陕北石油污染土壤微生物种群变化及影响因素

采集陕北地区10个产油区县的石油污染土壤和洁净土壤,利用化学分析法和分子生物学技术对土壤理化性质和细菌群落结构进行测定,采用Pearson相关性分析和冗余分析研究石油污染对土壤理化性质、微生物种群分布和多样性的影响.结果表明,与未受污染土壤相比,石油污染土壤的NO₃^--N、总有机碳、全碳、全硫含量和碳氮比增加,pH值减小;土壤细菌群落均匀度明显降低,丰富度无明显变化.不同地区土壤受到石油污染后,一些优势细菌的相对丰度变化明显.变形菌门（Proteobacteria）和绿弯菌门（Chloroflexi）的相对丰度变化与石油烃含量呈显著正相关,Candidatus Saccharibacteria的相对丰度变化与石油烃含量呈极显著负相关.定边、靖边、子长、绥德、吴起、安塞和富县石油污染土壤中假单胞菌属（Pseudomonas）、诺卡氏菌属（Nocardioides）、节杆菌属（Arthrobacter）、不动杆菌属（Acinetobacter）、Alkanindiges、Gaiella和Gp4相对丰度显著增加;定边、靖边、子长和绥德石油污染土壤中Ohtaekwangia、假诺卡氏菌属（Pseudonocardia）、Ramlibacter、Sacchariacteria_genera_incertae_sedis相对丰度显著降低.假单胞菌属（Pseudomonas）、诺卡氏菌属（Nocardioides）、节杆菌属（Arthrobacter）和Alkanindiges为陕北地区石油污染土壤中的主要“嗜油菌”.土壤pH值、含水率、总石油烃和总有机碳等理化性质是影响陕北油田区石油污染土壤微生物种群结构的关键因素.     

多污染源作用下填埋场地下水微生物群落分析

为给填埋场地下水污染评价和自然衰减修复提供理论支撑,以四川省红层区某典型生活垃圾填埋场为例,采集了11组具有代表性的地下水水样,通过水化学分析和微生物16S rRNA基因测序,分析了红层区生活垃圾填埋场与其周围农业、生活污染源共同作用下,地下水中微生物的群落结构特征,以及不同污染源对微生物群落结构的影响.地下水水质评价结果表明,调查区地下水水质尚未超标;但相对于背景井,地下水已普遍受到不同污染源的影响,其中垃圾填埋场渗滤液扩散区地下水中（RDPD）的主要污染物为NO₃^-（Pi （背）=7.320）和Cl^-（Pi （背）=7.136）;农业区中（RDAS）的主要污染物为NO₃^-（Pi （背）=15.185）;农业生活混合区中（RDHP）的主要污染物为NO₃^-（Pi （背）=25.040）和SO₄^2-（Pi （背）=8.259）.微生物群落结构分析结果显示,Proteobacteria （43.6%~84.1%）为该研究区域地下水中的优势菌门.Bradyrhizobium和毛单胞菌科（Comamonadaceae）内一个未划分的属为农业区地下水中的优势菌属,甲基珠菌科（Methylococcaceae）内一个未划分的属、毛单胞菌科（Comamonadaceae）内一个未划分的属和sulfuritalea为农业生活混合区地下水中的优势菌,垃圾填埋场渗滤液扩散区无明显的优势菌属,但其群落丰度明显高于其他3组.受不同污染源的综合影响,不同区域地下水中的微生物群落结构复杂,RDPD、RDHP、RDAS地下水中的微生物群落结构组成与背景监测井（RDBJ）中的无显著差异,其中RDPD和RDHP地下水中的微生物群落结构组成较为相似.环境因子对水样品微生物群落影响程度依次为SO₄^2->Cl^-> NH₄⁺-N>NO₃^--N>ORP>pH值,因此,调查区生活垃圾填埋场地下水中的微生物群落结构主要受生活污染源和填埋场污染源的影响,其次为农业污染源,最后是自然因素的影响.     

多污染源作用下填埋场地下水微生物群落分析

为给填埋场地下水污染评价和自然衰减修复提供理论支撑,以四川省红层区某典型生活垃圾填埋场为例,采集了11组具有代表性的地下水水样,通过水化学分析和微生物16S rRNA基因测序,分析了红层区生活垃圾填埋场与其周围农业、生活污染源共同作用下,地下水中微生物的群落结构特征,以及不同污染源对微生物群落结构的影响.地下水水质评价结果表明,调查区地下水水质尚未超标;但相对于背景井,地下水已普遍受到不同污染源的影响,其中垃圾填埋场渗滤液扩散区地下水中（RDPD）的主要污染物为NO₃^-（Pi （背）=7.320）和Cl^-（Pi （背）=7.136）;农业区中（RDAS）的主要污染物为NO₃^-（Pi （背）=15.185）;农业生活混合区中（RDHP）的主要污染物为NO₃^-（Pi （背）=25.040）和SO₄^2-（Pi （背）=8.259）.微生物群落结构分析结果显示,Proteobacteria （43.6%~84.1%）为该研究区域地下水中的优势菌门.Bradyrhizobium和毛单胞菌科（Comamonadaceae）内一个未划分的属为农业区地下水中的优势菌属,甲基珠菌科（Methylococcaceae）内一个未划分的属、毛单胞菌科（Comamonadaceae）内一个未划分的属和sulfuritalea为农业生活混合区地下水中的优势菌,垃圾填埋场渗滤液扩散区无明显的优势菌属,但其群落丰度明显高于其他3组.受不同污染源的综合影响,不同区域地下水中的微生物群落结构复杂,RDPD、RDHP、RDAS地下水中的微生物群落结构组成与背景监测井（RDBJ）中的无显著差异,其中RDPD和RDHP地下水中的微生物群落结构组成较为相似.环境因子对水样品微生物群落影响程度依次为SO₄^2->Cl^-> NH₄⁺-N>NO₃^--N>ORP>pH值,因此,调查区生活垃圾填埋场地下水中的微生物群落结构主要受生活污染源和填埋场污染源的影响,其次为农业污染源,最后是自然因素的影响.     

区域地下水不同深度微生物群落结构特征

为了揭示区域地下水不同深度微生物群落结构特征及其与地下水环境相互作用关系,选取北京琉璃河地区,采集不同深度地下水样品,用于水化学分析和微生物16S rRNA基因V4-V5区测序.水化学分析结果显示,地下水中8种主要离子浓度随深度增加均呈减小趋势,Cl^-、SO₄^2-、NO₃^-变化规律显著,工业较发达区NO₃^-浓度达155.30mg/L,SO₄^2-浓度达321.00mg/L,部分浅层地下水受NO₃^-和SO₄^2-污染.微生物分析结果显示,地下水中微生物群落多样性受深度影响显著,随深度增加微生物群落组成丰富.地下水中优势菌门为Proteobacteria （26.2%~95.2%）,优势菌属为Pseudomonas（1.5%~32.2%）,不同深度微生物菌属组成差异明显,浅层、中层和深层地下水特有菌属数目分别为74,60,54.NO₃^-、SO₄^2-、深度是影响地下水微生物群落的主要因子,且NO₃^-、SO₄^2-浓度受地下水深度影响程度大.地下水深度是影响微生物群落结构差异的重要原因.     

长期放射性环境下微生物群落多样性变化

针对某铀尾渣库,通过深层垂直钻井方式采集了多个点位不同深度的铀尾渣样品,基于Illumina Miseq高通量测序技术研究了库区微生物群落的三维空间分布,阐释了长期放射性环境下微生物群落的多样性变化和环境因子的相关关系.结果表明,铀尾渣样品间的理化性质差异显著,放射性环境显著降低了微生物多样性水平,但仍存在优势菌群（丰度>5%）,在门水平上依次为变形菌门（Proteobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）、放线菌门（Actinobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）,而属水平上节杆菌属（Arthrobacter）和酸杆菌属Gp16表现出较强的耐放射性能力.微生物群落RDA冗余分析显示放射性核素²¹⁰Po、²¹⁰Pb、U,金属元素Mn、Ca以及pH值、SO₄^2-等多种环境因子均对铀尾渣中微生物群落分布影响较大.本研究结果揭示了长期放射性核素环境下的微生物群落演替规律,为发掘潜在生物修复菌种提供理论基础.     

空心菜浮床对鱼塘水质和微生物多样性的影响

为从环境微生物的角度探讨生物浮床的水质调节机理,采用宏基因组学测序技术和生物信息学手段,分析了环境微生物和根系微生物群落的多样性.研究结果表明,鱼菜共生模式下优势菌门是变形菌门（Proteobacteria）、蓝细菌门（Cyanobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、放线菌门（Actinobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）和厚壁菌门（Firmicutes）等,主要菌属是聚球藻属（Synechococcus）、hgcI_clade、CL500-29_marine_group、芽孢杆菌属（Bacillus）和分支杆菌属（Mycobacterium）等;空心菜根系微生物群落中最丰富的优势菌门是变形菌门和蓝细菌门,主要菌属是红细菌属（Rhodobacter）、噬氢菌属（Hydrogenophaga）和聚球藻属等.研究结果还表明低覆盖率（3.5%）的空心菜生物浮床能够增加水体的溶解氧含量,降低水体中含氮化合物的浓度和改善养殖环境中的微生态平衡,提高有益菌和氮循环细菌的含量.     

北运河浮游细菌集合群落空间变化的环境解释

环境选择在精细地理尺度河流浮游细菌多样性构建机制中的贡献已得到普遍认同.为回答浮游细菌集合群落中核心分类操作单元（Core Operational Taxonomic Units,Core OTUs）和特有分类操作单元（Unique Operational Taxonomic Units,Unique OTUs）是否具有相同的环境选择模式这一关键科学问题,本研究以高度人工化的北运河京津冀段为研究区域,尝试结合水质监测结果和高通量测序结果分别对核心OTUs局域群落和特有OTUs局域群落的空间变异进行环境解释.结果表明：北运河京津冀段水环境污染主要表现为再生水补给导致的无机氮和钙、镁盐分离子污染及再生水补给口物理扰动导致的有机污染两大类.浮游细菌集合群落中的核心OTUs局域群落结构的相似性明显高于特有OTUs局域群落结构,且二者空间变化规律及其环境驱动模式存在较大差异.核心OTUs局域群落空间分布规律与区域尺度地理空间分布模式具有较高一致性;与其空间变化相关程度最高的环境因子是TN、硝酸盐氮（NO₃^--N）、K⁺、Ca²⁺、Na⁺、Mg²⁺.氮和盐分离子随水流方向呈现显著下降趋势,与地理扩散距离表现出较强的协同变化规律.特有OTUs局域群落不具有显著的地理空间分布模式;与其空间分布有关的环境因子是温度（T）、氧化还原电位（ORP）和pH值;再生水补给口物理扰动对水文水质的间接影响.     

滨海石油烃污染场地地下水微生物群落特征

石油污染物的浓度和分布对降解细菌群落的结构组成有显著影响。为探究地下水微生物群落结构的多样性与石油烃污染物分布的关系，文章对某污染场地地下水样品进行分析，测定多种指标并进行微生物高通量测序验证降解机制。研究表明，沿地下水流向，依据石油烃浓度研究区地下水可划分为重度（Ⅰ）、中度（Ⅱ）和轻度（Ⅲ）3个污染带。在石油污染的地下水环境中，变形菌门是主要的石油降解菌门，优势菌属为假单胞菌属。高浓度的石油污染会抑制微生物物种的丰富度和多样性，微生物群落与TPH、COD、DOC、SO42-等环境因子相关性显著，不同分带的微生物群落结构组成不同（Ⅰ带以Pseudomonas、Proteinniphilum为优势菌群，Ⅱ带以Pseudomonas、Sulfuritalea等为主，Ⅲ带微生物种类增多，以Pseudomonas、Hydrogenophaga、Flavobacterium为主）。结合水化学和微生物群落推测Ⅱ带可能发生了以硫酸盐为主的石油烃生物降解机制。该研究结果为深入了解石油烃在环境中的分布和降解机理，促进生物降解技术在环境修复领域的应用和发展提供了数据支持。     

土地整治对工业区周边土壤微生物多样性和群落结构影响分析

为探究土地整治对重金属污染环境下土壤理化性质及其中微生物的影响,本文基于Illumina高通量测序技术,对比分析了工业区周边土地整治区内外的土壤微生物群落结构和多样性.结果表明:①从土壤性质来看,土地整治区重金属污染状况和土壤质量均优于非整治区.②从土壤微生物群落结构来看,水田土壤微生物群落主要的菌门为变形菌门、绿弯菌门、酸杆菌门,而土地整治可能降低了变形菌门相对丰度,提高了绿弯菌门和酸杆菌门的相对丰度,同时在属水平上也提高了鞘脂单胞菌属、地杆菌属的相对丰度.③从土壤微生物多样性来看,土地整治区中土壤微生物多样性和功能性明显得到改善,但随着重金属污染程度的升高,改善效果逐渐减弱.④Spearman相关性分析表明,Cd、Hg、Pb、pH、AP是影响微生物群落的主要环境因子,而硫杆菌属、芽孢杆菌属、鞘脂单胞菌属与多种重金属元素表现出显著的正相关关系.本研究证实了土地整治有助于改善土壤微生物多样性和功能性,并提升土壤质量.     

基于高通量测序和代谢组学解析重金属污染对农田微生物群落组成和功能的影响

重金属污染会影响微生物组成和群落结构,其与微生物的相互关系一直是重金属污染生态学研究的热点.河南省新乡市是中国著名的电池生产城市,因电池生产废水污灌造成严重的土壤重金属污染.目前有关新乡市长期灌溉电池废水造成的重金属污染对微生物群落组成和代谢功能的影响鲜见报道.采集了新乡市某长期生产电池厂旁3个重金属污染位点,重金属含量测定表明Cd和Pb超过相关标准,分别超标34~66倍和1.5~2.32倍.采用高通量测序分析了细菌和真菌群落组成,结果表明细菌由芽孢杆菌属、节杆菌属、鞘氨醇单胞菌属和类诺卡氏菌属等优势属,真菌由油壶菌属、小不整球壳属、Gibellulopsis和被孢霉属等优势属组成,表明经过长期的重金属胁迫,新乡长期重金属污染土壤富含重金属抗性细菌和真菌.环境因子和微生物群落相关性分析表明,总量Cu、DTPA提取态Cu和水溶态Pb显著影响细菌群落组成,总量Cd、Ni、Pb、Zn、DTPA提取态Cu和水溶态Pb显著影响真菌群落组成.目前,关于重金属污染对微生物群落代谢影响的研究较少,采用非靶向代谢组学分析表明,不同位点间代谢产物具有差异.通路富集分析表明,这些差异代谢物涉及代谢过程、环境信息处理和翻译等遗传信息加工等,在微生物缓解重金属导致的胁迫和环境适应中可能起到作用.     

人力资本法评估农业污染地下水环境价值损失

应用人力资本法(HCA)评估了华北典型高产粮区地下水资源硝酸盐污染的价值损失.引用国外的研究结果,建立了硝酸盐污染浓度与健康损害的剂量反应关系,分病因预测了地下水污染超标区增加的死亡人口数量.按照潜在寿命损失人年(YPLL)的计算方法,构造了人力资本损失总量估算函数.应用该函数评估了研究区农业面源污染地下水资源的价值损失为860.8万元/a,相当于每公顷耕地面积上增加外部环境成本293.9元/a.     

渭河流域关中段地下水硝态氮来源解析

为定性及定量识别地下水中氮的污染来源及迁移转化特征,本文在水化学分析的基础上结合氮氧稳定同位素技术及SIAR模型对渭河流域关中段地下水补给来源、地下水中氮污染特征进行了判断.结果表明,渭河流域关中段地下水的主要水化学类型为HCO₃-Ca+Mg型,地下水由降水快速入渗补给和地表水入渗补给.地下水氮污染以硝态氮形式为主,在所采集的34个地下水水样中,硝态氮含量的变化范围为0.154~36.717mg/L,平均含量为6.17mg/L,其中硝态氮含量超过Ⅲ类地下水标准的采样点共有2个,超标率为5.9%.氮循环的主导作用为硝化作用.地下水δ¹⁵N-NO₃^-含量的变化范围为+6.08‰~+16.42‰,δ¹⁵O-NO₃^-含量的变化范围为+9.38‰~+12.514‰,硝态氮污染主要受到人类活动的影响,土壤有机氮、粪便及污废水和大气沉降是地下水硝态氮的主要贡献者,平均贡献率分别为44.65%、40.03%和15.32%.     

中国正规、非正规生活垃圾填埋场地下水中典型污染指标特性比较分析

本研究基于1991—2018年期间的相关报道,通过单因子和內梅罗指数法、地下水质量评分法等方法及SPSS 24.0和Origin 2017等分析软件分别对我国正规、非正规生活垃圾填埋场地下水中的主要污染指标进行了评价,通过累计污染负荷比法分别对其进行了识别,并分析了正规与非正规填埋场地下水的污染特征与差异,以期为我国不同类型的生活垃圾填埋场地下水污染的修复和治理提供指导.结果表明:我国正规生活垃圾填埋场地下水中已报道检出污染指标共计89种,非正规共计93种;其中在非正规填埋场地下水中,有机物、无机盐以及重金属污染指标的数量都较之正规的更多.正规、非正规生活垃圾填埋场地下水中普遍性、局部性和点源性的主要污染指标差异明显,虽然两种不同类型的填埋场地下水中均普遍存在有机物(高锰酸盐指数)、无机盐(氨氮、氯化物、硝酸盐氮)和重金属(铁)污染指标,但是在非正规填埋场地下水中还普遍含锰和砷,局部含汞;在正规填埋场地下水中,普遍含汞,局部含锰.同时,我国正规、非正规生活垃圾填埋场地下水质量综合评分F值分别为7.69和8.11,都属于极差级别,表明无论是正规还是非正规填埋场,其地下水都已受到了严重污染,其中非正规的污染程度明显高于正规的.因此,生活垃圾填埋场对地下水的污染应引起社会的关注,尤其应加强对非正规生活垃圾填埋场地下水污染的修复和治理.     

吉林市城区地下水污染时空演化

通过提出投影寻踪地下水污染指数模型,求得吉林市城区1980~2009年地下水监测井的污染指数.同时考虑第二松花江两岸地下水污染的非连续性,用修正的局部多项式插值方法对各年污染指数进行分区插值,得到各年地下水污染指数分布图.结果表明,吉林市城区地下水受到不同程度的污染,地下水污染指数普遍偏高,江北片区污染最为严重.全区在时间演化上具有“轻-重-轻”的阶段特征,地下水污染时空演化规律与人类活动方式紧密联系.吉林市城区地下水主要污染因子为“三氮”,其中NO2-对地下水污染的影响最大,对地下水污染指数的贡献度多年保持在0.7上下.     

基于水化学和氮氧双同位素的地下水硝酸盐源解析

为定性及定量识别地下水中氮的污染来源,比例及迁移转化特征,对河北省张家口市宣化区洋河北岸主要供水区的地下水进行取样分析.基于土地利用类型,综合利用水化学分析方法耦合δ¹⁵N-NO₃^-,δ¹⁸O-NO₃^-双同位素示踪技术对研究区地下水硝酸盐污染来源,贡献率及迁移转化规律进行判断.研究结果表明：研究区氮污染以NO₃^-为主,12处采样点4次采样过程中约77%超出世界卫生组织标准（10mg/L）的限值,其污染在2018年8月（夏季）较为严重,空间浓度插值结果显示硝酸盐呈现出沿河及远岸点位浓度相对较低,中间较为稳定区域浓度较高的空间特征,并表现出不同土地利用类型上污染程度的差异性：旱地浓度最高,城镇次之.稳定同位素模型（SIAR）显示地下水硝氮污染来源中粪肥及生活污水占45.37%,土壤氮来源为41.39%,降水和化肥中NH₄⁺来源占13.24%,与研究区以城镇和耕地为主的土地利用现状较为一致.此外,同位素特征值结果显示氮的迁移转化过程以硝化作用为主.文可为地下水氮的污染来源解析提供更加精准,全面的分析方法进而为污染的防治提供优先治理建议.     

吉林市城区浅层地下水污染源识别及空间分布

为实现对吉林市城区浅层地下水污染源识别与管理,共收集吉林市城区2009年50个监测井的17项水质指标监测资料,通过因子分析法(FA)进行多元统计分析,提取5个公因子(F1~F5)作为影响浅层地下水水质的主要污染因子,然后找寻其对应污染源,同时利用因子得分绘制各污染源在吉林市城区地下水造成的污染程度及空间分布.结果表明:所选5个公因子分别代表:迁移-富集作用、含磷污染质排放、“三氮”污染因子、有机污染因子、原生地质环境因子,其中F1和F5又可称为环境影响因子,F2~F4为人类活动影响因子;城区内地下水污染源为生活污水、工业废水排放、工业废渣堆放及农业生产中化肥农药使用;各污染因子主要分布在江北区和中心区,且污染较为严重,而江南区污染分布最少,且污染最轻;计算城区内50个监测井地下水综合污染得分并作图,将吉林市城区浅层地下水的综合污染状况及分布可视化,其中江北区和中心区浅层地下水污染最严重,江南区地下水水质最好;依据F得分分布将区内地下水划分为3个区:禁止开采区、非饮用水区和饮用水区,为今后相关部门开发利用浅层地下水提供参考和依据.     

温带亚高山针叶林土壤碳循环微生物群落的时空动态

选取参与碳固定的二磷酸羧化/加氧酶基因（cbbM）、有机碳降解的淀粉酶基因（amylase）和纤维素酶基因（cellulase）作为分子标记,用实时定量PCR方法对温带亚高山华北落叶松（Larix gmelinii var.principis-rupprechtii）林、白杄（Picea meyeri）林、青杄（P.wilsonii）林和油松（Pinus tabulaeformis）林土壤碳循环功能微生物类群丰度的时空动态开展研究.结果显示,总碳（TC）、总氮（TN）、总硫（TS）、有机质（OM）和有机碳（TOC）、pH值、铵态氮（NH₄⁺-N）、硝态氮（NO₃^--N）、过氧化氢酶、蔗糖酶和脲酶活性在4种森林土壤中都有不同程度的差异,且有显著的季节变化特征.高海拔华北落叶松林土壤TC、TN、TS、C/N、OM和TOC含量最高,而pH值最低.土壤TC、TN、亚硝态氮（NO₂^--N）含量、蔗糖酶和脲酶活性,与碳循环微生物类群的丰度呈极显著相关.土壤NO₃^--N含量与有机碳分解和固碳微生物类群的相对丰度显著相关;土壤C/N、NO₂^--N、pH值、OM、TOC、过氧化氢酶及脲酶活性,与降解易分解碳（labile C）和难分解碳（recalcitrant C）的微生物类群的相对丰度呈极显著相关.植被类型和季节变化共同影响土壤碳循环微生物类群的丰度,而季节变化是主导因素.植被和土壤环境因子通过调控微生物群落碳代谢功能类群的结构,影响森林土壤碳源-汇的平衡.     

温带亚高山针叶林土壤碳循环微生物群落的时空动态

选取参与碳固定的二磷酸羧化/加氧酶基因（cbbM）、有机碳降解的淀粉酶基因（amylase）和纤维素酶基因（cellulase）作为分子标记,用实时定量PCR方法对温带亚高山华北落叶松（Larix gmelinii var.principis-rupprechtii）林、白杄（Picea meyeri）林、青杄（P.wilsonii）林和油松（Pinus tabulaeformis）林土壤碳循环功能微生物类群丰度的时空动态开展研究.结果显示,总碳（TC）、总氮（TN）、总硫（TS）、有机质（OM）和有机碳（TOC）、pH值、铵态氮（NH₄⁺-N）、硝态氮（NO₃^--N）、过氧化氢酶、蔗糖酶和脲酶活性在4种森林土壤中都有不同程度的差异,且有显著的季节变化特征.高海拔华北落叶松林土壤TC、TN、TS、C/N、OM和TOC含量最高,而pH值最低.土壤TC、TN、亚硝态氮（NO₂^--N）含量、蔗糖酶和脲酶活性,与碳循环微生物类群的丰度呈极显著相关.土壤NO₃^--N含量与有机碳分解和固碳微生物类群的相对丰度显著相关;土壤C/N、NO₂^--N、pH值、OM、TOC、过氧化氢酶及脲酶活性,与降解易分解碳（labile C）和难分解碳（recalcitrant C）的微生物类群的相对丰度呈极显著相关.植被类型和季节变化共同影响土壤碳循环微生物类群的丰度,而季节变化是主导因素.植被和土壤环境因子通过调控微生物群落碳代谢功能类群的结构,影响森林土壤碳源-汇的平衡.