《统计确定太湖沉积物污染梯度的关键指示分类群》

  • 来源专题:农业立体污染防治
  • 编译者: 季雪婧
  • 发布时间:2019-02-27
  • 为准确检测人类行为因素对淡水生态系统变化的影响,将微生物-环境相关性和微生物之间的相互作用结合起来以确定受污染沉积物中的关键指示分类群。利用16S rRNA扩增子测序分析,对从太湖采集的23个沉积物样品中细菌群落的多样性、组成和共生模式进行了探测。Fisher的精确检测表明,样本的聚类分析可以显示细菌群落的相对丰度与沉积物的物理化学性质之间存在直接关系(P <0.0001)。这表明细菌群落可以用于检测淡水沉积物中的污染梯度。根据微生物 - 环境相关性,通过指示物种分析,初步确定了24个序列和60个家族的菌群可以作为不同污染水平的指示分类群。共生网进一步表明,虽然细菌群的多样性和组成在轻度和中度污染地区之间展示出了相似性,但是细菌群落的拓扑特征在不同的污染水平下是不同的。研究进一步对关键物种进行了指示分类群的筛选,这些细菌群落的共生关系展示出了共生网高的度值和低中间性向心值(即度> 5,中间性向心值<1000)。9个序列和13个家族的菌群最终被确定为富营养化太湖不同污染水平的关键指示分类群。从环境中获取的关键指示分类群可以追踪水生生态系统中不断增高的污染水平,并提供了一种监测对人类行为因素影响敏感的水域的新方法。

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    • 南京大学湿地生态学院与南京大学长春生态研究所的的研究人员在多个空间尺度探索了平原河网地区土地利用与沉积污染物的动态关系。文章发表在《CLEAN – Soil, Air, Water》期刊。在该研究中,研究人员绘制半圆形缓冲区(100,200,500,1000,1500和2000m)以表示六个空间尺度。多元分析包括主成分分析、Pearson相关分析和逐步回归分析,用于检测太湖流域非点源污染的特征空间尺度。 结果表明,水田、农村居民点、建筑和植被是沉积物污染变异性的最重要指标,沉积物污染受土地利用综合效应的影响。同样类型的土地利用可能产生不同的污染物浓度。人为土地利用对沉积物污染的影响可能具有不同的特征空间尺度,例如,500m缓冲区被确定为总氮、Hg、Pb和Zn的人类干扰空间临界尺度,1000 m缓冲区是Cd、Cr和Cu的临界尺度,1500 m缓冲区是有机物临界尺度,总磷在1000m-1500m受人类活动的影响显著。我们的结论是作为现有环境保护优先区域的河流两侧的1000 m缓冲区在太湖流域不是很有效,因此扩大优先保护区域对于优化其有效性至关重要。确定人为干扰特征空间尺度,可为太湖流域水环境保护管理提供新的思路。
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    • 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