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.     

叶面喷施硅肥对再生水灌溉水稻叶际细菌群落结构及功能基因的影响

再生水农业利用被认为是解决水资源短缺和减少水环境污染的有效途径.硅肥可提高作物产量及品质,并增强作物抗逆能力.叶面喷施硅肥对叶际微生物群落的影响仍缺少全面研究.通过盆栽试验,探讨了不同种类硅肥叶面喷施对再生水灌溉水稻叶际细菌群落结构组成及多样性和相关功能基因丰度的影响.结果表明,水稻叶际细菌优势菌门主要为厚壁菌门（Firmicutes）、变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteriota）、拟杆菌门（Bacteroidota）和疣微菌门（Verrucomicrobiota）.芽孢杆菌属（Bacillus）相对丰度较其他处理在再生水灌溉+叶面喷施那优硅（RIS3）处理中更高,再生水灌溉使潜在致病菌泛菌属（Pantoea）和肠杆菌属（Enterobacter）的相对丰度显著增加,其中未分类的菌属也是水稻叶际细菌群落重要的组成部分.硅肥处理显著富集了芽孢杆菌属（Bacillus）、微小杆菌属（Exiguobacterium）、 Aeromonas和柠檬酸杆菌属（Citrobacter）.功能预测分析表明,指示物种主要参与代谢与降解功能,并且预测的功能类群主要...     

生物质炭施用对再生水灌溉空心菜根际微生物群落结构及多样性的影响

再生水利用是缓解农业灌溉水资源短缺的重要途径之一.生物质炭作为生物质废弃物一种有效的处置方式,已被广泛用于农业环境的改良与修复等方面,但关于施加生物质炭对再生水灌溉根际土壤微生物群落结构及病原菌丰度变化的影响研究较少.基于盆栽试验,采用高通量测序技术和定量PCR方法考察生物质炭种类对再生水灌溉根际土壤微生物群落结构多样性与病原菌丰度特征的影响及差异性.结果表明,不同种类生物质炭对改善土壤养分状况存在差异,稻壳生物质炭和水稻秸秆生物质炭导致再生水灌溉根际土壤pH显著增加,4种生物质炭均显著增加根际土壤的EC值（P<0.05）.水稻秸秆生物质炭处理下根际土壤细菌群落的Sobs指数、Shannon指数和Chao1指数显著增加,而添加花生壳生物质炭、稻壳生物质炭和小麦秸秆生物质炭使Simpson指数均显著降低（P<0.05）.不同处理根际土壤细菌群落相对丰度存在差异,门水平的优势类群主要为Proteobacteria、Actinobacteria、Chloroflexi、Bacteroidetes和Acidobacteria,优势菌属包括Pseudomonas、Rheinheimera、Arthrobacter、Sphingomonas和Aeromonas（相对丰度>5%）.RDA和相关性Heatmap分析表明,不同处理根际土壤细菌群落多样性和组成与土壤EC值、有机质、总氮和镉含量显著相关（P<0.05）.生物质炭种类对病原菌Aeromonas hydrophila和Bacillus cereus丰度均无显著影响,水稻秸秆生物质炭和花生壳生物质炭能够显著降低γ-Proteobacteria的相对丰度,而稻壳生物质炭和小麦秸秆生物质炭显著降低AOA的相对丰度（P<0.05）.综上所述,再生水灌溉对土壤质量未产生明显的负面效应,添加生物质炭能够显著改善土壤理化性质,生物质炭的种类对根际土壤细菌群落结构和功能菌群丰度会产生一定的影响,并且这种影响与土壤性质密切相关.     

再生水灌水水平对土壤重金属及致病菌分布的影响

为了探讨再生水不同灌水水平对土壤重金属、活性微生物和典型环境致病菌分布的影响,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重金属Cd、Pb、Cu、Zn和土壤细菌、真菌、大肠菌群、大肠埃希氏菌分布的影响.结果表明：相同灌水水平下,与自来水灌溉处理相比,再生水灌溉处理下土壤重金属含量略有提高,但仍远低于《土壤环境质量标准》[GB15618-1995]限值,因此短期再生水灌溉不会造成土壤重金属污染;再生水不同灌水水平对比分析表明,充分灌溉相比非充分灌溉提高了表层土壤Cd、Pb含量,Cu、Zn含量无明显差异.此外,相同灌水水平下,再生水灌溉相比自来水显著提高了表层土壤细菌总数和大肠菌群、大肠埃希氏菌数量,对土壤真菌总数影响不大;再生水不同灌水水平对比分析表明,充分灌溉相比非充分灌溉显著提高了表层土壤细菌和真菌总数及大肠菌群、大肠埃希氏菌数量.土壤重金属与土壤活性微生物及典型环境致病菌之间的相关性分析表明,土壤Cd、Pb、Zn含量与土壤细菌、真菌总数及大肠菌群、大肠埃希氏菌数量之间呈正相关性,推断较低含量重金属对土壤活性微生物及典型致病菌的生长繁殖存在一定程度上的刺激作用.因此,再生水灌溉促进了土壤活性微生物的繁衍,并且在一定程度上增加了土壤重金属和环境致病菌的污染风险;合理控制再生水灌水水平可以有效阻控土壤重金属和致病菌含量.     

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.     

水稻种植对黑土微生物生物量和碳源代谢功能的影响

采用磷脂脂肪酸方法和Biolog-ECO微平板检测法,以吉林省长春市双阳区农业技术推广站实验区的土壤为对象,研究了水稻种植对黑土微生物生态结构和功能的影响.结果表明空地中有机质含量最高,其次为田间土,根际土中有机质含量最低;在夏季的样品中有机质含量最高,土壤中全氮的变化趋势与土壤有机质比较相似.土壤微生物群落功能多样性指数则表现为夏季显著高于秋季和春季,春、秋两季差异不明显,冬季最低,空地中微生物群落的Shannon-Wiener指数和Pielou均匀度指数高于田间和根际.全部样品微生物生长步入稳定期时间和碳源的颜色平均变化率变化范围不同,时间分别为216、192、216、120 h,范围分别为0.52~0.84、0.82~1.28、0.40~0.84、0.05~0.48,表明春秋季微生物步入稳定期和对碳源的代谢量比较相似,夏季最大,冬季最小.研究结果为科学评价典型水稻种植黑土区土壤生境质量退化与恢复过程中微生物特征的变化提供参考.     

降温过程对ANAMMOX工艺城市污水处理系统中微生物群落的影响

厌氧氨氧化是污水脱氮工艺中的重要环节,系统中的菌群结构决定了其处理效果.低温厌氧氨氧化技术因节省大量能源更具有良好的发展前景,厌氧氨氧化细菌在其中起着至关重要的作用.为了探讨降温过程中(由30℃降为20℃时)厌氧氨氧化反应器处理城市污水时微生物群落的变化,利用磷脂脂肪酸(PLFA),定量PCR和PCR-DGGE分析方法对城市生活污水厌氧氨氧化系统中的微生物的量、厌氧氨氧化菌的量以及功能微生物菌群的变化进行了研究.磷脂脂肪酸分析结果显示当温度由30℃降为20℃时,微生物的总量首先降低,随着运行时间的延续逐渐升高.定量PCR结果显示厌氧氨氧化菌16S rRNA基因拷贝数由30℃的1.19×108m L-1增至20℃的1.86×108m L-1,系统出水氨氮降低.PCR-DGGE结果显示降温过程中颗粒污泥中厌氧氨氧化菌群由Candidatus Kuenenia sp.为主,转变为Candidatus Brocadia sp.和Candidatus Kuenenia sp.为主的混合菌.     

内循环半短程亚硝化工艺运行条件与微生物群落研究

在内循环半短程亚硝化工艺中,污泥浓度为4 000 mg·L-1、溶解氧小于0.2 mg·L-1、温度(15~29℃)、水力停留时间4.6 h条件下,不同的回流比对系统中微生物群落有着明显的影响,回流比75%时,微生物的生物量达到最高值,出水中的亚硝态氮和氨氮的浓度比可控制在1.定量PCR和16S rRNA基因的克隆文库结果表明:在低溶解氧浓度下氨氧化菌是主要脱氮菌群,该菌群促进了半短程亚硝化反应的进行,与传统的硝化系统比较,在内循环半短程亚硝化工艺中没有检测到硝化螺旋菌(Nitrospira)和硝化杆菌(Nitrobacter),在内循环半短程亚硝化系统中浮霉菌属(Planctomycetes)的量也高于传统的脱氮系统.氨单加氧酶基因克隆文库结果表明,系统中的氨氧化菌群主要属于亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas).因此内循环半短程亚硝化工艺在经济和技术上是可行的.     

土壤改良剂对再生水滴灌根际土壤菌群多样性及病原菌和抗生素抗性基因丰度的影响

基于再生水农业灌溉利用引发的人体健康和环境风险,通过施用土壤改良剂揭示再生水灌溉根际土壤菌群组成与多样性变化特征,并探讨土壤改良剂对根际土壤病原菌和抗生素抗性基因丰度变化的影响规律,对于土壤改良剂的合理施用具有指导意义.采用高通量测序技术和定量PCR检测方法,研究了生物质炭、生物有机肥、腐植酸、松土精和玉米酒糟对再生水滴灌根际土壤细菌群落多样性及特定基因丰度的影响.结果表明,生物质炭处理显著增加根际土壤有机质和总氮含量;生物有机肥处理显著增加EC值和有机质含量;玉米酒糟处理显著增加EC值、总氮和总磷含量（P<0.05）.除生物质炭处理外,其他各处理均能显著降低根际土壤pH （P<0.05）.5种改良剂处理下根际土壤细菌群落组成与多样性在纲和属水平上较相似,但其相对丰度存在差异.α-Proteobacteria、γ-Proteobacteria、Bacteroidia、Actinobacteria、Acidimicrobiia和Anaerolineae为所有处理中的优势菌纲,优势菌属组成包括：Pseudomonas、Sphingobium、Sphingomonas、Cellvibrio、Allorhizobium-Neorhizobium-Pararhizobium-Rhizobium、Flavobacterium和Algoriphagus（相对丰度>1%）.环境因子关联分析表明,根际土壤细菌群落组成与pH、EC、总氮和总磷含量之间存在较强的关联.病原菌与抗生素抗性基因的检出丰度分别在10³~10⁷ copies ·g^-1和10⁴~10⁸ copies ·g^-1.改良剂对病原菌和抗生素抗性基因检出水平存在较大差异,生物有机肥、松土精和玉米酒糟处理均会导致部分抗生素抗性基因丰度显著增加,而腐植酸和玉米酒糟处理下丁香假单胞菌、茄科雷尔氏菌和大肠菌群丰度显著降低（P<0.05）.弓形菌、蜡样芽孢杆菌、成团泛菌和粪拟杆菌与四环素类（tetA、tetB、tetO和tetQ）、磺胺类（sul1）和红霉素类（ermB和ermC）抗性基因丰度存在显著相关性.研究认为监测再生水灌溉下农业环境中病原菌和抗生素抗性基因的同时,也要关注土壤改良剂的合理施用避免加剧生物污染的散播.     

农村污水膜生物反应器系统中微生物群落解析

农村污水的随意排放和未加限制的灌溉回用可能会导致水源地环境污染加剧,并且其中潜在的病原微生物对周边淡水资源安全和农村居民的身心健康造成潜在的威胁.为了解农村污水的微生物群落组成,为后续污水灌溉的病原微生物风险评价提供理论依据,采用末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)和16S r DNA基因克隆文库技术研究农村污水膜生物反应器(MBR)系统中的微生物群落多样性,并结合实时荧光定量PCR方法监测处理前后典型病原菌——弓形菌(Arcobacter spp.)以及总细菌数量的变化.从未处理的农村污水中获取的73个阳性克隆测序结果表明,其主要细菌类群为变形菌门(91.8%)、厚壁菌门(2.70%)、拟杆菌门(1.40%),以及部分不可培养细菌(4.10%).其中弓形菌属是ε-变形菌门的优势菌,也是农村污水中的优势菌株,占克隆总数的68.5%.TRFLP的结果表明,不同处理工艺阶段的主要细菌类群及丰度明显不同,调节池的物种丰度(S)、Shannon-Wiener(H)和物种均匀度(E)最高,分别为43.0、3.56和0.95.定量PCR结果显示未处理的农村污水中弓形菌数量高达(1.09±0.064 0)×1011copies·L-1,该结果与克隆文库结果均表明弓形菌在污水中确实占较高比例.与未处理的农村污水相比,处理后的出水中所监测的弓形菌及细菌总拷贝数分别减少了2~3个数量级,说明MBR处理系统在一定程度上能够去除微生物.处理后的再生水理化指标及指示菌卫生指标均符合农田灌溉用水标准,但其中残留病原微生物引发的健康风险仍需进一步评价.