2019-04-19
期刊：Science of the Total Environment
影响因子：4.610
正 文
最近，派森诺生物与桂林电子科技大学合作，在环境生态领域知名期刊《Science of the Total Environment》（影响因子：4.610）发表新一期研究论文，揭示了桂林市冬季雾霾日和非雾霾日PM2.5化学成分与大气细菌群落结构之间的关系
研究背景
近年来，桂林市冬季（尤其是12月和1月）雾霾事件频繁发生，可能是由于逆温条件差，大气污染物扩散稳定。这些不利的大气条件可能导致PM2.5、水溶性无机离子、碳质物种等大量形成雾霾的关键组分的积累，也可能对大气中细菌的生存和生长产生重大影响。在桂林市，冬季燃煤和生物质燃烧在当地居民中非常普遍，随着商业活动的增加，机动车的使用量也在增加。然而，迄今为止，对桂林雾霾日大气PM2.5的化学成分和细菌特征的研究非常有限，形成细菌群落结构的关键因素尚不清楚。
研究目的
本研究的目标如下：
(1) 表征和比较霾日和非霾日PM2.5水平及其相关化学成分；
(2) 评价PM2.5空气中细菌群落的多样性；
(3) 探讨关键指示因子与优势菌群的关系；
(4) 识别霾日PM2.5化学成分和空气中细菌群落变化的潜在来源。
研究方法
测序技术：Illumina MiSeq高通量测序平台
测序模式：微生物组细菌16S rRNA基因V3-V4区
采样点位于中国西南部桂林市广西师范大学一栋五层教学楼（北纬25°5′59.92”，东经110°17′43.69”）的屋顶甲板上。这个地方周围没有任何街区，非常空旷。每个PM2.5样本都是在石英过滤器上采集的，使用的是中体积空气采样器，工作20小时，流量速度为100 L/min。在使用前，过滤器在450°C的马弗炉中预热4小时，以去除残留的有机杂质。
2016年12月10日至15日（12月10日至12日为雾霾日，12月13日至15日为非雾霾日）和2017年1月4日至9日（1月4日至6日为雾霾日，1月7日至9日为非雾霾日）开展了两次采样活动。共采集12个样本，分别为12月霾、非霾样品的DH、DNH, 1月霾、非霾样品的JH、JNH。
研究结果
该研究从12个样本中筛选出18个门、49个纲、78目、155科、284属。Firmicutes 是雾霾和非雾霾PM2.5样品中最丰富的门，平均占总细菌序列的64.7%（53.8%-78.0%）。其中，Proteobacteria 和Bacteroidetes 分别占22.4%（16.4%-31.5%）和10.2%（0.8%-23.8%）。这三个门的相对总丰度高达97.2%（91.7%-99.4%），其余15个门的相对丰度仅占细菌总数的2.8%。雾霾与非雾霾PM2.5在门水平细菌群落中无显著性差异，且未出现明显的PM2.5依赖模式。
图1 PM2.5前10大细菌门水平微生物群落组成
采用NMDS分析方法，研究霾日和非霾日PM2.5样品的总体差异。非霾日PM2.5样品紧密聚集在一起，说明非霾日PM2.5的细菌群落结构相似。相比之下，雾霾PM2.5的样本分布较分散，样本之间的距离较长。这一结果在一定程度上说明，雾霾事件能够改变PM2.5中空气中细菌群落结构，但差异不显著。
图2 霾日(红色)和非霾日(蓝色)PM2.5样本NMDS分析
图3 RDA分析
总 结
该研究收集了桂林市冬季霾日和非霾日不同的PM2.5样本。分析了PM2.5中水溶性离子、金属元素等化学成分，并对其细菌群落结构进行了表征。雾霾和非雾霾PM2.5的细菌群落组成差异不显著，但我们发现，雾霾PM2.5中大多数优势属的相对丰度高于非雾霾PM2.5。相关结果表明，以汽车尾气和燃料燃烧为主要来源的二次气溶胶颗粒SO42−、NO3−、NH4+、K+、Cl−可能对雾霾污染产生了关键影响，同时也塑造了PM2.5的细菌群落结构。
文章索引
Shan Zhong, Lishan Zhang, Xiaoying Jiang, Pin Gao（2018）. Comparison of chemical composition and airborne bacterial community structure in PM2.5 during haze and non-haze days in the winter in Guilin, China . Science of the Total Environment 655 (2019) 202–210
原文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969718346254
近日，派森诺生物与中科院南京地理湖泊研究所合作，在环境生态领域知名期刊《Science of the Total Environment》（影响因子：4.610）发表新一期研究论文，揭示了利用物理和化学方法共同降低黑臭河底泥中磷氮负荷性能的研究。
研究背景
黑臭河是长期污染形成的，通常是生活污水，工业废水和农业径流造成的，这种现象在中国很严重。黑臭（视觉上黑色，具有令人不快的气味）河流的沉积物含有高浓度的养分（氮和磷），重金属（汞，砷，镉等），有时还有有机污染物（多环芳烃，多氯联苯等）。当沉积物中形成足够的营养物质（也称为内部负荷）时，它们可以释放到上覆的水中，在适当的条件下，会导致富营养化和藻类大量繁殖。因此，开发管理沉积物污染物的方法对于修复中国黑臭河流至关重要。
研究目的
本研究的目的是评估不同措施的可行性，如疏浚，通风和化学灭活，以管理沉积物的内部负荷。
研究方
测序技术：Illumina MiSeq高通量测序平台
测序模式：微生物组细菌16S rRNA基因
实验设计
所有岩心均在20℃黑暗循环水浴中孵育。水浴由一个带水温控制器和循环器的大容器组成（STIK, ILB-008-02, USA）。环行器配有磁性搅拌棒，确保水柱充分混合。沉积物岩心培养120天，每2至3天使用注射器对上覆水（约50 mL）进行取样，然后使用47 mm Whatman®GF/F过滤器过滤，并用于分析总磷（TP），总氮（TN），磷酸盐（PO43-），铵（NH4 +）和硝酸盐（NO3-）。在第60天和实验结束时，从管中挤出三个沉淀物芯并以2cm间隔切成10cm。然后将所有切片冷冻干燥并用于P分析，剩余的湿沉淀物用于N形式分析。
研究结果
结果表明，在沉积物修复前和修复后的所有处理中，Proteobacteria均占沉积物中微生物群落的主要组成部分，而在两次采样处理中，其他细菌群落的相对丰度也存在差异。疏浚、曝气和添加Al@TCAP + Zeo后，Nitrospirae 的丰度增加。然而，Actinobacteria 的丰度在这些处理后下降。与Al@TCAP + Zeo处理的岩心表层沉积物(0 ~ 2cm)相比，在第120天，4 ~ 6cm沉积物中Acidobacteria 的相对丰度增加。有趣的是，含沸石层(4 ~ 6cm)中Nitrospirae 的丰度略高于表层沉积物（0 ~ 2cm）中Nitrospirae 的丰度。
图1 PM2.5前10大细菌门水平微生物群落组成
总 结
本研究采用长期实验室孵化实验，研究沉积物疏浚，间歇曝气和原位灭活与改性粘土的有效性，以减少严重污染河流沉积物的内部负荷。
结果表明，间歇曝气和原位灭活能有效降低水体中氮、NH4+的浓度。然而，疏浚泥沙并没有持续降低水体中TN和NH4+的浓度。相比之下，这三种方法都能有效地控制水体中TP和PO43−的浓度。
除疏浚外，经过120天的修复后，与对照样品相比，沉积物中NH4+的N30%和PO43−的40%的通量降低。疏浚引起沉积物中NH4+的大量释放。疏浚和曝气对沉积物中可提取氮的含量几乎没有影响。
然而，由于强生物扰动作用下粘土的垂直运移，灭活可能会随着时间的推移而增加深层沉积物中可萃取铵的含量。疏浚是降低地表流动磷有效的方法，而输送的粘土可以降低深层沉积物中大量的流动磷。各修复措施均显著增加了底泥中Nitrospira 的相对丰度，为底泥中氨的还原创造了有利条件。
总之，本研究结果表明，粘土灭活是控制严重污染河流沉积物中磷和氮的内部负荷的有效方法。
文章索引
Hongbin Yin, Jingfu Wang, Runyu Zhang, Wanying Tang（2019）. Performance of physical and chemical methods in the co-reduction of internal phosphorus and nitrogen loading from the sediment of a black odorous river . Science of the Total Environment 663 (2019) 68–77.
原文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969719303742
