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聚乙烯微塑料对盐渍化土壤微生物群落的影响

环境科学 2024年第5期45卷 3088-3097页

作者：王志超李哲李嘉辰屈忠义杨文焕李卫平内蒙古科技大学能源与环境学院包头014010 黄河流域内蒙古段生态保护与综合利用自治区协同创新中心包头014010

地膜覆盖保墒已成为盐渍化土壤种植中重要的农艺措施,而盐渍化与微塑料双重胁迫对土壤微生物的影响越来越受到重视.为探究聚乙烯微塑料对盐渍化土壤微生物群落的影响,通过室内模拟盐渍化土壤环境中微塑料污染的方法,探究不同类型(氯盐... 详细信息

地膜覆盖保墒已成为盐渍化土壤种植中重要的农艺措施,而盐渍化与微塑料双重胁迫对土壤微生物的影响越来越受到重视.为探究聚乙烯微塑料对盐渍化土壤微生物群落的影响,通过室内模拟盐渍化土壤环境中微塑料污染的方法,探究不同类型(氯盐类和硫酸盐类)和不同含量(弱、中、强)的盐渍化土壤赋存不同丰度聚乙烯(PE)微塑料(土样干重的1%和4%)条件下对土壤微生物群落的影响.结果表明,PE微塑料会降低盐渍化土壤微生物群落多样性和丰富度,且硫酸盐类盐渍土处理受到的影响更强烈.赋存PE微塑料后不同处理微生物组成基本一致,但其相对丰度会发生变化,硫酸盐类盐渍土处理中各菌群相对丰度的变化较氯盐类盐渍土处理更强;门水平上,变形菌门相对丰度与赋存PE微塑料丰度呈正相关,而拟杆菌门、放线菌门和酸杆菌门相对丰度与赋存PE微塑料丰度呈负相关;科水平上,黄杆菌科、食碱菌科、盐单胞菌科和鞘脂单胞菌科相对丰度随赋存PE微塑料丰度增大而增大.KEGG代谢通路预测显示,赋存PE微塑料会降低微生物新陈代谢和遗传信息等功能相对丰度,硫酸盐类盐渍土对新陈代谢功能的抑制作用强于氯盐类盐渍土,而对遗传信息功能的抑制效果弱于氯盐类盐渍土;新陈代谢功能二级通道中氨基酸代谢、碳水化合物代谢、能量代谢等功能受到抑制,推测新陈代谢功能的降低可能是由于上述二级代谢通路相对丰度降低引起的.试验结果可为微塑料和盐渍化双重污染条件下对土壤环境的影响研究提供理论依据.

关键词：聚乙烯微塑料(PE MPs) 盐渍化土壤微生物组成和多样性功能

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乌梁素海冰封期砷与环境因子响应及风险评价

中国环境科学 2024年第2期44卷 972-983页

作者：石文静赵心亚刘轶哲李卫平内蒙古科技大学能源与环境学院黄河流域内蒙古段生态保护与综合利用自治区协同创新中心内蒙古包头014010

以乌梁素海为研究对象,分析冰封期冰-水-沉积物多相介质中砷(As)的分布特征,利用高通量测序技术揭示其主要微生物群落,结合理化因子探究乌梁素海冰封期As与环境因子响应关系并识别影响As分布的关键环境因子,同时综合多种方法进行生态风... 详细信息

以乌梁素海为研究对象,分析冰封期冰-水-沉积物多相介质中砷(As)的分布特征,利用高通量测序技术揭示其主要微生物群落,结合理化因子探究乌梁素海冰封期As与环境因子响应关系并识别影响As分布的关键环境因子,同时综合多种方法进行生态风险评价.结果表明,冰封期乌梁素海各点位沉积物中总砷(TAs)浓度均高于河套平原As背景值,平均浓度为背景值的1.7倍;冰-水-沉积物多相介质中As主要为As(Ⅴ),且TAs浓度的最大值均出现在总排干处;综合多相介质中相关性和冗余分析,冰封期乌梁素海中铁是影响As在冰-水-沉积物相迁移的关键环境因子,微生物在其中扮演重要角色,特别是Thiobacillus、norank_f_Steroidobacteraceae和Bacillus等菌属.风险评价结果表明冰封期乌梁素海表层沉积物大都处于轻度污染,但总排干处已经趋向于偏中度污染,且表层沉积物可能发生As的毒性效应风险,冰封期乌梁素海As的潜在生态风险不容忽视.

关键词：乌梁素海冰封期砷环境因子风险评价

磁性载体MBBR系统对纳米ZnO颗粒的胁迫响应

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中国环境科学 2024年第4期44卷 2093-2102页

作者：高静湉王树超敬双怡吴兆盛杨文焕李卫平内蒙古科技大学能源与环境学院黄河流域内蒙古段生态保护与综合利用自治区协同创新中心内蒙古包头014010

为探究磁性载体移动床生物膜反应器(MBBR)系统对不同浓度纳米ZnO胁迫的响应,构建2组MBBR开展纳米ZnO胁迫实验,通过对比普通与磁性载体MBBR中COD、NH_(4)^(+)-N去除性能、生物膜形貌、微生物群落及功能基因,分析磁性载体对纳米ZnO胁迫下M... 详细信息

为探究磁性载体移动床生物膜反应器(MBBR)系统对不同浓度纳米ZnO胁迫的响应,构建2组MBBR开展纳米ZnO胁迫实验,通过对比普通与磁性载体MBBR中COD、NH_(4)^(+)-N去除性能、生物膜形貌、微生物群落及功能基因,分析磁性载体对纳米ZnO胁迫下MBBR中污染物去除性能及微生物的影响.结果表明:低浓度(5,10mg/L)纳米ZnO对COD、NH_(4)^(+)-N去除无显著影响;高浓度(30,50mg/L)纳米ZnO胁迫后,磁性载体MBBR的NH_(4)^(+)-N去除率分别降低10.57%和12.91%,低于普通载体的14.48%和16.94%.相比于NH_(4)^(+)-N,纳米ZnO胁迫对COD去除影响较小.此外,高浓度(30,50mg/L)纳米ZnO胁迫导致更多纳米ZnO颗粒团聚并吸附于磁性载体生物膜表面,继而改变了生物膜群落结构.在10mg/L的纳米ZnO胁迫下,磁性与普通载体生物膜中微单胞菌属(Micropruina)的相对丰度均有所提高,对该菌属生长起到促进作用.50mg/L纳米ZnO对Micropruina的生长产生明显的抑制,普通及磁性载体生物膜中其相对丰度分别降至0.20%和1.28%.KEGG代谢通路预测表明,高浓度的纳米ZnO改善了细胞膜转运蛋白和细胞活性等功能,降低了碳水化合物代谢、氨基酸代谢、能量代谢、辅助因子和维生素代谢、异种生物降解与代谢的功能.在纳米ZnO胁迫下,磁性载体较普通载体表现出更好的污染物去除性能,削弱了纳米ZnO对微生物的胁迫效应.

关键词：纳米ZnO MBBR 磁性载体群落结构代谢通路

光合细菌对活性污泥微生物群落结构及功能的影响

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中国环境科学 2024年第3期44卷 1314-1323页

作者：杨文焕邓子威徐岩王志超李卫平内蒙古科技大学能源与环境学院内蒙古包头014010 黄河流域内蒙古段生态保护与综合利用自治区协同创新中心内蒙古包头014010

构建光序批式反应器(PSBR)处理模拟生活污水,考察光合细菌投加量、pH值、光照强度和溶解氧(DO)对反应器污染物去除性能影响,通过16S r RNA测序技术揭示光合细菌对活性污泥微生物群落结构、功能和氮代谢通路的影响.结果表明:10%光合细菌... 详细信息

构建光序批式反应器(PSBR)处理模拟生活污水,考察光合细菌投加量、pH值、光照强度和溶解氧(DO)对反应器污染物去除性能影响,通过16S r RNA测序技术揭示光合细菌对活性污泥微生物群落结构、功能和氮代谢通路的影响.结果表明:10%光合细菌投加通过促进微生物种间协调功能使PSBR系统CODCr、NH_(4)^(+)-N和TN去除率提高,pH值、光照强度和DO分别为7、5000lux和3mg/L时,PSBR脱氮性能最好.光合细菌提高了活性污泥微生物多样性和丰富度,Proteobacteria菌门和norank_f__Saprospiraceae菌属相对丰度增多.光合细菌促进部分参与硝化过程和反硝化过程的功能基因(amo、hao和nap)和酶(AMO、HAO和NAP)丰度增加,活性污泥的整体氮代谢潜力得到提升.

关键词：光合细菌光序批式反应器群落功能氮代谢

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微塑料对冰生消及密度的影响研究

环境工程技术学报 2024年第3期14卷 750-757页

作者：王志超康延秋李卫平窦雅娇李嘉辰杨文焕内蒙古科技大学能源与环境学院黄河流域内蒙古段生态保护与综合利用自治区协同创新中心

随着海洋及淡水中塑料垃圾数量的急剧增加,以乌梁素海为代表的寒区淡水湖泊中微塑料含量增长显著,冰封期结冰会促进微塑料富集于冰盖中,为深入理解微塑料在寒区冰冻区的环境迁移特点,利用自制结冰装置试验模拟湖水结冰期、融冰期,揭示... 详细信息

随着海洋及淡水中塑料垃圾数量的急剧增加,以乌梁素海为代表的寒区淡水湖泊中微塑料含量增长显著,冰封期结冰会促进微塑料富集于冰盖中,为深入理解微塑料在寒区冰冻区的环境迁移特点,利用自制结冰装置试验模拟湖水结冰期、融冰期,揭示微塑料对冰厚度增长率、消减率以及冰密度的影响。结果表明,微塑料的赋存促进冰生长,并且冰厚度增长值随微塑料丰度增加呈现出先增加后减小的趋势;且微塑料阻碍冰层融化,随着微塑料丰度的增加阻碍作用愈加明显。通过对不同条件下冰样密度进行观测发现,冰密度的变化是微塑料丰度和结冰温度为主导、微塑料粒径存在微弱影响的一种共同作用,微塑料丰度和结冰温度会对冰的生消过程和冰密度的变化造成影响。

关键词：微塑料室内试验增长率消减率密度

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人工湿地各组分氮素削减定量及功能基因分析

农业环境科学学报 2024年第3期43卷 654-664页

作者：高静湉汤世科刘哲铭张鹏于凤萍李卫平内蒙古科技大学能源与环境学院内蒙古包头014010 黄河流域内蒙古段生态保护与综合利用自治区协同创新中心内蒙古包头014010

为探讨人工湿地各组分氮素削减贡献度及微生物脱氮机理,本研究构建6组(3组无植物对照)不同类型人工湿地系统,3组有植物人工湿地基质分别为陶粒+煤渣、陶粒+沸石、沸石+煤渣,探究其对包头南海湖水中氮素的去除效果;采用氮稳定同位素示踪... 详细信息

为探讨人工湿地各组分氮素削减贡献度及微生物脱氮机理,本研究构建6组(3组无植物对照)不同类型人工湿地系统,3组有植物人工湿地基质分别为陶粒+煤渣、陶粒+沸石、沸石+煤渣,探究其对包头南海湖水中氮素的去除效果;采用氮稳定同位素示踪技术,量化植物、基质和微生物在人工湿地氮去除中的贡献度;并利用高通量测序技术分析人工湿地系统中微生物的群落结构及氮代谢功能基因。结果表明:陶粒+煤渣有植物组人工湿地氮去除效果最佳,对TN、NH_(4)^(+)-N、NO_(3)^(-)-N、NO_(2)^(-)-N的去除率分别为(41.18±2.61)%、(50.44±2.63)%、(40.93±2.32)%、(74.34±1.97)%。^(15)N示踪发现,植物、基质和微生物对人工湿地系统NO_(3)^(-)-N去除的贡献率分别为27.74%、48.43%和23.83%。高通量测序和PICRUSt2功能预测分析结果表明,植物对微生物群落组成和代谢途径有显著影响。在植物根部样本中,优势菌门为Proteobacteria,其大部分菌属均参与了氮代谢,在生物脱氮过程中发挥重要的作用。有植物人工湿地系统基质中微生物的nir S基因、植物根系的nir K基因丰度明显增加,植物有效促进了人工湿地系统中微生物的反硝化作用。

关键词：人工湿地氮同位素微生物群落氮代谢功能基因

不同类型湖泊DOM光谱特征及来源的季节性变化

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环境科学 2024年

作者：高静湉汤世科刘文理于凤萍张鹏李卫平内蒙古科技大学能源与环境学院黄河流域内蒙古段生态保护与综合利用自治区协同创新中心

为研究不同类型湖泊溶解性有机质（DOM）的时空分布特征及来源，于2023年4月和7月采集内蒙古乌梁素海、岱海和南海湖水样，通过紫外可见吸收光谱、三维荧光光谱结合平行因子分析法对3个湖泊DOM的光谱特征、物质组成进行分析，并探究DOM... 详细信息

为研究不同类型湖泊溶解性有机质（DOM）的时空分布特征及来源，于2023年4月和7月采集内蒙古乌梁素海、岱海和南海湖水样，通过紫外可见吸收光谱、三维荧光光谱结合平行因子分析法对3个湖泊DOM的光谱特征、物质组成进行分析，并探究DOM对水质因子的响应。结果表明，3个湖泊中岱海DOM的含量最高。相比春季，乌梁素海、岱海和南海湖夏季DOC平均质量浓度分别升高了69.57%、14.68%和85.88%。在空间分布上，乌梁素海DOM从春季的北部高到夏季的中部高，ρ（DOC）最高值从15.32 mg·L-1升至25.73 mg·L-1。岱海DOM在春季湖中心区域最高[ρ（DOC）为56.12 mg·L-1] ，夏季西部区域最高[ρ（DOC）为64.12 mg·L-1] 。南海湖春季入水口区域DOM较高，夏季出水口区域升高1倍。在特性方面，乌梁素海DOM的芳香性与疏水性最高，南海湖最低；3个湖泊的腐殖质均以富里酸为主。在来源上，春季乌梁素海DOM以内源为主，夏季以外源为主；岱海和南海湖整体以内源为主，从春季到夏季，岱海外源特征增强，南海湖内源特征增强。3个湖泊DOM均与TN、TP和DO有显著相关性，乌梁素海中TN、TP和Chl-a及岱海中TN、TP和COD的增加均削弱了其DOM的内源性；南海湖TN、Chl-a、DO和COD的增加增强了DOM的内源性。不同类型湖泊DOM空间分布及来源季节变化明显，为水文条件、外界水源输入、生物活动及人类影响综合作用所致。

关键词：溶解性有机质(DOM) 季节变化光谱特征紫外-可见吸收光谱三维荧光光谱

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黄河内蒙段开河期细菌群落结构特征研究

中国环境科学 2024年第3期44卷 1487-1496页

作者：史玉娇李文宝郭鑫内蒙古农业大学水资源利用与保护自治区重点实验室内蒙古呼和浩特010018 黄河流域内蒙段水资源与水环境综合治理协同创新中心内蒙古呼和浩特010018

为探索黄河内蒙段开河初期水-土介质中细菌群落组成情况及生态网络结构,于2021年4月中旬进行取样,共获得黄河水样6个和土样4个.利用16S rRNA基因高通量测序方法对水、土样品进行测定,并从菌门及菌属水平对二者的细菌群落组成进行了分析... 详细信息

为探索黄河内蒙段开河初期水-土介质中细菌群落组成情况及生态网络结构,于2021年4月中旬进行取样,共获得黄河水样6个和土样4个.利用16S rRNA基因高通量测序方法对水、土样品进行测定,并从菌门及菌属水平对二者的细菌群落组成进行了分析.结果显示:河漫滩土样细菌群落结构的分布较水样更为分散,且土样中细菌群落丰富度、均匀度及多样性均高于水体,二者多样性存在显著的组间差异;在菌门水平上,变形菌门、放线菌门和酸杆菌门等是构成水-土样品的优势细菌门类,其中变形菌门在河水中相对丰度均值约为36.57%,在土样中则下降到25.39%,而酸杆菌门主要存在土样中,相对丰度约为14.17%;在菌属水平上, hgcI_clade(6.19%~12.75%)、CL500-29_marine_group(2.97%~5.05%)和Acinetobacter(0.74%~12.24%)是水体中的优势菌属,而norank_f__norank_o__norank_c__KD4-96(1.95%~4.91%)、 norank_f__norank_o__Vicinamibacterales(2.35%~4.67%)和norank_f__Gemmatimonadaceae (2.20%~4.73%)是土样中的优势菌属;不同菌属对水-土细菌群落结构的响应并不一致,其中分别归属于酸杆菌门和芽单胞菌门的norank_f__norank_o__Vicinamibacterales及norank_f__Gemmatimonadaceae等是联系水-土细菌群落的主要菌属,而归属于放线菌门的hgcI_clade和CL500-29_marine_group等是造成水、土优势菌门存在差异的主要菌属;虽然土样较水样拥有更大的生态网络结构,且Delftia、Candidatus_Methylopumilus、Arthrobacter和Rb41等是维持黄河内蒙段水、土介质生态网络结构的关键菌属,但相较于土样网络结构,水体网络结构中不同模块关键菌门及菌属间的生态功能较为一致.

关键词：细菌群落水土介质网络结构开河期黄河内蒙段

冰封期不同类型湖泊细菌与蓝藻群落组成及共现网络分析

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湖泊科学 2024年

作者：杨文焕张明宇杨娅婷徐龙郭渊马杰李卫平内蒙古科技大学能源与环境学院黄河流域内蒙古段生态保护与综合利用自治区协同创新中心乌兰察布市生态环境局凉城县分局

季节性冰封使得寒区湖泊微生物群落结构及生物间相互反馈具有特殊性。黄河流域内蒙古段湖泊作为典型的寒区湖泊，其漫长的冰封期为研究细菌与蓝藻在冰封条件下的相互关系提供了天然平台。解析不同类型湖泊生态系统中细菌与蓝藻群落间的... 详细信息

季节性冰封使得寒区湖泊微生物群落结构及生物间相互反馈具有特殊性。黄河流域内蒙古段湖泊作为典型的寒区湖泊，其漫长的冰封期为研究细菌与蓝藻在冰封条件下的相互关系提供了天然平台。解析不同类型湖泊生态系统中细菌与蓝藻群落间的相互关系差异，有助于深入理解湖泊冰封条件下水生态系统的功能与动态。为探明湖泊功能对菌—藻关系的影响，本文以大型淡水湖泊乌梁素海、城市湖泊南海湖、咸水湖泊岱海冰封期冰下水体为研究对象，利用宏基因测序分子生物学技术、冗余分析、Mantel检验分析及Network网络分析模型等方法，对冰封期间细菌和蓝藻群落结构及相互关系进行研究。结果表明：3个湖泊冰下水体中优势菌门组成一致，属水平上的群落组成具有较为明显差异；湖泊间菌藻群落组成差异与环境因子的协同作用高度相关，总磷、氨氮、总氮是影响冰封期菌藻群落结构的主要影响环境因子；细菌—蓝藻的微生物网络复杂性呈现南海湖＞岱海＞乌梁素海。岱海网络中菌藻关系多以负相关为主，负权重边占比达到31.70%，且模块化程度较高。本文旨在对湖泊冰下水体中的细菌、蓝藻群落结构及共现网络进行深入分析，以更好地理解不同水生态系统下微生物错综复杂的关系，为相关领域的生态保护和研究提供重要的理论依据。

关键词：冰封期宏基因群落结构冗余分析菌藻关系