杭州西湖沉积物反硝化作用研究以及好氧反硝化细菌筛选

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反硝化作为能彻底去除氮素的主要过程之一,在水环境中主要发生于沉积物相,沉积物反硝化作用的强弱直接影响着水体氮素的去除效果。本文针对杭州西湖高硝态氮水体的特征,分析了野外和实验室条件下沉积物反硝化作用及其影响因子,并采用BTB培养基对沉积物好氧反硝化细菌进行了筛选和鉴定。  主要结果如下:  (1)西湖冬夏两季水体中TN浓度分别为1.57-2.61 mg L-1和1.12-2.85 mgL-1,硝态氮在TN中所占比例的平均值分别为76%和72%。冬夏两季沉积物反硝化强度分别为0.13-1.35 mg g-1 d-1和0.64-1.29 mg g-1 d-1,硝酸盐还原酶活性分别为0.02-5.09μg g-1 d-1和0.67-19.12μg g-1 d-1。夏季硝酸盐还原酶活性显著高于冬季(P<0.01),反硝化强度冬季和夏季没有显著性差异(P>0.05)。西湖不同湖区沉积物硝酸盐还原酶活性和反硝化强度均是夏季大于冬季,但西湖引水工程最大入水口小南湖湖区例外。夏季沉积物反硝化强度与水温和泥温成极显著正相关(P<0.01),与水体NH4+-N成显著负相关(P<0.05),沉积物中硝酸盐还原酶活性与TOC成显著正相关(P<0.05)。冬季沉积物中反硝化强度与硝酸盐还原酶活性成极显著正相关(P<0.01),与表层水体DO成显著正相关(P<0.05)。  (2)设置有、无沉水植物实验室模拟装置分析沉水植物菹草生长对沉积物反硝化作用的影响。结果表明,沉水植物种植组水体中TN、TP、NH4+-N和NO2--N浓度显著低于无沉水植物组(P<0.01),且在菹草生长期(初始到1月)水体营养盐浓度下降最快。有、无沉水植物装置中,沉积物反硝化强度分别为0.01-1.65 mg g-1 d-1和0.10-2.01 mg g-1 d-1,沉积物硝酸盐还原酶活性分别为0.12-16.92μg g-1 d-1和0.37-19.34μg g-1 d-1。有、无沉水植物装置中,由于水体pH、ORP和DO等理化条件不利于反硝化过程的进行,故沉积物硝酸盐还原酶活性和反硝化强度差异不显著(P>0.05)。在有沉水植物的装置中,水体NO3--N浓度与沉积物硝酸盐还原酶活性和反硝化强度成极显著正相关(P<0.01),表明沉积物中硝酸盐异化作用加强,由此后期沉积物TOC消耗加大;并且沉积物反硝化强度与水体TP成显著正相关(P<0.05),符合反硝化作用越强,沉积物对磷的束缚能力越弱的规律。  (3)利用BTB培养基筛选出22株好氧反硝化细菌,分属8个属,分别为苍白杆菌属(Ochrobactrum sp.)、不动杆菌属(Acinetobacter sp.)、代尔夫特菌属(Delftia sp.)、芽孢杆菌属(Bacillus sp.)、丛毛单胞菌属(Comamonas sp.)、无色菌属(Achromobacter sp.)、金黄杆菌属(Chryseobacterium sp.)和黄杆菌属(Xanthomonas sp.)等。其中菌株A4(Achromobacter xylosoxidans strain ASU10)、A8(Chryseobacterium sp.JIP108/83)、A10(Achromobacter denitrificans strainBTC3)和A19(Xanthomonas campestris strain CPBF211)的菌株在120 h时硝态氮去除率可达90%。
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