安徽铜陵矿区不同功能区域土壤中重金属对微生物及酶活性的影响

为揭示土壤微生物及酶活性与重金属污染的内在关系,并建立土壤重金属污染水平的酶活性及生物学参数表征体系,以安徽铜陵狮子山矿区周边土壤为研究对象,测定矿区内不同功能区域（采矿区、选矿区、堆矿区、尾矿库以及菜园）土壤中w（Cu）、w（Zn）、w（Cd）、w（Pb）和基础呼吸、微生物量碳含量、代谢熵等理化性质以及6种土壤酶（脲酶、蔗糖酶、纤维素酶、过氧化氢酶、中性磷酸酶和碱性磷酸酶）的活性.结果表明,所选矿区不同功能区域的内梅罗综合污染指数（P_N）依次为堆矿区（10.77）>采矿区（4.38）>选矿区（4.06）>尾矿库（2.55）>菜园（1.35）;4种重金属（Cu、Zn、Cd和Pb）的单因子指数（P_i）依次为Cd > Cu > Zn > Pb.不同功能区域内6种土壤酶活性之间有显著差异并呈不同程度变化,且均以菜园土壤酶活性为最大,其中,过氧化氢酶、中性磷酸酶和蔗糖酶活性均可以有效地表征w（Cu）、w（Zn）、w（Cd）和w（Pb）的水平.与基础呼吸或者微生物量碳含量指标相比,代谢熵能更好地表征土壤环境污染状况.研究显示,土壤酶活性、代谢熵与Cu、Zn、Cd、Pb这4种重金属含量均呈极显著相关,因此可通过测定土壤酶活性和代谢熵等生物学参数为矿区土壤环境质量评价及生态修复提供参考依据.      

巨大芽孢杆菌对土壤理化性质及植物富集镉锌的影响

不同生物之间存在复杂相互作用,构建多元生物协同修复有利于提高修复效果.微生物群落繁殖快,适应性强以及抗逆性等优势在土壤重金属污染治理中发挥着重要作用.以巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium）为供试菌株,以包心芥菜［Brassica juncea（L.） Czerniak.］为供试植物,探究二者联合作用下修复Cd和Zn污染土壤的可行性.首先开展60 d室内培养试验,明确巨大芽孢杆菌活化土壤Cd和Zn含量的潜力及改善土壤质量的可行性;进而通过盆栽试验探究巨大芽孢杆菌对包心芥菜富集重金属的影响.结果表明室内培养条件下,巨大芽孢杆菌能够显著降低土壤pH值,土壤有效态Cd和Zn含量显著增加,与对照相比,增幅分别为24%~47%和11%~13%;同时土壤磷酸酶（ALP）、蔗糖酶（SU）和脲酶（UR）活性明显改善.盆栽试验结果表明,与对照相比,接菌处理显著提高了包心芥菜生物量,增幅为10%~23%.同时植物富集Cd和Zn含量升高：植物地上和地下部分Cd富集浓度分别为对照组的1.61~1.70倍和1.05~1.15倍;不同部位对Zn的富集浓度分别为对照的1.38~1.61倍和1.47~1.53倍.相关性分析结果表明,土壤pH值是引起土壤重金属有效态活性和酶活性改变的关键因素.接菌处理下,植物过氧化氢酶（CAT）活性对增强植物抗逆性更为显著.试验结果初步证实了巨大芽孢杆菌-包心芥菜联合修复Cd和Zn污染土壤的可行性.     

石灰组配有机改良剂对农田铅镉污染土壤微生物活性的影响

农田铅（Pb）、镉（Cd）污染已成为危害全球土壤环境质量的主要问题之一,开展安全有效的Pb、Cd污染土壤修复材料研究对保障农产品安全及人体健康具有重要意义.采用室内盆栽试验,探讨0.2%石灰配施不同剂量（1%、2%和5%）的腐殖酸或生物质炭对Pb、Cd污染土壤有效态Pb、Cd含量,以及对基础呼吸强度、微生物量碳含量和土壤酶活性的影响.结果表明:①与CK（不施加改良剂,对照组）相比,两种组配改良剂处理均能显著降低污染土壤有效态Pb、Cd含量,以石灰配施5%生物质炭效果最佳,其有效态Pb、Cd含量较CK分别降低了96.30%和98.10%.②石灰配施腐殖酸或生物质炭均能显著提高土壤基础呼吸强度和微生物量碳含量.③两种组配改良剂处理均会促进土壤脲酶和过氧化氢酶活性,其中石灰配施2%生物质炭对土壤脲酶活性的促进作用最显著,较CK最大提高了47.42%;石灰配施5%生物质炭对土壤过氧化氢酶活性的促进效果最佳,较CK最大提高了113.56%.④相关分析表明,土壤基础呼吸强度、土壤过氧化氢酶活性均与土壤有效态Pb、Cd含量呈极显著负相关（p < 0.01）;土壤蔗糖酶活性与土壤有效态Pb、Cd含量均呈极显著正相关（p < 0.01）.研究显示,应用石灰配施腐殖酸或生物质炭对土壤重金属有效态含量有显著降低作用,对土壤微生物基础呼吸强度、土壤微生物量碳含量及相关土壤酶活性均有增强作用.      

海泡石对镉-铅复合污染钝化修复效应及其土壤环境质量影响研究

通过盆栽试验,开展了海泡石钝化修复Cd-Pb复合污染土壤对p H、重金属形态含量、水稻体内重金属累积特征以及土壤酶活性和微生物数量的影响研究.结果表明,添加海泡石提高了土壤p H值,污染土壤中Cd和Pb由活性较高的可提取态向活性低的有机结合态、铁锰氧化物结合态以及残渣态转化,可溶态Cd和Pb含量分别较对照降低了1.4%~72.9%和11.8%~51.4%.水稻体内各部分重金属含量总体上随海泡石含量增加而减少.与对照相比,水稻茎、叶、糙米和稻壳中Cd含量最大可降低39.8%、36.4%、55.2%和32.4%,而相对应部位的Pb含量最大降幅也分别达到了22.1%、54.6%、43.5%和17.8%.添加海泡石后在一定程度上改善了土壤环境质量,过氧化氢酶和脲酶活性、细菌和放线菌数量有所增加,蔗糖酶活性和真菌数目较对照有所降低,但不显著(P>0.05).p H、可溶态Cd、Pb含量以及脲酶和蔗糖酶活性与水稻体内Cd、Pb含量之间存在显著的相关关系,可以用来评价土壤Cd-Pb复合污染钝化修复效率.     

不同植物修复重金属复合污染土壤对土壤中微生物数量与酶活性的影响

本研究选取三叶草(Trifolium repens Linn.)、高羊茅(Festuca elata Keng)、紫花苜蓿(Medicago sativa Linn.)和黑麦草(Lolium perenne L.)作为修复植物在矿区污染土壤进行实验,研究了4种植物对重金属(Cu、Zn、Pb、Cd)复合污染土壤中微生物数量与酶活性的影响。结果表明:植物修复显著降低了土壤中4种重金属含量,使土壤中微生物种群数量增加,其中真菌数量显著增加;所有土壤样品中均以细菌数量占绝对优势,种植紫花苜宿和黑麦草的土壤中微生物多样性指数显著提高;土壤中的酸性磷酸酶活性和过氧化氢酶活性均显著提高,其中种植高羊茅的土壤中两种酶活性显著高于其他处理的,不同处理下土壤中的Cu和Cd含量显著相关,土壤中酸性磷酸酶和过氧化氢酶活性极显著相关,所有处理中的重金属含量与两种酶的活性呈负相关性;4种植物均能对重金属复合污染土壤产生修复效果。     

芦竹和木本植物间种修复重金属污染土壤

通过温室盆栽实验,研究草本植物芦竹与木本植物构树、桑树间种修复重金属污染土壤的潜力.结果表明,重金属污染土壤上芦竹与构树、桑树间种有利于植物的生长,提高植物对污染土壤中重金属的富集能力,并有效改善土壤酶活性.重金属污染土壤上单种芦竹、构树和桑树的叶片光合色素含量随着修复时间的延长呈下降趋势,而芦竹与构树、桑树间种修复270 d后,构树叶片叶绿素a和类胡萝卜素含量,桑树叶片叶绿素b和类胡萝卜素含量均与修复初期(90 d)相比无显著差异;桑树叶片叶绿素a、叶绿素b以及类胡萝卜素含量较单种桑树分别显著(P 0. 05)提高99. 1%、177. 1%和119. 9%,且整株生物量显著(P 0. 05)提高26. 1%.芦竹-构树间种下植物地上部分Pb和Zn总量较单种芦竹分别显著(P 0. 05)提高171%和124%;芦竹-桑树间种下植物地上部分As和Pb总量较单种桑树和芦竹修复分别显著(P 0. 05)提高150%和76. 5%.芦竹与构树、桑树间种修复270 d后,污染土壤中As、Cd、Pb和Zn的赋存形态无明显变化,而且土壤脲酶、酸性磷酸酶和总磷酸酶活性明显优于部分单一植物修复.上述结果表明,芦竹与构树、桑树间种可有效用于重金属污染土壤修复,还可改善污染土壤的环境质量.     

重金属污染对鄱阳湖底泥微生物群落结构的影响

利用Illumina平台高通量测序技术,分析了鄱阳湖4大河流（信江XS,饶河RS,修河SS,赣江GS）河口底泥微生物群落结构和多样性对底泥重金属污染的响应情况.结果表明,在测试的6种重金属离子中,Cu、Zn全量和有效态表现为RS、XS显著高于SS、GS,Mn全量和有效态在GS中显著最高,Pb有效态在XS显著最高,Pb全量、Cd全量和有效态、Cr全量和有效态在4条河流中无显著差异;经检测,鄱阳湖4河口底泥微生物群落主要有5大类,它们分别是：变形菌门（Proteobacteria）（32.54%~50.35%）,酸杆菌门（Acidobacteria）（6.13%~13.13%）,拟杆菌（Bacteroidetes）（4.38%~14.92%）,疣微菌门（Verrucomicrobia）（6.42%~10.70%）和绿湾菌门（Chloroflexi）（3.21%~11.73%）.多样性指数结果表明：GS、SS微生物多样性指数（Chao1和Shannon）高于RS,与重金属含量成反相关.相关性分析表明：重金属Cu、Zn、Cd、Pb、Cr、Mn和138个主要OTU显著相关,其中Cu、Cd和微生物门、属显著相关的OTU数量最多.变形菌门中有9个属和Cu有效量,5个属和Cd有效量显著正相关,这些正相关的菌群是土壤重金属污染修复的重要微生物种质资源.     

谷壳灰硅肥改善土壤质量降低水稻镉砷累积的效应

为研究谷壳灰制备硅肥对水稻不同生育期土壤重金属镉（Cd）和砷（As）生物有效性、酶活性、微生物群落结构和糙米重金属含量的影响,开展水稻盆栽试验.结果表明,施用0.1%~1.0%谷壳灰硅肥能提高土壤pH值0.04~0.24个单位,有效硅含量44.2%~97.5%,也能降低土壤有效态Cd含量16.2%~21.4%,有效态As含量16.0%~24.9%;随施加量的增大各生育期土壤酶活性增大,其中蔗糖酶活性显著增大6.3%~145.7%,脱氢酶活性显著增大6.7%~224.1%;分析土壤成熟期微生物群落结构显示,施用谷壳灰硅肥不影响微生物α-多样性,但对微生物β-多样性产生显著影响,促进微生物生长,维持群落结构稳定性;随施加量的增大,糙米Cd含量降低了29.3%~89.7%,糙米总As和无机As含量分别降低7.8%~42.3%和17.2%~44.5%,当施用量在0.5%和1.0%时水稻糙米ω（Cd）<0.2 mg·kg^-1,ω（无机As）<0.35 mg·kg^-1.综上,谷壳灰硅肥能改善土壤质量、降低糙米Cd和As含量,具有环境友好性,可用于Cd和As复合污染稻田土壤的治理.     

赤泥基纳米零价铁对多金属污染土壤修复效果

为实现重金属复合污染（Pb、Zn、Cu和Cd）土壤同步修复,构建土壤-小白菜体系,探究赤泥（RM）、纳米赤泥（RMn）以及纳米赤泥负载纳米零价铁（RMn-nZVI）这3种不同赤泥基钝化剂对Pb、Zn、Cu和Cd复合污染土壤的修复效果与机制,并考察土壤中Pb、Zn、Cu和Cd形态分布对小白菜积累Pb、Zn、Cu和Cd的控制作用.结果显示,3种钝化剂施用可显著提高土壤pH,降低土壤酸可提取态（F1）Pb、Zn、Cu和Cd含量,增加残渣态（F4）含量,最终钝化效果表现为：RMn-nZVI>RMn>RM.此外,3种钝化剂显著降低了小白菜可食用部分Pb、Zn、Cu和Cd的积累,其中RMn-nZVI处理下降低程度最高,Pb、Zn、Cu和Cd含量分别下降35.11%、45.05%、69.52%和59.63%.结果表明,纳米赤泥负载纳米零价铁新型钝化材料在重金属复合污染土壤修复领域具有一定的应用潜力.     

不同改良剂对黔西北锌冶炼区农用地土壤重金属修复效果研究

为研究不同改良剂对土壤重金属（Cd、Cu、Pb、Zn）的修复效果,以黔西北锌冶炼区农用地土壤为研究对象,分别将不同比例（1%、2%、5%）的海泡石（H）、石灰（S）和蚯蚓粪（Q）施加于锌冶炼区重金属（Cd、Cu、Pb、Zn）复合污染农用地土壤,稳定陈化75 d后,分析土壤理化性质（pH、EC、含水率）、有机质、有效态养分（N、P、K）、重金属有效态含量变化特征。结果表明,与对照相比,除低添加量的海泡石处理（H1%）略微降低土壤pH外,海泡石和石灰处理均提高了土壤pH,而添加蚯蚓粪处理则降低土壤pH。除石灰处理分别降低土壤有机质和碱解氮含量外,海泡石和蚯蚓粪均可有效提高土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量,其中蚯蚓粪和石灰处理分别对土壤碱解氮和有效磷的增加效果最为明显,分别增加了36.53%～72.34%和67.96%～144.01%。与对照相比,添加石灰明显降低了土壤中DTPA-Cd、DTPA-Pb和DTPA-Zn含量,分别降低了16.94%～29.87%、8.26%～20.46%、27.91%～51.02%。添加蚯蚓粪则总体上增加土壤中DTPA提取态重金属（Cd、Cu、Pb、Zn）含量,而海泡石添加可增加土壤中DTPA-Cd和DTPA-Cu含量,降低DTPA-Pb和DTPA-Zn含量。石灰和海泡石处理都不同程度降低土壤中TCLP提取态重金属（Cd、Cu、Pb、Zn）含量,然而,添加蚯蚓粪处理显著地增加TCLP提取态重金属（Cd、Cu、Pb、Zn）含量。综合分析表明,石灰对于复合污染土壤中Cd、Cu、Pb、Zn的固定效果最佳,其次为海泡石,而蚯蚓粪的添加对土壤重金属具有活化作用。     

Heavy metal availability and impact on activity of soil microorganisms along a Cu/Zn contamination gradient

All the regulations that define a maximum concentration of metals in the receiving soil are based on total soil metal concentration. However, the potential toxicity of a heavy metal in the soil depends on its speciation and availability. We studied the effects of heavy metal speciation and availability on soil microorganism activities along a Cu/Zn contamination gradient. Microbial biomass and enzyme activity of soil contaminated with both Cu and Zn were investigated. The results showed that microbial biomass was negatively affected by the elevated metal levels. The microbial biomass-C （Cmic）/organic C （Corg） ratio was closely correlated to heavy metal stress. There were negative correlations between soil microbial biomass, phosphatase activity and NH4NO3 extractable heavy metals. The soil microorganism activity could be predicted using empirical models with the availability of Cu and Zn. We observed that 72% of the variation in phosphatase activity could be explained by the NH4NO3-extractable and total heavy metal concentration. By considering different monitoring approaches and different viewpoints, this set of methods applied in this study seemed sensitive to site differences and contributed to a better understanding of the effects of heavy metals on the size and activity of microorganisms in soils. The data presented demonstrate the relationship between heavy metals availability and heavy metal toxicity to soil microorganism along a contamination gradient.     

EDTA溶液萃取污染土壤中的重金属及其回收技术

 研究了EDTA萃取液中重金属的分离技术并将其应用于修复土壤污染.结果表明,EDTA溶液能有效地萃取土壤中重金属; Na₂S能沉淀分离EDTA溶液中的Cd, Cu, Pb,效率达99%以上,但沉淀Zn需要加入Ca(OH)₂,引入反应体系的Ca²⁺并不影响重金属的萃取和EDTA的回收;连续抽提能增加污染土壤中重金属的去除率,回收的EDTA连续使用10次,损失约30%.土壤中Cd和Pb的累积去除率分别达75.6%,72.5%.得到的硫化物沉淀含有很高的重金属,能很方便地处理或回收.     

设施菜地土壤重金属累积及影响因素研究

为了解设施菜地土壤重金属累积规律及影响因,通过在全国8个省具有代表性的设施蔬菜产区采集土壤和肥料样品,系统研究了设施栽培年限、肥料施用、土壤性质对设施菜地土壤重金属Cu、Zn、Cd累积量及活度的影响.结果表明:与露天栽培相比,设施条件下随着栽培年限的延长,土壤Cu、Zn和Cd的全量和有效态浓度均呈明显的累积趋势,栽培年限>15a时的设施土壤Cu、Zn和Cd的全量和有效态浓度分别是露天栽培土壤的1.57、2.16、1.67、3.28、1.96、2.00倍.Pearson分析表明设施菜地土壤Cu、Zn、Cd均与土壤SOM呈极显著相关,说明其在来源上较强的相似性,进一步对设施栽培土壤主要投入品中Cu、Zn、Cd含量分析表明,猪粪、商品有机肥及土壤调理剂中Cu、Zn均超过了100mg/kg,Cd超过了1.0mg/kg,且投入量较大,是设施栽培土壤中Cu、Zn、Cd的主要贡献者,而秸秆和部分化肥(如尿素、硫酸钾)中的Cu、Zn、Cd含量均极低,对设施栽培土壤累积贡献微乎其微.pH值和CEC是影响Cu、Zn、Cd在土壤中累积活度的关键因素,其中随着pH值的升高土壤Cu活度表现了先升高后下降的趋势,而土壤Cd活度则表现了持续下降的趋势,仅在pH<6.26时达到了显著相关水平;土壤CEC的升高对土壤Cu活度表现了先下降后升高再下降的趋势,土壤Cd活度表现了先升高后缓慢下降再升高的趋势,而土壤Zn活度仅在CEC<5.83时随着CEC升高表现下降显著线性相关趋势.因此,防止设施栽培土壤Cu、Zn、Cd的累积与污染,选择重金属含量低的肥料和调控土壤理化特性(尤其是pH值、CEC)则是缓解设施栽培土壤重金属累积速率进而确保蔬菜质量安全的有效途径.     

Effects of several amendments on rice growth and uptake of copper and cadmium from a contaminated soil

Heavy metals in variable charge soil are highly bioavailable and easy to transfer into plants. Since it is impossible to completely eliminate rice planting on contaminated soils, some remediation and mitigation techniques are necessary to reduce metal bioavailability and uptake by rice. This pot experiment investigated the e ects of seven amendments on the growth of rice and uptake of heavy metals from a paddy soil that was contaminated by copper and cadmium. The best results were from the application of limestone that increased grain yield by 12.5–16.5 fold, and decreased Cu and Cd concentrations in grain by 23.0%–50.4%. Application of calcium magnesium phosphate, calcium silicate, pig manure, and peat also increased the grain yield by 0.3–15.3 fold, and e ectively decreased the Cu and Cd concentrations in grain. Cd concentration in grain was slightly reduced in the treatments of Chinese milk vetch and zinc sulfate. Concentrations of Cu and Cd in grain and straw were dependent on the available Cu and Cd in the soils, and soil available Cu and Cd were significantly a ected by the soil pH.     

两种外源有机酸对土壤Cd形态及秋华柳Cd积累的影响

秋华柳(Salix variegate Franch.)因具有良好的重金属耐受和积累能力,常被作为重金属污染土壤修复工程物种.通过盆栽模拟试验,分析了不同浓度外源草酸和酒石酸处理下土壤Cd形态的变化和秋华柳Cd含量的积累特征,以探究外源有机酸在Cd污染土壤植物修复中的应用潜力.结果表明:添加外源酒石酸可显著降低土壤非有效性Cd含量,增加土壤中以可交换态Cd为主的有效性Cd含量,促进了秋华柳对Cd的积累,同时也显著提升了植株的富集系数,其中添加5 mmol/kg酒石酸的处理效果最佳.与CK相比,添加5 mmol/kg外源酒石酸可显著增加秋华柳根、茎和叶中的Cd积累量,地上、地下部分和全株的Cd积累量分别提升了62.2%、75.9%和78.4%,地上和地下部分富集系数分别提升了173.0%和178.8%.添加外源草酸对土壤有效性Cd含量没有显著影响,秋华柳根、茎和叶的Cd含量和积累量无明显提升.研究显示,添加较低浓度的酒石酸更有利于增加土壤中可交换态Cd含量和有效性Cd含量,促进秋华柳对土壤中Cd的吸收和积累,增强秋华柳对Cd污染土壤的修复能力,可应用于Cd污染土壤的植物修复.