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暴发生长期菹草(Potamogeton crispus)附着生物膜成为城市河流反硝化作用热点

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湖泊科学 2023年第1期35卷 145-154页

作者：董彬王立志宋红丽王国祥刘艳山东省水土保持与环境保育重点实验室临沂大学资源环境学院临沂276000 南京师范大学环境学院南京210023

富营养化河流中水生植物丰富的浅水区通常是氮素转化的热区,沉水植物菹草暴发性生长可能会加速河流生态系统的反硝化进程,但菹草附着生物膜的反硝化作用变化特征及其脱氮贡献尚不清楚。为探究菹草暴发生长期间附着生物膜的反硝化作用潜... 详细信息

富营养化河流中水生植物丰富的浅水区通常是氮素转化的热区,沉水植物菹草暴发性生长可能会加速河流生态系统的反硝化进程,但菹草附着生物膜的反硝化作用变化特征及其脱氮贡献尚不清楚。为探究菹草暴发生长期间附着生物膜的反硝化作用潜力及环境效应,以沂河临沂市城区段菹草为研究对象,在菹草暴发生长期间定期采样分析菹草生物量、菹草附着生物膜养分含量及反硝化细菌,同时采用15 N同位素添加流动培养结合薄膜进样质谱技术测定菹草附着生物膜的反硝化速率。结果表明:暴发生长期菹草生物量和盖度迅速增加,监测点最大生物量为1817~3334 g/m^(2);菹草附着生物膜干重、总有机碳、总氮、反硝化功能菌等均明显增加,为附着生物膜反硝化作用提供了丰富的物质和微环境条件;菹草暴发生长期附着生物膜反硝化速率显著升高,监测点最大反硝化作用速率达到424.18~1728.39μmol/(m^(2)·h),是表层沉积物的17.29~29.09倍;附着生物膜反硝化产氮气(N_(2))贡献相对较高,对生物膜产N_(2)(反硝化+厌氧氨氧化)的贡献为77%~96%,对河流反硝化产N_(2)的贡献为32%~96%。本研究表明,暴发生长期菹草附着生物膜是沂河的反硝化作用热点,是沂河春季重要的氮去除过程,环境意义重大。建议通过构建沉水植物群落、适度收割、调控水位等措施对菹草进行科学管理调控,以提高城市河流生态系统服务功能。

关键词：反硝化菹草暴发生长附着生物膜生态系统服务沂河

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水生植物体表及非生物基质表面附着生物膜氮循环功能微生物分布特征研究

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水生植物体表及非生物基质表面附着生物膜氮循环功能微生物分布特...

作者：邢书语江苏大学

学位级别：硕士

水生植物,尤其是沉水植物,作为湖泊生态系统的初级生产力,在湖泊生态系统结构和功能以及生物多样性维持等方面具有举足轻重的作用。对于沉水植物而言,整个植株均处于水面以下,其根、茎、叶等体表往往附着大量的藻类、微生物、菌胶团、... 详细信息

水生植物,尤其是沉水植物,作为湖泊生态系统的初级生产力,在湖泊生态系统结构和功能以及生物多样性维持等方面具有举足轻重的作用。对于沉水植物而言,整个植株均处于水面以下,其根、茎、叶等体表往往附着大量的藻类、微生物、菌胶团、泥沙和碎屑等各种物质,并形成特殊的生物-水微界面,其体表成为水体污染物附着及营养物质迁移转换的关键微界面热点区域之一。此外,漂浮于水体中的各种非生命基质,可为作为生物膜附着载体为污染物的迁移和转化提供微生境场所,从而实现对污染物的降解。故,水生植物/非生物基质附着生物膜控制和调节生物与水体之间物质输送与交换的重要途径,也是影响淡水生态系统元素转化的关键界面,对淡水生态系统物质循环以及水环境质量的改善具有重要影响。研究水生植物体表及非生物基质表面附着生物膜AOA及其nir S反硝化微生物分布特征,将对揭示体表微界面的氮循环过程具有重要意义。基于此,为了对比研究不同类型以及不同生境条件下水生植物及非生物基质体表附着生物膜AOA及其nir S反硝化微生物分布规律及驱动因子,本论文构建了组合式生态浮床系统（IEFBs）并进行野外培养,获得了同一生境条件下水生植物根系（Ipomoea aquatica Forsk）及三种非生物基质表面附着生物膜微生物分布特征的差异;同时,在镇江市选择4个野外湖泊,采集水生植物金鱼藻（Ceratophyllum demersum）和眼子菜（Potamogeton pectinatus）以及非生命体（水上漂浮塑料袋等无生命特征样品）样品,研究不同生境条件对水生植物体表及非生物基质表面附着生物膜微生物分布特征的影响。主要研究结果如下:（1）生态浮床系统生物基质及非生物基质对其附着生物膜氨氧化微生物多样性及群落结构具有显著影响。IEFBs中四种不同的基质对悬浮有机颗粒、藻类等其他物质有很好的吸附和过滤能力,可以为微生物的生长提供理想的栖息地和更为丰富的营养物质。不同基质体表附着物组成和微生境存在差异（C、N和P）,因此群落结构和氮相关功能基因的相对丰度随底物的差异而显著变化。聚类分析和主成分分析结果表明,nir S型反硝化细菌在同一种非生物基质中的种类和数量明显相似。生物基质组内差异较大可能与生物基质本身生理特性有关。而AOA在则表现为除F组,其他组基质表面具有更复杂的微生物群落。AOA和nir S型反硝化细菌的优势菌门在各个样本组中占比差异较大,其他相对丰度较小的门和属在不同基质表面也有特定的微生物群落。可见,影响群落结构的因素较多且影响关系较为复杂。（2）沉水植物体表附着生物膜氨氧化微生物受所在生境、植物物种以及植物自身生长阶段的显著影响。沉水植物体表附着物能够敏感地响应水环境微生境状况的变化,本研究中,四个点位植物体表附着物干重间存在显著差异（P＜0.05）,附着物受所在水域部分理化因子的显著影响（P＜0.05）,同一点位水生植物基质和非生物基质附着物氮素含量的差异,则主要体现了植物与非生物基质材质的差异以及植物生命特征对氮素转化的双重影响。附着元素含量的差异将进一步影响其附植生物群落组成,并最终直接或间接地参与营养物质的循环。在同一湖泊内采集样本的附着物干重表现为水生植物＞非生物基质,不同物种之间表现为金鱼藻＞眼子菜,且随植物生长阶段的不同而呈现动态变化。Alpha多样性指数结果表明,水生植物/非生物基质表面附着氨氧化古菌群落丰富度和多样性远远高于水体,表明生物基物/非生物基质可以为微生物的生长和繁殖提供有利的微环境。总体来说,本研究发现附着微生物多样性和群落结构受附着物物理化学性质、基质的性质和水体营养盐负荷等生境条件的显著影响,生物基质和非生物基质的存在均可为氮循环功能微生物提供良好的生长表面和丰富的营养物质,并有潜力增加氮循环功能微生物的多样性、调控群落结构,研究结果对科学理解淡水水域生物及非生物基质体表微界面氮循环过程具有重要意义。

关键词：水生植物生物/非生物基质附着生物膜氨氧化、反硝化

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附着缺氧—生物膜联用处理聚酯废水的研究

兰州石化职业技术学院学报 2005年第3期5卷 3-5页

作者：孙毅朱光灿东南大学建筑设计研究院江苏南京210096 东南大学土木工程学院江苏南京210096

研究了附着缺氧-生物膜工艺处理聚酯废水的影响因素及效率。结果表明:当进水重铬酸钾化学耗氧量低于1400mg/L,缺氧段有机负荷小于3.36kg/(m3.d),总停留时间为18h时,重铬酸钾化学耗氧量去除率大于90%;工艺中缺氧段有效地提高废水的可生化... 详细信息

研究了附着缺氧-生物膜工艺处理聚酯废水的影响因素及效率。结果表明:当进水重铬酸钾化学耗氧量低于1400mg/L,缺氧段有机负荷小于3.36kg/(m3.d),总停留时间为18h时,重铬酸钾化学耗氧量去除率大于90%;工艺中缺氧段有效地提高废水的可生化性,丰富的生物相及生物量增强了系统耐冲击负荷的能力。

关键词：附着生物膜缺氧-好氧工艺废水处理

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菹草和金鱼藻生长及衰亡阶段体表附着微生物分布特征的研究

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菹草和金鱼藻生长及衰亡阶段体表附着微生物分布特征的研究

作者：马倩倩江苏大学

学位级别：硕士

沉水植物(submerged macrophyte)是淡水湖泊生态系统初级生产力,其在湖泊生态系统结构和功能以及生物多样性维持等方面占具举足轻重的作用。沉水植物整个植株生长于水面以下,茎叶等体表往往附着藻类、微生物、菌胶团、泥沙和碎屑等各种... 详细信息

沉水植物(submerged macrophyte)是淡水湖泊生态系统初级生产力,其在湖泊生态系统结构和功能以及生物多样性维持等方面占具举足轻重的作用。沉水植物整个植株生长于水面以下,茎叶等体表往往附着藻类、微生物、菌胶团、泥沙和碎屑等各种物质,形成厚度不等的附着层,加之沉水植物茎叶界面存在的相互分异又密切联系的氧化-还原异质环境,为微生物的附着提供了适宜的生物载体,茎叶等体表成为继植物根际后淡水生态系统物质循环的另一关键场所。生长及衰亡是沉水植物生命史的两个关键阶段。生长阶段,沉水植物茎叶将通过对营养盐的吸收以及附着生物膜等多重方式对淡水水域生态系统产生积极的影响;衰亡阶段,漂浮在水体中的茎叶枯落物随着营养元素的持续流失,茎叶枯落物表面附着物成分势必发生变化,枯落物表面附着微生物将随之发生变化。然而,目前关于沉水体表附着微生物在植物生长及衰亡阶段的变化过程及关键驱动因子尚不清晰。基于此,本论文以我国淡水水域优势沉水植物金鱼藻和菹草为研究对象,通过野外样品采集以及枯落物腐烂分解实验系统的构建,研究金鱼藻(Ceratophyllum demersum)和菹草(Potamogeton crispus)生长阶段以及枯落物分解阶段植物茎叶等体表附着微生物的生态分布特征,并与水体及非生物基质微生物同步测定数据进行对比分析,结合所在水域水质参数及附着生物膜理化特征,解析驱动茎叶体表附着微生物分布特征变化的主要因子,阐述植物在生长及衰亡阶段对体表附着微生物的影响,研究结果将为进一步评价沉水植物的生态功能提供基础数据。主要研究结果如下:(1)沉水植物生长阶段,其茎叶附着细菌物种组成及群落结构受植物物种以及植物生长时间等因素的显著影响,且与上覆水及非生物基质表面附着细菌分布明显不同。沉水植物生长阶段(菹草4-6月份、金鱼藻6-11月份),菹草和金鱼藻茎叶体表附着物干重平均值分别为39.68 g/kg和57.16 g/kg,均大于同一水域所采非生物基质附着物干重。金鱼藻附着物大于菹草,主要与两个物种叶片形态上的差异有关,相较于线形叶片的眼子菜而言,轮生且呈现簇拥密集生长的金鱼藻,其较复杂的叶片形态及较大的叶面积促使金鱼藻体表附着物的增加。两个物种生长过程中其茎叶附着细菌Alpha多样性、Beta多样性以及物种组成均随生长季节的差异而变化。Alpha多样性指数平均值表现为植物>非生物基质>上覆水体,表明沉水植物茎叶附着细菌的Alpha多样性高于非生物基质,且附着细菌多样性大于浮游细菌。各样品中所检测的细菌优势物种如Preoteobacteria、Firmicuts、Atinobacteria、Planctomyceloto、Cyanobacteria、Verrucomicrobiota、Bacteroidota、Chloroflex等,其相对丰度在不同样品间存在差异。微生物多样性及群落结构的变化受植物所在水域水环境参数以及附着生物膜理化参数的影响。总之,无论是沉水植物茎叶还是非生物基质,均能为水体污染物和微生物的附着提供场所,增加微生物群落丰富度和多样性,调控其群落结构的变化。(2)沉水植物枯落物腐烂分解阶段,茎叶附着细菌群落组成及结构受枯落物腐烂分解时间的显著影响,而受分解袋孔径差异的影响较小。金鱼藻枯落物共检测出细菌21门46纲114目185科327属,菹草枯落物则检出细菌26门61纲157目241科391属。细菌Alpha多样性随三个分解时间呈现显著性差异(p0.05)。基于层级聚类(Hierarchical clustering)以及主坐标分析(PCo A)结果证实同一分解时间金鱼藻或菹草的枯落物细菌群落组成较为相似,而不同分解时间枯落物细菌群落组成发生明显改变。相似性分析(ANOSIM)以及置换多元方差分析(PERMANOVA)表明枯落物细菌群落结构的显著性差异受分解时间的影响(p0.05)RDA或CCA分析揭示了枯落物细菌群落与枯落物理化参数及所在水域水质参数间均有一定的相关性;Spearman相关性分析以及Mantel test检验进一步验证了细菌群落阵与枯落物理化参数矩阵和水环境变量距离矩阵之间的显著相关性,表明枯落物细菌分布特受枯落物分解过程中营养元素的变化以及枯落物所在水域水质参数变化的双重影响。

关键词：沉水植物生长阶段腐烂分解附着生物膜附着微生物多样性

好氧内循环三相生物流化床处理低浓度废水研究

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中国环保产业 2005年第5期 31-33页

作者：曹从荣宋英豪黄青华王凯军贾立敏张强北京市环境保护科学研究院北京100037 北京科技大学土木与环境工程学院北京100083

本研究探讨了好氧内循环三相生物流化床处理低浓度废水的可行性和生物膜生长特性。

关键词：好氧内循环三相生物流化床附着生物膜 SS 低浓度废水

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