菌Citrobacter sp.A11能显著促进臭葱石中砷和铁的溶解和释放,硫酸根离子的存在会促进细菌介导臭葱石中固态砷、铁的释放,而硝酸根离子的存在则对此过程起明显抑制作用。