土壤酶和微生物量碳对土壤低浓度重金属污染的响应及其影响因子研究

土壤酶和微生物量碳是反映土壤健康的重要微生物性质指标。土壤重金属污染能够对土壤微生物性质产生影响,然而土壤酶和微生物量碳对土壤重金属污染的响应受到土壤本身理化性质的影响。通过北京市建成区233个样点的数据监测和实验室模拟,研究了土壤脲酶活性和微生物量碳对土壤低浓度重金属污染的响应以及受土壤理化性质的影响。研究结果表明:在野外主要重金属污染的浓度范围内(Cd 0.003~0.98μg·g-1,Cu 13.4~207.9μg·g-1,Zn 29.4~322μg·g-1,Pb 4.02~174μg·g-1),土壤脲酶活性、微生物量碳(MBC)和有机碳(SOC)的含量与土壤中Cd、Cu、Zn和Pb的浓度正相关,而微生物量碳占有机碳的比率(MBC/SOC)与重金属浓度负相关;脲酶活性、MBC/SOC与重金属浓度建立的相关关系只能解释总变异的5%~10%。实验室模拟试验表明,土壤酶活性受土壤重金属含量和土壤性质联合效应的影响;土壤有机质含量和pH是影响酶活性的主要土壤理化性质。引入土壤有机碳含量和pH两个参数,重新建立脲酶活性、MBC/SOC与土壤中重金属浓度的关系,建立的相关关系的决定系数变大,能够解释总变异的14%~17%。     

Cu~(2+)胁迫下湿地微生物热代谢活性及Cu~(2+)的固定/转化率

应用微量热法结合常规分析方法,研究了桂林会仙湿地沼泽底泥和水稻田微生物在800~4 000μg·g-1Cu2+胁迫下的热代谢活性及Cu2+的固定/转化率。结果表明,在w(Cu2+)为800μg·g-1条件下,水稻田和沼泽底泥土壤微生物对Cu2+的固定/转化率分别为44.93%和34.59%,但在w(Cu2+)为4 000μg·g-1时则分别是93.16%和85.13%;Cu2+对水稻田和沼泽底泥土壤微生物代谢活性的半抑制浓度分别为2 043和2 325μg·g-1;水稻田土壤微生物代谢活性低于沼泽底泥,在土壤及其微生物共同作用下Cu2+的固定/转化率随Cu2+浓度递增而升高;在相同条件下,水稻田和沼泽底泥土壤微生物的代谢速率在α=0.05或α=0.01水平上显著相关。湿地土壤用途改变后,土壤微生物在固定/转化Cu2+的作用上发生了明显变化。     

多氯联苯对我国土壤微生物的生态毒理效应

作为持久性有机污染物(POPs),多氯联苯(PCBs)一旦进入土壤将长期存留并对土栖生物产生潜在危害。土壤微生物是土壤生态系统重要组成部分,研究外源PCBs对土壤微生物的生态毒理效应,筛选出指示PCBs污染的敏感指标并获取可靠的生态毒理数据十分重要。研究以江西红壤和天津潮土为供试土壤,在室内25℃连续培养28 d的条件下进行了生态毒理实验,选择了微生物量碳、呼吸强度、代谢熵、硝化作用、脱氢酶活性、脲酶活性和微生物群落功能多样性为微生物指标。结果显示:1)在28 d培养时间内,多氯联苯(PCBs)的毒性作用随培养时间的延长而增强,且在红壤中的毒性作用强于在潮土中,表明PCBs对土壤微生物的毒性作用存在时间效应并受土壤性质的影响。2)各微生物指标的敏感性不同,微生物量碳、脲酶活性和微生物功能多样性对PCBs污染反应不够敏感,而土壤呼吸强度、代谢熵、硝化作用和脱氢酶活性对PCBs污染反应敏感。3)14 d时,红壤中PCBs对脱氢酶活性、呼吸强度和代谢熵的EC10值分别为1.20、3.18和1.09 mg·kg-1,而在潮土中分别为6.31、4.73和50 mg·kg-1;28 d时,红壤中PCBs对硝化作用、脱氢酶活性、呼吸强度和代谢熵的EC10值分别为2.32、0.77、0.51和0.71mg·kg-1,而在潮土中分别为5.91、1.65、3.00和50 mg·kg-1。综合考虑经济和实际需要等因素,建议将呼吸强度、硝化作用和脱氢酶活性作为PCBs污染土壤生态毒理评价中的首选敏感指标,并建议培养时间设置为28 d。     

场地重金属污染土壤固化及MICP技术研究进展

冶炼场地土壤重金属污染是亟待解决的重要环境问题.固化修复技术因其修复时间少、成本低、处理效率高已成为污染场地重金属修复的主流技术之一.总结了近10年来有关固化修复场地重金属污染的最新研究进展,从重金属固化修复机制入手,对比分析了不同固化方式[无机材料固化、有机材料固化、机械球磨和微生物诱导碳酸盐成矿（MICP）]的优缺点及其适用范围.随后,根据文献计量学分析所呈现的研究重点及发展趋势,从MICP在重金属修复中的应用、MICP复合材料在污染场地中的应用和MICP技术应用的影响因素这3个方面对微生物诱导碳酸盐沉淀技术固化场地重金属污染的应用前景及限制因素进行了总结和阐述.最后提出了土壤固化研究的前景和挑战,以期为场地土壤固化技术的未来发展提供借鉴参考.     

聚乙烯微塑料对盐渍化土壤微生物群落的影响

地膜覆盖保墒已成为盐渍化土壤种植中重要的农艺措施,而盐渍化与微塑料双重胁迫对土壤微生物的影响越来越受到重视.为探究聚乙烯微塑料对盐渍化土壤微生物群落的影响,通过室内模拟盐渍化土壤环境中微塑料污染的方法,探究不同类型（氯盐类和硫酸盐类）和不同含量（弱、中、强）的盐渍化土壤赋存不同丰度聚乙烯（PE）微塑料（土样干重的1%和4%）条件下对土壤微生物群落的影响.结果表明,PE微塑料会降低盐渍化土壤微生物群落多样性和丰富度,且硫酸盐类盐渍土处理受到的影响更强烈.赋存PE微塑料后不同处理微生物组成基本一致,但其相对丰度会发生变化,硫酸盐类盐渍土处理中各菌群相对丰度的变化较氯盐类盐渍土处理更强;门水平上,变形菌门相对丰度与赋存PE微塑料丰度呈正相关,而拟杆菌门、放线菌门和酸杆菌门相对丰度与赋存PE微塑料丰度呈负相关;科水平上,黄杆菌科、食碱菌科、盐单胞菌科和鞘脂单胞菌科相对丰度随赋存PE微塑料丰度增大而增大.KEGG代谢通路预测显示,赋存PE微塑料会降低微生物新陈代谢和遗传信息等功能相对丰度,硫酸盐类盐渍土对新陈代谢功能的抑制作用强于氯盐类盐渍土,而对遗传信息功能的抑制效果弱于氯盐类盐渍土;新陈代谢功能二级通道中氨基酸代谢、碳水化合物代谢、能量代谢等功能受到抑制,推测新陈代谢功能的降低可能是由于上述二级代谢通路相对丰度降低引起的.试验结果可为微塑料和盐渍化双重污染条件下对土壤环境的影响研究提供理论依据.     

一株耐酸耐铜细菌的选育及其吸附铜离子的特性

从某铜矿选矿废水中筛选分离出一株在强酸性条件下对铜去除能力较高的菌株Z-1,经鉴定为克雷伯氏杆菌.考察了碳源、氮源、pH、温度、吸附时间、投菌量等因素对菌株Z-1生长量及吸附Cu2+的影响.结果表明,菌株Z-1的最佳碳源为乙酸钠,其最佳用量为3 g.L-1;最佳氮源为硫酸铵,最佳用量为1.2 g.L-1.在投菌量为4 g.L-1、温度为30℃、吸附时间为4 h的条件下,菌株Z-1对pH=3、Cu2+100 mg.L-1的废水吸附效果最优,Cu2+去除率达到59.7%.菌株Z-1对Cu2+的吸附过程能很好地用吸附模型Langmuir方程描述,菌株Z-1去除的铜离子,有92.3%分布在细胞壁上,其余7.7%分布在细胞质内,说明菌株Z-1对铜离子的去除主要为表面吸附.     

模拟氮沉降对木荷人工幼林地土壤氮素、碳素和微生物量垂直分布的影响

以NH4NO3作为氮源,对广州东北郊木荷（Schima superba）人工幼林地进行模拟氮沉降处理,共设置3个氮沉降水平,分别为N0（N：0 g·m-2·a-1）、N5（N：5 g·m-2·a-1）以及N10（N：10 g·m-2·a-1）,每月进行喷施。在连续施氮22个月（当月当次施氮5天后）对土壤氮素（硝氮、氨氮、总氮）、碳素（总碳）以及微生物量（脂磷）在0~60 cm土层中的垂直分布进行研究。结果显示：在3个氮沉降水平下,随着土层加深,pH呈现出下降的趋势,氮沉降存在加剧土壤酸化的风险;在N0、N5、N10水平下,土壤全氮和总碳的垂直分布趋势大体一致,随着土层加深,其含量下降,但在深层土壤（40~60 cm）中,施氮与对照比较,总碳呈现一定的增加趋势;除40~50 cm土层,N5、N10水平下的硝态氮含量在各个深度土壤中都表现为比对照组要高,氮沉降导致土壤一定程度上硝态氮的积累;在浅层土壤（0~20 cm）中,铵态氮水平较低并且其含量明显低于对照组,而在较深的土层中铵态氮有较多的积累,说明存在污染地下水的风险;N5和N10水平下,无机氮比例（无机氮含量与总氮含量之比）在各个深度土壤中总体高于N0水平;用脂磷含量表征土壤微生物含量,结果表明外加氮源对微生物含量有显著性影响,在N5、N10水平下,微生物含量在30~40 cm土层中出现峰值。     

城市污水处理厂微生物气溶胶污染和粒径分布特征

城市污水处理厂微生物气溶胶的污染与控制逐渐成为人们关注的热点问题。为明确城市污水处理厂微生物气溶胶浓度和粒径分布特征,选择鄂尔多斯市某城市污水处理厂的格栅间、配水池、氧化沟、二沉池、污泥脱水间和厂区门口6个功能区为对象,对各功能区产生的异养细菌、真菌和放线菌气溶胶浓度分布、污染特性和微生物粒子粒径分布特性进行研究。结果表明,该污水处理厂不同功能区内异养细菌、真菌和放线菌的浓度分布存在显著性差异,其中二沉池和污泥脱水间产生的异养细菌和放线菌浓度均较高,真菌浓度较高的区域为厂门口和二沉池;根据相关微生物气溶胶污染评价标准,污泥脱水间逸散的异养细菌浓度均达到污染级,二沉池、氧化沟和厂门口逸散的异养细菌浓度达轻微污染级,格栅间和配水池未受污染,而真菌浓度在各个功能区均未受到污染;各功能区产生的异养细菌、真菌和放线菌粒子粒径分布无明显差异,异养细菌、真菌和放线菌粒子粒径分别集中在第1、4级,第3、4级和第1、2、3级,大体上均呈正态分布;各功能区均逸散出一定比例的可以直接吸入人体呼吸道的微生物粒子,可能对人体健康具有一定的潜在风险。研究结果可为城市污水处理厂运行过程中微生物气溶胶的污染控制提供科学依据。     

Degradation of bisphenol A by microorganisms immobilized on polyvinyl alcohol microspheres

In this study, microorganisms （named B111） were immobilized on polyvinyl alcohol microspheres prepared by the inverse suspension crosslinked method. The biodegradation of bisphenol A （BPA） and 4-hydro- xybenzaldehyde, a degradation product of BPA, by free and immobilized B lll was investigated. The BPA degradation studies were carried out at initial BPA concentrations ranging from 25 to 150 mg·L^-1. The affinity constant Ks and maximum degradation rate Rmax were 98.3 mg·L^-1 and 19.7mg·mg^-1VSS·d^-1 for free B111, as well as 87.2mg·L^-1 and 21.1mg·mg^-1VSS·d^-1 for immobilized B 111, respectively. 16S rDNA gene sequence analyses confirmed that the dominant genera were Pseudomonas and Brevundimonas for BPA biodegradation in microorganisms B 111.     

根施伯克氏菌对小麦镉吸收转运的两段式阻控作用

为评估将伯克氏菌Y4（Burkholderia sp.Y4）作为污染农田小麦降镉（Cd）菌的可行性,通过微生物高通量测序、土壤Cd逐级提取、小麦Cd亚细胞分布和赋存形态检测等手段,分析了菌株Y4处理下根际土壤微生物群落和Cd有效态变化,以及小麦根、基节、节间和籽粒Cd含量及其转运特征.结果表明,根施菌株Y4显著降低了小麦根部和籽粒Cd含量,与对照处理相比降幅分别为7.7%和30.3%.小麦营养器官Cd含量及Cd转移因子结果显示,菌株Y4处理使Cd从基节向节间的转移因子降低79.3%,小麦节间Cd含量也随之降低50.9%.Cd赋存形态研究发现,菌株Y4处理增加了根和基节中残渣态Cd占比,降低了根系中无机态和水溶态Cd的含量,并提高了基节中残渣态Cd含量.进一步检测Cd的亚细胞分布发现,根细胞壁和基节细胞液中Cd含量增幅分别达21.3%和98.2%,可见菌株Y4处理提高了根细胞壁和基节细胞液对Cd的固定能力.深入研究根际土壤发现,菌株Y4处理使小麦成熟期根际伯克氏菌的相对丰度由9.6%提高至11.5%,并改变了土著微生物的群落结构,提高了Gemmatimonadales、Pseudomonadales和Chitinophagales等相对丰度,并降低了Acidobacteriota等相对丰度.同时,施加菌株Y4提高了根际土pH值,增幅达8.3%;降低了土壤中的可交换态Cd、碳酸盐结合态Cd和铁锰氧化物结合态Cd含量,其降幅分别达44.4%、21.7%和15.9%,而残渣态Cd比例高达53.6%.根施菌株Y4提高了土壤中硝态氮和铵态氮的含量,增幅可达22.0%和21.4%,并且碱解氮含量也有一定程度提高.由此可见,根施菌株Y4不但提高了土壤氮素可利用性,同时能够通过降低根际土壤中Cd有效性、提高小麦根和基节的Cd拦截固定能力,“两段式”阻控污染土壤中Cd向小麦籽粒的转运积累.故伯克氏菌Y4作为小麦降Cd促生菌剂具有一定的应用潜力.