基于酶化学计量法探究有机无机肥配施调控果园土壤微生物碳、磷代谢机制

土壤微生物的C、N、P养分需求和代谢限制与环境养分的有效性有着密切关系.然而,有机无机肥配施如何影响苹果园土壤微生物C、N、P代谢限制亟待进一步研究.因此,基于2008年建立的苹果园长期定位试验,应用土壤酶化学计量学理论与方法,系统研究有机无机肥配施对土壤C、N和P周转相关的酶活性（β-1,4-葡萄糖苷酶,BG;β-1,4-N-乙酰基氨基葡萄糖苷酶,NAG;L-亮氨酸氨基肽酶,LAP;碱性磷酸酶,PHOS）及其化学计量特征的影响,并分析其与环境因子和微生物碳利用率之间的关系.试验共设4个处理,分别为不施肥（CK）、单施氮磷钾化肥（NPK）、单施有机肥（M）和化肥配施有机肥（MNPK）.结果表明：①在果树各生育期,施用有机肥处理（MNPK和M）的微生物量碳（microC）含量显著高于不施有机肥处理（CK和NPK）;微生物量氮（microN）含量,在萌芽期NPK、MNPK和M处理比CK处理分别增加了89%、269%和213%（P<0.05）.②CK处理在萌芽期有较高的叶片ω（N）和ω（P）（29.8 g ·kg^-1和2.17 g ·kg^-1）,并且仅果树萌芽期的叶片P含量与土壤有效磷（AP）含量呈显著负相关.③土壤酶化学计量分析的所有数据点均在1 ：1线以上,表现为微生物群落存在较强的P限制;果树生长期,矢量长度和角度的变化范围分别为0.56~0.79和59.3°~67.7°,且研究中矢量角度均>45°,也体现了微生物存在较强的磷限制.④RDA和随机森林模型分析结果表明,有机碳和速效氮（AN）是影响矢量长度的主要理化因子,AP、AN和土壤含水量是影响矢量角度的主要理化因子;SEM分析表明,AN和可溶性有机碳（DOC）直接影响microC和microN,AP直接影响microP和microN,DOC和AP直接影响矢量长度,AP和microN直接影响矢量角度;微生物碳利用率与矢量长度呈显著正相关,与矢量角度呈显著负相关.综上所述,有机无机肥配施通过影响果树不同生育期土壤碳和磷含量,调控微生物碳、磷代谢进而影响微生物碳利用率,为有机无机肥配施提升土壤质量、维持土壤健康提供科学依据.     

外源菌剂联合柠檬酸强化龙葵修复土壤镉污染

设置对照（CK）、摩西球囊霉菌（GM）、摩西球囊霉菌+柠檬酸（GM+CA）、摩西球囊霉菌+巨大芽孢杆菌（GM+BM）和摩西球囊霉菌+巨大芽孢杆菌+柠檬酸（GM+BM+CA）这5个处理,通过测定土壤全Cd、有效Cd和植株Cd吸收量及微生物群落变化,分析了外源菌剂和柠檬酸添加对龙葵修复Cd污染效果的影响.结果表明,相对于CK处理,GM处理龙葵根、茎和叶生物量显著增加35.67%、41.35%和65.38%,GM+BM+CA处理龙葵根和茎生物量显著增加73.38%和75.38%.GM处理提高了龙葵各部位Cd含量但差异不显著,GM+BM+CA处理龙葵叶部的Cd含量显著提高79.34%.GM处理龙葵茎和叶Cd累积量显著提高47.51%和89.58%.GM+BM+CA处理龙葵叶部Cd累积量显著提高226.84%.GM+BM+CA处理显著增加了Cd由龙葵茎向叶的转运系数,增幅为52.47%.GM+BM+CA处理显著增加了叶的富集系数,增幅为120.53%.此外,联合修复对根际微生物群落结构也产生了影响,特别体现在诱导某些关键微生物类群,如变形菌门、放线菌门、球囊菌门和油壶菌门相对丰度增加2.00%~5.77%、0.76%~9.96%、2.11%~3.63%和0.54%~2.98%.RDA分析发现变形菌门和放线菌门与土壤全Cd呈显著负相关,球囊菌门和油壶菌门与土壤全Cd呈负相关.关键微生物的变化增强了龙葵吸收根际养分和抗Cd胁迫的能力,提高龙葵Cd累积能力,有效降低土壤全Cd含量.综上,摩西球囊霉菌、柠檬酸与巨大芽孢杆菌通过共接种的方式活化了土壤中的难溶态Cd,有助于龙葵富集更多的Cd,同时也与摩西球囊霉菌产生联合修复的效果.富集植物-微生物联合修复Cd污染土壤有较好的应用潜力.     

启动三级PN/A颗粒污泥反应器处理高浓度氨氮废水

为将部分亚硝化-厌氧氨氧化技术(PN/A)应用于高浓度氨氮废水的处理,本研究以经破碎后的全自养脱氮颗粒污泥为种污泥,通过协同控制进水氨氮负荷(NLR)、各格室溶解氧(DO)水平和游离氨(FA)浓度等参数,在106 d内成功启动了三级连续流反应器.结果表明,颗粒污泥在启动初期呈现明显的亚硝化功能.反应器采用高NLR和限制曝气的控制策略,能够有效控制亚硝酸氧化菌增殖,并避免DO对厌氧氨氧化菌的抑制作用,有利于颗粒密实度和脱氮活性的提升.当进水氨氮浓度升至350 mg·L-1时,通过调节进水p H和碱度投加量,可以消除前端格室内高FA浓度对功能菌活性的不利影响.反应器最终实现了7. 2 kg·(m~3·d)-1的总氮去除负荷,较传统活性污泥法高出50～100倍.模拟不同曝气强度的序批次实验也证明,各格室污泥的脱氮活性持续增强,且格室1中颗粒污泥的成熟度最高.期间,胞外聚合物含量与比总氮去除速率呈现良好的线性相关(R2 0. 97),这意味着颗粒密实度的改善对提升反应器性能具有积极意义.     

增温及秸秆施用对豆-麦轮作土壤微生物量碳氮及细菌群落结构的影响

为研究增温和秸秆施用对农田土壤微生物量碳氮和细菌群落结构的影响,设置随机区组试验,试验设置空白(CK)、增温(WA)、秸秆施用(SA)和增温及秸秆施用(WS)这4种处理.分别在大豆生长季和冬小麦生长季采集土壤样品,测定土壤微生物量碳氮,并采用Illumina Hi Seq高通量测序法测定土壤细菌群落结构.结果表明,无论是大豆季还是冬小麦田,不同增温及秸秆施用处理的土壤微生物量碳含量均无显著(P 0. 05)差异,大豆季增温处理土壤微生物量氮含量显著(P 0. 01)高于对照,且大豆季土壤微生物量氮含量极显著(P 0. 001)高于冬小麦田.大豆季各处理间土壤细菌纲、目、科和属水平上的类群均无显著(P 0. 05)差异,冬小麦季不同处理间的细菌群落结构存在显著差异.大豆季CK与WA、SA处理最具优势的芽单胞菌目(Gemmatimonadales)、芽单胞菌科(Gemmatimonadaceae)和鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)的细菌比例之间均存在显著(P 0. 05)差异,冬小麦季CK与WA处理最具优势的γ-变形菌纲(γ-Proteobacteria)的细菌比例之间存在显著(P 0. 05)差异.大豆季增温处理的物种数、Shannon指数、Simpson指数和Chao1指数均最小,冬小麦季增温及秸秆施用处理的物种数、Shannon指数、Simpson指数和Chao1指数均最大.大豆季土壤细菌α多样性指标与土壤微生物量碳氮之间存在极显著(P 0. 001)的相关关系,而冬小麦季这些指标之间则不存在类似的关系.     

厌氧氨氧化耦合反硝化工艺的启动及微生物群落变化特征

为了解厌氧氨氧化耦合反硝化启动过程中脱氮除碳性能与微生物群落的关系,通过逐步提高进水COD浓度研究了SAD启动过程中脱氮除碳性能和微生物群落变化.结果表明,随着进水COD浓度增加,出水NH_4~+-N和NO_2--N的浓度保持稳定,平均去除率均在98%以上; TN去除率逐渐升高,第3阶段TN平均去除率为95. 6%,比厌氧氨氧化理论TN去除率高6. 8%;ΔNO_3~--N/ΔNH_4~+-N明显下降,从0. 15～0. 17逐步降至0. 03～0. 07;厌氧氨氧化脱氮贡献率逐渐下降,反硝化脱氮贡献率逐渐上升,COD去除率逐步增加.污泥活性分析表明SAD启动后污泥反硝化活性明显增加,厌氧氨氧化活性略微降低.高通量测序结果表明,反应器内微生物的优势菌门为绿弯菌门、浮霉菌门、厚壁菌门、装甲菌门和变形菌门,微生物群落特征与SAD脱氮除碳性能密切相关,与脱氮除碳有关的功能微生物主要有厌氧氨氧化菌、厌氧消化菌和反硝化菌,SAD启动后反应器内厌氧氨氧化菌丰度减少,厌氧消化菌和反硝化菌丰度明显增加.     

不同培养条件厌氧氨氧化颗粒污泥性质及微生物群落结构差异

采用膨胀颗粒污泥床(EGSB)和上升式厌氧污泥床(UASB)反应器在不同运行条件下培养厌氧氨氧化颗粒污泥,对比分析颗粒污泥性质和微生物群落的差异性.研究表明接种厌氧氨氧化絮状污泥经过EGSB和UASB反应器运行384 d后,均能实现颗粒化,颗粒污泥平均粒径分别达到1.17 mm和1.21 mm,各范围(0.2、 0.2～1.5、 1.5～3和3 mm)的粒径占比为6.06%、 60.05%、 25.25%和8.64%, 7.40%、 58.90%、 32.04%和1.66%.扫描电镜结果表明不同运行条件下的污泥菌群均以短杆菌、球型菌为主.高通量测序结果表明,Shannon指数EGSB反应器为7.52高于UASB反应器为7.18;变形菌门(Proteobacteria)是两个反应器各阶段污泥的主要菌门,浮霉菌门(Planctomycetes)从接种时的3.30%增到第384d的12.30%(EGSB)和13.30%(UASB).EGSB反应器中的主要厌氧氨氧化菌属为Candidatus Brocadia占7.53%,其次为Candidatus Kuenenia属占1.61%;而在UASB反应器中Candidatus Brocadia属和Candidatus Kuenenia属分别占比为3.69%和7.54%,Candidatus Kuenenia是其优势厌氧氨氧化菌属.优势菌群丰度与环境因子变化存在联系,Candidatus Brocadia丰度与上升流速(v)、氮容积去除负荷(NRR)呈正相关而与水力停留时间(HRT)呈负相关,Candidatus Kuenenia与氮负荷去除率(NRE)、NRR、HRT呈正相关,而与v呈负相关.     

A2/O短程硝化耦合厌氧氨氧化系统构建与脱氮特性

针对现有城市污水处理厂普遍面临进水碳源不足影响脱氮效率的问题,通过调控A²/O系统曝气分区比例、溶解氧（DO）浓度和污泥龄（SRT）构建短程硝化耦合厌氧氨氧化系统,以研究不同工况下该系统的脱氮性能、脱氮途径和微生物种群结构的变化情况.研究结果表明在低C/N进水（C/N=5）情况下,该系统具有稳定优良的脱氮性能.在140 d试验过程中,反应器经历了氨氧化细菌（AOB）、亚硝酸盐氧化细菌（NOB）共培养阶段（阶段Ⅰ）、AOB筛分阶段（阶段Ⅱ~Ⅲ）与厌氧氨氧化细菌（AnAOB）富集阶段（阶段Ⅳ）,系统的脱氮途径也由初始的全程硝化反硝化逐步转化为短程硝化耦合厌氧氨氧化脱氮;系统的脱氮效率在阶段Ⅳ达到最佳状态,此时该系统出水NH₄⁺-N和TN的平均浓度分别为1.20 mg·L^-1和7.03mg·L^-1,其对应的去除率分别为97.69%和87.83%;Illumina MiSeq测序结果表明,短程硝化耦合厌氧氨氧化的系统中Nitrosomonas和Nitrosospira这两类AOB的富集和Nitrospira、Nitrococcus 和Nitrobacter这3类NOB的淘洗是系统发生短程硝化的主要原因,Candidatus Kuenenia和Candidatus Jettenia这两类AnAOB的富集是系统发生厌氧氨氧化的关键所在,对实现深度脱氮具有重要作用.     

有机物料还田对稻田土壤DOM碳源代谢能力的影响

以成都平原典型稻麦轮作长期定位施肥试验土壤为研究对象,设置常规施肥(T1)、猪粪替代50%氮肥(T2)和猪粪替代50%氮肥+秸秆全量还田(T3)这3种处理,采用Biolog-ECO方法,研究长期有机物料还田下土壤和土壤可溶性有机质(DOM)的碳源代谢能力.结果表明,T3处理较T1和T2处理显著增加了土壤的碳源代谢能力,平均颜色变化率(AWCD)分别增长16%和48%;同时T3处理提高了土壤DOM的碳源代谢能力,其AWCD值为0.43.从微生物碳代谢功能多样性指数来看,土壤和土壤DOM中微生物的碳代谢功能多样性指数均以T3处理最高,其中土壤DOM中微生物的Shannon、 Simpson和McIntosh指数分别为2.73、 0.91和3.75.主成分分析和富集分析结果显示,不同施肥处理下土壤和土壤DOM的主要利用碳源类型存在差异,对于DOM而言,T1和T2处理的DOM主要利用碳源仅为糖类,而T3处理增加了对氨基酸类、羧酸类、聚合物类和胺类的利用.土壤pH和质地的改变是引起土壤DOM碳源代谢能力差异的主要因素.综上,猪粪配合秸秆施用显著增加了土壤和土壤DOM的微生物群落多样性和碳源代谢能...     

近15年我国土壤抗生素污染特征与生物修复研究进展

近年来,抗生素及其抗性基因(ARGs)污染问题受到国内外学者的广泛关注,土壤作为抗生素和ARGs迁移转化重要的汇给土壤生物和人类健康带来了威胁.从近15年的相关调查研究结果来看,全国各地土壤遭受了不同程度的抗生素污染.生物修复是一种绿色且环保的修复技术,在治理抗生素污染土壤方面有着巨大的潜力.通过综述近15年我国土壤抗生素污染的时空变化特征,总结植物、动物和微生物在抗生素污染土壤修复方面的应用,特别介绍了微生物电化学系统在消减土壤中抗生素和ARGs的研究进展,并指出了相关研究存在的不足和未来发展的方向,以期为土壤污染修复提供科学依据.     

菌渣与化肥配施对稻田土壤微生物群落组成及多样性的影响

菌渣是一种独特而丰富的有机物料,与化肥配施不仅能改良土壤质量还可以调控微生物群落.然而,土壤细菌和真菌对菌渣与化肥配施的响应是否一致仍不清楚.在水稻田间长期定位试验条件下,设置化肥水平(C)0%、 50%和100%,菌渣相对用量(F)0%、 50%和100%各3个水平,共9个处理,对土壤肥力与微生物群落的相关指标进行测定.结果表明,土壤全氮(TN)在C₀F₁₀₀处理中最高,碳氮比(C/N)、全磷(TP)、可溶性碳(DOC)和有效磷(AP)在C₁₀₀F₁₀₀处理中最高,土壤有机碳(SOC)、碱解氮(AN)、速效钾(AK)和pH在C₅₀F₁₀₀处理中最高,较对照分别增加了55.56%、 26.18%、 26.46%、 17.13%、 279.54%、 85.57%、 41.61%、 29.33%和4.62%.菌渣与化肥配施后,不同处理土壤细菌和真菌α-多样性存在显著变化,与对照C₀F₀处理相比较,各处理细菌β-多样性...