有机肥源磺胺类抗生素在土壤中的降解规律及影响因素分析

运用室内模拟降解法,研究了有机肥源磺胺类抗生素(磺胺嘧啶、磺胺甲嘧啶、磺胺二甲嘧啶、磺胺二甲氧嘧啶和磺胺甲恶唑)在光照或避光条件下、不同类型土壤中的降解能力.结果表明,5种磺胺类药物在土壤-粪便混合基质中的降解规律均呈"L"型;不同磺胺在土壤中的降解性与药物自身性质相关,江西红壤中降解半衰期长短顺序为:磺胺甲恶唑磺胺二甲嘧啶磺胺嘧啶磺胺甲嘧啶磺胺二甲氧嘧啶;土壤中有机质含量越高,磺胺类药物在土壤中降解性越强,其降解速率大小为:东北黑土≈太湖水稻土江西红壤;磺胺类药物在土壤-粪便混合基质中的降解速率显著大于单一土壤,粪便的加入对磺胺类抗生素的降解性有较大促进作用,光照作用则相对影响较小.     

UVA紫外辐射下H2O2/KI降解水中磺胺嘧啶

研究了UVA(λ=365 nm)紫外辐射下碘与过氧化氢共存对水中磺胺嘧啶的降解.同时,考察了溶液初始p H值、H_2O_2和KI添加浓度等对UVA/H_2O_2/KI体系降解磺胺嘧啶的影响,并对体系中的主要活性物质进行了分析.结果表明,UVA/H_2O_2/KI体系对磺胺嘧啶的降解作用显著.初始p H值的影响较大.作为体系中碘及其自由基产生的关键因子,一定范围内,H_2O_2、KI的添加浓度增加,磺胺嘧啶的去除率增加,且存在适宜添加浓度,分别为120 mmol·L~(-1)和2.4 mmol·L~(-1).甲醇和甲硫咪唑的抑制实验结果表明,碘自由基为UVA/H_2O_2/KI体系降解磺胺嘧啶的主要活性物质.HPLC谱图显示,磺胺嘧啶在降解过程中主要有3种产物生成,其中之一可能为磺胺.     

医院典型废水处理工艺单元的抗生素去除效果与评价

采用固相萃取-高效液相色谱法同时检测了医院废水中2种喹诺酮类(氧氟沙星、环丙沙星)和4种磺胺类(磺胺嘧啶、磺胺甲基嘧啶、磺胺二甲基嘧啶、磺胺甲叶恶唑)抗生素,并对医院废水处理工艺的抗生素去除能力进行了评价。结果表明,现行医院废水处理工艺对抗生素的去除能力介于36.3%~100%,废水处理工艺对医院废水中抗生素的去除能力由大到小为:"厌氧池→好氧池→沉淀池→加氯""化粪池→加氯""好氧池→沉淀池→加氯";"厌氧池→好氧池→沉淀池→加氯"工艺对磺胺嘧啶和磺胺甲叶恶唑去除率达到100%,氧氟沙星和环丙沙星的去除率分别为92.5%和95.6%,磺胺甲基嘧啶的去除率为45.8%;"化粪池→加氯"工艺对磺胺甲基嘧啶和磺胺甲叶恶唑去除率达到100%,氧氟沙星的去除率达到97.4%,环丙沙星、磺胺嘧啶和磺胺二甲基嘧啶的去除率分别为75.0%、57.9%、36.3%;"好氧池→沉淀池→加氯"工艺对磺胺甲基嘧啶去除率达到100%,氧氟沙星、环丙沙星和磺胺甲叶恶唑的去除率分别为59.5%、10.9%和53.8%;厌氧单元对氧氟沙星去除效果较差,对磺胺嘧啶去除效果较好;纯氧曝气好氧单元对环丙沙星、磺胺甲基嘧啶、磺胺二甲基嘧啶、磺胺甲叶恶唑和氧氟沙星的去除率分别为76.0%、62.5%、77.3%、68.4%和13.9%;加氯消毒单元对磺胺二甲基嘧啶的去除效果较差,对磺胺甲叶恶唑的去除效果较好,对其他4种抗生素的去除率也能达到50%以上。     

超声激发碘自由基降解水中磺胺嘧啶

以H2O2和KI作为分子碘(I2)的来源,研究超声/H2O2/KI体系对磺胺嘧啶(SD)的降解效果.考察超声/H2O2/KI体系中溶液初始pH值、H2O2和KI添加浓度等因素的影响.采用碘自由基抑制剂甲硫咪唑对体系中的活性物质进行分析.结果表明,超声/H2O2/KI体系显著提高了磺胺嘧啶的降解效果,磺胺嘧啶的去除率随溶液初始pH值(2.6~5.2)的升高而降低; H2O2和KI的添加浓度对磺胺嘧啶的去除率影响较大,磺胺嘧啶的去除率随其初始浓度的增大而降低.碘自由基(I·和I2-·)是超声/H2O2/KI体系降解磺胺嘧啶的主要活性物质.HPLC图谱表明,磺胺嘧啶降解的同时生成4种产物,磺胺为降解产物之一.     

毫米级根际微域磺胺嘧啶的降解动态研究

采用特制根际箱,研究了玉米根际效应作用下磺胺嘧啶在土壤中的降解动态.在空间上将根-土界面(0~5 mm)细化到1 mm,箱内磺胺嘧啶剂量分别设为1 mg·kg-1和5 mg·kg-1,分别在出苗后第20、40和60 d取样,并将磺胺嘧啶降解率与根-土界面4种有机酸含量进行回归分析,从而得出影响磺胺嘧啶在根际土壤降解的关键因素.结果表明,种植作物可有效促进磺胺嘧啶的降解,且磺胺嘧啶的最大消减水平发生在距离根室3 mm的近根区,降解顺序依次为:近根际根室远根际.通过对不同剂量磺胺嘧啶胁迫下有机酸响应的相关分析发现,苹果酸和乙酸是影响磺胺嘧啶在根际土壤中降解的关键因素之一.     

芘在土壤不同粒径组分中的形态分布

以芘为PAHs代表物,采用土壤粒径分级和PAHs连续提取方法,研究了老化4周污染黄棕壤中芘在不同粒径组分中的形态分布.结果表明,供试土壤中芘主要以有机溶剂提取态和可脱附态存在,结合态残留量所占比例甚小;细砂粒、粉粒、粗黏粒和细黏粒中芘残留占原土总残留的比例分别为6.00%、4.66%、34.68%和40.88%.各粒径组分中各形态芘含量大小顺序为有机溶剂提取态>可脱附态>结合态,有机溶剂提取态和可脱附态是各粒径组分中芘残留的主要存在形态(占比98.82%以上),芘结合态残留量占比<1.18%.土壤中黏粒(包括细黏粒和粗黏粒)是芘可脱附态、有机溶剂提取态、结合态和可提取态残留储存的主要粒径组分.     

不同形态磺胺类药物在根-土界面的空间分布及毒性评价

采用化学分析和发光细菌检测相结合的方法,研究了磺胺类药物在作物根-土界面的形态分布及生态毒性.结果表明,磺胺类药物在根际土壤中主要以水溶态的形式存在,远根区则以有机溶剂可提取态为主要形态.3种形态磺胺类药物对明亮发光细菌的相对发光抑制率均小于30%,表现为低毒性.不同形态磺胺类药物对明亮发光菌表现的生态毒性不同,有机溶剂可提取态对明亮发光细菌的毒性最大,水溶态次之,结合态毒性最小.根际区水溶态的含量及其对明亮发光细菌的相对毒性抑制率大于远根区,而有机溶剂可提取态和结合态的含量及其对明亮发光细菌的相对毒性抑制率则小于远根区.     

抗生素类药物对土壤微生物呼吸的影响

为评价抗生素类药物对土壤生态环境的影响,通过室内直接吸收法测定了磺胺、四环素、大环内酯类等几类抗生素对水稻土土壤微生物呼吸的影响.结果表明,磺胺甲嘧啶、磺胺甲唑、氯四环素、四环素、泰乐菌素、甲氧苄啶对土壤呼吸的最大抑制率分别为34.33％、 34.43％、 2.71％、 3.08％、 7.13％、 38.08％,以磺胺甲唑和甲氧苄啶对土壤呼吸影响最大.在试验早期(0～2 d),磺胺甲嘧啶、磺胺甲唑和甲氧苄啶的≥10 mg·kg^-1处理显著抑制土壤呼吸.同一种抗生素随着浓度的增加对土壤呼吸的影响不同,磺胺甲唑与甲氧苄啶对土壤呼吸的影响表现出很好的剂量依赖效应.参考农药的安全性评价标准,可以认为试验中各抗生素属于低毒或无实际危害的药物.     

土壤污染及其防治

重要的作用。较易移动的水溶态、FA结合态和交换态对汞在环境中的迁移转化也有一定的影响。盐酸提取态汞主要包括水溶态、交换态、FA结合态和碳酸盐结合态。图1表3参8X53 9703371水势与用氮量对土壤中石油降解的影响/常志州(江苏农科院土肥所).二//农村生态环境/国家环保局南京环科所一1997,13(1)一21一24 环信Q一46 研究了石油降解过程中,土壤有效氮的动态变化,不同用氮水平在两种土壤上对石油降解速率的影响,以及石油降解的土壤水势条件。结果表明,石油对土壤的污染没有影响土壤水势;在土壤水势为一10。一一ZokPa范围内,水势的降低没…     

高分子聚合物与钝化剂复配对汞污染土壤钝化修复研究

采用盆栽试验方法,研究了添加1种耐酸性较强的高分子聚合物与传统的有机或无机类钝化剂复配来钝化土壤重金属汞,并探讨其对土壤理化特性、植物生长发育、土壤汞形态以及酶活性等的影响。结果表明:与对照（CK）相比,添加不同钝化剂均能有效改善汞污染土壤理化状况和土壤微环境,促进植物生长。不同钝化剂处理均显著降低了土壤有效态汞的比例,土壤水溶态、可交换态汞比例分别较CK降低了106%~315%、12.61%~34.60%;与单一钝化剂相比,添加高分子聚合物的钝化剂能更有效吸附、固定土壤中的汞,并降低土壤重金属汞的生物有效性;生物炭-聚丙烯酰胺（BI-PAM）处理对土壤有机质含量和pH增加最为明显,且对土壤重金属汞的钝化效果最好（水溶态汞、可交换态汞和Fe-Mn氧化物结合态汞占总汞比例最小,分别为1.05%、12.14%、12.72%,而强有机结合态汞和残渣态汞比例最高,分别为15.86%和58.23%）,能促进增产且减少白菜叶片对汞的吸收富集。根据试验结果,针对汞污染酸性土壤,建议施用生物炭与聚丙烯酰胺复配而成的钝化剂。     

土壤Mehlich-3可浸提态镍对大麦根伸长的毒性

本研究选择我国具有代表性的11种外源添加镍（水溶性镍盐）污染土壤样品,在模拟田间人工降水（淋洗和非淋洗）处理后,研究了Mehlich-3单次或连续3次浸提态镍对大麦根伸长的毒性.结果发现：结合重要影响因素土壤pH值,Mehlich-3可浸提态镍和外源添加镍具有显著相关关系;基于Mehlich-3可浸提态镍的植物毒性阈值也显著受土壤性质影响（半抑制浓度可相差38倍以上）.通过回归分析发现土壤性质对Mehlich-3浸提镍的生物毒性的影响与Mehlich-3浸提次数有关,主要影响因子分别是铁铝锰氧化物和粘粒含量（单次浸提）或土壤pH值和有机质（3次浸提）.研究建立了基于可浸提态镍对大麦根伸长的毒性阈值预测模型.研究结果证明了重金属的化学浸提态代替全量作为风险评价标准的可行性,为提高土壤中镍的生态风险评估的准确性和科学性提供支撑.     

Effects of maize root exudates and organic acids on the desorption of phenanthrene from soils

The effects of maize root exudates and low-molecular-weight-organic anions (LMWOAs) on the desorption of phenanthrene from eight artificially contaminated soils were evaluated. A significant negative correlation was observed between the amounts of phenanthrene desorbed and the soil organic carbon (SOC) contents (P<0.01), and the influences of soil pH and clay content on phenanthrene desorption were insignificant (P>0.1). Neither maize root exudates nor oxalate and citrate anions influenced desorption of phenanthrene with the addition of NAN3. A faster phenanthrene desorption occurred without the addition of NaN3 in the presence of maize root exudates than oxalate or citrate due to the enhanced degradation by root exudates. Without the addition of NaN3, oxalate or citrate at different concentrations could inhibit phenanthrene desorption to different extents and the inhibiting effect by citrate was more significant than by oxalate. This study leads to the conclusion that maize root exudates can not enhance the desorption under abiotic condition with the addition of NaN3 and can promote the desorption of phenanthrene in soils without the addition of NAN3.     

沉积物中磷形态与湖泊富营养化的关系

应用乙二胺四乙酸法对长江中下游太湖、巢湖和龙感湖等3个湖泊表层沉积物中磷的形态进行连续提取和测定.结果发现,在表层沉积物中,3个湖泊钙磷的百分含量比较接近,占总磷的30%左右,太湖和巢湖铁磷的百分含量显著高于龙感湖,而龙感湖有机磷的相对含量较高,可达40%~50%.这3个湖泊沉积物中有机磷形态差别十分明显,其中太湖沉积物中的有机磷主要以酸可提取有机磷形式存在,巢湖沉积物中酸可提取有机磷约占总有机磷的一半,而龙感湖的有机磷大部分与腐殖酸结合.沉积物中酸可提取有机磷的释放可能又是一个导致湖泊富营养化的重要过程.     

安徽庐江潜在富硒土壤硒生物有效性及其影响因素

为研究潜在富硒土壤硒生物有效性,采集安徽庐江潜在富硒地区64组水稻及对应根系土壤样品,分析土壤理化性质、土壤养分、全硒、不同形态硒及大米硒含量,采用线性回归法探究土壤硒生物有效性的影响因素.结果表明,大米硒含量（记作Se_rice,下同）为0.037~0.120 mg/kg,土壤全硒含量（记作Se_tot,下同）为0.260~1.177 mg/kg,土壤硒以腐殖酸态硒（15.5%~44.7%）、强有机态硒（12.5%~53.3%）和残渣态硒（8.1%~68.5%）为主.土壤有效硫、有效磷通过提高强有机态、腐殖酸态和浸提性硒含量并促进水稻籽实（大米）对硒的吸收,而土壤阳离子交换量（cation exchange capacity,CEC）、速效钾、全铁和全锰通过降低水稻生物可利用态硒含量（包括水溶态、腐殖酸态、强有机态和浸提性硒）抑制水稻籽实（大米）对硒的吸收.Se_tot与Se_rice显著正相关（R=0.616,P < 0.01）,非残渣态硒含量与有机质含量之比（记作NRE-Se/OM）与Se_rice相关性最强（R=0.774,P < 0.01）.土壤NRE-Se/OM、有效硫、有效铁、全锰构建的多元逐步线性对数回归模型可解释水稻籽实（大米）吸收硒的76.0%的方差.因此引入变量NRE-Se/OM,并结合土壤有效硫、有效铁和全锰能有效评价和预测研究区土壤硒生物有效性.      

复合改良剂对稻田Cd、As活性与累积的协同调控

为同时降低水稻糙米中Cd、As含量,以达到国家标准食品污染物限量标准,选取湘南某矿区Cd-As复合污染稻田土壤,以盆栽实验研究复合改良剂QFJ(羟基磷灰石+沸石+酸改性炭化秸秆)对土壤中Cd、As生物有效性及对水稻各部位累积Cd、As的影响,探讨QFJ对土壤Cd、As生物活性与稻米Cd、As累积的协同调控.结果表明:施用QFJ降低了水稻糙米中的Cd、As含量,施加量2g/kg时,糙米中Cd、As含量分别为0.19mg/kg和0.14mg/kg,均低于对照组的0.49mg/kg和0.27mg/kg,且同时低于0.2mg/kg,达到了国家标准食品污染物限量标准.施用QFJ提高了土壤pH值0.02~0.68单位,增加了土壤CEC、OM含量,同时土壤中Cd 的酸可提取态、交换态及TCLP提取态含量分别降低了7.3%~32.5%、12.6%~39.8%和40.7%~60.1%,对As的交换态和TCLP提取态含量的影响趋势是先降低后增大.糙米中Cd含量与土壤中Cd的3种提取态含量存在极显著正相关关系,As含量与其土壤中TCLP提取态含量存在极显著正相关关系.当QFJ施加量在2g/kg水平时,土壤中Cd、As的生物活性可协同控制在较低水平,从而同时降低了糙米中Cd、As含量.施用QFJ使得Cd在水稻根表铁膜中的含量呈增大趋势,在水稻其他部位含量呈减小趋势;As在谷壳中含量呈减少趋势,在其他各部位呈先减小后增大的趋势.水稻吸收的Cd和As大部分累积在根部和茎叶部,各部位Cd累积率大小是白根 > 茎叶 > 糙米 > 谷壳,As是茎叶 > 白根 > 糙米 > 谷壳.根据Cd-As污染程度不同,可考虑施用2~4g/kg QFJ以达到水稻的安全生产.     

Soil resource availability impacts microbial response to organic carbon and inorganic nitrogen inputs

Impacts of newly added organic carbon （C） and inorganic nitrogen （N） on the microbial utilization of soil organic matter are important in determining the future C balance of terrestrial ecosystems. We examined microbial responses to cellulose and ammonium nitrate additions in three soils with very different C and N availability. These soils included an organic soil（ 14.2% total organic C, with extremely high extractable N and low labile C）, a forest soi1（4.7% total organic C, with high labile C and extremely low extractable N）, and a grassland soil（1.6% total organic C, with low extractable N and labile C）. While cellulose addition alone significantly enhanced microbial respiration and biomass C and N in the organic and grassland soils, it accelerated only the microbial respiration in the highly-N limited forest soil. These results indicated that when N was not limited, C addition enhanced soil respiration by stimulating both microbial growth and their metabolic activity, New C inputs lead to elevated C release in all three soils, and the magnitude of the enhancement was higher in the organic and grassland soils than the forest soil. The addition of cellulose plus N to the forest and grassland soils initially increased the microbial biomass and respiration rates, but decreased the rates as time progressed. Compared to cellulose addition alone, cellulose plus N additions increased the total C-released in the grassland soil, but not in the forest soil. The enhancement of total C- released induced by C and N addition was less than 50% of the added-C in the forest soil after 96 d of incubation, in contrast to 87.5% and 89.0% in the organic and grassland soils. These results indicate that indigenous soil C and N availability substantially impacts the allocation of organic C for microbial biomass growth and/or respiration, potentially regulating the turnover rates of the new organic C inputs.     

典型城市浅水湖泊沉积物磷形态的分布及与富营养化的关系

应用乙二胺四乙酸法对典型城市浅水湖泊:玄武湖、莫愁湖和大明湖的表层沉积物中磷的形态进行连续提取和测定.研究表明,表层沉积物中铁磷和钙磷是磷的主要存在形态,占总磷的80%左右,玄武湖和莫愁湖的铁磷明显高于大明湖,可达30%～40%.3个湖泊表层沉积物中有机磷形态以碱可提取有机磷为主,酸可提取有机磷含量较低,但其与总磷的比值可以较好地反映湖泊富营养化程度.     

根茬连续还田对镉污染农田土壤中镉赋存形态和生物有效性的影响

通过盆栽试验研究不同镉污染土壤上分别连作3茬玉米和菜豆,根茬连续还田后对后茬作物生长、镉吸收及土壤中镉赋存形态的影响.结果表明,两种镉污染土壤上分别连作3茬菜豆和玉米,根茬累计还田量占土壤质量的0.4%～1.1%,通过根茬累计还田的镉占土壤全镉的1.3%～3.5%.玉米和菜豆根茬连续还田对后茬大白菜和冬小麦生长均无显著影响,但在镉污染土壤上根茬连续还田后显著增加了后茬大白菜地上部镉含量.根茬连续还田对后茬小麦吸收镉无影响.根茬连续还田增加了土壤轻组有机质含量和模拟镉污染土壤中轻组有机质中镉占土壤全镉的比例.镉污染土壤连续还田玉米根茬后土壤碳酸盐结合态镉含量显著降低,在模拟镉污染土壤上菜豆根茬连续还田显著降低了土壤交换态镉含量,根茬连续还田增加了土壤中氧化物结合态镉含量.     

Promotion mechanism of self-transmissible degradative plasmid transfer in maize rhizosphere and its application in naphthalene degradation in soil

Rhizospheres can promote self-transmissible plasmid transfer, however, the corresponding mechanism has not received much attention. Plant-microbe remediation is an effective way to promote pollutant biodegradation; however, some pollutants, such as naphthalene, are harmful to plants and result in inefficient plant-microbe remediation. In this study, transfer of a TOL-like plasmid, a self-transmissible plasmid loaded with genetic determinants for pollutant degradation, among different bacteria was examined in bulk and rhizosphere soils as well as addition of maize root exudate and its artificial root exudate (ARE). The results showed that the numbers of transconjugants and recipients as well as bacterial metabolic activities, such as xylE mRNA expression levels and catechol 2,3-dioxygenase (C23O) activities of bacteria, remained high in rhizosphere soils, when compared with bulk soils. The number of transconjugants and bacterial metabolic activities increased with the increasing exudate and ARE concentrations, whereas the populations of donor and recipient bacteria were substantially unaltered at all concentrations. All the experiments consistently showed that a certain number of bacteria is required for self-transmissible plasmid transfer, and that the increased plasmid transfer might predominantly be owing to bacterial metabolic activity stimulated by root exudates and ARE. Furthermore, ARE addition increased naphthalene degradation by transconjugants in both culture medium and soil. Thus, the combined action of a wide variety of components in ARE might contribute to the increased plasmid transfer and naphthalene degradation. These findings suggest that ARE could be an effectively alternative for plant-microbe remediation of pollutants in environments where plants cannot survive.