《低氧高氨氮河流自養脫氮的微生物學機制》是依託北京師範大學，由裴元生擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：低氧高氨氮河流自養脫氮的微生物學機制
- 依託單位：北京師範大學
- 項目負責人：裴元生
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
自養脫氮是一種全新的生物脫氮機制，國內外對河流脫氮機理的認識還處於初級階段，探究河流自養脫氮過程與機制，將為河流氮源污染控制提供理論指導與技術支撐。河流水陸交錯帶是氧化還原環境頻繁交替的微生物活動區，也是最可能同時發生短程硝化與厭氧氨氧化過程的典型區域。本項目將以北運河典型水陸交錯帶的微生態系統為對象，擬採用分子生物學技術，重點研究功能微生物種群作用下的厭氧氨氧化和自養脫氮過程。深入研究典型好氧氨氧化菌與厭氧氨氧化菌在開放水體中的分布與演化、影響因素及對脫氮過程的影響，探索河流水陸交錯帶微生物菌群結構與微生態系統特徵；深入研究以亞硝酸鹽氮為核心的氮素的形態分布與遷移轉化機制，確定不同氮素形態在交錯帶微環境內的時空分布規律；在此基礎上，探索厭氧氨氧化在河流脫氮中的作用，從分子、細胞水平揭示微生物菌群結構微觀變化與河流脫氮巨觀效果的關係，提出河流微生態系統與生物脫氮的調控策略與方法。
結題摘要
以北運河水陸交錯帶為研究對象，重點研究了功能微生物種群作用下的厭氧氨氧化和自養脫氮過程。建立了模擬河流交錯帶實驗系統，確定了交錯帶氮功能菌的豐度、活性及多樣性，探究了典型好氧氨氧化菌與厭氧氨氧化菌的分布與演化、影響因素及對脫氮過程的影響。分析了不同氮素形態在交錯帶微環境內的時空分布規律，確定了氮素的形態分布與遷移轉化機制，探究了厭氧氨氧化在河流脫氮中的作用。探究了微生物菌群結構變化與河流脫氮效果的關係，揭示了河流水-氣-土界面微生物脫氮的機制，初步提出了低氧高氨氮河流生物脫氮的調控策略與方法。主要研究成果有： 1. 通過對水-陸交界面上氮分布的觀察，發現氨氮的主要來源是外源輸入與沉積物中總有機氮的礦化。界面氨氮和硝氮的遷移轉化受有機質和溶解氧的影響，在水-陸交界面上，硝化強度和反硝化強度在水-氣交界點最高；硝化強度的分布受氧化還原勢（ORP）的影響，並呈現明顯季節變化；反硝化強度分布受總氮、氨氮和硝氮濃度影響，夏季時反硝化作用最強。 2. 氮循環功能菌群在水-氣交界點豐度和多樣性最高；隨著水深增加，氨氧化細菌數量減少，而反硝化細菌數量增加；好氧氨氧化細菌（AAOB）、反硝化細菌和厭氧氨氧化細菌（AnAOB）共存，反硝化作用對脫氮過程的貢獻高於厭氧氨氧化過程；在水-氣交界面上AnAOB的活性最強，AnAOB和AAOB分別以Candidatus Brocadia和Nitrosospira/Nitrosomonas為主，ORP是影響其分布的主要環境因子；反硝化細菌歸類於α-，β-和γ-Proteobacteria。 3. 從河流水-土界面上分離獲得了異養硝化細菌，鑑定屬於假單胞菌屬（Pseudomonas sp.），相似度為97%。該菌株7d內對硝氮和硝氮的去除率可達61.4%和56.3%；套用該菌株處理河水，總氮和氨氮的轉化率可達50.3%和57.1%。 4. 在模擬水-陸界面反應系統，碳源是影響反硝化細菌的主要因素；分離出的脫氮菌可有效地提高了氨氮和硝氮的去除效率；在A/O界面上總菌群和氮功能菌群多樣性最豐富，硝化過程和反硝化過程同時進行；厭氧區的微生物菌群數量和多樣性較少，而好氧區微生物數量介於A/O界面和厭氧區之間；反硝化細菌以Acidovorax sp.為主，而AAOB細菌主要以Nitrosospira/Nitrosomonas為主。
