摘要：为了研究蚯蚓对西瓜连作土壤障碍的修复效果,采用盆钵培养西瓜连作与轮作土壤方式,在接种不同密度(0、500条∕m2和1000条∕m2)的威廉环毛蚓(Pheretima guillelmi)1个月后,分析土壤理化性质、土壤细菌群落多样性与酶活性。结果表明,1)接种蚯蚓均显著提升了障碍土壤EC和降低速效磷,其中1000条∕m2蚯蚓处理还可以显著提升障碍土壤速效氮和速效钾;在轮作土壤中,蚯蚓显著提升了土壤速效磷,降低了土壤EC、有机质、全氮;2)蚯蚓显著提高连作与轮作土壤蔗糖酶、脲酶和过氧化氢酶酶活性,在连作障碍土壤中分别提高了69.4%—108.3%、46.0%—71.8%和41.0%—59.0%,且随蚯蚓接种数量的增加,三种酶活性也均显著提升;3)在连作障碍土壤中,蚯蚓处理后微生物量碳氮分别提高了8.2%—11.4%和68.9%—75.1%,在轮作土壤中,蚯蚓处理后则微生物量碳氮分别降低了18.0%—19.3%和15.7%—16.7%。但不同蚯蚓接种数量之间则没有显著差异;4)蚯蚓处理提高了连作与轮作土壤细菌群落多样性,且1000条∕m2蚯蚓处理高于500条∕m2蚯蚓处理。接种蚯蚓使得连作障碍土壤细菌群落结构逐步趋近于轮作对照处理。综上,在西瓜连作土壤中接种蚯蚓可以显著修复由于连作造成的土壤养分失调、微生物数量降低、细菌群落结构受到破坏等障碍问题,蚯蚓接种密度为1000条∕m2时修复效果优于500条∕m2。

摘要：【目的】明确土默川平原灌区短期不同耕作方式下土壤酶活性、微生物数量和群落组成的差异性,为该区域耕作方式的合理使用提供理论依据。【方法】试验采用大区设计,设置免耕(NT)、深翻(DP)、深松(SS)、条深旋(SC)和农户浅旋(CK)5种耕作方式,分析土壤酶活性、微生物数量、微生物量碳、微生物量氮的差异性;采用16S rRNA扩增子测序方法,明确土壤微生物群落结构组成。【结果】DP和SS处理对土壤微生物数量、微生物量碳、微生物量氮和土壤酶活性的提高有显著影响,且年际间差异显著(P<0.05)。不同耕作方式土壤细菌群落组成较为相似,但物种丰度存在显著差异(P<0.05),主要以Actinobactera、Proteobacteria、Chloroflexi和Acidobacteria等菌门组成,其中DP处理土壤优势细菌门中以Actinobactera、Chloroflexi、Acidobacteria等菌门最丰富;SS处理优势细菌属主要以RB41、Bacillus、Sphingomonas、Rubrobacter等菌属最丰富。DP和SS处理显著提高土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、蛋白酶活性和细菌数量、微生物量碳含量、微生物量氮含量,使得Chloroflexi、Firmicutes、Planctomycetes等菌门和RB41、Nordella、Bacillus、Sphingomona等菌属增加,促进物质循环;CK处理土壤细菌群落对生物学指标的变化表现不敏感;NT处理使得Actinobactera菌门和Gaiella、MND1菌属增加;SC处理使得Gemmatimonadetes菌门和Sphingomonas菌属增加。【结论】深松和深翻处理在一定程度上均可以显著增加土壤酶活性、微生物量和微生物群落组成,进而提高土壤质量,其中,深松处理提高效果最为显著,深翻处理次之。

摘要：针对产脲酶微生物设计了6种不同的靶向激活方案,进行钙质砂的生物矿化加固试验。通过无侧限抗压测试、碳酸钙生成量测定、SEM和XRD试验分析,评价钙质砂的加固效果,得出最佳靶向激活方案,最后通过高通量测序的分析结果分析激活前后的钙质砂中微生物群落的变化情况。结果表明:(1)靶向激活方案中YE和NH4Cl的浓度会显著影响激活的效果,其中0.2 g/L的YE、100 mmol/L的NH4Cl、初始pH值为9.0的激活方案效果最好;(2)钙质砂中新生成的方解石含量越多、分布越均匀,则钙质砂的加固效果越好,在最佳的激活方案下矿化加固后砂柱的平均UCS值可提高至350 kPa;(3)靶向激活改变了微生物的群落组成,使产脲酶微生物成为优势物种。

摘要：干法厌氧发酵是提高农业农村废弃物处理效率及资源高效循环的重要技术之一。先前围绕该技术产甲烷效率低、传质传热不均匀等问题,提出了微好氧同步预升温干发酵技术,设计了配套装备,开展了小试和中试试验,产甲烷效率得到改善。为进一步提高放大装备的实际应用质量,在对发酵装置密封、进出料、喷淋循环系统等关键部件优化的基础上,探明了最优曝气量及实际应用中微好氧预升温阶段物质转化特性,揭示了微生物生态网络关系,评价了实际运行效果。结果表明:对关键部件的优化显著提升装备运行稳定性,微好氧同步预升温阶段最优曝气量为10 L/min,容积产气率达到1.20 m^(3)/(m 3·d)。物料在第40小时升温至42℃,曝气组各层物料温度较未曝气组均提高45.54%、32.46%和52.06%。同步预升温促进了物料各层纤维素和半纤维素的降解,提高了酸化效率,有机酸质量浓度分别提高59.83%、50.69%和20.85%,物料产气潜力提高34.9%。探明了微生物网络关系以及与发酵环境因子变化的相关性,发现微好氧预升温阶段具有协同作用的功能微生物SBR1031、Synergistales和Gaiellales,丰度提高57.67%、15.88%和68.59%。

摘要：为深入理解有机负荷率(F/M)对活性污泥(AS)微生物群落的影响,以F/M(以BOD/MLVSS计,下同)设计建议范围0.2~0.5 kg·(kg·d)^(-1)为依据,将采集的AS样品分为3组,运用基于随机矩阵理论(RMT)的网络分析方法,解析了不同F/M条件下的AS微生物生态网络拓扑性质及结构特征.结果表明,较低的F/M能够显著降低AS微生物群落的多样性和均匀度,但较高的F/M未对群落多样性和均匀度产生显著影响,表明多样性指标对高F/M不敏感.不同F/M条件下微生物生态网络均具有无标度、小世界和模块化的特征,但F/M较高或较低均会降低网络的规模及复杂度.当F/M在0.2~0.5 kg·(kg·d)^(-1)范围内,生态网络具有最多的总节点数、最大的平均聚集系数以及最小的平均路径距离;此时的网络规模最大,网络复杂度最高,AS群落的结构和功能也因此最为稳定.不同F/M条件下AS微生物间的正负相互作用关系也存在差异:其中F/M较低时,网络中节点的正连接比例为71.1%;当F/M在0.2~0.5 kg·(kg·d)^(-1)时,微生物间的正相关关系最多,为76.8%;当F/M超过0.5 kg·(kg·d)^(-1)时,正相关关系降至60.0%.此外,F/M在0.2~0.5 kg·(kg·d)^(-1)时网络识别出了24个关键物种,而F/M低于0.2 kg·(kg·d)^(-1)和高于0.5 kg·(kg·d)^(-1)时,网络仅识别出4个和7个关键物种.上述性质均表明F/M在0.2~0.5 kg·(kg·d)^(-1)范围内,AS微生物可能会更高效地进行物质传输和利用,同时抵御环境扰动的能力也更强,群落稳定性更高.

摘要：生物滞留系统是海绵城市建设的优选设施之一,但其对氮素的去除特性受前期干旱天数(ADD)影响较大.通过设计不同ADD(1、2、3、5、7、12和22 d)条件,形成7种恒定干湿交替周期的生物滞留系统,研究ADD对氮素去除性能的影响,并根据不同ADD条件下氮还原酶和微生物种群的空间变化规律,分析ADD对生物滞留系统除氮过程的影响机制.结果表明,生物滞留系统对NH+4-N的去除受ADD影响不显著,但去除率会因填料水力渗透性能和植物生长状况的影响而呈现较大的波动性;当ADD从7 d增至22 d时,NO-3-N和TN去除率随ADD的增加而减小.ADD在一定程度上影响土壤中硝酸还原酶(NaR)、亚硝酸还原酶(NiR)和羟胺还原酶(HyR)的空间分布;生物滞留系统中氮素转化过程受淹没层含水率调控,且NO-3-N可通过淹没层中氮还原酶的次第催化还原作用发生硝酸盐异化还原成铵(DNRA),进而影响NH+4-N的去除.ADD会显著改变土壤微生物群落结构及其空间分布,影响系统对不同形态氮的综合去除能力.其中,较短ADD(1~5 d)条件下,具反硝化能力的Firmicutes为优势菌门,其优势菌属Clostridium_sensu_stricto_1还具有DNRA功能.结果证实,恒定干湿条件下ADD对生物滞留系统中氮素的去除能力、氮还原酶活性以及微生物种群结构空间变化存在一定的影响.

摘要：在修复氯代烃污染含水层时,乳化纳米铁(EZVI)具有反应活性高、迁移性强、无二次污染的优良性能.为了明确EZVI对含水层四氯乙烯(PCE)的降解途径,探究降解过程对含水层介质矿物成分的影响及修复过程中关键微生物种类和功能,阐明EZVI修复PCE污染含水层过程中EZVI-PCE-含水层介质-微生物群落反应体系的作用机理.设计EZVI、乳化油(EVO)、EZVI(灭活) 3组对照实验,考察不同反应体系中污染物及介质矿物离子浓度变化情况,对含水层介质进行XRD表征与微生物16S rRNA基因测序.结果表明,EZVI对PCE的降解途径主要为化学还原与生物还原,前者作为主要还原途径降解了77.4%的PCE;降解过程对含水层介质成分的影响包括两个方面,一是钾长石(Kfs)与钠长石(Ab)在酸性条件下的溶蚀反应,二是菱铁矿(Sid)的生成反应;修复过程对微生物群落具有驯化作用,反应结束后微生物群落中的优势菌属为Sporacetigenium、Syntrophomonas、Dechlorosoma,其功能分别为厌氧发酵产酸、产甲烷、生物脱氯.

摘要：以厌氧氨氧化颗粒为对象,利用NH_(4)^(+)、NO_(2)^(−)、NO_(3)^(−)和N_(2)O微电极测定了浓度连续分布,并建立微生物原位活性与N_(2)O产生之间的关系.结果表明,NH_(4)^(+)和NO_(2)^(−)同步消耗的厌氧氨氧化活性区分布在颗粒的表层区域(0~1500μm),其中200~400μm活性最高;当NH_(4)^(+)-N浓度为14mg/L(c(NH_(4)^(+)):c(NO_(2)^(−))=1:1.2)时,NH_(4)^(+)-N和NO_(2)^(−)-N最大净体积消耗速率分别为1.19与1.65mg/(cm^(3)⋅h).反硝化活性主要分布在1500~2500μm的深层区域,当采用NO_(2)^(−)-N或NO_(3)^(−)-N为单一基质(NO_(x)^(−)-N=14mg/L)时,最大N_(2)O生成速率分别为0.37和0.19mg/(cm^(3)⋅h).N_(2)O的生成主要在深层反硝化区域,且随pH值由8.5降至7.0,产生速率增加了28.16倍,达到0.35mg/(cm^(3)⋅h).高通量测序发现,颗粒中除厌氧氨氧化细菌(Candidatus Kuenenia)外,具有反硝化功能的细菌(Truepera、Limnobacter、Ignavibacterium和Anaerolineaceae)和氨氧化细菌(Nitrosomonas)也被检出.综上,厌氧氨氧化活性主要分布在表层区域,N_(2)O主要产生于深层的反硝化活性区,可能的作用者为反硝化菌.

摘要：基于多级缺氧-好氧(MAO)工艺和反硝化除磷理论,设计一种具有反硝化除磷功能的新型MAO工艺(DPR-MAO).实验探究了该工艺的脱氮除磷效能以及各反应池的微生物群落特征.工艺运行结果表明,稳定期COD、TN、NH_(4)^(+)-N和TP的平均出水浓度分别为7.07,9.04,0.34,和0.49mg/L,平均去除率分别为98%、87%、99%和93%.出水水质满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A标准.高通量测序结果表明,各反应池中微生物以变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidota)和绿弯菌门(Chloroflexi)为主,分别占61.85%~75.58%、16.39%~22.60%、1.52%~4.76%.通过属水平的研究进一步分析发现,Thiothrix、Comamonas、Candidatus Accumulibacter、和Pseudomonas是具有反硝化除磷功能的优势菌属.DPR-MAO工艺实现了反硝化聚磷菌的富集以及污水中氮磷的高效去除.

摘要：传统生物脱氮工艺处理废水过程中,出水硝态氮(NO^(-)_(3)-N)浓度过高是导致总氮(TN)超标的主要原因.通过采用外加碳源提高碳氮比(C/N),强化反硝化过程可有效解决这一难题.利用基于两段反硝化工艺原理研发设计的一体化脱氮反应器,通过在第二段反硝化池投加聚丁二酸丁二醇酯(PBS),采用扫描电子显微镜,对反硝化过程前后PBS材料进行表征,采用扩增子测序,深入探究投加PBS前后,第二段反硝化池中微生物群落结构变化.连续120 d的运行数据表明,COD去除率从95.7%降到90.8%,总氮去除率从51.8%提高到80%,Proteobacteria菌门相对丰富度从36.1%上升到46.1%,Thermomonas菌属相对丰富度从6.47%上升到13.48%.结果表明,投加PBS后,PBS不仅可以为反硝化作用提供碳源,其表面还可作为微生物生长附着的载体,起到良好的挂膜作用,同时提高了反硝化菌丰富度,强化了反硝化过程,脱氮性能明显增强,有效提高系统总氮去除率.