青藏高原土壤柴油降解菌的筛选及降解实验研究

青藏高原北麓河地区土壤为典型的低温土壤环境,夏季高温季节表层土壤(5 cm处)温度仅为9℃,中层(20 cm处)为7.5℃,而40 cm处仅为4℃左右。土壤高温季节为7月中旬至9月上旬,而10月至来年6月土壤日平均温度下降为0℃以下。针对青藏高原低温土壤环境,在北麓河试验现场进行人工模拟柴油污染,16个月后采集污染土样,进行土著低温菌的复合筛选,柴油菌的筛选驯化温度为10℃。经过4次转接复合培养驯化后,菌液中微生物数量可达2.7×1012CFU/mL。筛选后的柴油降解菌90%以上为杆状菌,长度为2~3μm,少见球菌,其直径约为0.5μm。通过柴油摇瓶模拟降解实验,17 d后柴油去除率可达到62%。研究为青藏高原低温条件下的土壤柴油污染土著微生物修复提供了研究基础。     

水源水库藻类功能群落演替特征及水质评价

为了解水源水库的藻类功能群落时空演替特征及水质变化,以李家河水库为例, 2018年9月～2019年6月对藻类及水质因子开展连续监测,采用功能类群划分方法对水库藻类进行了识别与分类,探讨了藻类功能群落与水质间关系,并结合WQI指数法进行水质评价.结果表明,本研究共获得藻类56种,隶属于4门28属,可划分为15个功能群类,其中优势藻类功能群落分别为B、 D、 G、 J、 L_0、Mp、 P、 W_1和X_1;李家河水库藻类结构呈现明显的季节性特征,混合期藻密度明显低于分层期,其中混合期的主要功能藻种为小球藻和小环藻,分层期的主要功能藻种为舟形藻和针杆藻.冗余分析(RDA)表明,水温、混合层深度和RWCS指数是驱动藻类演替的主要因子;WQI分析结果显示李家河水体水质为"良好",混合期水质略好于分层期.本研究指出扬水曝气系统可改变藻类功能群落的演替特征,有效改善水源水库水质,保障了饮水供水安全.     

人工强制混合充氧及诱导自然混合对水源水库水质改善效果分析

为探究人工强制混合充氧与诱导持续混合对水质改善的影响及人工强制混合与自然混合的衔接条件,以李家河水库为例,于2017年6月至2019年4月开展水质及水文气象指标监测,分析自然过程及人工诱导混合过程各时期水温、溶解氧及水质变化特征.结果表明:①自然过程分层期持续时间长,混合期仅为2.5个月,人工诱导混合过程通过扬水曝气系统的运行, 9月底水体达到完全混合且进入降温期,诱导自然混合条件具备,表层水温、平均气温分别为20.17℃和16.5℃,此时系统关闭后水体持续自然混合,混合周期延长至5.5个月;②自然过程污染物浓度较高,混合期表层污染物浓度呈现先增加后降低的趋势,氧跃层伴随热分层出现,底部厌氧周期达6个月;③相较于自然过程,人工诱导混合过程水体等温层厌氧消除且污染物控制效果良好, 10月至翌年3月同期底层NH~+_4-N、 TP、 Fe和Mn浓度的削减率为76.2%、 75.5%、 82.2%和82.1%,均达到地表水环境质量标准,人工诱导混合过程有利于水质改善及混合作用时效的延长.     

淡水甲藻水华形成原因及原位控制研究进展

甲藻是一类浮游植物,多数在海洋生长,但部分甲藻可以在淡水中生长并引发水华,导致水生生物大量死亡,产生藻毒素和嗅味物质,引发供水安全问题,因此明确其形成原因并探索高效的原位控制方法至关重要.目前关于淡水甲藻水华已有较多研究成果,但缺少综述性整理,尤其涉及饮用水水源.水华形成机制的研究主要包括外界环境因素(水动力条件、光照、温度、营养盐等)和甲藻独特的生理特性(孢囊、垂直迁移等),而控制方法主要包括物理、化学和生物方法等.本文从甲藻生理生态、淡水水华形成原因及原位控制方法等方面进行论述,并与常见蓝藻水华进行对比,展望后续研究热点,旨在推进淡水甲藻水华的相关研究,保障水体生态系统健康及饮用水水质安全.     

秦岭北麓河流夏季有色溶解有机物分布特征及影响因素

以秦岭北麓辋川河水体为研究对象,利用紫外可见吸收光谱、荧光光谱结合平行因子分析法解析了夏季辋川河水体有色溶解性有机质(CDOM)的组成结构,并探讨了水体有色溶解性有机质的来源,运用冗余分析法和Pearson相关性分析阐明了光学参数与水质参数的相关性.结果表明,①辋川河水体CDOM由类色氨酸组分C1(245, 300/335 nm)、短波类腐殖质组分C2(240, 320～340/405 nm)和长波类腐殖质组分C3(270, 350～370/470 nm)组成,其中组分C1与C2具有一定的同源性(r=0.859,P0.001).②CDOM吸收系数α(355)表明辋川河水体CDOM浓度处于较低水平,并且α(355)与DOC浓度相关性显著(r=0.850,P0.001),这有利于建立DOC反演模型.③水体荧光指数FI(2.36±0.20)、HIX(3.66±2.47)、BIX(1.56±0.82)和新鲜度指数(β:α)(1.33±0.62),以及光谱斜率比S_R(0.76±0.25)表明,辋川河水体CDOM呈现强自生源、低腐殖化和非陆源的特征.④冗余分析结果表明类腐殖质组分(C2、C3)受藻类代谢和微生物作用影响,而类色氨酸组分(C1)与陆源输入有关,类色氨酸组分C1与DTN呈负相关关系,类腐殖质组分C2和C3与TP、DTP和DOC呈现正相关关系.本文阐明了夏季秦岭北麓河流水体有色溶解有机质的特征及影响因素,为秦岭流域水体治理提供理论依据.     

北方富营养分层型水库藻类季节性暴发机制及其阈值分析

季节性藻类水华严重威胁供水安全,为探明北方富营养分层型水库藻类季节性暴发机制,以李家河水库为例,于2017～2020年开展长期连续高频监测,采用传统藻群和功能藻群分类法,并耦合局部加权回归法和边界分析模型,提炼藻华季节性(春季和夏季)演替规律及暴发环境因子阈值.结果表明：(1)春季和夏季藻华演替规律及响应机制不同,春季以绿藻、硅藻和甲藻为主,而夏季以绿藻、硅藻和蓝藻为主;其中,春季以低温、小型且高比表面积藻为主,而夏季以高温、大型或团状且低比表面积藻为主;藻类生理和形态特征差异是造成季节性藻华的主要内因;(2)春季和夏季藻华主要驱动因子不同,春季藻华主要为水温、混合层深度(Z_mix)和光利用率(Z_eu/Z_mix)控制,而夏季藻华主要受水温、Z_mix、Z_eu/Z_mix和总磷(TP)的共同影响;主驱动因子的变化差异是诱发季节性藻华的主要外因;(3)春季和夏季藻华暴发的水环境阈值不同,春季藻类暴发的水温、Z_mix和Z_eu     

汛期暴雨径流对饮用水水库溶解性有机质(DOM)光谱特征的影响

为探究汛期暴雨径流对水库有机质的影响,以李家河水库为例,采用三维荧光光谱-平行因子法（EEMs-PARAFAC）及紫外-可见（UV-Vis）吸收光谱法分析径流过程中4个时期（径流前、径流洪峰期、径流1周后和6周后）溶解性有机质（DOM）含量及组分变化.结果表明：①径流洪峰期水库水体浊度、DOC含量显著升高（P<0.01）,洪峰期后逐步下降;②紫外-可见光谱特征参数显示,径流洪峰期a（254）和a（355）显著升高（P<0.01）,而E2/E3和E3/E4显著降低（P<0.01）,表明暴雨径流使水库水体DOM的浓度、相对分子质量和腐殖化程度升高;③李家河水库共解析出4种荧光DOM组分,分别为陆源腐殖质组分（C1、C2）、微生物腐殖质组分（C3）和类色氨酸组分（C4）,径流洪峰期C1~C3组分荧光强度显著升高（P<0.05）,表明暴雨径流大幅增加了水库DOM类腐殖质组分含量,洪峰期后C1~C4组分荧光强度不断降低,表明径流后DOM不断沉降和降解.④ Pearson相关性分析显示暴雨径流后水体DOM荧光强度和浊度呈现显著的相关性（r>0.467,P<0.05）,表明DOM的减少和悬浮物沉降有关,主成分分析（PCA）表明暴雨径流事件的各个时期水库水质呈现出不同的特征.本研究阐明了暴雨径流对李家河水库DOM含量和组分短期及后续影响,为饮用水水库水质管理提供了科学支撑.     

石油烃类污染对青藏高原北麓河地区冻区土壤微生物多样性的影响

为了探究石油烃类污染对青藏高原冻土区土壤微生物多样性及群落结构的影响,以柴油、机油为典型的石油烃类污染物,原位人工模拟污染,利用MiSeq高通量测序技术分析和比较了4个土样在土壤微生物多样性及群落结构维度的差异性,并识别了具有石油烃类污染物降解功能的菌群。结果表明:4个土样中可变区的遗传物质,在97%的相似度水平下产生有效的OTU 944个,获得土壤微生物群落25门、56纲、115目、213科、315属。石油烃类污染可改变原有土壤微生物多样性及群落结构,4个土样中细菌的多样性为机油污染土样(SLO)上层5 cm处未污染土样(TS)中层20 cm处未污染土样(MS)柴油污染土样(SDO),SLO(机油污染土样)多样性最高,其次为未污染土样(TS、MS),SDO(柴油污染土样)多样性最低;未污染土样(TS、MS)在垂直方向群落结构差异较小,分布基本一致,SDO、SLO与未污染土样群落结构相比差异较大,SDO、SLO样本间差异同样明显;识别出具有石油烃类污染物降解功能的菌属包括Sulfuritalea属、红球菌属(Rhodococcus)、红游动菌属(Rhodoplanes)、鞘脂单胞菌属(Sphingomonas)、Alkanindiges属、诺卡氏菌属(Nocardioides)、放线菌属(Actinobacteria norank)等7种。研究结果揭示了石油烃类污染对高寒冻土区土壤微生物多样性及群落结构的影响,在石油烃类污染物的胁迫作用下产生出具有石油烃类污染物降解功能的优势菌群,为该地区进行原位石油烃类污染修复提供技术支持。     

李家河水库污染物来源及水体分层对水质的影响

对污染物来源和水质演变规律的深入认识是水源水库水质污染控制的前提.李家河水库是西安市的重要水源地,为加强李家河水库水源地保护工作,于2016年12月～2017年12月逐月对李家河水库进行水质监测.结果表明,李家河水库的主要污染物来源是上游来水,其对高锰酸盐指数、TN和TP的贡献率分别达99. 52%、99. 41%和99. 23%;上游东采峪葛牌小学河段和草坪服务区以上河段污染负荷较高,西采峪主要污染源汇入点为养鸡场和渔场.夏秋季水库会形成热分层,水体稳定分层期,在外源污染汇入和底部厌氧释放双重作用下水体中TN、TP、高锰酸盐指数、TOC、Fe和Mn的质量浓度分别高达3. 32、0. 177、5. 21、3. 01、0. 21和0. 235 mg·L-1,其中TN、TP、Fe和Mn质量浓度均超过《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类水限值;较高的营养盐水平促进了藻类的大量繁殖,水体稳定分层期表层水体藻密度最高达到2. 18×108个·L-1,优势藻种为蓝藻门的铜绿微囊藻和束丝藻,对水质安全威胁较大.因此李家河水库水质污染控制的首要任务是采取有效措施控制藻类繁殖,同时加强水库上游污染源治理,降低污染物输入负荷.     

李家河水库上游水体溶解性有机物组分与来源

以李家河水库上游水体为研究对象,运用三维荧光光谱法解析水体溶解性有机物（DOM）的来源和特性,并探讨了DOM组分干湿季变化特征及影响因素.结果表明,李家河水库上游水体DOM由3个荧光组分组成,分别为类络氨酸（220nm,270nm/300nm）、UVA类腐殖质（250nm/430nm）和类色氨酸（225nm,280nm/335nm）,其中类络氨酸为主要组分,但其含量干湿季变化不大,而UVA类腐殖质和类色氨酸含量呈现出显著的季节差异.荧光特征指数表明,李家河水库上游水体DOM的来源具有显著的陆源特征,其特征在湿季更加显著.水体DOM各荧光组分在干湿季均与TP呈正相关;在湿季,类络氨酸组分与Chl-a、浊度和COD_Mn呈正相关,而在干季无相关性.UVA类腐殖质与DOC在干湿季均存在正相关关系,且在湿季相关性（P<0.01）大于干季（P<0.05）.类色氨酸与COD_Mn相关性也表现出湿季（P<0.01）大于干季（P<0.05）的特征.