再生水不同灌水水平对土壤酶活性及耐热大肠菌群分布的影响

为了探讨再生水不同灌水水平对土壤酶活性和环境污染指示菌耐热大肠菌群分布的影响,采用室内土柱灌水实验,研究再生水、自来水不同灌水水平对土壤酶活性和耐热大肠菌群分布的影响.结果表明:(1)在土壤酶活性方面,相同灌水水平下,与自来水处理相比,再生水灌溉处理提高了土壤脲酶和蔗糖酶活性;再生水不同灌水水平对比分析表明,充分灌水处理显著提高了土壤蔗糖酶活性和深层土壤过氧化氢酶活性.(2)在土壤耐热大肠菌群分布方面,相同灌水水平下,与自来水灌溉处理相比,再生水灌溉显著提高了土壤耐热大肠菌群数量;再生水不同灌水水平对比分析表明,充分灌水处理显著增加了土壤耐热大肠菌群数量;4个处理的表层土壤耐热大肠菌群数量均显著高于深层,且随着灌溉时间的推移,0~60 cm各土层的土壤耐热大肠菌群数量存在降低趋势.(3)通过对土壤耐热大肠菌群数量与土壤酶活性的相关性分析表明,土壤耐热大肠菌群数量与土壤脲酶和蔗糖酶活性呈极显著正相关,与土壤过氧化氢酶活性呈显著正相关.因此,再生水灌溉促进了土壤C、N循环转化酶的活性,合理控制再生水灌水水平可以有效阻控土壤耐热大肠菌群的数量.     

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.     

土壤微生物群落结构对生活源和工业源再生水灌溉的差异化响应

为研究不同来源再生水灌溉对土壤微生物群落结构的影响,以地下水灌溉土壤为对照,采用Illumina MiSeq高通量测序技术对长期利用生活源和工业源再生水灌溉的土壤微生物群落结构进行分析,进一步探究土壤环境因子及其相互作用对微生物群落结构的影响.结果表明,与地下水灌溉相比,长期生活源再生水灌溉可显著提高土壤中TOC、 DOC、 Eh、 NH~+_4-N和TP的含量,长期工业源再生水灌溉导致Cd、 Cr、 Cu、 Pb和Zn在表层土壤大量累积.再生水灌溉显著增加了土壤中Acidobacteria和Planctomycetes的相对丰度,降低了Firmicutes和Tectomicrobia的相对丰度,且不同来源再生水对土壤中功能微生物的影响不同,生活源再生水灌溉可显著增加Chloroflexi和Nitrospirae的相对丰度,而工业源再生水灌溉对Actinobacteria具有显著的抑制作用.db-RDA分析结果表明,生活源再生水灌溉土壤菌群主要受TN、 TP、 DOC和Eh影响(P0.05),工业源再生水灌溉土壤菌群主要受重金属影响(P0.05).长期再生水灌溉可改变土壤环境因子间的相互作用,进而影响微生物群落结构,生活源再生水灌溉土壤中微生物主要受DOC、 TN和TP等营养物质含量的增加和氧化还原条件的改变控制,工业源再生水灌溉土壤中微生物与重金属的积累显著相关.     

ICP-MS对再生水灌溉区土壤重金属含量的测定

采用ICP-MS(电感耦合等离子光谱)对北京市3个再生水灌溉区8种土壤重金属含量进行分析测定,并将其分别与当地井灌区土壤重金属含量作对比,探究再生水灌溉对土壤重金属含量的影响。结果表明:3个再生水灌区均存在不同程度的汞污染,土壤中的Cd、Ni、Cu和As含量均符合国家土壤环境质量一级标准,而Pb、Zn和Cr含量的最大值(39.90、103.1和120.3 mg/kg)未超过国家土壤环境质量二级标准;Ni和Hg在多数采样点出现重金属向土壤深层移动的趋势;与对照区(井灌区)相比,Cd在3个再生水灌区的土壤中含量均无显著变化,Hg含量仅在通州区大北关井灌区超过再生水灌区,其余6种重金属则呈现不同程度的重金属累积现象。再生水灌溉区土壤重金属污染并非一定由再生水灌溉所致,早期的污水灌溉和有机肥施用等也是不可忽视的因素。     

再生水灌溉对土壤化学性质及可培养微生物的影响

通过室内土柱模拟实验,探讨再生水灌溉对土壤化学性质和可培养微生物的影响,从而为再生水回用评价提供数据支持.结果表明,在土壤化学性质方面,再生水灌溉可显著提高土壤有机质(OM)和全氮(TN)含量,而对土壤总磷(TP)、速效磷(AP)和pH值无显著影响.在微生物数量方面,再生水灌溉可显著提高表层0~20 cm细菌和放线菌数量,而对20~40 cm和40~60 cm土层三大微生物类群数量影响较小.在微生物种类方面,不动杆菌属(Acinetobacter)是再生水灌区的优势菌属,芽孢杆菌属(Bacillus)是自来水灌区的优势菌属;自来水灌区特有种属4个,再生水灌区特有种属6个;再生水灌溉对表层0~20cm土壤微生物群落Shannon多样性无影响,使土壤微生物群落Pielou均匀度降低,可提高土壤微生物群落Margalef丰富度.通过SPSS 17.0对土壤微生物数量和土壤化学性质进行相关性分析表明,土壤微生物数量与OM、TN、TP和AP含量呈正相关,与土壤pH值、含水量(SWC)呈负相关;通过CANOCO 4.5对土壤微生物种类与土壤化学性质进行DCA去趋势分析和RDA冗余分析表明,AP含量与微生物群落相关性最强(P=0.002),TP和TN对链球菌属(Streptococcus)、气球菌属(Aerococcus)和奈瑟氏球菌属(Neisseria)的影响较大,OM和AP对气单胞菌属(Aeromonas)、动性球菌属(Planococcus)和盐杆菌属(Halobacterium)影响较大.     

丹江口水库迁建区土壤重金属分布及污染评价

为了解丹江口水库迁建区表层土壤重金属污染水平及其潜在的生态风险,对丹江口水库迁建区表层土壤中6种重金属(Cd、Pb、Cu、Zn、Cr、As)的含量及空间分布分别进行了研究,并分别采用综合污染指数法和潜在生态危害指数法对其中重金属污染程度及潜在生态危害进行了评价.结果表明,丹江口水库迁建区表层土壤中Cd、Pb、Cu、Zn、Cr、As的平均含量分别为0.61、23.11、58.25、22.65、58.99、16.95 mg.kg-1;与河南省土壤元素背景值及全国水系沉积物平均值相比,6种重金属元素除Zn外均有一定程度的富集,其中,Cd富集程度最为严重,重金属污染形势不容乐观.Cu、Zn、Pb的空间分布趋势基本相似.与国内典型的水库沉积物中重金属含量相比,丹江口水库迁建区表层土壤中Cd、As的富集程度较严重.6种重金属之间的相关性表明,元素Pb与Cu、Zn两两之间均呈显著性正相关性,Cr与Pb、As之间亦分别呈现显著的正、负相关关系.由2种评价方法可知Cd为丹江口水库迁建区表层土壤中最主要的污染元素,且具有较强的生态危害.     

临汾市表层土壤重金属污染特征及评价

以临汾市表层土壤作为研究对象,分析了土壤中Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb7种重金属含量及分布特征,采用单因子污染指数法和综合污染指数法对土壤环境质量进行评价。结果表明:临汾市表层土壤中Zn、As、Cd、Pb4种重金属含量有不同程度的超标,其余3种重金属含量均未超过国家二级标准限值。将临汾城区表层土壤重金属含量和其它城市进行对比发现,临汾市表层土壤中Pb和As含量高于其它城市。在单因子污染指数评价中,临汾市城区和工业区表层土壤分别有6种和3种重金属的污染等级为安全。城区和工业区表层土壤综合污染指数平均值分别为0.99和2.35,表明临汾市工业区表层土壤重金属污染比城区污染严重。     

再生水中的Pb对萝卜根际土壤微生物群落结构的影响研究

采用盆栽方法研究再生水、再生水+Pb、清水+Pb处理浇灌萝卜,以清水浇灌为对照对萝卜根际土壤微生物群落的影响进行研究。结果表明:(1)土壤总PLFA含量及各菌群生物量从大到小依次为:再生水再生水+Pb清水清水+Pb。再生水灌溉有利于萝卜根际微生物各类群数量的增加,丰富微生物多样性。用含铅的溶液(再生水+Pb、清水+Pb)浇灌萝卜,可抑制土壤微生物各类群的数量,G-受到的抑制尤为明显。(2)主成分分析表明,再生水灌溉与对照相比,土壤微生物群落结构差异最大。(3)土壤微生物各类群与土壤速效钾、硝酸盐氮含量呈极显著正相关(P0.01),真菌、放线菌与土壤有机质含量,G~+、G~-菌与p H均呈极显著正相关(P0.01)。G~+、G~-与萝卜地下鲜重均呈极显著负相关(P0.01),土壤微生物各类群与地上部分硝酸盐含量、与根冠比呈极显著正相关(P0.01)。     

铅锌尾矿砂污染下的岩溶土壤微生物群落碳源代谢特征

以广西阳朔思的村铅锌矿尾砂污染的水稻田、玉米地、柑橘园以及对照(旱地)土壤为研究对象,采用碳素利用法和18S rRNA变性梯度凝胶电泳技术探究岩溶区重金属污染下土壤微生物群落碳源代谢特征以及土壤真菌与土壤有机碳的交互关系.结果表明,广西阳朔思的村铅锌矿尾砂污染区土壤重金属总体含量(Pb、Zn、Cu、Cd)依次为:水稻田玉米地柑橘园对照;同时地累积综合指数显示该区重金属污染以Pb、Cd为主,其中Cd带来的环境风险最高.受Pb、Zn、Cu、Cd等重金属复合污染物影响,土壤微生物生物量碳、微生物熵和碳源代谢速率表现出随总体重金属质量分数增加而降低的变化规律,但土壤总有机碳质量分数却表现为:水稻田对照柑橘园或玉米地.DGGE结果进一步显示对照组土壤存在担子菌门多孔菌目Pycnoporus sp.ZW02.30,柑橘园和玉米地土壤存在镰刀菌属Fusarium solani和Fusarium oxysporum以及柑橘园土壤存在青霉属Penicillium decumbens.然而,上述参与淀粉、纤维素、半纤维素、木质素等糖类降解过程的真菌没有在水稻田土壤检出.加之,水稻田土壤微生物功能多样性指数和微生物熵最低而土壤有机碳质量分数最高,说明铅锌尾矿砂通过影响不同样地土壤微生物糖类代谢过程,进而调节土壤碳在微生物特别是真菌作用下的矿化速率.     

污水灌溉区土壤重金属的空间分布特征

通过对北运河香河段污灌区不同深度土壤重金属Cu、Pb、Zn、Cd含量的监测分析,评价污灌对土壤重金属含量造成的影响。结果表明,土壤中重金属含量和土壤理化性质、土壤深度以及污灌时间、污灌水重金属含量直接相关。     

再生水灌溉对土壤性质及重金属垂直分布的影响

再生水利用是解决水资源危机的重要手段之一,再生水灌溉对土壤的影响一直是受到关注的问题.以北京市典型再生水灌溉区为研究对象,对选定区域土壤进行剖面取样、样品分析以及灌溉用水中的重金属含量的分析来确定再生水灌溉对于土壤中重金属含量分布的影响,同时分析了对土壤中总碳、总氮、有机质含量以及pH的影响.结果表明,凉水河灌区灌溉用水中重金属含量大于北野厂灌区灌溉用水,是其2.5～10.5倍.再生水灌溉导致土壤有机质、总碳、总氮含量增加及pH值降低.灌溉再生水有利于提高土壤肥力,但是也会提高土壤重金属累积的风险.再生水灌溉作为土壤重金属来源之一会对土壤表层重金属累积和迁移有一定影响,同时土壤重金属的迁移分布受到土壤有机质含量的影响,凉水河灌区有更多的重金属被植物吸收或进入更深土层中.     

中水浇灌对土壤重金属污染的影响

城市化的加快,使缺水问题更为普遍,中水用于冲厕和绿地浇灌将是未来的趋势.为研究特殊行业污水处理后用于绿地浇灌对土壤的重金属污染状况,选取以生活污水和实验室污水为水源,一体式氧化沟为处理单元的出水为浇灌用水,以包括阔叶林、灌木和草坪的小区土壤作为研究对象;采集6个样品点0~20 cm深的土壤进行Cr、Mn等8种重金属检测.结果表明,与自来水浇灌土壤对比,中水浇灌土壤的重金属含量没有显著差异;中水浇灌土壤的重金属主要在表层富集,其中铬、镍、铜、锌、铅浓度低于北京市土壤背景值;浇灌土壤中砷和镉存在轻度污染,值得关注.     

北京市再生水灌溉对土壤、农作物的重金属污染风险

如何准确、客观表征再生水长期灌溉的重金属污染风险是人们关注的主要问题之一。研究通过调查不同水源灌溉条件下土壤、小麦重金属含量,结合不同输入途径对再生水灌区土壤重金属的贡献,评估再生水灌溉对土壤、农作物的重金属污染风险。结果表明,污灌区、再生水灌区土壤均呈现不同程度的重金属累积,但不同灌区小麦籽粒的重金属含量之间没有差异。北京市再生水重金属浓度远远低于农田灌溉水质标准,再生水灌渠中采集的水样重金属浓度与地下水重金属浓度之间的差异并不显著。通过再生水灌溉途径带入的重金属与地下水灌溉相当,低于大气沉降和有机肥施用等输入途径带入的重金属。当前再生水灌溉导致土壤重金属污染的风险较小,并不会导致农作物重金属超标。再生水灌区土壤重金属污染并不一定是由于再生水灌溉导致,更大程度是早期的污水灌溉或有机肥施用造成的。     

不同施氮水平下再生水灌溉对土壤细菌群落结构影响研究

微生物是土壤环境变化的敏感因子,为探明再生水灌溉和氮素减量施用对土壤环境的影响,以温室棚栽番茄为研究对象,借助Miseq高通量技术,比较研究了再生水灌溉下氮素常规施肥和氮肥减量施用对土壤细菌群落结构所产生的影响,并采用冗余分析(Redundancy Analysis,RDA)方法分析导致土壤细菌群落结构差异的因素.结果表明:再生水灌溉对土壤硝化螺菌门(Nitrospirae)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、厚壁菌门(Firmicutes)、变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)群落结构的影响明显;再生水灌溉土壤细菌共53个属,其中41个属是再生水灌溉和清水灌溉土壤的共有菌属,其余12个属是再生水灌溉土壤的特有菌属.随氮素施用水平的降低,土壤细菌种群优势度呈先增加后降低然后再增加的趋势,减少氮肥施用有利于土壤细菌种群丰富度和多样性的增加.土壤微生物群落结构受土壤化学特性的影响.再生水灌溉能够促进与土壤碳、氮转化相关的微生物的增长,改变土壤微生物的群落结构.     

再生水中阴离子表面活性剂对土壤结构与水流运动的影响

为揭示再生水回灌农田所引入的阴离子表面活性剂对土壤结构性质与水流运动特征的影响,通过室内灌水入渗试验研究了再生水中阴离子表面活性剂浓度（0、0.001、0.01和0.1倍临界胶束浓度）、灌水频率（1d1次、2d1次、3d1次）、再生水-清水交替灌溉模式（纯再生水灌溉、再生水-清水交替灌溉）条件下受灌土壤容重、非毛管孔隙比、团聚体稳定性、土壤斥水性、地表入渗性能和入渗水流运动非均匀特征的变化规律.结果表明,随着再生水中的阴离子表面活性剂浓度的增大和灌溉频率的增大,受灌土壤容重减小、非毛管孔隙比和土壤团聚体稳定性增大、土壤斥水性增强、地表入渗能力降低、优先流运动非均匀程度增大,从而也增大了农田灌水管理难度;当再生水-清水交替灌溉中的清水淋洗频率增大时,受灌土壤容重增大、非毛管孔隙比和土壤团聚体稳定性降低,但却降低了土壤的斥水性、增大了地表入渗能力并降低了土壤优先流运动的非均匀程度,有利于节省灌水时间、提高灌水效率.     

再生水中阴离子表面活性剂对土壤结构与水流运动的影响

为揭示再生水回灌农田所引入的阴离子表面活性剂对土壤结构性质与水流运动特征的影响,通过室内灌水入渗试验研究了再生水中阴离子表面活性剂浓度（0、0.001、0.01和0.1倍临界胶束浓度）、灌水频率（1d1次、2d1次、3d1次）、再生水-清水交替灌溉模式（纯再生水灌溉、再生水-清水交替灌溉）条件下受灌土壤容重、非毛管孔隙比、团聚体稳定性、土壤斥水性、地表入渗性能和入渗水流运动非均匀特征的变化规律.结果表明,随着再生水中的阴离子表面活性剂浓度的增大和灌溉频率的增大,受灌土壤容重减小、非毛管孔隙比和土壤团聚体稳定性增大、土壤斥水性增强、地表入渗能力降低、优先流运动非均匀程度增大,从而也增大了农田灌水管理难度;当再生水-清水交替灌溉中的清水淋洗频率增大时,受灌土壤容重增大、非毛管孔隙比和土壤团聚体稳定性降低,但却降低了土壤的斥水性、增大了地表入渗能力并降低了土壤优先流运动的非均匀程度,有利于节省灌水时间、提高灌水效率.     

不同再生水灌溉方式对土壤-辣椒系统中细菌群落多样性及病原菌丰度的影响

再生水是改善水资源布局和缓解传统水源短缺问题的一种合理且可持续的替代水源,但用于灌溉会引起土壤和作物中微生物群落结构和条件致病菌丰度变化,目前这方面的研究报道较少.本研究以辣椒为对象,设置再生水灌溉(DI)、清水和再生水混灌(MI,清水∶再生水=1∶1)、清水和再生水轮灌(RI)处理,以清水灌溉(PI)为对照,通过温室盆栽试验研究不同灌溉方式对土壤性质的影响,并基于高通量测序技术结合定量PCR方法探讨再生水灌溉下辣椒果实与根际细菌群落组成和病原菌分布丰度特征.结果表明,与清水灌溉相比,再生水直接灌溉增加了土壤EC值,而降低了pH值.16S r DNA高通量测序结果显示,在门分类水平上,Proteobacteria、Bacteroidetes、Actinobacteria和Firmicutes是辣椒果实和根际共有的主要类群,其优势菌属Pantoea、Pseudomonas、Sphingomonas、Sphingopyxis、Luteimonas和Mariniflexile的相对丰度受再生水灌溉方式的影响较大.再生水灌溉分别使辣椒果实和根际中Legionella spp.和Pseudomonas syringae丰度显著增加,并且对病原菌丰度的影响差异较大.综上所述,再生水适宜作为农业灌溉用水,但不同灌溉方式可能不同程度上引入微生物污染问题,其中特定条件致病菌和植物病原菌值得关注.     

再生水灌溉农田土壤镉累积规律模拟研究

我国农田土壤重金属污染情况严重,主要来源包括由污水灌溉、施肥和大气沉降等.由于这一过程具有小剂量长期性的特点,模型的应用相对常规检测手段能够更好地探索土壤重金属污染趋势和风险.基于STEM-profile模型,结合北京市通州凉水河农田区的实地检测,对该地区重金属Cd污染趋势进行了预测.结果表明,模型模拟结果与实测结果拟合较好,在持续现有输入的情况下,100 a之后该地区的土壤Cd污染将会超出国家土壤环境质量标准,耕作层中Cd含量达到0.866mg·kg-1.同时,通过对污染物的输入量与输入形态以及灌溉用水量对Cd的分布影响的分析发现,单独的有机肥施用和再生水灌溉均会导致Cd的累积,在地下水灌溉同时施用化肥的情况下不会造成Cd累积;当Cd的输入全部为有机结合态时,土壤耕作层中的Cd含量增加为0.943 mg·kg-1;在不改变由灌溉输入污染物的量的情况下,当灌溉量分别为0.8、1.5和2.0 ET时,土壤耕作层中金属镉的含量分别为0.952、0.784和0.638 mg·kg-1.