發(fā)布時間：2018-04-26 15:15

  本文選題：沉積物 + 生物修復��； 參考：《上海海洋大學》2016年博士論文

【摘要】：近年來,由于長江口陸源高營養(yǎng)鹽水體的輸入以及灘涂水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水的排放,江蘇南部近岸灘涂沉積物中氮、磷等營養(yǎng)鹽含量大幅度上升,呈現(xiàn)出富營養(yǎng)化的趨勢,沉積物中的生物群落結構多樣性也出現(xiàn)降低趨勢。灘涂沉積物富營養(yǎng)化已逐漸引起學術界的廣泛重視,國內(nèi)外學者對沉積物富營養(yǎng)化生境修復進行了一系列的探索研究。本研究結合生物擾動、物理擾動及微生物強化技術,利用反應曲面和正交設計方法,對三種技術的修復效果進行擬合,探索組合后的氮磷去除效果,并對江蘇近岸典型灘涂沉積物進行了氮、磷去除研究,為富營養(yǎng)化灘涂沉積物的生物修復研究提供了基礎資料和應用參考;在灘涂實地環(huán)境條件下,研究了底棲動物對沉積物中總氮(Total Nitrogen,TN)、總氮(Total Phosphorus,TP)及微生物群落結構的影響,比較了貝類和沙蠶兩種不同生物的擾動行為所引起微生物群落結構的差異,探討了文蛤腸道與沉積物中微生物群落結構之間的關系,為灘涂沉積物生物擾動的作用機制研究提供了基礎研究資料。1.修復用菌株的分離、篩選、鑒定及能力測試從沉積物中分離鑒定了兩株好氧反硝化功能細菌MD5和MD8,對其在有氧條件下的反硝化能力及其相關影響因子進行了分析。通過形態(tài)學、16S r RNA序列比對、系統(tǒng)發(fā)育分析及亞硝酸鹽還原酶功能基因(nir S)鑒定,確定兩株好氧反硝化細菌,MD5為鹽單胞菌屬Halomonas細菌,MD8為產(chǎn)堿桿菌屬Alcaligenesx細菌,兩株菌的16S r RNA序列Gen Bank注冊號分別為KM362826和KM406394。MD5和MD8在有氧條件下,在以NH_4~+-N為唯一氮源時,硝化率和反硝化率分別達到81%和88.3%;在以NO_3~--N為唯一氮源時,硝化率和反硝化率分別達到85.3%和92.1%;在NH_4~+-N和NO_3~--N都存在的條件下,總無機氮的去除率達到72%和76.8%。p H值、鹽度和碳氮比(C/N)等因子對菌株MD5和MD8的DIN(可溶性無機氮)、NH_4~+-N和NO_3~--N的去除能力具有不同程度的影響。低p H值條件下(5.5-6.5),兩株菌對NH_4~+-N和NO_3~--N的去除率都受到顯著抑制(p0.05),硝化和反硝化作用的最佳p H值范圍為7.5~8.5;在Na Cl質(zhì)量濃度為10~30 g L-1的范圍內(nèi),MD5對NH_4~+-N和NO_3~--N的去除率隨著Na Cl質(zhì)量濃度的增長而增加,MD8的最佳Na Cl質(zhì)量濃度范圍稍低于MD5(20~25 g L-1);在C/N低于6的條件下,兩株菌對NH_4~+-N和NO_3~--N的去除率都顯著降低(p0.05),MD5比MD8表現(xiàn)出更低的C/N適應范圍(8~10)。以上研究表明,MD5和MD8在有氧培養(yǎng)條件下具有較強的硝化 反硝化能力,可應用于海水養(yǎng)殖池塘養(yǎng)殖廢水的處理,具有良好的應用潛力。2.實驗室條件下應用反應曲面方法研究四個因子去除營養(yǎng)鹽的組合效果應用反應曲面(Response surface methodology)方法,在實驗室條件下對大型底棲動物(文蛤Meretrix meretrix和沙蠶Perinereis aibuhitensis)、物理擾動(翻耕)及微生物強化(反硝化菌株)進行優(yōu)化組合,進行了沉積物中TN、TP和總有機碳(TOC)的去除效果研究。結果表明,在均衡TN、TP和TOC三者的去除率的條件下,組合文蛤生物量為1.2 kg m~(-2),翻耕深度為16.4 cm,細菌濃度為0.18 L m~(-2),沙蠶生物量為0.16 kg m~(-2)時,沉積物中TN、TP和TOC可以達到最大去除率,分別為39%、33%及42%。本研究結果測試了四個因子組合后去除營養(yǎng)鹽的效果,為實地修復研究提供了參考資料。3.實地條件下應用正交方法研究四個因子去除營養(yǎng)鹽的組合效果在實地灘涂條件下采用正交設計方法設置了9組100 m~2實驗圍欄(10 m×10m),每組圍欄組合了不同水平的文蛤生物量、沙蠶生物量、翻耕深度及反硝化細菌添加量,研究了不同因子去除營養(yǎng)鹽的組合效果。結果表明,組合文蛤生物量0.8 kg m~(-2)(約73 ind m~(-2)),物理擾動深度25 cm,反硝化細菌添加量0.2 L m~(-2),沙蠶生物量0.2 kg m~(-2)(約50 ind m~(-2))可以達到最高TN和TP的去除率,分別為18.46%和18.88%;實驗組沉積物間隙水營養(yǎng)鹽通量也受到組合因素的影響,明顯小于周圍沉積物間隙水中的營養(yǎng)鹽濃度。由此表明,組合生物擾動、物理擾動及微生物強化的方法可以有效地降低沉積物中TN和TP的含量。4.生物擾動對沉積物理化特征及微生物群落結構的影響在實地灘涂環(huán)境條件下設置了文蛤擾動實驗組、沙蠶擾動實驗組以及混合擾動實驗組(文蛤和沙蠶),開展了生物擾動對沉積物、空隙水中營養(yǎng)鹽特征及沉積物中微生物群落結構的影響研究。結果表明,文蛤擾動實驗組、沙蠶擾動實驗組及混合擾動實驗組對沉積物中的TN、TP及TOC具有顯著地去除作用(P0.05),對沉積物間隙水中營養(yǎng)鹽和溶解氧的特征也具有顯著地影響(P0.05)。生物擾動后的沉積物微生物群落結構發(fā)生了一定程度的變化,但未出現(xiàn)顯著性改變(P0.05);文蛤擾動實驗組、沙蠶擾動實驗組及混合擾動實驗組沉積物中微生物群落結構之間沒有顯著性差異。另外,對沉積物中氮循環(huán)功能細菌功能基因定量分析發(fā)現(xiàn),生物擾動實驗組可以顯著地提高細菌的氨加單氧酶功能基因amo A基因拷貝數(shù)量(P0.05),而古菌的氨加單氧酶功能基因arch-amo A基因拷貝數(shù)量未發(fā)生顯著性提高(P0.05)。本研究從微生態(tài)的角度進一步揭示了生物擾動影響氮循環(huán)的機制。5.文蛤腸道與沉積物中微生物群落結構的相互關系對文蛤腸道及其棲息環(huán)境沉積物中微生物群落結構進行了高通量測序及其氮循環(huán)功能基因的定量研究。結果表明,文蛤腸道和棲息環(huán)境沉積物中微生物群落結構表現(xiàn)出一定的差異性,但更表現(xiàn)出較高的相似性,其群落結構未出現(xiàn)顯著性差異。在文蛤腸道及棲息環(huán)境沉積物中微生物群落中都含有較高豐度的氮循環(huán)功能細菌。氮循環(huán)功能基因-氨加單氧酶(arch-amo A和amo A)的定量研究結果表明,在基因水平上氮循環(huán)功能細菌大量存在于文蛤腸道和周圍沉積物環(huán)境中。由此表明,文蛤在對沉積物的擾動過程中,除擾動作用對沉積物的物理結構、微生物群落及生化反應過程具有顯著地影響外,文蛤腸道中的微生物菌群生化過程也可能直接參與沉積物和水體中的氮循環(huán)過程,表明文蛤的擾動作用與沉積物氮循環(huán)過程具有緊密的相互作用關系。
[Abstract]:In recent years , due to the input of high nutrient salt water in the Yangtze River Estuary and the discharge of the aquaculture wastewater in the tidal flat , the effects of nitrogen and phosphorus in the sediments of the coastal tidal flat sediments in the southern Jiangsu Province have been greatly increased . 鎬繪棤鏈烘愛鐨勫幓闄ょ巼杈懼埌72%鍜，

本文編號：1806557