人工湿地氧化还原特征及其与微生物活性相关性

在水力负荷为800 mm/d的运行条件下,研究了复合垂直流人工湿地中试系统不同功能层面的氧化还原特征、好氧微生物数量、基质的耗氧速率及氧化还原酶类活性的分布特点。结果表明:各功能层面的氧化还原电位、好氧微生物数量、耗氧速率表层最高,并且随着基质深度的增加逐渐降低。除过氧化物酶外,氧化酶活性表现为表层高于中下层;而硝酸盐还原酶、亚硝酸盐还原酶等活性变化趋势则相反。同时,氧化还原电位与基质中细菌、真菌、放线菌的数量、耗氧速率等存在显著正相关关系;氧化还原电位与多酚氧化酶、过氧化氢酶、脱氢酶等氧化酶活性也存在显著正相关,而与下行流池的硝酸盐还原酶、亚硝酸盐还原酶等还原酶类存在显著负相关关系。     

BDE-209对土壤微生物PLFAs特性的影响

采用室内模拟方法,分析了不同浓度BDE-209处理对土壤微生物磷脂脂肪酸(Phospholipid fatty acids,PLFAs)组成、含量、微生物群落结构和多样性的影响。结果表明,不同浓度BDE-209胁迫下土壤微生物包括内标19∶0在内,共检测出20种磷脂脂肪酸,土壤微生物群落PLFAs种类较丰富,PLFAs组成以饱和脂肪酸为主,其中脂肪酸16∶0含量最高,单不饱和脂肪酸、多不饱和脂肪酸、支链脂肪酸和环丙烷脂肪酸含量较少。不同浓度BDE-209会改变微生物的组成与含量,与对照(CK)相比,1.0 mg·kg-1处理可将不同种类PLFAs的增加或降低的程度分为3类,10 mg·kg-1和100 mg·kg-1处理的分为4类,增加程度最大的都是细菌。BDE-209对以PLFAs表征的土壤细菌、真菌、放线菌和总微生物量都有显著的影响,且真菌对BDE-209更敏感,细菌对BDE-209耐受更强,其中革兰氏阴性菌对BDE-209污染的响应较敏感,革兰氏阳性细菌更容易存活,而含16:1ω7t的微生物比含16:1ω7c的微生物抗逆性更强。主成分分析发现,对照、1.0、10 mg·kg-1处理和第一主成分呈显著正相关,100 mg·kg-1处理和第二主成分呈显著正相关,其中第一主成分以含16:0、18:0、18:1ω7t、18∶2ω6,9的微生物为优势种群,第二主成分以含i17:0、a15:0的微生物为优势种群。PLFAs表征的土壤微生物量和群落结构对BDE-209的响应敏感,可以作为BDE-209污染下指示土壤环境质量变化的有效生物指标。     

水平潜流人工湿地微生物群落的碳源代谢特性和功能多样性研究

为深入研究人工湿地的碳去除机理,利用Biolog微平板,研究了水平潜流人工湿地基质微生物群落结构及代谢特性。平均色度变化表明基质上层微生物群落碳源代谢能力要高于下层;主成分分析结果表明人工湿地不同部位的基质微生物群落具有不同的群落结构;对不同碳源利用特性的分析表明,人工湿地基质微生物对糖类利用较强,而前部上层微生物对氨基酸和羧酸利用能力显著高于其他部位微生物,但对聚合物利用能力低于其他点;功能多样性指数研究显示,不同样点间丰度差别较小,而多样性和均匀性指数上层要高于下层,前部下层微生物群落的均匀性指数显著低于其他样点。研究表明,水平潜流人工湿地不同部位的基质微生物群落具有不同的群落结构和代谢功能。     

玉米和牧草典型种植模式下不同土层中土壤微生物量分布差异的研究

为明确西南喀斯特退耕还林还草与粮改饲等国家生态工程建设对土壤微生物量的影响,本研究选取广西环江县典型种植模式(玉米与桂牧一号),按土壤发生层采集淋溶层(A层,0～10 cm)、过渡层(AB层,30～50cm)、淀积层(B层,70～100 cm)样品,利用氯仿熏蒸、实时荧光定量PCR、磷脂脂肪酸(PLFA)等方法研究作物、土层及其交互作用对土壤微生物量的影响及其机制,以期为传统玉米种植到草食畜牧业种植模式的转变提供理论依据。结果表明,作物、土层及其交互作用对土壤微生物生物量碳、真菌遗传丰度及细菌PLFAs量均有显著影响;总体上,土壤微生物生物量与总PLFAs量均表现为随土层加深而降低,但真菌遗传丰度及真菌PLFAs量则表现为B层最高;表层土壤微生物量在两种作物下无显著差异,但桂牧一号地土壤B层细菌PLFAs量显著高于玉米地,而玉米地土壤AB层真菌遗传丰度显著高于桂牧一号地。逐步回归分析表明,全氮、p H、有机质分别影响细菌遗传丰度、总PLFAs量与细菌PLFAs量;速效钾显著影响土壤微生物生物量碳、真菌遗传丰度、总PLFAs量以及真菌PLFAs量。上述结果表明,传统玉米转变为牧草种植模式后更应关注深层土壤微生物群落的变化,同时,喀斯特地区农田土壤钾素对土壤微生物具有重要影响。     

盐城滨海湿地土壤微生物群落的季节变化特征

为探讨盐城滩涂湿地典型生境土壤微生物多样性与群落结构特征及其季节动态，选择盐城滩涂湿地淤泥质光滩、互花米草群落、藨草群落、盐地碱蓬群落、芦苇群落5种典型生境，通过16S rRNA高通量测序技术对不同季节0～<10 cm(表层)、10～<30 cm(中层)、30～60 cm(深层)的土壤微生物群落特征进行分析。研究发现，不同生境间，淤泥质光滩微生物多样性高于有植被覆盖的滩涂湿地，且土壤微生物群落结构与植物群落差异较大。不同植物群落间，互花米草群落和芦苇群落土壤微生物多样性较高，土壤微生物群落结构上，互花米草群落和藨草群落相似，芦苇群落和盐地碱蓬群落相似。不同季节间，表层土壤微生物多样性差异较大，中深层土壤差异较小。表中层土壤秋季土壤微生物多样性最高；深层土壤中，互花米草群落秋季最高，本土植物群落夏季最高。总体上，互花米草入侵改变了土壤微生物群落组成结构特征，不同季节间土壤微生物多样性的季节变化规律也与本土植物群落存在一定差异。     

火干扰对兴安落叶松森林土壤微生物群落的影响

以大兴安岭地区兴安落叶松(Larix gmelinii)林土壤微生物为研究对象,采用磷脂脂肪酸(PLFAs)法研究不同火烧强度和火后恢复时间对土壤微生物群落的影响。结果表明:(1)火烧强度、火后恢复时间及它们的交互作用对兴安落叶松林土壤微生物群落生物量和结构均具有显著(P<0.05)影响;(2)随着火烧强度的增大,土壤微生物总PLFAs质量摩尔浓度、细菌PLFAs质量摩尔浓度及其相对丰度、真菌PLFAs质量摩尔浓度、放线菌PLFAs质量摩尔浓度、丛枝菌根真菌PLFAs质量摩尔浓度及其相对丰度、细菌和真菌比值均呈减小趋势,而放线菌和真菌PLFAs相对丰度、革兰氏阳性细菌和阴性细菌比值均呈增大趋势;(3)随着火后恢复时间的延长,土壤微生物总PLFAs质量摩尔浓度,细菌、真菌和丛枝菌根真菌PLFAs质量摩尔浓度在高火烧强度表现出增大的趋势;(4)与对照相比,低火烧强度在部分火后恢复时间内促进了微生物的生长,而中火烧和高火烧强度则抑制了微生物的生长。不同火后恢复时间和火烧强度下的土壤养分的变化是引起土壤微生物群落生物量和结构改变的原因之一,研究火干扰对土壤微生物的影响时,应考虑火烧强度和火后恢复时间的综合作用。     

土壤微生物群落磷脂脂肪酸生物标记分析程序PLFAEco

[研究目的]磷脂脂肪酸(PLFAs)是一个良好的生物标记物,可应用于土壤微生物群落多样性的定性定量分析.为提高研究分析效率,编写了生物标记辅助分析程序PLFAEco,提供基于PLFAs的微生物群落分析功能.[方法]基于MIDI公司的Sherlock脂肪酸微生物鉴定系统,采用Perl为编程语言.[结果]程序PLFAEco可计算样品的微生物群落特性,包括Shannon-Wiener(H1)、Brillouin(H2)、McIntosh多样性指数(H3)、丰富度指数(S)、Pielou均匀度(J)、Simpson 势度指数(D)计算,执行聚类分析,主成份分析;计算对象可分别为样品或PLFAs;也可依用户设定以PLFAs组合代替单一PLFA为计算单元便于比较真菌、放线菌、细菌等微生物类群之间的关系;根据样品重复、处理信息进行均值和标准差计算;计算结果以包含图表的网页形式显示,提供CSV格式的数据文件供其它软件使用.[结论]程序PLFAEco扩展了Sherlock系统在微生物群落分析方面的功能,避免了手工利用该系统带来的磷脂脂肪酸数据提取、数据矩阵构建、统计计算等复杂而繁重的工作.具有操作方便、速度快的特点,能满足大多数情况下的需求,已在烟田土壤、发酵床养猪场垫料的微生物群落分析中得到了验证.程序及手册、示例位于网站www.dagri.org.     

放牧与围栏内蒙古针茅草原土壤微生物生物量碳、氮变化及微生物群落结构PLFA分析

以内蒙古贝加尔针茅草原、大针茅草原和克氏针茅草原为研究对象,采用氯仿熏蒸法和磷脂脂肪酸(PLFA)分析方法研究了放牧与围栏条件下内蒙古针茅草原土壤微生物生物量和群落结构特征的变化情况.研究表明放牧与围栏草地土壤微生物生物量和群落结构差异显著.氯仿熏蒸法分析结果表明内蒙古针茅草原土壤微生物生物量碳的含量介于166.6～703.5 mg·kg-1之间,微生物生物量氮含量介于30.34～92.15 mg·kg-1之间,其中贝加尔针茅草原土壤微生物生物量碳、氮最高,大针茅草原次之,克氏针茅草原则最低.放牧条件下,贝加尔针茅草原、大针茅草原土壤微生物生物量碳、氮显著低于围栏草地,克氏针茅草原则无显著变化.PLFA分析结果显示,内蒙古针茅草原土壤微生物群落PLFAs种类、含量丰富,共检测出28种PLFA生物标记磷脂脂肪酸,并且以直链饱和脂肪酸和支链饱和脂肪酸为主,相对含量占总量的2/3左右,其中贝加尔针茅草原土壤微生物含量最丰富,其围栏样地土壤的PLFA含量达到27.3 nmol·g-1,大针茅草原和克氏针茅草原依次降低.围栏条件下,各类型草原土壤细菌脂肪酸与总PLFA含量均显著高于放牧草地,真菌脂肪酸含量则因草原类型不同各有差异;放牧导致各类型草原革兰氏阳性细菌PLFAs/革兰氏阴性细菌PLFAs(GPPLFAs/GNPLFAs)比值显著降低,而除了克氏针茅草原,细菌PLFAs/真菌PLFAs比值则显著升高.PLFAs主成分分析表明,放牧和围栏处理对内蒙古针茅草原土壤微生物群落结构产生影响,且围栏处理的影响程度大于放牧处理.经相关分析表明,氯仿熏蒸法和PLFA分析方法之间有很好的一致性,且土壤微生物PLFAs与土壤有机质、全磷、硝态氮显著相关.     

种植不同植物的人工湿地土壤微生物群落研究

为了解人工湿地中植物对土壤微生物的影响,对种植美人蕉、香蒲、芦苇和旱伞草4种植物的人工湿地中土壤微生物群落进行了研究分析.研究结果显示:正在运行的人工湿地系统中,在15～25 cm深度,人工湿地土壤微生物群落的功能多样性无显著性差异(P＞0.05),16SrDNA的PCR-DGGE图谱显示微生物群落相似性高于70％;在...     

人工湿地各组分氮素削减定量及功能基因分析

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、NH₄⁺-N、NO₃^--N、NO₂^--N的去除率分别为(41.18±2.61)%、(50.44±2.63)%、(40.93±2.32)%、(74.34±1.97)%。¹⁵N示踪发现,植物、基质和微生物对人工湿地系统NO₃^--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...     

农田栽参根区土壤微生物结构特征的研究

为了了解农田栽培人参对土壤微生物群落结构的影响,采用磷脂脂肪酸法(PLFA)测定了1、2、3、4、5年生农田栽参根区土壤微生物量的活性部分,分析了群落结构的变化。结果表明:农田栽培人参根区土壤以i15∶0,a15∶0,16∶1ω9c,16∶0等4种PLFAs占有优势地位;农田栽参根区土壤微生物总量和细菌生物量具有相同的降低趋势,均低于对照,且2年生降低的幅度最明显;真菌生物量和放线菌生物量具有相同的增加趋势,与对照相比均有增加,但增加的比率相差明显,真菌增加的幅度明显,接近10倍,放线菌虽有增加,但幅度微弱。真菌占总生物量的比率迅猛增加,是农田栽参土壤微生物群落结构变化的主要特征。     

长期施肥管理对红壤稻田土壤微生物量碳和微生物多样性的影响

【目的】土壤微生物在地球化学循环及维持土壤肥力和作物产量方面发挥了重要作用,为了研究长期不同施肥制度对土壤肥力状况的影响,明确施肥制度与土壤微生物的关系。【方法】采用土壤熏蒸和磷脂脂肪酸分析方法,研究了湖南宁乡不施肥处理、施用化肥、常规施肥、秸秆还田、30%有机肥+化肥和60%有机肥+化肥6个长期肥料定位试验的土壤微生物量碳及磷脂脂肪酸。【结果】与不施肥对照相比,施用化肥、秸秆还田及有机肥与化肥配合施用可以显著的提高土壤微生物量碳及总磷脂脂肪酸的量。长期施用化肥后,群落中含有iC15:0的微生物明显增多,长期施用有机肥和秸秆还田后,群落中含iC15:0微生物明显减少,而含aC15:0微生物则显著增加。通过对21种测得磷脂脂肪酸进行主成分分析,结果表明,前两个主成分可以解释总变异的87.6%。除C12:0和C15:0外,大部分的非饱和脂肪酸和环式脂肪酸的变异可以在第一主成分中反映出来。从肥料处理的主成分分析结果看,第一主成分及第二主成分可以解释肥料处理变异的89.8%,相比较而言,化肥处理和常规施肥处理相互间的差别较小,60%有机肥处理与秸秆还田处理几乎重合。【结论】不同施肥处理对土壤微生物量碳和微生物多样性有重要影响,肥料处理差异可以在微生物结构与多样性变化上得以体现。     

人工湿地-池塘复合养殖系统中浮游藻类生态特征

采用放养了斑点叉尾鮰苗种和少量白鲢的人工湿地-池塘复合养殖系统研究各养殖塘浮游藻类的生态特征,并通过对不同密度养殖塘的比较探讨人工湿地对鱼塘中浮游藻类生态结构的调节作用.结果表明,塘中共鉴定出浮游藻类7门63属142种,其中绿藻门34属60种,硅藻和蓝藻分别有10属34种、10属30种,裸、隐、甲、金藻门种类较少,共9属18种.各养殖塘优势种类主要为四尾栅藻（Scenedesmus quadricauda）、衣藻（Chlamydomonas sp.）、二角盘星藻（Pediastrum duplex）、小环藻（Cyclotella sp.）、尖针杆藻（Synedra acus）、颗粒直链藻（Melosira granulate）等.随着斑点叉尾鮰鱼苗养殖密度的增加,浮游藻类数量、生物量呈现增加的趋势,但各塘内浮游藻类种类多样性差异不显著.人工湿地与养殖池塘的联合对养殖水体的浮游藻类有较好的调控作用,整个实验期间各塘内浮游藻类种类、数量、生物量无显著变化,即使在养殖密度最高的四号塘也没发生蓝藻水华,并保持着相对稳定的群落结构.     

荆江地区湿地与稻田有机碳、微生物多样性及土壤酶活性的比较

【目的】通过湖北荆江地区湿地与稻田土壤有机质、微生物多样性及土壤酶活性比较分析,研究在人为培育下水稻土有机碳与微生物特性之间的关系。【方法】在湖北荆江地区采集代表性河流湿地和稻田耕层（0-20 cm）土壤样本,用硫酸-重铬酸钾消煮法和氯仿熏蒸-硫酸钾提取法测定土壤有机碳和微生物生物量碳,用稀释平板菌落计数法和PCR-DGGE研究微生物区系数量和群落结构多样性,并配合比色法测定土壤酶活性。【结果】湿地在长期种植水稻后,土壤有机碳含量提高了55.42%,全氮和碱解氮也大幅度升高。而且,微生物生物量碳提高了180%。尽管细菌、真菌、放线菌和自生固氮菌的丰度与细菌和真菌多样性均未发生分异,但是稻田土壤蔗糖酶、脲酶和碱性磷酸酶活性比湿地分别提高了89%、70%和72%。微生物生物量碳和归一化的酶活性均与土壤有机碳呈显著正相关关系。【结论】在人为定向培育下,荆江地区水稻土有机碳含量明显提高,微生物生物量碳与酶活性也显著增强,同时,土壤微生物生物量碳和酶活性可以作为稻田土壤有机质功能变化的指示指标。     

小麦蚕豆间作对根际土壤氮转化微生物的影响

通过田间小区试验,采用磷脂脂肪酸（PLFA）、实时荧光定量PCR研究了小麦蚕豆间作不同生育期对根际土壤微生物群落的变化、氨氧化细菌（AOB）、氨氧化古菌（AOA）以及反硝化细菌中亚硝酸还原酶（nirK）、一氧化氮还原酶（norB）和氧化亚氮还原酶（nosZ）基因拷贝数以及土壤酶活性和土壤硝态氮、铵态氮含量的影响。结果表明：与单作相比,小麦蚕豆间作显著提高了根际土壤中总的PLFAs生物量、细菌、真菌、放线菌和好氧菌的生物量。土壤样品中的amoA基因拷贝数在10⁵～10⁶范围内AOB的amoA基因数量高于AOA。在不同的生育期,根际土壤中nirK的基因拷贝数都是间作高于单作;在拔节期,间作蚕豆的norB基因显著高于其他种植模式（P<0.05）;在拔节期、抽穗期,nosZ基因均是间作显著高于单作（P<0.05）,并随着生育期呈现降低的趋势。间作降低了根际土壤NO₃^--N的含量,提高了NH₄⁺-N的含量（P<0.05）。说明小麦蚕豆间作后改变了根际土壤的微环境,使得土壤微生物群落结构发生改变,这种改变在一定程度上能够对土壤氮素的有效保蓄和供应、同时防止氮素损失和污染起到积极作用,为间作增产提供了氮素营养保障。     

垂直流人工湿地内部曝气对出水水质的影响

[目的]研究垂直流人工湿地内部曝气对出水水质的影响。[方法]以迎龙污水处理厂中第二级湿地为试验场地,研究了垂直流人工湿地在不同曝气压力、曝气深度下对生活污水CODCr、氨氮、总磷去除效果的影响。[结果]湿地内部曝气可以提高CODCr的去除率;在深层(50 cm)曝气能够提高氨氮去除率,在浅层(25 cm)曝气不利于氨氮的去除;总磷的去除受溶解氧的影响较小。[结论]该研究为垂直流人工湿地内部曝气的实际应用提供了参考。     

铬在水平潜流和垂直流人工湿地中的形态转化和迁移

本研究以薏苡为湿地植物，构建了小型垂直流人工湿地（VC）和水平潜流人工湿地（HC），研究了不同水分管理对处理Cr⁶⁺废水时铬的迁移转化的影响。结果表明： Cr⁶⁺处理下，两种湿地的薏苡生长均受到了抑制，水平潜流人工湿地薏苡生长受抑制程度低于垂直流人工湿地。水平潜流人工湿地铬含量较高，而垂直流人工湿地易吸收的可交换态和碳酸盐提取态铬含量较高。基质的pH和Eh均随Cr⁶⁺浓度的增加而呈现减小趋势。垂直流人工湿地pH及Eh值均大于水平潜流人工湿地。与潜流人工湿地相关的酶活性相比，垂直流人工湿地可以增加基质中蔗糖酶活性，但Cr⁶⁺处理下脲酶活性却低于水平潜流人工湿地。高通量分析表明，不同处理下的两种人工湿地基质微生物群落存在显著差异，水平潜流人工湿地微生物更有利于将铬转化为难以利用的铬形态。水平潜流人工湿地对废水中的Cr⁶⁺有更好的去除能力。研究表明，水平潜流人工湿地有利于促进Cr⁶⁺转化为难以利用的铬形态，提高了人工湿地对污水中Cr⁶⁺的去除能力。