2019-04-19
期刊：Science of the Total Environment
影響因子：4.610
正 文
最近，派森諾生物與桂林電子科技大學合作，在環境生態領域知名期刊《Science of the Total Environment》（影響因子：4.610）發表新一期研究論文，揭示了桂林市冬季霧霾日和非霧霾日PM2.5化學成分與大氣細菌群落結構之間的關系
研究背景
近年來，桂林市冬季（尤其是12月和1月）霧霾事件頻繁發生，可能是由于逆溫條件差，大氣污染物擴散穩定。這些不利的大氣條件可能導致PM2.5、水溶性無機離子、碳質物種等大量形成霧霾的關鍵組分的積累，也可能對大氣中細菌的生存和生長產生重大影響。在桂林市，冬季燃煤和生物質燃燒在當地居民中非常普遍，隨著商業活動的增加，機動車的使用量也在增加。然而，迄今為止，對桂林霧霾日大氣PM2.5的化學成分和細菌特征的研究非常有限，形成細菌群落結構的關鍵因素尚不清楚。
研究目的
本研究的目標如下：
(1) 表征和比較霾日和非霾日PM2.5水平及其相關化學成分；
(2) 評價PM2.5空氣中細菌群落的多樣性；
(3) 探討關鍵指示因子與優勢菌群的關系；
(4) 識別霾日PM2.5化學成分和空氣中細菌群落變化的潛在來源。
研究方法
測序技術：Illumina MiSeq高通量測序平臺
測序模式：微生物組細菌16S rRNA基因V3-V4區
采樣點位于中國西南部桂林市廣西師范大學一棟五層教學樓（北緯25°5′59.92”，東經110°17′43.69”）的屋頂甲板上。這個地方周圍沒有任何街區，非常空曠。每個PM2.5樣本都是在石英過濾器上采集的，使用的是中體積空氣采樣器，工作20小時，流量速度為100 L/min。在使用前，過濾器在450°C的馬弗爐中預熱4小時，以去除殘留的有機雜質。
2016年12月10日至15日（12月10日至12日為霧霾日，12月13日至15日為非霧霾日）和2017年1月4日至9日（1月4日至6日為霧霾日，1月7日至9日為非霧霾日）開展了兩次采樣活動。共采集12個樣本，分別為12月霾、非霾樣品的DH、DNH, 1月霾、非霾樣品的JH、JNH。
研究結果
該研究從12個樣本中篩選出18個門、49個綱、78目、155科、284屬。Firmicutes 是霧霾和非霧霾PM2.5樣品中最豐富的門，平均占總細菌序列的64.7%（53.8%-78.0%）。其中，Proteobacteria 和Bacteroidetes 分別占22.4%（16.4%-31.5%）和10.2%（0.8%-23.8%）。這三個門的相對總豐度高達97.2%（91.7%-99.4%），其余15個門的相對豐度僅占細菌總數的2.8%。霧霾與非霧霾PM2.5在門水平細菌群落中無顯著性差異，且未出現明顯的PM2.5依賴模式。
圖1 PM2.5前10大細菌門水平微生物群落組成
采用NMDS分析方法，研究霾日和非霾日PM2.5樣品的總體差異。非霾日PM2.5樣品緊密聚集在一起，說明非霾日PM2.5的細菌群落結構相似。相比之下，霧霾PM2.5的樣本分布較分散，樣本之間的距離較長。這一結果在一定程度上說明，霧霾事件能夠改變PM2.5中空氣中細菌群落結構，但差異不顯著。
圖2 霾日(紅色)和非霾日(藍色)PM2.5樣本NMDS分析
圖3 RDA分析
總 結
該研究收集了桂林市冬季霾日和非霾日不同的PM2.5樣本。分析了PM2.5中水溶性離子、金屬元素等化學成分，并對其細菌群落結構進行了表征。霧霾和非霧霾PM2.5的細菌群落組成差異不顯著，但我們發現，霧霾PM2.5中大多數優勢屬的相對豐度高于非霧霾PM2.5。相關結果表明，以汽車尾氣和燃料燃燒為主要來源的二次氣溶膠顆粒SO42?、NO3?、NH4+、K+、Cl?可能對霧霾污染產生了關鍵影響，同時也塑造了PM2.5的細菌群落結構。
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
原文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969718346254
近日，派森諾生物與中科院南京地理湖泊研究所合作，在環境生態領域知名期刊《Science of the Total Environment》（影響因子：4.610）發表新一期研究論文，揭示了利用物理和化學方法共同降低黑臭河底泥中磷氮負荷性能的研究。
研究背景
黑臭河是長期污染形成的，通常是生活污水，工業廢水和農業徑流造成的，這種現象在中國很嚴重。黑臭（視覺上黑色，具有令人不快的氣味）河流的沉積物含有高濃度的養分（氮和磷），重金屬（汞，砷，鎘等），有時還有有機污染物（多環芳烴，多氯聯苯等）。當沉積物中形成足夠的營養物質（也稱為內部負荷）時，它們可以釋放到上覆的水中，在適當的條件下，會導致富營養化和藻類大量繁殖。因此，開發管理沉積物污染物的方法對于修復中國黑臭河流至關重要。
研究目的
本研究的目的是評估不同措施的可行性，如疏浚，通風和化學滅活，以管理沉積物的內部負荷。
研究方
測序技術：Illumina MiSeq高通量測序平臺
測序模式：微生物組細菌16S rRNA基因
實驗設計
所有巖心均在20℃黑暗循環水浴中孵育。水浴由一個帶水溫控制器和循環器的大容器組成（STIK, ILB-008-02, USA）。環行器配有磁性攪拌棒，確保水柱充分混合。沉積物巖心培養120天，每2至3天使用注射器對上覆水（約50 mL）進行取樣，然后使用47 mm Whatman?GF/F過濾器過濾，并用于分析總磷（TP），總氮（TN），磷酸鹽（PO43-），銨（NH4 +）和硝酸鹽（NO3-）。在第60天和實驗結束時，從管中擠出三個沉淀物芯并以2cm間隔切成10cm。然后將所有切片冷凍干燥并用于P分析，剩余的濕沉淀物用于N形式分析。
研究結果
結果表明，在沉積物修復前和修復后的所有處理中，Proteobacteria均占沉積物中微生物群落的主要組成部分，而在兩次采樣處理中，其他細菌群落的相對豐度也存在差異。疏浚、曝氣和添加Al@TCAP + Zeo后，Nitrospirae 的豐度增加。然而，Actinobacteria 的豐度在這些處理后下降。與Al@TCAP + Zeo處理的巖心表層沉積物(0 ~ 2cm)相比，在第120天，4 ~ 6cm沉積物中Acidobacteria 的相對豐度增加。有趣的是，含沸石層(4 ~ 6cm)中Nitrospirae 的豐度略高于表層沉積物（0 ~ 2cm）中Nitrospirae 的豐度。
圖1 PM2.5前10大細菌門水平微生物群落組成
總 結
本研究采用長期實驗室孵化實驗，研究沉積物疏浚，間歇曝氣和原位滅活與改性粘土的有效性，以減少嚴重污染河流沉積物的內部負荷。
結果表明，間歇曝氣和原位滅活能有效降低水體中氮、NH4+的濃度。然而，疏浚泥沙并沒有持續降低水體中TN和NH4+的濃度。相比之下，這三種方法都能有效地控制水體中TP和PO43?的濃度。
除疏浚外，經過120天的修復后，與對照樣品相比，沉積物中NH4+的N30%和PO43?的40%的通量降低。疏浚引起沉積物中NH4+的大量釋放。疏浚和曝氣對沉積物中可提取氮的含量幾乎沒有影響。
然而，由于強生物擾動作用下粘土的垂直運移，滅活可能會隨著時間的推移而增加深層沉積物中可萃取銨的含量。疏浚是降低地表流動磷有效的方法，而輸送的粘土可以降低深層沉積物中大量的流動磷。各修復措施均顯著增加了底泥中Nitrospira 的相對豐度，為底泥中氨的還原創造了有利條件。
總之，本研究結果表明，粘土滅活是控制嚴重污染河流沉積物中磷和氮的內部負荷的有效方法。
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.
原文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969719303742
