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城市河道沉积物溶解性有机质特征及其对反硝化过程的影响研究

翁蕊 韦政 杨燕梅 韩静 何岩 黄民生

翁蕊, 韦政, 杨燕梅, 韩静, 何岩, 黄民生. 城市河道沉积物溶解性有机质特征及其对反硝化过程的影响研究[J]. 华东师范大学学报(自然科学版), 2021, (4): 46-54. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2021.04.006
引用本文: 翁蕊, 韦政, 杨燕梅, 韩静, 何岩, 黄民生. 城市河道沉积物溶解性有机质特征及其对反硝化过程的影响研究[J]. 华东师范大学学报(自然科学版), 2021, (4): 46-54. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2021.04.006
WENG Rui, WEI Zheng, YANG Yanmei, HAN Jing, HE Yan, HUANG Minsheng. Characteristics of dissolved organic matter and its effects on denitrification in urban river sediments[J]. Journal of East China Normal University (Natural Sciences), 2021, (4): 46-54. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2021.04.006
Citation: WENG Rui, WEI Zheng, YANG Yanmei, HAN Jing, HE Yan, HUANG Minsheng. Characteristics of dissolved organic matter and its effects on denitrification in urban river sediments[J]. Journal of East China Normal University (Natural Sciences), 2021, (4): 46-54. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2021.04.006

城市河道沉积物溶解性有机质特征及其对反硝化过程的影响研究

doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2021.04.006
基金项目: 国家自然科学基金 (41877477); 国家重大科技项目 (2018ZX07208008, 2017ZX07207001); 上海市科技创新重点项目 (18DZ1203806)
详细信息
    通讯作者:

    何 岩, 女, 教授, 博士生导师, 研究方向为水环境治理与修复、难降解工业废水处理等.E-mail: yhe@des.ecnu.edu.cn

  • 中图分类号: X522

Characteristics of dissolved organic matter and its effects on denitrification in urban river sediments

  • 摘要: 为了解决城市河道治理过程中氮营养盐去除难题, 城市河道体系中溶解性有机质 (DOM) 对反硝化过程的影响作用值得重视. 研究表明, 河道沉积物中DOM的腐殖化程度较低、芳香性弱, 以小分子的富里酸为主, 其浓度平均为 (1868.5 ± 63.2) mg/kg. 与空白组相比, DOM可以促进反硝化过程, 对TN和NO3-N去除率分别提升了7.24% ± 0.36%和23.52% ± 1.17%, 而DOM协同乙酸盐组对TN和NO3-N的去除效果更好, 分别可以达到74.48% ± 1.29%和98.62% ± 0.07%. 微生物分析表明, DOM组的菌群多样性和丰富度均高于空白组, 但其中的异养反硝化菌属PseudomonasBrevundimonas以及nirK型反硝化菌属Paracoccus的丰度均低于DOM协同乙酸盐组. 此外, DOM运行体系中NH4+-N浓度维持较高的水平 (大于3.7 mg/L), 而且含有DOM体系中与异化硝酸盐还原成铵 (DNRA) 功能相关的厌氧粘细菌 (Anaeromyxobacter), 其相对丰度明显增加, 推测DOM在促进反硝化的同时诱导了DNRA过程的发生.
  • 图  1  城市河道沉积物DOM三维荧光图谱(a)和紫外-可见光谱(b)

    Fig.  1  Spectrum of DOM in urban river sediments analyzed with 3D-EEM (a) and UV-Vis (b)

    图  2  不同DOM体系中NO3-N、TN、NO2-N及NH4+-N浓度的变化

    Fig.  2  Variations in NO3-N, TN, NO2-N and NH4+-N under different DOM-based simulated systems

    图  3  不同组细菌门水平和属水平群落组成分布特征

    Fig.  3  Bacteria community composition at the phylum level and the genus level across different groups

    图  4  nirK型细菌属水平相对丰度堆积

    Fig.  4  Accumulation map of the relative abundance of nirK-type bacteria at the genus level

    图  5  DNRA功能微生物属水平相对丰度

    Fig.  5  Relative abundance of DNRA bacteria at the genus level

    表  1  高通量测序引物

    Tab.  1  Primers of high-throughput sequencing

    名称引物序列参考文献
    细菌16S rRNA 338F 5′-ACTCCTACGGGAGGCAGCAG-3′ [7]
    806R 5′-GGACTACNNGGGTATCTAAT-3′
    反硝化nirK nirK-876 5′-ATCATGGTSCTGCCGCG-3′ [8]
    nirK-1040 5′-GCCTCGATCAGRTTGTGGTT-3′
    异化硝酸盐还原nrfA nrfA2aw 5′-CARTGYCAYGTBGARTA-3′ [9]
    nrfAR1 5′-TWNGGCATRTGRCARTC-3′
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    表  2  实验体系中主导的反硝化菌属的功能及其丰度

    Tab.  2  Function and abundance of the main denitrification genus in experimental systems

    菌属功能菌属丰度/%参考文献
    空白DOMDOM协同乙酸盐
    Thiobacillus (硫杆菌属) 硫自养反硝化 12.69 17.76 0.17 [23]
    Pseudomonas (假单胞菌属) 异养反硝化 0.5 5.43 13.15 [24]
    Thauera (陶厄氏菌属) 异养反硝化 8.8 0.8 0.06 [25-26]
    Thermomonas (热单胞菌属) 硫自养反硝化 0.81 5.67 0.47 [27]
    Brevundimonas (短波单胞菌属) 异养反硝化, 脱氮除磷 0.41 2.87 8.15 [28]
    下载: 导出CSV
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  • 收稿日期:  2020-11-16
  • 刊出日期:  2021-07-25

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