《低营养湖泊中沉积物有机磷对水藻生长的潜在作用》

  • 来源专题:农业立体污染防治
  • 编译者: 季雪婧
  • 发布时间:2019-12-10
  • 沉积物中有机磷(Po)作为一种补充营养成分,是湖泊系统中磷(P)的一部分,这一点常常被忽略。在此,我们研究了中国洱海(Erhai)沉积物有机磷对湖泊系统中磷含量的相对重要性及其对水藻生长的生物效应。洱海沉积物中提取的有机磷占所有提取磷的11-43%(平均值为27%),生物可利用的有机磷占总有机磷的21-66%(平均值为40%)。生物可利用有机磷的大量存储是可利用磷的一个重要形式,这对湖泊内磷的总负载量非常重要。生物可利用有机磷主要包括由过氧化氢(H2O)、碳酸氢钠(NaHCO3)、氢氧化钠(NaOH)、盐酸(HCl)顺序提取的不稳定的单酯磷二酯磷。40%的过氧化氢-有机磷(H2O−Po)、39%的碳酸氢钠-有机磷(NaHCO3−Po)、43%的氢氧化钠-有机磷(NaOH−Po)和56%的盐酸-有机磷(HCl−Po)经过水解可以得到不稳定的单酯磷和二酯磷。由此表明有机磷的生物可利用度按降序排列如下:盐酸-有机磷?>?氢氧化钠-有机磷?>过氧化氢-有机磷>碳酸氢钠-有机磷。这意味着传统的顺序提取有机磷可能会高估了沉积物中不稳定有机磷的生物可利用度。此外,对生物可利用有机磷的环境进程分析表明可溶解有机物(DOM)结构更加稳定,降低了二酯磷的降解和释放。较高的藻类生物量产生了丰富的碱性磷酸酶,促进了二酯磷的降解。可溶解有机物(DOM)的稳定结构和二酯磷的降解可能是造成不稳定单酯磷空间差异的原因。生物可利用有机磷的生物地球化学循环补充了上覆水中的可用磷,进而促进了藻华期间水藻的生长。因此,要控制洱海中藻华,迫切需要采取有效的措施减少沉积物中有机磷的富集,并中断藻类生长需要的生物可利用有机磷的供应链。

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    • 编译者:yanyf@mail.las.ac.cn
    • 发布时间:2019-01-14
    • 水体富营养化已成为全球性的水环境问题,磷是导致水体富营养化的关键影响因子之一。内源沉积物是湖泊营养物质的重要蓄积库,随着我国对污染排放控制及水体修复管理力度的加大,外源磷的输入已得到有效控制,内源磷释放可能成为富营养化水体生态修复的主要障碍。   杭州西湖是目前中国列入《世界遗产名录》的世界遗产中唯一一处湖泊类文化遗产。水生所吴振斌研究员团队在“十一五”、“十二五”十余年协同攻关基础上,根据西湖内源沉积物磷特性,研制了高效环保的改性粘土矿物作为环境友好型覆盖材料,将改性粘土矿物原位控制沉积物磷工艺与沉水植物修复技术相结合,研发出基于改性粘土矿物材料与水生植物协同的沉积物磷原位控制技术。研究表明,该技术可有效控制沉积物中各形态磷,粘土矿物材料可吸附底泥和水体中氮、磷等营养盐,在原位修复底泥的同时为沉水植物生长初期提供营养源,且粘土矿物材料缓慢释放植物所需的多种常量和微量元素,显著促进沉水植物定植、生长和扩繁,有效解决了湖泊生态修复初期沉水植物着根难、易漂浮等问题;粘土矿物材料表面形成的生物膜和沉水植物根际微生物可降解矿化有机物,改变底部生境氧化还原电位,促进底泥中的厌氧菌的代谢作用,有利于改善湖泊底质微环境,加快健康生态系统的恢复和构建。进一步研究发现,在粘土矿物材料和沉水植物联合去除沉积物磷的过程中,存在有益于沉积物磷去除的相互促进作用。   目前,该技术已应用于国家水专项西湖课题生态修复示范工程,实现了西湖沉积物高效脱磷。研究成果和工程效果得到了国内外专家、当地民众和国内外广大游客的高度评价,为2016年9月在杭州西湖召开的G20第十一次峰会的水环境保障和西湖水体景观美化做出了一定的贡献。 研究工作得到了国家自然科学基金青年基金(51709254)、国家“十二五”水污染防治重大科技计划项目(2012ZX07101007-005)、中国科学院科技服务网络计划(STS计划)(KFJ-STS-ZDTP-038)和中国科学院知识创新工程青年人才领域前沿项目等项目的支持。
  • 《沉积物有机污染修复中微生物功能基因相互作用研究取得新进展》

    • 来源专题:长江流域资源与环境知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:changjiang
    • 发布时间:2017-11-03
    • 发布时间:2017-09-06 大 中 小 打印 关闭   微生物电化学技术作为一种新型、高效的湖泊污染物修复工艺,因具有加快沉积物中毒性有机污染物去除,尤其是对高分子量、强毒性、难降解的有机污染物的分解去除效果更为显著的特点而受到广泛重视。然而,目前其强化降解机理的认识还不清楚。   中国科学院南京地理与湖泊研究所江和龙课题组的晏再生副研等研究人员与美国俄克拉荷马大学环境基因组研究所等单位合作,在微生物功能基因相互作用强化沉积物中苯并 (a)芘的降解研究方面取得新进展。 通过 970天的连续运行试验,结合微生物功能基因芯片 GeoChip技术分析,表明微生物电化学作用强化了沉积物内具有电子转移功能的细胞色素 C基因( c-type cytochrome genes)的富集,富集的微生物菌群同样能够厌氧降解多环芳烃( PAHs)。与此同时,沉积物内部参与污染物修复的芳香烃降解基因( aromatic degradation genes)和胞外木质素降解酶( extracellular ligninolytic enzymes)的丰度明显提高,而且这些功能基因大部分来自具有复合代谢功能的微生物。   应用基于随机矩阵理论方法构建分子生态学网络模型,发现微生物电化学作用下沉积物微生物群落物种间作用网络更加紧密,特别是毒性污染物降解和有机碳分解转化的功能基因有显著相关性。多样统计方法分析也进一步表明沉积物的总碳和腐殖酸含量是影响和决定微生物群落结构和功能的主要环境因子。因此,沉积物内功能基因的紧密作用导致了易氧化有机碳和腐殖酸的产生,进而有助于提高苯并 (a)芘的生物有效性,从而加快其降解速率。   本研究阐明了强化胞外电子传递条件下湖泊沉积物内微生物代谢网络结构的响应特征,将有助于发展基于微生物群落代谢途径调控的湖泊污染生物修复技术以及实现工艺优化。上述成果以“ Interconnection of Key Microbial Functional Genes for Enhanced Benzo[a]pyrene Biodegradation in Sediments by Microbial Electrochemistry”发表在环境科学主流期刊 Environmental Science & Technology上。   该项工作得到了国家自然科学基金和中国科学院创新交叉团队等项目资助。   论文链接: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.est.7b0020