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外源碳输入对陆地生态系统碳循环关键过程的影响及其微生物学驱动机制

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生态学报 2017年第2期37卷 358-366页

作者：贺云龙齐玉春彭琴董云社郭树芳闫钟清王丽芹李兆林中国科学院地理科学与资源研究所中国科学院陆地表层格局与模拟重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049

外源碳输入对土壤碳源可利用性的改变不仅直接影响着微生物参与陆地生态系统的碳循环过程,而且也制约着微生物对其它营养元素的需求。在大气氮沉降持续增加的全球变化背景下,部分地区已出现生态系统氮养分条件的显著变化甚至土壤中活性... 详细信息

外源碳输入对土壤碳源可利用性的改变不仅直接影响着微生物参与陆地生态系统的碳循环过程,而且也制约着微生物对其它营养元素的需求。在大气氮沉降持续增加的全球变化背景下,部分地区已出现生态系统氮养分条件的显著变化甚至土壤中活性氮素的过量积累,进而带来微生物对碳源需求的增加。通过人为调控碳源的可利用性,改善微生物的碳限制状况,将对科学的增加陆地生态系统固碳能力具有极为重大的意义。综述了国内外有关外源碳输入对土壤碳排放、凋落物分解以及土壤碳库影响及其主要的微生物作用机制的相关研究结果,以期能够为未来氮沉降持续增加情景下,如何科学有效地提高生态系统的碳汇潜力提供一定的参考。

关键词：可利用碳源碳循环微生物机制

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苎麻生物脱胶时间的优化及其微观生物学研究

上海纺织科技 2025年第1期53卷 27-31页

作者：莫浩楠谢学辉赵卓毓秦祎婷李毓陵陈小光马颜雪秦艳郑航蜜孙瑶刘娜张庆云武紫怡李东洋东华大学环境科学与工程学院上海201620 东华大学纺织面料技术教育部重点实验室上海201620 国家环境保护纺织工业污染防治工程技术中心上海201620 中国纺织工业联合会纺织行业污染治理与减排技术重点实验室上海201620 东华大学纺织学院上海201620 上海污染控制与生态安全研究院上海200092 宿州学院环境与测绘工程学院安徽宿州234000 安徽工程大学化学与环境工程学院安徽芜湖241000

为实现对厌氧连续流生物脱胶装置的优化调控,研究了脱胶过程中微观生物学作用机制。以苎麻为研究对象,结合水质指标、物理性能指标、外观形态、扫描电子显微镜(SEM)、酶活力以及高通量测序方面的评价,证实将脱胶时间从48 h缩短至36 h是... 详细信息

为实现对厌氧连续流生物脱胶装置的优化调控,研究了脱胶过程中微观生物学作用机制。以苎麻为研究对象,结合水质指标、物理性能指标、外观形态、扫描电子显微镜(SEM)、酶活力以及高通量测序方面的评价,证实将脱胶时间从48 h缩短至36 h是可行的,能够维持较低的纤维素酶活力,从而减少脱胶对麻纤维的损害,同时能确保胶质得到有效去除,可为科学优化调控厌氧连续流生物脱胶装置提供数据参考。

关键词：苎麻生物脱胶微生物机制高通量测序脱胶时间

氮沉降对冻融期土壤N_(2)O排放的影响效应和机制

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生态学杂志 2022年第11期41卷 2245-2253页

作者：刘彦琪彭琴齐玉春李兆林胡蓓蓓董云社天津师范大学地理与环境科学学院天津300387 中国科学院地理科学与资源研究所中国科学院陆地表层格局与模拟重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049

N_(2)O是三大重要温室气体之一,同时它还破坏臭氧层,其损失的多寡还决定着土壤中氮养分存量。近年来,土壤N_(2)O排放对氮沉降等全球变化因子的响应备受关注,但相关研究多集中在生长季,针对非生长季特别是冻融期的研究还十分薄弱。本文... 详细信息

N_(2)O是三大重要温室气体之一,同时它还破坏臭氧层,其损失的多寡还决定着土壤中氮养分存量。近年来,土壤N_(2)O排放对氮沉降等全球变化因子的响应备受关注,但相关研究多集中在生长季,针对非生长季特别是冻融期的研究还十分薄弱。本文梳理了现有文献,归纳总结了氮沉降对非生长季冻融期土壤N_(2)O排放的影响效应,并从土壤理化性质和土壤微生物学特征变化等方面论述了氮沉降对冻融期土壤N_(2)O排放的可能影响机制,指出了现有研究中的不足,并对未来研究进行了展望,以期为进一步深入认识和研究全球变化背景下土壤N_(2)O的排放特征、驱动机制以及进一步采取有效措施控制土壤N_(2)O的排放提供参考依据。

关键词：冻融作用氮水平氮形态 N_(2)O 微生物机制

人工湿地对低污染水中氮去除的研究进展:效果、机制和影响因素

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农业资源与环境学报 2021年第5期38卷 722-734页

作者：王宇娜国晓春卢少勇刘晓晖王晓慧北京化工大学化学工程学院北京100012 湖泊水污染治理与生态修复技术国家工程实验室国家环境保护洞庭湖科学观测研究站国家环境保护湖泊污染控制重点实验室湖泊生态环境研究所中国环境科学研究院北京100012

低污染水类型多样,水体性质复杂,主要包括低污染河水、污水厂尾水、城镇地表径流、农田径流排水(含农村分散性生活污水)4类,具有量大面广、可生化性差、部分水碳氮比(C/N)低等特点。人工湿地是净化低污染水的有效手段,不同类型湿地对低... 详细信息

低污染水类型多样,水体性质复杂,主要包括低污染河水、污水厂尾水、城镇地表径流、农田径流排水(含农村分散性生活污水)4类,具有量大面广、可生化性差、部分水碳氮比(C/N)低等特点。人工湿地是净化低污染水的有效手段,不同类型湿地对低污染水的污染物净化效果不同。本文探讨了不同类型人工湿地净化低污染水中氮的效果,并总结了人工湿地处理低污染水的微生物机制,分析了不同因素(pH、溶解氧、温度、C/N、植物、基质)对人工湿地低污染水水质净化的影响及优化方法,以期为人工湿地净化低污染水的工程实践提供理论参考。

关键词：低污染水人工湿地脱氮微生物机制 C/N 可生化性

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微生物厌氧甲烷氧化反硝化研究进展

微生物学报 2014年第2期54卷 129-138页

作者：袁梦冬朱静吴伟祥浙江大学环境与资源学院环境保护研究所浙江杭州310058

厌氧甲烷氧化反硝化过程(Denitrifying anaerobic methane oxidation,DAMO)以甲烷为电子供体进行反硝化作用,在实现废水脱氮处理的同时,可有效削减温室气体甲烷的排放,从而减缓全球温室效应。相关机制研究集中在逆向产甲烷途径耦合反硝... 详细信息

厌氧甲烷氧化反硝化过程(Denitrifying anaerobic methane oxidation,DAMO)以甲烷为电子供体进行反硝化作用,在实现废水脱氮处理的同时,可有效削减温室气体甲烷的排放,从而减缓全球温室效应。相关机制研究集中在逆向产甲烷途径耦合反硝化和亚硝酸盐依赖型厌氧甲烷氧化(nitrite-dependent anaerobic methane oxidation,n-damo)两个方面。鉴于厌氧甲烷氧化反硝化过程对全球碳氮物质循环的重要意义,本文对近年来厌氧甲烷氧化反硝化过程的研究进展进行了概述,着重阐述了有关厌氧甲烷氧化反硝化微生物富集培养物,特别是含Candidatus Methylomirabilis oxyfera(***)富集培养物的微生物特性、甲烷氧化反硝化的机理以及影响因子。在此基础上,探讨了厌氧甲烷氧化反硝化过程未来的研究方向和工业化应用前景。

关键词：厌氧甲烷氧化反硝化(DAMO) 亚硝酸盐依赖型厌氧甲烷氧化(n-damo) Candidatus Methyzomirabilis oxyfera 内部好氧微生物机制

外加固体碳源强化生活污水处理研究进展与展望

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重庆理工大学学报（自然科学） 2024年第6期38卷 298-304页

作者：黄东郑亚楠邢志林杨天宇黄冰冰吴恒重庆市能源利用监测中心(重庆市节能技术服务中心) 重庆400020 西北农林科技大学资源与环境学院陕西杨凌712100 重庆理工大学化学化工学院重庆400054 西北农林科技大学生命科学学院陕西杨凌712100 西北农林科技大学机械与电子工程学院陕西杨凌712100

生活污水低碳化趋势导致了生物脱氮技术的低效率。固体碳源在用作载体的同时可以提供电子供体,强化生活污水的脱氮过程。目前对于固体碳源的应用进展从应用性能、微生物机制、经验模型到潜在挑战均缺乏系统性综述。将固体碳源分为合成... 详细信息

生活污水低碳化趋势导致了生物脱氮技术的低效率。固体碳源在用作载体的同时可以提供电子供体,强化生活污水的脱氮过程。目前对于固体碳源的应用进展从应用性能、微生物机制、经验模型到潜在挑战均缺乏系统性综述。将固体碳源分为合成碳源、天然碳源和共混碳源3类,并分别对这3类碳源应用的影响因素进行讨论,提出了高效运行策略;随后对微生物机制和经验模型进行综述,指出了后续深入研究的方向;最后对冶金、矿场等重金属工业园区生活污水处理所面临的挑战提出了应对措施和建议。系统性对固体碳源应用进展进行了综述,可为后续该技术的应用和改进提供参考。

关键词：固体碳源低碳污水经验模型微生物机制重金属

人工湿地对海水养殖尾水的净化性能及其微生物群落特征研究

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人工湿地对海水养殖尾水的净化性能及其微生物群落特征研究

作者：张可可上海海洋大学

学位级别：硕士

海水养殖尾水中含有过量的N、P等营养元素,其直接排放将带来一系列生态环境问题。人工湿地处理技术源于对自然湿地的模拟,可用于深度处理海水养殖尾水中的污染物,其具有净化效果好、出水水质稳定、氮和磷去除能力强、运转维护管理方便... 详细信息

海水养殖尾水中含有过量的N、P等营养元素,其直接排放将带来一系列生态环境问题。人工湿地处理技术源于对自然湿地的模拟,可用于深度处理海水养殖尾水中的污染物,其具有净化效果好、出水水质稳定、氮和磷去除能力强、运转维护管理方便、工程基建和运行费用低、对负荷变化适应能力强、适于处理间歇排放的污水等优点,具有广阔的应用前景。本论文依托处理海水养殖尾水的两套复合垂直流人工湿地系统,重点研究人工湿地对氮、磷营养盐的去除效果,探讨湿地中基质对氮、磷的吸附能力,并利用高通量测序技术分析系统中微生物的群落组成和多样性,揭示其与脱氮的关系,以期为构建高效的基质-植物-微生物复合生态系统提供理论依据,主要研究结果如下:(1)小试人工湿地对NO-N,NO-N,NH-N,TN和TP的去除率分别为92.77%,99.19%,99.65%,85.94%和48.94%,氮去除的主要区域为下行池,磷去除的主要区域为上行池。中试人工湿地对NO-N,NO-N,NH-N,TN和TP的去除率分别为92.08%,-599.74%,94.48%,78.36%和75.90%,氮、磷去除的主要区域都为一级湿地。小试人工湿地对营养盐的去除效果更加稳定,推测中试人工湿地内部处于缺氧状态,两套人工湿地出水中无机氮的浓度均符合《海水养殖水排放要求》中的一级标准。(2)伪一级动力学方程,伪二级动力学方程以及Elovich方程均能够较好地描述3种填料对NH-N和TP的吸附特征。细砂、煤渣、砾石的理论平衡NH-N吸附量分别为100.928 mg·kg、130.358 mg·kg、96.924 mg·kg,理论平衡磷吸附量分别为39.298 mg·kg、96.916 mg·kg、38.741 mg·kg。化学因素是控制吸附速率的主要因素,煤渣对养殖尾水中NH-N和磷的吸附效果最佳。(3)微生物的群落组成和多样性会影响湿地的净化效果。中试人工湿地系统的α多样性明显高于小试人工湿地系统,在同一系统内,植物根部的α多样性明显高于基质层,且植物根部的微生物组成与基质层具有显著差异。小试人工湿地中的优势菌门为变形菌门、拟杆菌门和绿弯菌门,中试人工湿地中的优势菌门为变形菌门、拟杆菌门、放线菌门和绿弯菌门。其中变形菌为人工湿地中的最主要门类,在两套系统中占比均大于50%,变形菌门在本研究中共发现3个纲,按丰度由高到低排列分别为α-变形菌纲、γ-变形菌纲和δ-变形菌纲。中试人工湿地基质下层放线菌门丰度较高,推测中试人工湿地下层存在营养物质缺乏的问题。本次测序中测出与脱氮相关的细菌共15个属,包括具有氨氧化功能的亚硝化单胞菌属和亚硝化螺菌属,具有硝化功能的硝化螺菌属,具有反硝化功能的不动杆菌属、假单胞菌属、芽孢杆菌属、脱氯单胞菌属、罗思河小杆菌属、索氏菌属、黄杆菌属、红球菌属、嗜酸菌属、嗜氢菌属、生丝微菌属和硫杆菌属。两套人工湿地系统均是反硝化菌占优势,且中试人工湿地中硝化细菌的丰度要高于小试人工湿地,综合脱氮效果与测序结果分析,推测中试人工湿地系统存在短程硝化-反硝化途径。

关键词：人工湿地海水养殖尾水水质净化基质微生物机制

成都市湖泊硝酸盐异化还原—生物及非生物驱动机制

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成都市湖泊硝酸盐异化还原—生物及非生物驱动机制

作者：鲁兰四川农业大学

学位级别：硕士

城市湖泊作为内陆主要的水域类型,其污染情况对城市环境有着重要影响。近几十年,伴随着社会经济的飞速发展,城市化水平日益升高,但水环境污染问题也愈发严重,湖泊水体的污染十分明显。湖泊沉积物中存在大量来自城市的氮污染物,能发展成... 详细信息

城市湖泊作为内陆主要的水域类型,其污染情况对城市环境有着重要影响。近几十年,伴随着社会经济的飞速发展,城市化水平日益升高,但水环境污染问题也愈发严重,湖泊水体的污染十分明显。湖泊沉积物中存在大量来自城市的氮污染物,能发展成湖泊污染的潜在污染源。当沉积物中的氮释放到上覆水体中时,就会造成城市湖泊的水体污染。而反硝化作用(DEN)和厌氧氨氧化作用(ANAMMOX)可以永久性的将沉积物中的氮素去除,是减少水生生态系统硝态氮(NO)的最有效途径。硝酸盐异化还原成铵(DNRA)则可以使得硝酸盐转化为氨氮,储存在湖泊环境中。湖泊沉积物所处的特殊环境,使得其发生的反硝化作用和厌氧氨氧化作用有别于其他质地的土壤或者沉积物,湖泊沉积物的反硝化作用和厌氧氨氧化作用也有着其独有的特点。成都市景观水体众多,且存在着各种不同污染程度的湖泊,湖泊污染情况会直接关系到整个城市的生态环境安全。所以对其湖泊沉积物硝酸盐异化还原过程及其主要影响因子的探究有着重要的意义。本文采用了N同位素示踪技术结合泥浆孵化实验测定反硝化、厌氧氨氧化和DNRA潜在速率,同时使用荧光定量技术和高通量测序技术,探究影响湖泊沉积物硝酸盐异化还原过程的生物及非生物机制,主要结论有以下几点:(1)成都市城市湖泊沉积物硝酸盐异化还原过程中反硝化速率和氧氨氧化速率具有显著季节差异性,DNRA速率存在季节差异,但不显著。湖泊沉积物反硝化速率夏季为6.43–27.90μmol N g h,冬季为0.63–11.55μmol N g h。厌氧氨氧化速率夏季为0.25–5.59μmol N g h,冬季为0.06–1.33μmol N g h。DNRA速率夏季和冬季的变化范围分别为0.36–7.91μmol N g h,0.00–4.56μmol N g h。在研究区域,夏季反硝化速率和厌氧氨氧化速率都显著高于冬季反硝化速率和厌氧氨氧化速率。(2)成都市城市湖泊沉积物硝酸盐异化还原功能基因丰度具有明显的季节差异性,均呈现出夏季高于冬季。其中,反硝化功能基因丰度(nir S)夏季变化范围为4.46×10–2.67×10copies g,冬季变化范围为3.12×10–2.13×10copies g。厌氧氨氧化功能基因丰度(hzs B)夏季变化范围为2.48×10–8.60×10copies g,冬季变化范围为0.61×10–3.84×10copies g。DNRA功能基因丰度(nrf A)夏季变化范围为1.85×10–14.40×10copies g,冬季变化范围为0.48×10–2.27×10copies g。(3)成都市城市湖泊沉积物硝酸盐异化还原过程受多个环境因子影响,其中,反硝化作用和水体DO,T,沉积物硝酸盐,活性铁,硫酸盐及TOC/TN的显著相关。厌氧氨氧化作用和水体Eh,沉积物Fe显著相关。DNRA过程受到水体无机氮,沉积物硝酸盐、TN和TOC/TN的影响。成都市城市湖泊沉积物硝酸盐异化还原功能基因丰度和潜在速率之间存在显著相关性。反硝化速率和厌氧氨氧化速率和nir S、hzs B以及nrf A功能基因丰度显著相关,但DNRA和所有功能基因之间无显著相关性。多元回归分析显示,反硝化潜在速率最佳模型解释变量包括水体DO、Eh、T、NH、NO、沉积物WC、TN、NO、SO和nir S丰度。厌氧氨氧化速率最佳模型解释变量包括水体DO、Eh、NO、沉积物p H、TN、NO、Fe、Fe和hzs B丰度。DNRA速率的最佳模型解释变量包括水体DO、T、NH、沉积物p H、TOC、TN、NH、SO。(4)成都市城市湖泊沉积物微生物多样性及群落组成结构显示,夏季细菌群落丰富度和多样性均高于冬季。在研究区域,细菌前30个门种类差异不大,但相对含量存在差异。在属水平,则种类差异较大。夏季湖泊沉积物主要的门分别为变形菌门(Proteobacteria),拟杆菌门(Bacteroidetes),绿弯菌门(Chloroflexi),硫化细菌门(Desulfobacteria),酸杆菌门(Acidobacteria),疣微菌门(Verrucomicrobia),硝化螺旋菌门(Nitrospirota),放线菌门(Actinobacteriota),螺旋体门(Spirochaetote),粘球菌门(Myxococcota),蓝藻门(Cyanobacteria),厚壁菌门(Firmicutes);冬季湖泊沉积物主要的门分别是变形菌门(Proteobacteria),绿弯菌门(Chloroflexi),疣微菌门(Verrucomicrobia),拟杆菌门(Bacteroidetes),硫化细菌门(Desulfobacteria),浮霉菌门(Planctomycetota),放线菌门(Actinobacteriota),硝化螺

关键词：城市湖泊硝酸盐异化还原潜在速率环境因素微生物机制

冻融耦合CaO预处理强化剩余污泥产酸发酵效能与机制研究

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冻融耦合CaO预处理强化剩余污泥产酸发酵效能与机制研究

作者：佘月城华侨大学

学位级别：硕士

本文针对剩余污泥水解效率低导致厌氧发酵产酸效率不佳的问题,提出了利用冻融耦合CaO预处理技术强化剩余污泥厌氧发酵产挥发性脂肪酸（VFAs）的研究方案,为实现剩余污泥的高效资源化提供技术参考和理论依据。分析了冻融、CaO预处理以及... 详细信息

本文针对剩余污泥水解效率低导致厌氧发酵产酸效率不佳的问题,提出了利用冻融耦合CaO预处理技术强化剩余污泥厌氧发酵产挥发性脂肪酸（VFAs）的研究方案,为实现剩余污泥的高效资源化提供技术参考和理论依据。分析了冻融、CaO预处理以及两者耦合预处理强化剩余污泥溶胞水解的效能,结果表明:冻融预处理在-24℃的条件下SCOD溶出浓度最高,为815.2±10.5mg/L;0.07 g/g TS为CaO预处理的最佳处理浓度,SCOD溶出为1220.0±28.2mg/L;而在冻融法（-24℃）耦合CaO（0.07 g/g TS）预处理下,SCOD溶出效果进一步提高,达到1836.0±96.0 mg/L,明显高于单一预处理中有机质的溶出效果,协同促进了剩余污泥的溶胞水解。冻融耦合CaO预处理可增强剩余污泥中色氨酸类物质和多肽类小分子有机质的溶出,提高污泥液相中可生物降解有机质的含量,对于后续的厌氧发酵产酸有着积极的促进作用。研究了三种预处理工艺对污泥发酵产VFAs的效能的影响,在冻融预处理中,VFAs的最大产率为314.9±15.6 mg COD/g VS;而CaO预处理污泥的最佳VFAs产率为326.4±15.3 mg COD/g VS;在冻融法耦合CaO预处理污泥发酵过程中,VFAs产率进一步提高至448.0±13.1 mg COD/g VS。更低的污泥毛细吸水时间（41.6±2.1 s）和增大的污泥颗粒粒径（98.32μm）表明耦合预处理改善了发酵污泥的脱水性能。冻融法耦合CaO预处理促进了蛋白及多糖等大分子水解成为单糖、氨基酸等小分子有机质,增强了污泥有机质产VFAs的生物转化。经济可行性分析表明,耦合预处污泥VFAs发酵液可作为微生物燃料电池（MFCs）的高效发电基质,且产电净利润可达到69.5元/ton TS,具有良好的经济效益。冻融、CaO预处理以及耦合预处理对污泥厌氧发酵体系中产酸微生物的作用机制具有明显影响,在冻融预处理发酵体系中的优势产酸菌属为Clostridium（产丁酸）、Prevotella（产乙酸、丙酸）,Megasphaera（产戊酸）和Macellibacteroides（产丁酸、乙酸）;在CaO预处理发酵体系中优势产酸菌属为Clostridium（产乙酸、丁酸）、Acinetobacter（蛋白多糖水解转化）、Petrimonas（产乙酸）、Anaerocella（有机质水解酸化）、Lutispora（蛋白质生物转化VFAs）;而在耦合预处理发酵体系中,优势产酸菌属分布为Megasphaera（产戊酸）、Macellibacteroides（产乙酸、丁酸）、Bacteroides（产乙酸、琥珀酸）、Prevotella（产丙酸）、Clostridium（产乙酸、丙酸）和Petrimonas（有机质分解转化乙酸）。污泥有机质产酸途径分析表明,冻融耦合CaO预处理进一步提高了发酵过程中水解-酸化菌群（如Firmicutes、Bacteroidetes门类）的丰度及多样性,从而促进了污泥有机质经微生物厌氧代谢产VFAs的生物转化。

关键词：剩余污泥冻融耦合CaO 溶胞水解发酵产酸微生物机制