畜禽环境中抗生素的去除及其风险评估

抗生素作为饲料添加剂广泛应用于畜禽养殖业,造成养殖环境抗生素大量蓄积,尤其是在畜禽粪便中,长期的积累不仅污染养殖场内土壤环境,残留的抗生素还会随畜禽粪便进入周边水体及农田环境,威胁农作物及人体健康。目前,国内相关研究主要集中在抗生素的降解工艺及降解规律方面,而对其去除效率的影响因素及风险评价研究相对较少。笔者综述了国内外抗生素的降解转化及去除方式等的研究进展,并概述了抗生素在畜禽环境中的生态风险评估的研究现状,为抗生素的高效去除、风险预估及畜禽粪便资源化安全利用提供理论基础和技术支撑。     

天津地区生态沟渠不同植物配置对氮磷去除效果研究

为筛选适宜天津地区的生态沟渠及提高其净化效果,设置了2组沟渠植物配置试验,研究不同植物配置模式下沟渠氮磷去除效果。结果表明:在沟底种植不同水生蔬菜中,空心菜(Ipomoea aquatica)对氮磷的净化作用较好,总氮、总磷的去除率分别为49.00%、56.05%。在沟壁种植不同护坡植物中,水葱(Scirpus validus)对氨氮、总磷的拦截较好,去除率分别为40.74%、45.24%,显著高于油莎草(Cyperus esculentus L.)和梭鱼草(Pontederia cordata)。综合比较2组植物配置模式的沟渠,以空心菜(沟底)+水葱(沟壁)植物配置的生态沟渠氮磷去除效果最佳,总氮、硝态氮、氨氮和总磷的去除率分别为49.00%、59.04%、43.91%、56.05%。该植物搭配生态沟渠是适宜天津地区治理氮磷污染的一种可行模式,研究成果将为治理天津地区面源污染提供技术指导。     

牛骨粉对Cd污染土壤修复效应和土壤肥力的影响

通过一年静态培养试验,研究了牛骨粉对碱性和酸性Cd污染土壤钝化修复效应及土壤基本理化性质、肥力和酶活性的影响.结果表明,与对照相比,投加牛骨粉后碱性土壤有机质和含水率分别降低了5.4%～14.3%和0.29%～3.04%,而土壤阳离子交换量(CEC)增加了10.8%～18.9%;在酸性土壤中,添加牛骨粉后土壤pH、有机质和CEC分别较对照增加了0.70～1.42、0.4%～6.7%和1.1%～3.4%,含水率则下降了0.75%～2.58%.两种土壤有机碳红外光谱特征峰相似,图谱形状基本一致,但强度存在不同程度的差异.施用牛骨粉后土壤总氮、总磷和全钾含量均有所提高,其中,碱性土壤最大分别增加了39.8%、345.2%和3.4%,酸性土壤最大分别增加了61.0%、612.9%和5.1%.铵态氮、硝态氮、有效磷、速效钾含量均随牛骨粉施加量的增加而增加.土壤中TCLP(toxicity characteristic leaching procedure)提取态Cd含量随牛骨粉投加量增加而降低,与对照相比,酸性和碱性土壤分别减少了38.9%～71.9%和8.6%～18.2%.施加牛骨粉整体上促进了土壤过氧化氢酶、过氧化物酶和尿酶活性(仅碱性土壤脲酶活性受到抑制).在碱性土壤中,土壤有效态Cd含量与pH、有机质、含水率、有效磷和速效钾呈显著正相关(p0.01),而与阳离子交换量、全氮、全磷、过氧化氢酶表现为显著负相关(p0.01).在酸性土壤中,土壤有效态Cd含量与pH、有机质、全氮、全磷、全钾、有效磷、速效钾、过氧化氢酶、过氧化物酶呈显著负相关(p0.01),而与含水率呈显著正相关(p0.01).综合评价表明,采用牛骨粉原位钝化修复Cd污染土壤有效可行.     

盐渍化环境下秸秆还田对稻米汞及甲基汞累积的影响

通过盆栽试验探讨了盐渍化环境下秸秆还田对土壤中总汞（THg）、甲基汞（MeHg）含量和转化以及对水稻吸收汞的影响.试验用土采集自天津典型污灌地区,人为添加不同梯度的盐分（0、0.2%、0.5% NaCl）及外源汞（0、5mg/kg~Hg（NO₃）₂）,秸秆还田按照0.1%进行处理.结果显示：1.秸秆还田促进稻田系统中无机汞的甲基化.与未添加秸秆的处理相比,秸秆还田后土壤MeHg含量提高了56.8%~76.8%,水稻MeHg含量增加了127%~171.6%.2.在轻度盐渍化稻田开展秸秆还田,会进一步提高稻田土壤中汞的甲基化水平,进而增加水稻籽粒中甲基汞含量.与不添加盐分处理相比,轻度盐渍化环境中（0.2% NaCl）,秸秆还田处理导致土壤MeHg含量提高了92.2%~101.2%,水稻籽粒MeHg含量增长了52.8%~132.1%.更高的盐渍化水平会抑制土壤汞甲基化趋势,水稻籽粒中甲基汞含量降低.在中度盐渍化环境中（0.5% NaCl）,秸秆还田导致土壤MeHg含量降低了57.9%~88.6%,水稻籽粒MeHg含量降低了72.9%~86.8%.以上研究结果表明,在盐渍化且汞污染稻田开展秸秆还田可能大幅度增加该地区汞食物链暴露风险,因此在中轻度盐渍化的污灌区,对秸秆还田等农艺措施需要格外慎重.     

潮土细菌及真菌群落对化肥减量配施有机肥和秸秆的响应

为了研究化肥减量配施有机肥和秸秆对华北麦玉轮作田潮土细菌和真菌群落的影响,在天津市宁河区试验基地开展田间定位施肥试验,采用Illumina高通量测序技术比较了5种施肥模式（单施化肥处理,F;化肥减施处理,FR;化肥减量与秸秆配施处理,FRS;化肥减量与有机肥配施处理,FRO;化肥减量与有机肥和秸秆配施处理,FROS）下土壤细菌及真菌群落的组成、多样性和结构差异,并结合土壤理化性质分析,探究不同施肥处理下驱动细菌和真菌群落变化的关键土壤环境因子.结果表明,FRO处理显著提高了土壤SOM含量.FROS处理的TP含量显著高于FRS处理,增加了13.33%.FRO和FROS处理AP含量较其它处理显著增加,NH₄⁺-N含量显著高于化肥处理（F和FR）.各施肥处理土壤中优势细菌门类均为变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）和酸杆菌门（Acidobacteria）,优势真菌门类均为子囊菌门（Ascomycota）.在化肥减量配施有机肥（FRO）的基础上添加秸秆（FROS）显著降低了放线菌门（Actinobacteria）的相对丰度.FRS和FROS处理均显著降低了芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）的相对丰度.FROS处理显著提高了浮霉菌门（Planctomycetes）和疣微菌门（Verrucomicrobia）的相对丰度.对于真菌群落而言,有机肥（FRO和FROS）的施入显著提高了子囊菌门（Ascomycota）的相对丰度.与FR处理相比,FROS处理显著降低了被孢菌门（Mortierellomycota）和油壶菌门（Olpidiomycota）的相对丰度,且FRS处理同样显著降低了油壶菌门（Olpidiomycota）的相对丰度.FROS处理的细菌群落Shannon多样性指数显著高于F和FR处理,分别增加了1.26%和1.25%,Chao1指数较F处理显著增加了4.51%,细菌Shannon多样性指数与AP和NH₄⁺-N含量显著正相关（P<0.05）.与FR处理相比,FRS、FRO和FROS处理显著降低了真菌群落Shannon多样性指数,分别达到29.85%、24.94%和25.73%,真菌Shannon多样性指数与AP含量显著负相关（P<0.05）.细菌群落结构在FROS处理下显著区别于F、FR和FRO处理,土壤SM、TP、pH和AP是导致细菌群落结构变化的主要驱动因子;真菌群落结构在FRO和FROS处理下显著区别于F和FR处理,真菌群落结构变化主要受土壤TN、AP和TP的驱动.综上所述,添加有机肥和秸秆改变了土壤理化性质,进而改变了土壤细菌和真菌群落组成,土壤真菌对有机物料的敏感程度高于细菌,细菌和真菌群落结构均受到土壤P的调控,在潮土农业耕作中应引起充分重视.     

叶面喷施2,3-二巯基丁二酸对水稻幼苗镉吸收转运及抗氧化系统的影响

稻米Cd超标问题已成为社会各界广泛关注的热点问题之一,探索降低Cd向地上部转运并缓解水稻Cd胁迫的新方法,对保障食品安全具有重要意义.本研究拟通过在水稻幼苗叶面喷施2,3-二巯基丁二酸(DMSA)评估利用该重金属螯合剂降低Cd向水稻地上部转运并缓解Cd胁迫的可行性.以我国南方水稻主栽品种之一中早35幼苗为研究材料,采用水培法研究了叶面喷施不同浓度DMSA对Cd在水稻幼苗体内吸收转运的影响,同时考察了对水稻幼苗丙二醛(MDA)、谷胱甘肽(GSH)含量以及对抗氧化酶过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)活性的影响.结果表明,叶面喷施DMSA 0.2、 0.4和1.0 mmol·L~(-1) 4次后,水稻幼苗地上部Cd含量随着DMSA喷施浓度增加呈显著降低趋势, 3种处理浓度与对照相比分别降低22.1%、 39.7%和43.5%,但是对水稻幼苗根部Cd含量无显著影响;对地上部及根中K、Ca、Mg、Fe、Zn和Mn这6种矿质元素含量无显著影响;喷施4次DMSA后显著降低了幼苗地上部MDA和GSH含量,同时使CAT和SOD活性显著增加,有效缓解了Cd对水稻幼苗造成的胁迫效应.DMSA能抑制Cd从水稻根部向地上部转运,同时不影响对人体必需矿质营养元素的吸收和转运,具备成为水稻降Cd叶面调理剂的潜力.     

不同氮肥策略对汞污染土壤修复效果的影响

为明确不同施氮肥策略对汞污染土壤的改良效果及其对土壤细菌群落的影响作用,该研究选取受汞污染的酸性土壤(G)和碱性土壤(S)为研究对象,分别设置未施肥空白对照（GK、SK）、仅施速效氮肥（GA、SA）、仅施缓释氮肥（GS、SS）以及生物炭配施缓释氮肥（GB、SB）8种实验处理,基于盆栽实验,探究各处理对汞污染土壤的改良作用、微生物群落的影响,并进一步明确对作物安全的作用效果。结果表明,与GK、SK相比,施肥使汞污染土壤中汞含量分别降低了20.47%～81.60%（酸性）与23.38%～75.74%（碱性）;与GA、SA相比,GS、SS处理中,土壤中汞含量分别显著降低了75.96%、69.86%;值得注意的是,生物炭配施处理（GB、SB）对汞污染土壤的改良效果与仅缓释氮肥（GS、SS）处理之间并无显著差异。生物炭配施缓释氮肥处理与其他各处理相比,对原土壤微生物群落结构影响显著,其中,酸性土壤的微生物丰度增加了6.23%,多样性下降11.36%,而碱性土壤中二者均呈下降趋势,分别下降了17.69%、16.81%。对韭菜中汞含量的研究发现,各施氮肥处理中,酸性土壤的可食用部分与根部的汞含量分别下降20.38%～66.46%、20.76%～35.22%;而在碱性土壤中,仅配施处理中作物的可食用部分与根部中的汞含量显著下降,与仅缓释氮肥相比显著下降,分别为45.05%、28.15%。根据Spearman相关性分析金属汞、pH和有机质是影响细菌群落的重要因子。由此可得,施缓释氮肥是降低汞污染土壤的最佳策略,而生物炭配施缓释氮肥在有效改良土壤汞污染（尤其酸性土壤）的同时,显著提高了土壤中细菌的丰度,降低作物中汞含量。该研究在为汞污染土壤改良提供理论依据的同时,探究了缓释氮肥及其与生物炭配施的作用效果。     

酸碱复合改性海泡石亚结构特征及其对Cd(Ⅱ)吸附性能

为强化海泡石(Sep)对溶液中Cd~(2+)的吸附性能,采用酸碱复合改性处理获得改性海泡石(ABsep),借助氮气吸脱附等温线、SEM-EDS、TEM、FTIR和XRD等技术分析了改性前后海泡石的结构特征,采用静态吸附实验研究了时间、ABsep/Cd~(2+)质量比、温度、吸附剂用量、pH及共存离子等因素对ABsep吸附Cd~(2+)的影响.结果表明,ABsep孔隙结构发达,比表面积、平均孔径和孔容分别较改性前增加66.1%、15.7%和34.8%,可交换性离子含量有所增加,主要成分为SiO_2和Mg(OH)_2.改性前后海泡石对Cd~(2+)吸附过程能较好地以准二级动力学方程和Langmuir模型进行拟合,且均为自发吸热反应,以化学吸附为主并伴有物理性吸附;最佳ABsep/Cd~(2+)质量比为3:1;298 K时Sips拟合ABsep对Cd~(2+)最大饱和吸附量为142.43 mg·g~(-1),为改性前海泡石的3.55倍;随着吸附剂投加量的增加,Cd~(2+)吸附量表现为先增大后减小,最佳用量为0.3 g·L~(-1);ABsep对Cd~(2+)的吸附量随溶液初始pH的升高而增加最佳pH为7;不同浓度K~+、Na~+、Mg~(2+)和Ca~(2+)的存在均会对Cd~(2+)的吸附产生一定的抑制作用其中Mg~(2+)的抑制作用最强.     

我国南方水稻产地镉环境质量类别划分技术

针对我国耕地质量类别划分技术及方法体系不完善的现状,提出应用物种敏感性分布法（SSD）基于不同保护率建立"优先保护类、安全利用类和严格管控类"的土壤镉划分阈值,并对其合理性和科学性验证.结果表明,我国南方水稻产地土壤pH、土壤有机质（SOM）和阳离子交换量（CEC）对水稻富集镉的影响均达到了极显著水平（P<0.01）,并由其构建的三因子生物有效性模型可解释水稻富集系数62.0%的变异;水稻对镉的SSD曲线表明,不同水稻品种对镉的敏感性差异明显,主要与其基因型相关;依据SSD曲线基于保护率为80%和5%推导出我国南方水稻产地"优先保护类和严格管控类"的土壤镉划分阈值分别为0.26 mg·kg^-1和1.67 mg·kg^-1,且当土壤镉≤0.26 mg·kg^-1时划分为优先保护类耕地,土壤镉≥1.67 mg·kg^-1时划分为严格管控类耕地,土壤镉介于0.26~1.67 mg·kg^-1时划分为安全利用类耕地,并通过134组独立数据验证其具有一定合理性和科学性.本研究表明应用SSD法对我国南方水稻产地镉环境质量类别划分时体现出较好的普适性、科学性和合理性,同时可为我国农用地土壤环境质量类别划分技术及方法体系的建设和完善奠定坚实的工作基础.