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环境工程学报 2021年第2期15卷 599-608页

作者：薛怡亭安法财石天晶党岩孙德智北京林业大学水体污染源控制技术北京市重点实验室污染水体源控制与生态修复技术北京市高等学校工程研究中心北京100083

采用含有不同氮源的SBR进行为期220 d的反硝化型厌氧甲烷氧化(DAMO)微生物富集,研究单一氮源和多氮源对DAMO富集的影响,并用高通量测序对含有不同氮源的反应器内微生物群落结构进行了分析。结果表明,单一氮源(NO3^(-))和多氮源(NO3^(-),... 详细信息

采用含有不同氮源的SBR进行为期220 d的反硝化型厌氧甲烷氧化(DAMO)微生物富集,研究单一氮源和多氮源对DAMO富集的影响,并用高通量测序对含有不同氮源的反应器内微生物群落结构进行了分析。结果表明,单一氮源(NO3^(-))和多氮源(NO3^(-),NO2^(-),NH4^(+))为进水的反应器硝氮降低速率分别为0.3 mg·(L·d)^(−1)和2.8 mg·(L·d)^(−1),这说明多氮源比单一氮源更适合富集DAMO微生物。微生物群落结构分析结果表明,多氮源反应器中厌氧氨氧化细菌和DAMO古菌相对丰度(0.56%和0.03%)比单一氮源反应器中更高(0.3%和0.02%)。采用厌氧小瓶实验对工艺参数优化,结果确定DAMO反应的最适pH为6~7;最适温度为35℃;当甲烷分压大于75 kPa时,DAMO反应速率不再受甲烷分压的限制。

关键词：反硝化型厌氧甲烷氧化微生物富集培养群落结构影响因素

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反硝化型厌氧甲烷氧化耦合厌氧氨氧化脱氮工艺研究进展

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广西科学 2023年第5期30卷 829-840页

作者：周朗陆兵潘世优黎贞崇韦宇拓广西大学生命科学与技术学院广西南宁530004 广西科学院广西南宁530007

反硝化型厌氧甲烷氧化(Denitrifying Anaerobic Methane Oxidation,DAMO)耦合厌氧氨氧化(Anaerobic ammonium oxidation,Anammox)脱氮工艺在实现能源废水处理方面具有很大的潜力。DAMO-Anammox脱氮工艺能同时将甲烷、氨氮和硝酸盐转化为无害的N_(2)和CO_(2),在无需额外能量消耗下实现废水中的碳氮循环,有望成为未来环境友好型废水处理的主要技术。本文讨论了DAMO-Anammox微生物的协同和竞争机制,不同电子受体的类型对脱氮过程中微生物胞外电子传递机制及脱氮除甲烷效率的影响,指出了目前DAMO-Anammox脱氮工艺存在的功能微生物富集困难、气液传质效率差和脱氮性能不足等应用瓶颈,总结了如新型反应器构型的设计、人工电子中介体投入和电化学强化等相对应的改进策略,为该工艺的进一步研究和规模化应用提供参考。

关键词：反硝化型厌氧甲烷氧化厌氧氨氧化废水处理电子传递脱氮

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反硝化型厌氧甲烷氧化耦合厌氧氨氧化脱氮效能及机理

反硝化型厌氧甲烷氧化耦合厌氧氨氧化脱氮效能及机理

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作者：范胜强哈尔滨工业大学

学位级别：博士

反硝化型厌氧甲烷氧化（Denitrifying Anaerobic Methane Oxidation,DAMO）过程是厌氧条件下进行的以甲烷为电子供体、硝酸盐或亚硝酸盐为电子受体的反硝化过程,是全球碳氮循环的关键一环。DAMO过程在水处理领域具有巨大开发潜力,DAMO... 详细信息

反硝化型厌氧甲烷氧化（Denitrifying Anaerobic Methane Oxidation,DAMO）过程是厌氧条件下进行的以甲烷为电子供体、硝酸盐或亚硝酸盐为电子受体的反硝化过程,是全球碳氮循环的关键一环。DAMO过程在水处理领域具有巨大开发潜力,DAMO微生物不仅可以原位利用厌氧消化产生的甲烷,而且与Anammox微生物的耦合可以实现高效的脱氮,这使DAMO耦合Anammox工艺兼顾了脱氮和甲烷减排,成为新型可持续废水处理工艺。然而,DAMO微生物的倍增周期长达数十天、生长极其缓慢,甲烷在水中的低溶解度大大限制了气液传质,这都导致DAMO微生物难以富集、脱氮速率低下、生物量难以有效积累等问题,严重限制了DAMO工艺的发展和应用。针对这一现状,本研究开发了膜曝气颗粒污泥反应器（MGSR）,培养了DAMO耦合Anammox颗粒污泥,实现了生物量的高效积累。DAMO耦合Anammox颗粒污泥实现了对污泥消化液短程硝化出水和城市污水短程硝化出水的高效脱氮和溶解性甲烷的有效去除,并对颗粒污泥中DAMO与Anammox微生物协作脱氮机制进行了研究,为该工艺的进一步发展提供实验数据和理论指导。采用接种了DAMO絮体污泥和厌氧颗粒污泥的MGSR,以硝态氮和氨氮为氮源,通过470天的运行,培养出粒径为2.1mm的DAMO耦合Anammox颗粒污泥,颗粒污泥的脱氮能力显著,在连续流运行中脱氮速率稳定在1.85 kg N m-3 d-1。16S r RNA测序结果表明颗粒污泥中Candidatus Methanoperedens和Candidatus Kuenenia是优势菌属,相对丰度分别达到32.65%和6.95%。在不接种任何DAMO污泥的前提下,以淡水河底底泥、压碎的厌氧颗粒污泥和二沉池污泥的混合物作为接种物,实现了DAMO微生物的成功富集以及DAMO耦合Anammox颗粒污泥的培育。在684天的运行中,观察到絮状污泥逐渐形成微生物聚集体、最后形成平均粒径为2.2 mm颗粒污泥的颗粒化过程。颗粒污泥沉降速度达到72 m h-1、颗粒密度1.043 g m L-1、污泥体积指数（SVI）22 m L g-1,出色的颗粒性质使生物量浓度高达42 g VSS L-1。污泥颗粒化过程中,产甲烷菌相对丰度的逐渐降低至未检出,而DAMO古菌和Anammox细菌的相对丰度逐渐提升,并最终达到31.09%和12.45%。荧光原位杂交（FISH）结果显示DAMO和Anammox微生物在颗粒内彼此紧靠、均匀分布。将培养出的颗粒污泥分别应用到对高浓度和低浓度含氮废水的脱氮处理中。颗粒污泥在处理人工污泥消化液时展现出了优越的脱氮性能,在进水浓度为1000 mg TN L-1,HRT为1.44 h的运行条件下,颗粒污泥的脱氮速率达到16.53kg N m-3 d-1,脱氮效率达99.21%,生物量浓度达到43 g VSS L-1。且在进水负荷不变的前提下,在进水NO2--N/NH4+-N比为1.15至1.45区间,脱氮效率都保持在98%以上,在处理波动进水时颗粒污泥展现了较高的稳定性。该系统实现了对溶解性甲烷的高效去除,去除速率达975 mg L-1 d-1。在颗粒污泥处理浓度为50 mg TN L-1的城市污水时,20℃时脱氮速率达到0.94 kg N m-3 d-1且出水水质保持低于3.0 mg TN L-1。脱氮速率随着运行温度的下降而降低,在10℃时降至0.55 kg N m-3 d-1,脱氮效率高达98.2%,展示了其在低温条件下处理城市污水的巨大的应用潜能。通过16S r RNA测序、宏基因宏转录、FISH、以及数学模拟等手段揭示了不同运行条件下DAMO耦合Anammox颗粒污泥的差异性以及功能微生物的协同脱氮机制。在处理高、低浓度废水时,Candidatus Methanoperedens的相对丰度从接种颗粒中的31.4%分别降至25.27%和6.4%,Anammox细菌的相对丰度从8.3%,分别上升到11.5和9.5%,而Candidatus Methylomirabilis在处理低浓度废水的DAMO颗粒中得到成功富集,相对丰度达到33.3%。说明进水中硝态氮利于DAMO古菌的生长,亚硝态氮的添加利于Anammox细菌的生长,低温低基质浓度的运行条件更利于DAMO细菌的生长。DAMO耦合Anammox颗粒污泥在处理高、低浓度废水时,Anammox细菌出现了从Candidatus Kuenenia向Candidatus Brocadia转变的趋势。FISH结果和数学模型预测结果都显示DAMO和Anammox微生物在以硝态氮和氨氮为氮源的颗粒污泥内彼此紧靠、分布均匀;而在以亚硝态氮和氨氮为氮源处理高、低浓度含氮废水时,颗粒出现了明显的An

关键词：反硝化型厌氧甲烷氧化厌氧氨氧化生物脱氮颗粒污泥甲烷

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淡水生态系统中反硝化型厌氧甲烷氧化微生物的研究进展

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环境污染与防治 2018年第12期40卷 1443-1448页

作者：王瑞飞王亚利杨清香河南师范大学生命科学学院河南新乡453007 资源微生物与功能分子河南省高校重点实验室培育基地河南新乡453007

反硝化型厌氧甲烷氧化(DAMO)是在淡水生态系统中发现的一种全新的厌氧甲烷氧化途径,偶联了全球碳循环和氮循环,与NC10门细菌、DAMO古菌及厌氧氨氧化菌密切相关。首先介绍DAMO途径在淡水生态系统中的发现及其功能微生物。其次,重点阐述D... 详细信息

反硝化型厌氧甲烷氧化(DAMO)是在淡水生态系统中发现的一种全新的厌氧甲烷氧化途径,偶联了全球碳循环和氮循环,与NC10门细菌、DAMO古菌及厌氧氨氧化菌密切相关。首先介绍DAMO途径在淡水生态系统中的发现及其功能微生物。其次,重点阐述DAMO功能微生物在湖泊、湿地和河流等淡水环境中的研究进展,并对聚合酶链式反应(PCR)、荧光原位杂交(FISH)及高通量测序技术在DAMO功能微生物检测中的应用及发展进行总结与分析。最后,展望DAMO在淡水生态系统中的研究前景。

关键词：反硝化型厌氧甲烷氧化 NC10门细菌厌氧氨氧化菌反硝化型厌氧甲烷氧化古菌

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高寒湿地反硝化型厌氧甲烷氧化过程与微生物驱动机制研究

高寒湿地反硝化型厌氧甲烷氧化过程与微生物驱动机制研究

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作者：谢飞中国科学院大学

学位级别：硕士

甲烷作为第二大温室气体，在加速全球变暖的过程中起着重要作用。湿地是大气甲烷的最大自然来源，在气候变暖的大背景下，湿地中甲烷的产生和氧化日趋活跃。青藏高原地区是全国湿地面积最大的区域，已有研究结果表明，高原地区的高寒湿... 详细信息

甲烷作为第二大温室气体，在加速全球变暖的过程中起着重要作用。湿地是大气甲烷的最大自然来源，在气候变暖的大背景下，湿地中甲烷的产生和氧化日趋活跃。青藏高原地区是全国湿地面积最大的区域，已有研究结果表明，高原地区的高寒湿地中存在活跃的产甲烷活动。反硝化型厌氧甲烷氧化(Denitrifying anaerobic methane oxidation，DAMO)是淡水湿地中重要的甲烷氧化途径，而且连接了湿地中碳氮两大重要的营养元素循环，但这一过程在高寒湿地中仍不清楚。因此本研究围绕高寒湿地中的DAMO过程，拟解决两个科学问题:1）高寒湿地中DAMO微生物的分布及影响分布的因子;2）高寒湿地典型区域DAMO过程及微生物驱动机制。论文的主要研究内容和结果如下:　　(1)在青藏高原及其南部延伸地区，从北向南依次选取若尔盖湿地(33°56′N，102°49′E;3433m)，莽措湖湿地(29°32′N，98°50′E;4297m)和白马雪山湿地(27°37′N，99°07′E;3869m)三个不同类型的高寒湿地。运用实时荧光定量PCR(Quantitative Real-time PCR，qPCR)和Illumina高通量测序技术探究高寒湿地中DAMO微生物的分布。在若尔盖湿地、莽措湖湿地和白马雪山湿地中都检测到了DAMO细菌Candidatus Methylomirabilis oxyfera，同时在若尔盖湿地和白马雪山湿地检测到了DAMO古菌Candidatus Methanoperedens nitroreducens。在研究湿地中***16S rRNA基因的丰度为104～105拷贝数/克干燥土壤，***16S rRNA基因的丰度为105～107拷贝数/克干燥土壤。这一结果首次证实了在青藏高原地区寒冷的湿地环境中存在丰度较高的DAMO古菌***，同时DAMO细菌***也被证明在高寒湿地中有广泛的分布。微生物生态网络分析湿地中的DAMO微生物和其他微生物之间的相互作用，结果显示若尔盖湿地中DAMO微生物和细菌（包括古菌）形成了相互作用关系网络，而真菌和DAMO微生物之间没有显著的相互作用关系。结构方程模型(Structural equation model，SEM)分析结果表明采样点地理位置（海拔）对DAMO微生物影响最大，若尔盖湿地的低海拔更适合DAMO微生物的生存。同时若尔盖湿地细菌（包括古菌）群落较高的多样性及接近中性的土壤pH值(pH=7.04)，使得该湿地更适合DAMO细菌***的生存。因此若尔盖湿地可能是高寒湿地中DAMO过程的热点区域。微生物之间相互作用分析和结构方程的量化分析表明高寒湿地中DAMO微生物与细菌（包括古菌）相互作用更多，而真菌对DAMO微生物影响较小。　　(2)选择DAMO过程的典型区域——若尔盖湿地为研究样点，进一步探究DAMO微生物在湿地土壤中的时空分布及活性，评估DAMO过程对湿地温室气体甲烷减排的贡献，以及DAMO微生物和其他氮循环微生物之间的相互作用关系。结果显示若尔盖湿地中DAMO微生物在季节上变化较小，而DAMO细菌***和古菌***在整个土壤层上表现出生态位分化。具体而言，***在表层（0-30cm土层）土壤中丰度较高，而***在亚表层（30-60cm土层）土壤中丰度较高。相应的，nitrite-DAMO在表层土壤活性高，nitrate-DAMO在亚表层中活性较高。反硝化型厌氧甲烷氧化细菌***和古菌***在土壤中垂直分布使它们能够在不同土壤层的甲烷氧化中发挥重要作用，并形成对甲烷的有效过滤。而这一过程每年减少0.057Tg甲烷的排放，占到若尔盖湿地甲烷年排放量的5.70％-8.77％。DAMO细菌***和氮循环微生物之间关系复杂，产生和消耗亚硝酸盐的氮循环微生物与***均具有正和负的相互关系。DAMO古菌***和氮循环微生物之间关系相对简单，减少硝酸盐潜在来源的微生物与***有负的相互关系，氧化亚硝酸盐为硝酸盐的微生物和***则是正的相互作用关系。而DAMO细菌和古菌有不同的生存策略，***能在与其他氮循环微生物竞争激烈的环境中获得竞争优势，并成为关键种。而***更适合在与氮循环微生物合作较多的环境中生存。　　本研究对青藏高原地区高寒湿地DAMO过程及微生物驱动机制进行了探究。发现DAMO微生物广泛分布于高寒湿地中，而DAMO途径是高寒湿地中不可忽视的甲烷汇。这一结果进一步

关键词：环境微生物学反硝化型厌氧甲烷氧化驱动机制高寒湿地

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强化反硝化型厌氧甲烷氧化耦合厌氧氨氧化高效脱氮研究

强化反硝化型厌氧甲烷氧化耦合厌氧氨氧化高效脱氮研究

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作者：贾川西安建筑科技大学

学位级别：硕士

反硝化型厌氧甲烷氧化(DAMO)过程利用甲烷作为碳源进行反硝化,与厌氧氨氧化(Anammox)耦合可实现氨氮、亚硝氮、硝氮及甲烷的同步去除。然而,DAMOAnammox耦合工艺存在功能微生物代谢活性低、菌间关系复杂及环境要求苛刻等问题,严重限制... 详细信息

反硝化型厌氧甲烷氧化(DAMO)过程利用甲烷作为碳源进行反硝化,与厌氧氨氧化(Anammox)耦合可实现氨氮、亚硝氮、硝氮及甲烷的同步去除。然而,DAMOAnammox耦合工艺存在功能微生物代谢活性低、菌间关系复杂及环境要求苛刻等问题,严重限制了其工程化应用。本论文围绕生物炭强化DAMO微生物代谢活性、DAMO-Anammox耦合体系脱氮特性及功能微生物菌间关系展开研究,取得了以下创新性研究成果: (1)探明了生物炭强化DAMO微生物高效脱氮的作用机制。相比于对照组,生物炭使硝酸盐的还原速率提升了2.85倍。电化学及宏基因组学分析结果表明,生物炭强化了DAMO微生物胞内电子传递活性,上调了DAMO古菌中与逆向产甲烷途径和细胞内电子传递相关的基因,强化了DAMO古菌胞内、胞外电子传递的能力,使逆向产甲烷途径生成的部分电子分流到膜表面,加速了硝酸盐的还原。同时,生物炭作为电子穿梭体可接受电子,促进胞外电子的转移,进一步加速了亚硝酸盐的还原。 (2)揭示了DAMO-Anammox耦合体系的脱氮特性。在膜生物膜反应器中,实现了氨氮、亚硝氮和硝氮的同步去除,总氮去除率达到95%。动力学实验及产物分析结果表明,与水力停留时间、进水负荷相比,溶解氧对体系脱氮效能更具决定作用,微量的溶氧(～1.0 mg/L)显著抑制了DAMO-Anammox功能微生物活性,导致进水中90%的氨氮和亚硝氮转化为硝氮,同时,色氨酸、富里酸及挥发性脂肪酸等物质积累,可能作为碳源被异养反硝化菌利用。 (3)厘清了DAMO-Anammox脱氮生物膜中厌氧层和微氧层的微生物分布。通过基因组学及模型分析,发现DAMO微生物处于靠近中空纤维膜的厌氧层,而Anammox菌处于靠近液相的微氧层,DAMO古菌、DAMO细菌及Anammox菌共同协作完成脱氮过程。外源氧气冲击下,处于生物膜外侧的Anammox菌被甲烷氧化菌和反硝化菌取代,处于生物膜内侧的DAMO微生物受氧气冲击较小,在除氧后快速恢复,而Anammox菌则无法恢复。以上研究结果加深了人们对于DAMO-Anammox耦合体系中碳氮转化的认识,为强化DAMO-Anammox耦合工艺高效脱氮提供了一定理论参考,对于污水中氮素污染物去除及温室气体减排具有理论与实践意义。

关键词：反硝化型厌氧甲烷氧化厌氧氨氧化污水脱氮甲烷生物炭

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沉积物碳氮交互效应及其对河流水体脱氮治理的影响——以厦门市西溪中下游为例

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环境工程学报 2023年第1期17卷 268-278页

作者：李巧玉唐玉钱王吉苹厦门理工学院环境科学与工程学院厦门361024 厦门市水资源利用与保护重点实验室厦门361024

通过福建厦门市内陆河流西溪中下游上覆水及沉积物中碳氮理化指标的时空分布特征,利用碳(13C)、氮(15N)稳定同位素技术研究了沉积物中厌氧氨氧化(ANAMMOX)、反硝化(denitrification)及反硝化型厌氧甲烷氧化(DAMO)的反应速率及其分布规... 详细信息

通过福建厦门市内陆河流西溪中下游上覆水及沉积物中碳氮理化指标的时空分布特征,利用碳(13C)、氮(15N)稳定同位素技术研究了沉积物中厌氧氨氧化(ANAMMOX)、反硝化(denitrification)及反硝化型厌氧甲烷氧化(DAMO)的反应速率及其分布规律。结果表明:西溪中下游上覆水水质总氮为3.02~5.68mg·L^(-1);利用15N同位素技术测得西溪中下游沉积物中厌氧氨氧化的平均速率为18.953μmol·m^(-2)·h^(-1),平均脱氮贡献率为40.13%,反硝化平均速率为27.386μmol·m^(-2)·h^(-1),平均贡献率为59.87%;起主要脱氮贡献的为反硝化反应,但厌氧氨氧化的脱氮作用仍不可忽视。利用13C同位素技术测得西溪中下游沉积物中DAMO反应速率为0~6.122μmol·m^(-2)·h^(-1),平均速率为1.139μmol·m^(-2)·h^(-1)。这表明西溪中下游沉积物中存在DAMO反应,可在厌氧条件下以硝酸盐作为电子受体将CH_(4)转化为CO_(2)。在空间上,西溪中下游DAMO速率存在较大差异性;而在时间上,DAMO速率秋季高于冬春季。反硝化与厌氧氨氧化作用对西溪生态系统中脱氮具有重要意义,DAMO在西溪中下游沉积物虽然反应速率较低,但仍然证明了西溪沉积物生态系统存在连接碳氮循环的微生物反应。反硝化、厌氧氨氧化和DAMO的相互协同,在西溪中下游沉积物脱氮治理及相应过程中的温室气体减排中起到重要作用。

关键词：河流沉积物同位素脱氮速率反硝化型厌氧甲烷氧化

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缺氧AME-D工艺微生物碳氮转化机制及其与Anammox联合强化脱氮研究

缺氧AME-D工艺微生物碳氮转化机制及其与Anammox联合强化脱氮研究

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作者：章诗辞武汉理工大学

学位级别：博士

近年来,厌氧氨氧化（anaerobic ammonia oxidation,Anammox）与硝酸盐/亚硝酸盐型反硝化厌氧甲烷氧化（nitrate/nitrite-dependent denitrifying anaerobic methane oxidation,DAMO/N-DAMO）组合工艺的提出为“下一代”能源自给型污水处理模式的建立带来了巨大希望。针对DAMO古菌和N-DAMO细菌固有的富集艰难、环境条件敏感等缺陷,已有研究陆续在自然环境中发现传统好氧甲烷氧化菌（aerobic methane oxidizing bacteria,MOB）主导的好氧甲烷氧化耦合反硝化（aerobic methane oxidation coupled with denitrification,AME-D）过程能在低氧/缺氧环境下通过联合反硝化菌实现类似DAMO/N-DAMO的反应,以此推测利用缺氧AME-D替代DAMO/N-DAMO与Anammox组成的新型微生物碳氮转化工艺在理论上具有更可观的应用前景。鉴于此,本论文以AME-D工艺为切入点,首先在小试条件下获得了长期稳定运行的耐缺氧AME-D微生物富集体,详细研究了其基本运行特征,并采用稳定性同位素核酸探针（DNA based stable isotope probing,DNA-SIP）结合基因组分辨的宏基因组分析手段深入揭示参与甲烷与氮素转化功能微生物的代谢特性;在此基础上进一步构建缺氧AME-D-Anammox联合工艺小试反应体系,验证其中主要功能菌共存的可行性,为基于缺氧AME-D工艺的生物脱氮技术的研发和放大应用提供理论依据。本文获得主要研究结果如下:（1）缺氧AME-D工艺（DO<0.010 mg/L）长期运行结果表明,甲烷气体循环的运行模式能明显提升工艺的亚硝酸盐去除效率（从8.44 mg N/L/d增至63.43 mg N/L/d）,此阶段消耗NO2--N/CH4摩尔比介于0.73～1.30之间,相比于N-DAMO工艺理论化学计量式,更接近以亚硝酸盐为底物的好氧AME-D工艺的理论计量式。此外,缺氧型AME-D工艺体系内代谢产生挥发性脂肪酸以乙酸盐为主,单周期内累积量高达2012±17.71μg/L。（2）缺氧AME-D体系中DNA-SIP结合宏基因组学研究结果表明,提升甲烷通量可使优势MOBs、普通型和甲基营养型反硝化菌得到进一步富集,Methylomonas是该体系中甲烷氧化的主要贡献者。通过宏基因组binning重构得到2条Methylomonas属、1条Methylococcus属MOBs和1条甲基营养反硝化菌全基因组草图序列,并从中注释到多个氮同化/异化代谢相关基因,特别是与Methylococcus capsulatus ***亲缘关系最近的bin-50能编码关键反硝化基因nir S和nor BC;MOBs相关序列还携带甲酸、乙酸、琥珀酸等小分子有机酸转化的主要基因。表明该缺氧AME-D系统中以Methylomonas为主的MOBs具有部分反硝化潜能,并通过生成小分子有机酸和甲醇等代谢产物与反硝化菌间实现营养共生。（3）由于缺氧AME-D工艺具有累积有机酸的特性,在启动AME-D-Anammox联合工艺前,首先探究在以乙酸钠为有机碳源的低COD/TN条件下普通Anammox工艺稳定运行的可行性及微生物作用机制。结果表明:普通自养Anammox工艺能够适应此类环境条件,稳定运行后TN去除量高于70 mg N/L/d,其中Anammox对脱氮贡献率达67.53±1.22%,是反硝化过程对脱氮贡献的两倍。Ignavibacterium、Thauera、Denitratisoma、Calorithrix等异养菌和Candidatus Jettenia是该兼性营养体系中有机碳的主要利用者。通过宏基因组binning在该系统中获得1条Candidatus Brocadia属和1条Candidatus Jettenia属全基因组草图序列,两者均携带丰富的乙酸代谢基因。（4）在明确Anammox工艺能耐受有机酸环境后,分别以上述两种富集活性污泥混合接种,顺利启动缺氧AME-D-Anammox工艺。联合工艺运行50天内TN去除量从16.42 mg N/L/d逐渐升至127.97 mg N/L/d。活性实验计算表明,添加甲烷的联合体系中,Anammox过程对TN去除量的贡献达79.12%,AME-D过程对TN去除量的贡献达20.88%。此外,该缺氧AME-D-Anammox体系中的传统MOBs和Anammox种群结构与接种体系均不相同,以Type Ib型Methylococcus属和Candidatus Brocadia属为主。

关键词：好氧甲烷氧化耦合反硝化反硝化型厌氧甲烷氧化厌氧氨氧化稳定性同位素核酸探针宏基因组学

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河流与红树林湿地沉积物中碳氮交互的生物地球化学过程 ——以福建东南典型亚热带地区为例

河流与红树林湿地沉积物中碳氮交互的生物地球化学过程 ——以福...

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作者：李巧玉厦门理工学院

学位级别：硕士

城市内河与红树林滨海湿地是重要的碳库与氮库,在全球碳氮循环中具有重要且独特的作用。湿地沉积物中甲烷与硝酸盐的含量比较高,有可能成为反硝化型厌氧甲烷氧化（N-DAMO）和厌氧氨氧化（Anammox）功能微生物的栖息地,发生着碳氮交互的... 详细信息

城市内河与红树林滨海湿地是重要的碳库与氮库,在全球碳氮循环中具有重要且独特的作用。湿地沉积物中甲烷与硝酸盐的含量比较高,有可能成为反硝化型厌氧甲烷氧化（N-DAMO）和厌氧氨氧化（Anammox）功能微生物的栖息地,发生着碳氮交互的生物地球化学效应。本文以福建亚热带地区城市内河（厦门同安西溪与漳州角美龙屿溪）与漳州云霄县漳江口红树林滨海湿地为研究对象,采用现场调查、实验室培养以及同位素示踪等研究方法,系统地研究了不同研究区域水体与沉积物中碳氮的迁移转化特征,对比分析了不同研究区域沉积物中各类生物地球化学反应过程对碳氮交互转化过程的贡献,并针对不同类型湿地沉积物中的微生物群落结构多样性展开分析,以期为深入研究城市内河以及滨海湿地碳氮循环奠定基础。研究结果如下: 不同研究区域水-沉积物界面的碳氮变化特征存在较大差异性,碳氮浓度存在沿程累积效应及季节变化特征,不同研究区域水体的主要氮形态存在差异;针对不同研究区域上覆水中污染溯源可知,研究区域污染物均主要来自有机肥与污水的区间范围,角美区存在个别点位污染源来自于化肥中的NH4+、NO3-以及降水中的NO3-的区间范围。各研究区域沉积物中针对氨氮解析动力学表明各湿地对NH4+的吸附能力不同研究区域呈现角美>西溪>红树林;沉积物NO3-的吸附能力不同研究区域呈现西溪>角美>红树林,沉积物对NH4+与NO3-的吸附能力大小与区域环境以及污染源输入程度的大小有关且盐度这一环境因素对沉积物NH4+吸附存在限制影响。研究结果证实了城市内河以及红树林湿地水-沉积物界面存在能够连接碳氮循环的反硝化型厌氧甲烷氧化（N-DAMO）过程,能够在氧化甲烷的同时可完成氮的迁移转化,减少温室效应,针对沉积物中N-DAMO反应速率不同研究区域的对比呈现西溪>红树林>角美区域,最大值为0.015 mg·（kg·h）-1。针对沉积物中反硝化反应速率不同研究区域的对比呈现红树林>西溪>角美区域,最大值为0.579 mg·（kg·h）-1;针对沉积物中厌氧氨氧化反应速率不同研究区域的对比呈现红树林>西溪>角美区域,最大值为0.773 mg·（kg·h）-1。不同研究区域中主要脱氮过程存在差异性,受到环境因素的影响较大,其中西溪沉积物中的脱氮过程总体以反硝化过程为主,而角美、红树林则以厌氧氨氧化反应过程为主。针对沉积物中硝化反应速率不同研究区域的对比呈现红树林>角美>西溪区域,最大值为3.78 mg·（kg·h）-1;针对沉积物中异化还原成铵反应速率不同研究区域的对比呈现红树林>角美>西溪区域,最大值为0.88mg·（kg·h）-1。各研究区域氮素转化过程均以硝化反应为主,且角美与红树林研究区域沉积物中的异化还原成铵过程对氮素的迁移转化起到不容忽视的作用。红树林湿地与角美湿地呈现相似的生物地球化学占优过程,西溪湿地倾向于反硝化和反硝化型厌氧甲烷氧化过程,而角美和红树林湿地倾向于厌氧氨氧化过程。研究区域中主导的生物地球化学过程存在差异,与其沉积物中菌群丰度、水体与沉积物所含的碳氮元素以及环境因子有关。不同研究区域中细菌与古菌菌群的丰富度与多样性均呈现西溪>红树林>角美区域的变化特征。研究区域沉积物中均存在与碳氮循环相关的微生物菌群且不同研究区域的优势菌群存在显著差异性。对比三种研究区域样本细菌菌群发现,西溪区域优势菌群为硫酸螺杆菌属（Sulfurovum）,角美区域优势菌群为硫杆菌属（Thiobacillus）以及红树林区域优势群群为Woeseia,不同研究区域的菌群丰度水平存在显著差异;对比研究样本古菌菌群发现,西溪优势古菌菌群为甲烷杆菌属（Methanobacterium）、红树林优势古菌菌群为亚硝酸盐菌属/化能自养的氨氧化古菌亚硝化侏儒菌属（Nitrosopumilus）、硝化菌属（Nitrocosmicus）以及亚硝酸盐菌属（Nitrososphaera）、角美优势古菌菌群为产甲烷念珠菌属（Methanomethylicus）。盐度这一环境要素对细菌和古菌的生物菌群的影响最大,对反应体系中参与碳氮循环的部分功能菌菌群起到抑制作用。

关键词：湿地碳氮迁移转化反硝化型厌氧甲烷氧化厌氧氨氧化生物地球化学过程微生物群落结构

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汤逊湖与梁子湖沉积物中Candidatus Methylomirabilis oxyfera-like菌与anammox菌多样性与共存研究

汤逊湖与梁子湖沉积物中Candidatus Methylomirabilis oxyfera-li...

引用

作者：汪冰寒华中农业大学

学位级别：硕士

氮素是湖泊中重要的营养元素,进行反硝化型厌氧甲烷氧化(nitrite-dependent anaerobic methane oxidation,n-damo)和厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation,anammox)的微生物对湖泊中氮素的生物地球化学循环具有重要的作用。主导n-damo反应的微生物主要是NC10门细菌Candidatus Methylomirabilis oxyfera(***),而主导anammox反应的微生物为anammox菌。本研究以长江中游典型富营养化湖泊汤逊湖和中营养化湖泊梁子湖为研究对象,分别利用***菌和anammox菌各自16S rRNA特异性引物进行克隆测序及定量PCR,研究了湖泊中***-like菌和anammox菌的群落结构和数量的空间分布,探究了这两种细菌在淡水湖泊中的共存情况,最后探讨了环境因子对于这两种细菌种群多样性和数量分布的影响,以期深入了解湖泊氮素循环,并为水体富营养化修复提供理论依据。主要研究结果如下:1.通过克隆测序及定量PCR,成功在汤逊湖和梁子湖不同采样点不同深度沉积物中检测到了***-like菌和anammox菌的共存,证实了***-like菌在淡水湖泊沉积物中的广泛分布,为***-like菌和anammox菌在长江中游湖泊的广泛共存提供了有力的依据。2.系统发育分析表明汤逊湖和梁子湖中***-like菌具有较为复杂的群落结构。两个湖中***-like菌的基因序列均与已发表的多种环境中的序列具有较高的相似性。采样点中均存在属于Candidatus Brocadia属的anammox菌,梁子湖的一部分anammox菌序列也与Candidatus Anammoxoglobus属具有较高的亲缘性。3.生物多样性及群落结构分析表明,汤逊湖不同采样点的***-like菌和anammox菌多样性均具有较大的差异性。而梁子湖不同采样深度的***-like菌和anammox菌多样性均呈现出浅层大于深层的特点。环境因子中铵态氮、硝态氮、亚硝态氮等无机氮,对湖泊中***-like菌和anammox菌的群落结构形成产生具有较大的影响。4.定量PCR测定表明汤逊湖和梁子湖中***-like菌和anammox菌的丰度分布具有空间异质性。水平分布上,汤逊湖中的两种细菌都表现出人为污染越重的区域细菌数量越高的趋势。垂向分布上,***-like菌和anammox菌数量在在两个湖都呈现出随深度减小的趋势。anammox菌与***-like菌在汤逊湖和梁子湖中的丰度比值a/M均随深度而减小。***相关性分析表明,汤逊湖和梁子湖中对两种细菌数量分布影响最重要的环境因子均为硝态氮。汤逊湖中***-like菌和anammox菌数量均与铵态氮、硝态氮、全氮和有机质含量呈正相关,***-like菌数量与硝态氮、pH呈微弱正相关,anammox菌与硝态氮为负相关。梁子湖中***-like菌和anammox菌数量与有机质含量呈正相关,anammox菌数量同全氮也表现出正相关,其他环境因子都与两菌数量呈负相关。anammox菌与***-like菌数量比a/M在两湖沉积物中都与硝态氮呈正相关关系。

关键词：湖泊氮素循环反硝化型厌氧甲烷氧化厌氧氨氧化克隆测序定量PCR 群落结构

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