利用膜进样质谱同时测定河流沉积物反硝化和厌氧氨氧化

为深入了解水体脱氮过程及机理,结合膜进样质谱(MIMS)和15N同位素配对技术(15N IPT)测定太湖地区西部六条河流沉积物的反硝化和厌氧氨氧化潜势,即将15N标记的硝态氮和铵态氮加入到混匀沉积物的上覆水中进行培养,用MIMS直接在线测定培养过程产生的29N2和30N2。结果表明,用MIMS测定29N2和30N2的产生速率是合适的,应用该方法在太湖地区西部研究河流的测定值与已报道的相关研究结果具有可比性。河流沉积物反硝化和总脱氮潜势范围分别为(18.5±2.8)～(133.2±27.1)μmol N·m-2·h-1和(30.0±2.4)～(161.1±30.4)μmol N·m-2·h-1,其中反硝化脱氮贡献率在(61.3±4.5)%～(83.2±2.1)%之间,二者都表现为由研究区域西北部向西南部递减。河流沉积物厌氧氨氧化潜势范围为(10.4±2.3)～(28.0±4.4)μmol N·m-2·h-1,其脱氮贡献率在(16.9±2.1)%～(38.7±4.5)%之间,厌氧氨氧化脱氮贡献率的空间变化趋势与反硝化潜势相反。相关分析显示,沉积物的硝态氮和可溶性有机碳含量是研究区域河流沉积物反硝化和厌氧氨氧化作用的关键影响因子。研究表明,MIMS和15N IPT结合的方法避免了复杂的脱气步骤可能带来的分析误差,同时具有测定直接、所需样品少以及测定速度快等优点,适用于淹水环境反硝化和厌氧氨氧化过程的同时测定,在今后深入开展水体氮循环研究中具有良好的应用前景。研究区域河流沉积物脱氮过程存在显著空间异质性且脱氮过程以反硝化作用为主,但厌氧氨氧化的脱氮作用也不容忽视。

r-IPT_(ra)与r-IPT_V在淡水沉积物脱氮速率研究中的对比分析

正确评估淡水环境中沉积物脱氮效应对理解淡水系统氮循环过程具有重要的科学意义,修正^(15)N同位素配对技术(revised ^(15)N isotope pairing techniques,r-IPT)可同时评估沉积物柱样中反硝化与厌氧氨氧化速率及其脱氮贡献。本文利用流动柱样培养实验,首次在淡水系统中对比了利用泥浆实验提供参数的r-IPT_(ra)与由柱样培养实验本身提供参数的r-IPT_V计算沉积物脱氮速率的差异性,并评估了秋季太湖不同沉积环境脱氮速率。研究表明:(1)泥浆实验结果表明,太湖梅梁湾与胥湖沉积物中均存在反硝化与厌氧氨氧化作用。(2)r-IPT方法的基本假设在研究区域均成立。其中,r-IPT_V得到的两湖区沉积物原位脱氮速率均与添加15NO-3浓度无关,表明r-IPT_V对沉积物脱氮速率评估具有更好的计算精度。(3)r-IPT_V计算结果表明,梅梁湾与胥湖沉积物反硝化、厌氧氨氧化、脱氮速率分别为3.09、1.47、4.56μmol/(m2·h)与0.69、0.02、0.71μmol/(m^2·h),厌氧氨氧化对两湖区沉积物脱氮贡献率(ra)分别为32.2%与3.3%。(4)对比r-IPT_(ra)与r-IPT_V在两个湖区的计算结果,当ra较低时(3.3%),r-IPT_(ra)与r-IPT_V计算的沉积物脱氮速率及厌氧氨氧化速率接近;而当ra较高时(32.2%),r-IPT_(ra)显著高估沉积物脱氮速率,低估厌氧氨氧化贡献率。

伊乐藻-固定化脱氮微生物技术对入贡湖河道脱氮机制的影响

采用无扰动的入贡湖亲水河底泥柱芯以及上覆水进行实验,探究了伊乐藻与固定化脱氮微生物技术对受污染的入贡湖湾河道的生态修复效果.运用稳定性15N同位素配对技术和基于16S rRNA高通量测序技术探讨了伊乐藻与固定化脱氮微生物联用技术(E-INCB)对亲水河底泥的反硝化速率、厌氧氨氧化速率以及脱氮微生物群落多样性的影响.结果表明,添加了伊乐藻与固定化脱氮微生物以后,亲水河水质得到明显改善,TN、NH+4-N、NO-3-N的去除率分别为72.03%、46.67%、76.65%,同时,添加了伊乐藻和固定化脱氮微生物以后,泥水界面的反硝化细菌和厌氧氨氧化细菌表现出协同作用关系,与对照组相比,反硝化速率和厌氧氨氧化速率增加量分别为165μmol·(m2·h)-1和269.7μmol·(m2·h)-1.反硝化细菌与厌氧氨氧化细菌的群落多样性明显增加,变形菌门(Proteobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)、酸杆菌门(Acidobbacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)均具有优势增长.沉水植物与固定化脱氮微生物联用技术增强了河道底泥中的脱氮微生物多样性,进一步提高了亲水河的氮素脱除能力.