沉积物中核酸态有机磷及其矿化过程研究

水体沉积物界面中磷的释放机制非常复杂,生物作用导致的pH值和氧化还原条件变化对湖泊沉积物矿化能力有显著影响.普遍认为沉积物中有机磷的矿化过程是对水体富营养化具有重要贡献的环节之一,而核酸态有机磷可从一定程度上表征微生物水平,反应微生物对矿化作用的影响.据此采用DNA提取的方法对沉积物中核酸态有机磷的含量进行测定,并模拟沉积物中核酸在不同pH和溶解氧条件下的矿化过程.结果表明,DNA提取方法可以快速、准确提取沉积物中核酸磷;沉积物中核酸磷含量为0.43～0.61 μg·g-1,占有机磷总量的0.27%～0.37%,精确度为1.58%～3.63%.模拟实验结果表明,在两种情况下上覆水中总磷浓度均呈波动式上升,在pH接近7时沉积物中核酸磷较低,有氧条件下核酸磷呈下降趋势.     

长江口沉积物有机碳及溶解有机质结构对外源磷输入的响应

长江口沉积物总有机碳（TOC, Total Organic Carbon）含量会随着外源磷的输入而发生变化。采用泥（沉积物）水质量比约为1：1，周期为56d的室内模拟试验系统。设置包括对照组在内的6个输入过磷酸钠的浓度梯度试验组，研究不同水平的外源磷输入所引起的沉积物中TOC含量的变化特征。同时，运用紫外—可见光吸收光谱方法，研究含磷物质的加入对沉积物中溶解有机质结构变化的影响。实验结果显示：各试验组沉积物TOC含量在第56天比对照组分别减少了3.60%、7.08%、8.09%、9.33%、11.80%，表明随着外源磷输入量增加，长江口沉积物中TOC加速分解。在试验周期内,沉积物溶解有机质的腐殖化程度、芳香化程度最大值与磷的输入量呈正相关。溶解有机质分子量和芳香环结构变化幅度与外源磷的输入量呈正相关，说明外源磷输入量的增大能够加快沉积物溶解有机质的变化。随着试验时间的增加，不同磷水平的溶解有机质的腐殖化程度和芳香化程度呈现先上升，随后开始下降的趋势；而溶解有机质的分子量随着时间的增加逐渐减小，其芳香环取代基上的取代基逐渐替换为更具有活性的官能团。表明沉积物有机碳含量减少过程中，先生成腐殖质，随着腐殖质继续分解，其腐殖化程度降低，且腐殖化程度和芳香化程度具有同一性。     

高原湖泊流域不同类型农村沟渠底泥氮、磷和有机质分布特征及污染评价

为揭示高原湖泊流域农村沟渠底泥氮、磷和有机质的分布特征,以云南省4种典型农村(畜禽养殖型、生态休闲型、集镇型和传统型)为研究对象,分析其全氮(TN)、全磷(TP)和有机质(OM)的含量,并应用有机指数法和单因子评价法评价底泥的污染程度。结果表明,不同类型农村之间w(TN)、w(TP)和w(OM)的空间分布差异显著,w(TN)和w(TP)均表现为畜禽养殖型集镇生态休闲型传统型,w(OM)表现为畜禽养殖型生态休闲型集镇型传统型。TN与TP呈极显著正相关,说明氮磷元素在底泥累积过程中有着较高的同步性;TP与OM呈极显著正相关,说明OM是磷元素的重要载体;TN与OM的相关性不显著,表明农村沟渠底泥氮的主要来源并不是OM的矿化与分解。各村沟渠底泥氮和有机质污染均达到了重度污染状态,磷污染程度相对较低,畜禽养殖型农村属于中度污染,集镇型和生态休闲型农村属于轻度污染,传统型农村属于清洁型。畜禽养殖业是高原湖泊流域典型农村沟渠底泥氮、磷和有机质污染的主要来源。     

桂林市区湖泊沉积物的氮磷研究

对桂林市区湖泊木龙湖、西清湖、宝贤桥、观漪桥、榕溪桥样点湖底表层0～5 cm沉积物进行了采样调查,并分析其总氮、氨氮、亚硝酸盐氮、有机磷、无机磷、有机质、无机质的含量,结果表明,总氮的平均浓度为3 363.6 mg/kg,其中氨氮是沉积物中氮的主要存在形式,占TN的82%。桂林市区湖泊沉积物中磷的含量为230.46～291.35 mg/kg,其中无机磷占主要成分,平均占TP的78.7%。造成这种差异的主要原因为桂林市区没有大型的有机污染源纳入,只有小部分植物残体随着地表径流汇入湖体,同时有机磷和有机氮在不断地被矿化为无机磷、无机氮。部分凹岸带已出现的富营养化现象可能与湖泊沉积物N、P不断积累并释放到水体中有关。     

Reverse methanogenesis: testing the hypothesis with environmental genomics

Microbial methane consumption in anoxic sediments significantly impacts the global environment by reducing the flux of greenhouse gases from ocean to atmosphere. Despite its significance, the biological mechanisms controlling anaerobic methane oxidation are not well characterized. One current model suggests that relatives of methane-producing Archaea developed the capacity to reverse methanogenesis and thereby to consume methane to produce cellular carbon and energy. We report here a test of the "reverse-methanogenesis" hypothesis by genomic analyses of methane-oxidizing Archaea from deep-sea sediments. Our results show that nearly all genes typically associated with methane production are present in one specific group of archaeal methanotrophs. These genome-based observations support previous hypotheses and provide an informed foundation for metabolic modeling of anaerobic methane oxidation.     

氮沉降对森林土壤有机质和凋落物分解的影响及其微生物学机制

氮沉降持续增加背景下土壤C∶N∶P化学计量比和pH环境等的改变及其可能的土壤微生物学机制已经成为陆地生态系统与全球变化研究的新生长点和科学研究前沿.以生态化学计量学和土壤微生物生态学为理论基础,综述了氮沉降对森林土壤有机质和凋落物分解的影响及其微生物学机制的基本理论、最新进展、研究热点与难点,旨在促进全球变化背景下陆地生态系统地下生态学的研究.氮沉降持续增加会导致森林生态系统磷循环加速,导致磷限制.氮沉降不但改变森林土壤有机质和凋落物的C∶N∶P化学计量比和降低土壤pH值,而且改变土壤微生物生物量碳氮磷、细菌、真菌和放线菌的组成以及影响碳氮磷分解的关键酶活性.氮沉降对森林土壤有机质和凋落物分解的影响表现为促进、抑制和无影响,其影响的差异可能来源于微生物效应的不同.叶片在凋落前有显著的氮磷养分回收,但是根无明显的养分回收,造成土壤有机质和凋落物的C∶N∶P化学计量比存在明显差异.基于DNA/RNA等分子生物学方法为土壤微生物生态学研究提供了强有力的手段,将促进氮沉降对森林土壤有机质和凋落物化学计量比改变的微生物学机制研究.     

小城镇河流底泥沉积物-上覆水磷迁移循环特征

通过河流原状沉积物在通气和厌气下实验室模拟培养，通过对河流上覆水，孔隙水和沉积物的磷浓度和形态的分析研究了沉积物-上覆水磷的迁移循环特征。结果表明，对于高营养和长期处于缺氧的河流沉积物，通气条件可改变沉积物的透气性和沉积物有机质的降解速率，通气条件下磷迁移是向上覆水方向，厌气条件下磷迁移是向沉积物方向。通气下沉积物和孔隙水总磷均随培养过程下降，而厌气下反之。对于沉积物形态磷的含量变化在通气和厌气下不同。     

Copper porphyrins in deep-sea sediments: a possible indicator of oxidized terrestrial organic matter

Copper porphyrins have been isolated from deep-sea sediments collected during six legs of the Deep Sea Drilling Project-International Program of Ocean Drilling. These pigments are present in depositional areas receiving high inputs of terrestrially derived oxidized organic matter. Such areas include the Black Sea, the Bay of Biscay, the Blake-Bahama Basin, and slumped Miocene deposits off Cape Bojador on the west coast of Africa.     

Organic carbon composition of marine sediments: effect of oxygen exposure on oil generation potential

Anaerobic sedimentary conditions have traditionally been linked to the generation of the source rocks for petroleum formation. However, the influence of sedimentary redox conditions on the composition of freshly deposited organic matter (OM) is not clear. We assessed the effect of in situ exposure time to oxic conditions on the composition of OM accumulating in different coastal and deep-sea sediments using solid-state 13C nuclear magnetic resonance (NMR). 13C NMR spectra were resolved into mixtures of model components to distinguish between alkyl carbon present in protein and nonprotein structures. There is an inverse relation between the length of exposure to oxic conditions and the relative abundance of nonprotein alkyl (alkylNP) carbon, whose concentration is two orders of magnitude higher in coastal sediments with short exposure times than in deep-sea sediments with long exposure times. All alkylNP-rich samples contain a physically separate polymethylene component similar in composition to algaenans and kerogens in type I oil shales. The duration of exposure to oxic conditions appears to directly influence the quality and oil generation potential of OM in marine shales.     

养殖池塘底泥磷酸酶活性与释磷关系及其调控的研究

以天津市东丽区和西青区2个养殖池塘为对象,采用用室内试验方法,研究了底泥中各有机磷组分与上覆水中可溶性磷(DRP)含量、底泥磷酸酶活性与有机磷各组分及上覆水中可溶性磷之间的关系,并采取不同处理对底泥酸性磷酸酶(ACP)和碱性磷酸酶(ALP)活性进行调控.结果表明,底泥中活性有机磷(LOP)、中等活性有机磷(MLOP)、中稳性有机磷(MROP)与上覆水中DRP之间呈显著正相关.底泥中ALP与MLOP、MROP之间相关显著,并对其直接影响较大;ACP与MLOP之间相关显著,对其产生的直接影响也很大.A、B两池塘底泥中ALP与上覆水中DRP随时间变化规律基本一致,二者之间呈显著正相关.在养殖水体中加入酶抑制剂和沸石能抑制ALP和ACP活性,并以酶抑制剂加沸石的处理效果最好.     

Miocene-Pliocene Boundary in the Philippines as Related to Late Tertiary Stratigraphy of Deep-Sea Sediments

Planktonic foraminiferal trends across the Miocene-Pliocene boundary in the Philippines suggest that sections of eight deep-sea cores reported to be Pliocene are actually latest Miocene, and that a marked extinction of discoasters in the deep-sea cores is due to an unconformity, separating Miocene and Pleisto-cene sediments, representing a time gap of some 10 million years of Pliocene time.     

按沉陷深度控制的深海沉积物承载力分析方法

采运设备沉陷深度和深海沉积物承载能力是大洋资源采运设备设计的重要依据.首先从研究深海沉积物物理力学性质特点及其沉陷与承载机理入手,针对深海沉积物抗剪强度随深度变化的特征,利用极限平衡理论建立了采运设备沉陷深度分析模型;其次,考虑到深海沉积物承载能力与采运设备沉陷深度的相关性,在采运设备沉陷深度分析模型研究基础上,采用按沉陷深度控制深海沉积物承载能力的思想,提出了按采运设备沉陷深度控制的深海沉积物承载能力分析方法;最后,通过实例分析与室内模拟试验,验证了本文模型的合理性与可行性.     

Swept away: resuspension of bacterial mats regulates benthic-pelagic exchange of sulfur

Filaments and extracellular material from colorless sulfur bacteria (Beggiatoa spp.) form extensive white sulfur mats on surface sediments of coastal, oceanic, and even deep-sea environments. These chemoautotrophic bacteria oxidize soluble reduced sulfur compounds and deposit elemental sulfur, enriching the sulfur content of surface sediment fivefold over that of deeper sediments. Laboratory flume experiments with Beggiatoa mats from an intertidal sandflat (Nova Scotia) demonstrated that even slight erosion of sediment causes a flux of 160 millimoles of sulfur per square meter per hour, two orders of magnitude greater than the flux produced by sulfur transformations involving either sulfate reduction or sulfide oxidation by benthic bacteria. These experiments indicate that resuspension of sulfur bacterial mats by waves and currents is a rapid mechanism by which sediment sulfur is recycled to the water column. Benthic communities thus lose an important storage intermediate for reduced sulfur as well as a high-quality bacterial food source for benthic grazers.     

滇池水体沉积物磷素特征及其对藻类的影响

为揭示在外源磷得到控制的情况下,滇池沉积物磷在适宜条件下释放特征及其对藻类的影响,采用室外模拟方法,研究滇池沉积物与上覆水中的磷素特征,探索沉积物磷释放对藻类的影响。结果表明：上覆水下层水中各形态磷（总磷、可溶性磷、正磷酸盐）含量高于上层水;沉积物中磷素形态以钙结合态磷和有机磷为主,向水体释放贡献最大的是铁铝结合态磷和有机磷;水中正磷酸盐与水中叶绿素a含量呈正相关关系,正磷酸盐含量升高显著加剧水体富营养化;沉积物中可交换态磷含量与水体叶绿素a呈极显著正相关,沉积物磷释放是藻类生长的最主要内源负荷。研究表明,控制水体中的正磷酸盐和沉积物中铁铝结合态磷的浓度以及限制有机磷的转化和矿化是控制藻类的有效措施。     

崇明村镇级河道沉积物磷形态分布特征

应用SMT法对崇明村镇级河道沉积物中的磷形态进行了分析,揭示了沉积物中磷的形态分布及潜在转化趋势。结果表明,沉积物中的磷主要以无机磷(IP)的形态存在,占总磷(TP)的85%以上,有机磷(OP)的含量较低,仅为9.93%～18.45%;而在无机磷中,磷灰石态无机磷(AP)是主要的赋存形态,占IP的70%以上;pH与AP呈极显著正相关,是沉积物理化性质中的重要指标,对磷的潜在环境行为有重要影响。     

阳宗海湖滨湿地沉积物砷和有机质对磷赋存形态的影响

以云南省阳宗海南岸湖滨湿地为研究对象,研究了沉积物中总砷(TAs)、总磷(TP)及各形态无机磷的含量及空间分布特征,并对沉积物中TAs和有机质(OM)含量与各形态磷的相关性进行了分析。结果表明:沉积物TAs含量(1.84~24.37 mg·kg~(-1))处于土壤环境质量标准Ⅲ级限值的警戒线,表层富集明显,湖滨湿地对砷具有拦截作用;沉积物TP含量受上游人为干扰方式影响,农田和农村综合干扰样带的TP含量最高(604.13 mg·kg~(-1)),表层富集明显,湖滨湿地对外源磷也有截留作用,无机磷形态中以磷石灰型(Ca_(10)-P)为主,活性磷酸二钙磷(Ca_2-P)和磷酸八钙磷(Ca_8-P)、潜在释放的磷酸铝盐(Al-P)和磷酸铁盐(Fe-P)、惰性的闭蓄态磷酸盐(O-P)含量均较低;沉积物TAs和OM含量对磷的赋存状态均存在影响,主要与砷-磷在沉积物上的竞争吸附作用以及沉积物环境因素的变化有关。     

秦淮河底泥投放对盆栽前后土壤养分含量的影响

以秦淮河南京市区段疏浚底泥为研究对象,将底泥按不同的比例进行土地投放,并进行盆栽试验,分析种植前后混合土样中的有机质、氮、磷、钾以及重金属含量的变化情况。盆栽试验结果表明,底泥中大量有机质分解将会增加混合土壤中有机质、氮和磷等养分的含量,施用后可以明显提高土壤有机质和氮含量,有利于培肥改土。综合速效钾与5种重金属元素对于小麦生长的影响,泥土比为1：3时底泥与农田土壤混合能达到最理想状态,按照这个比例将秦淮河底泥添加到农田中,在一定程度上能够促进小麦的生长。     

天津于桥水库沉积物理化特征及磷赋存形态研究

以天津于桥水库作为我国北方湖泊的代表,应用淡水沉积物磷形态的标准测试程序(SMT)对于桥水库6个表层沉积物样品的理化特征及磷赋存形态进行分析,并在此基础上探讨了各形态磷之间及各形态磷与沉积物理化特征,如阳离子交换量、有机质总量、颗粒组成、主要金属含量之间的相关性。结果表明,研究区域内总磷含量为354～581mg·kg-1,其中以无机磷(IP)为主;占总磷含量的57.3%～74.7%;3种主要磷形态含量的大小依次为Ca-P>OP>Al/Fe-P,其中Ca-P是沉积物中磷的主要赋存形态;随着沉积物中有机磷含量的增加,有机质总量与阳离子交换量也逐渐提高,细粉粒(0.01～0.005mm)的含量也有所增加。此外,还对水库调水前后沉积物磷赋存形态的变化进行了研究,发现沉积物在调水期间主要扮演汇的角色,其中Fe/Al-P为调水期内变化最为活跃的磷形态。     

磷在不同类型湖泊沉积物上的吸附特征及形态再分布研究

以乌梁素海和岱海表层沉积物为吸附剂,开展了磷在沉积物上的吸附动力学和等温吸附实验研究,采用交叉型Langmuir模型描述了磷在2个湖泊沉积物上的吸附行为,并分析测定了等温吸附后沉积物中磷的形态分布。结果表明,不同浓度条件下沉积物对磷的吸附动力学过程基本相似,Elovich方程能较好地描述2个湖泊沉积物对磷酸盐的吸附动力学过程;Langmuir交叉型吸附等温式能较好地描述磷在岱海和乌梁素海沉积物上的等温吸附行为(R2=0.990),模型中的k、Qm、EPC0、NAP等参数较好地反映了2个湖泊沉积物在成因、粒度及矿物组成等方面的差异;吸附磷的形态再分布揭示颗粒物所吸附的水相磷主要分布于Ex-P,且Or-P是沉积物中重要的潜在生物有效性磷源,对湖泊富营养化的作用不容忽视。     

天津于桥水库流域河流表层沉积物中碳· 氮· 磷分布及污染评价

对流域内33个河流表层沉积物样点的总有机碳(TOC)、总氮(TN)和磷形态含量进行了测定,分析了沉积物中碳、氮、磷含量的分布特征及三者之间的相关性,并对于桥水库流域河流表层沉积物进行污染现状评价。结果表明:于桥水库流域河流表层沉积物TOC平均含量为0.99%,TN平均含量为0.15%,TP平均含量为1 904.93 mg/kg。相关性分析表明,沉积物TOC与TN呈极显著正相关(R2=0.794),TOC与草地面积比例呈极显著正相关,R2为0.685;TN和草地面积比例呈显著正相关(R2=0.392);TP与各种土地利用类型的相关性均不明显,但OP和Fe/Al-P与城镇居民用地面积比例呈极显著正相关,R2分别为0.664和0.698,与林地面积比例呈显著负相关,R2分别为-0.472和-0.403。有机指数和有机氮评价结果显示,有48.5%的采样点有机指数处于Ⅰ类水平,有39.4%和48.5%样点有机氮处于Ⅲ和Ⅳ类污染水平,表明于桥水库流域河流表层沉积物有机指数整体处于尚清洁及以上水平,受到有机污染程度较小,而流域内的有机氮污染相对较为严重。