有机肥源磺胺类抗生素在土壤中的降解规律及影响因素分析

运用室内模拟降解法,研究了有机肥源磺胺类抗生素(磺胺嘧啶、磺胺甲嘧啶、磺胺二甲嘧啶、磺胺二甲氧嘧啶和磺胺甲恶唑)在光照或避光条件下、不同类型土壤中的降解能力.结果表明,5种磺胺类药物在土壤-粪便混合基质中的降解规律均呈"L"型;不同磺胺在土壤中的降解性与药物自身性质相关,江西红壤中降解半衰期长短顺序为:磺胺甲恶唑磺胺二甲嘧啶磺胺嘧啶磺胺甲嘧啶磺胺二甲氧嘧啶;土壤中有机质含量越高,磺胺类药物在土壤中降解性越强,其降解速率大小为:东北黑土≈太湖水稻土江西红壤;磺胺类药物在土壤-粪便混合基质中的降解速率显著大于单一土壤,粪便的加入对磺胺类抗生素的降解性有较大促进作用,光照作用则相对影响较小.     

磺胺嘧啶胁迫下作物根际微生物群落结构响应

为了研究在磺胺类兽药胁迫下,两种作物在不同生长期根际微生物群落结构的响应,采用室内根际箱培养实验,测定玉米、小麦根际微界面土壤磷脂脂肪酸的量,研究在磺胺嘧啶（SD）胁迫下,不同作物根际土壤微界面微生物群落结构的空间变化.结果表明,SD对根际微生物活性的有抑制作用,且强度随浓度增加而增强.同一浓度SD作用下,根际微界面微生物生物量不同,在实验中,根际3mm和根室的微生物生物量最大,且二者之间差异不显著.不同微生物对根际效应敏感程度不同,细菌、革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、蓝细菌和硫酸盐还原菌根际效应明显.在SD胁迫下,根际不同微界面土壤微生物群落结构变化明显.细菌、G⁺、G^-、放线菌的生物量,随SD浓度升高而下降,主要表现为抑制效应,而对真菌生物量则表现为激活效应,生物量增加. 小麦根际土壤真菌：细菌（F/B）随SD浓度的升高,比值增大,在高浓度（5mg/kg）胁迫下,F/B比值最大（0.74）,与对照差异显著（P < 0.05）,说明土壤污染修复能力增强,而sat/mono比值在高浓度SD胁迫下降低,说明微生物群落结构向有利于SD降解的方向转化.根际效应有助于SD的降解,在1mg/kg SD作用下,小麦根际土壤降解率为7.01%,而非根际土壤降解率仅为2.49%,不同作物表现出的根际效应强弱不同,玉米根际效应强于小麦.     

硒对菜地土壤镉微区分布及其吸附解吸特性的影响

以南方酸性黄棕壤为研究对象,采用根箱进行小白菜种植,研究了不同剂量的外源硒(0、0.25、1.00 mg·kg-1,以Se计)处理下,小白菜根际与非根际土壤Cd的含量变化;同时,通过Langmuir和Freundlich吸附模型进一步分析了经Se(0、0.25、1.00 mg·kg-1)预处理并经历过小白菜生长的根际与非根际土壤对Cd的吸附与解吸特性.结果表明,在Cd含量较低(0.50 mg·kg-1)的土壤中,低剂量的Se处理(0.25 mg·kg-1)根际土壤与非根际土壤的Cd含量均高于Se剂量为0、1.00 mg·kg-1的两个处理;在Cd含量较高(5.00 mg·kg-1)的土壤中,不同剂量的Se处理未能对土壤中Cd含量造成显著差异.通过吸附解吸试验及Langmuir和Freundlich两种吸附模型的模拟,发现根际土壤对Cd的吸附容量和吸附能力均小于非根际土壤,且根际土壤Cd的非专性吸附比率大于非根际土壤,表明小白菜的生长能够改变根际土壤对重金属Cd的吸附解吸特性,增加土壤中Cd的环境风险;然而,在本实验剂量范围内,外源Se预处理并未显著改变小白菜土壤Cd的吸附解吸特性,尚不足以证明Se通过影响小白菜根系分泌物等微域环境进而改变土壤重金属Cd的吸附解吸等环境化学行为.     

超声激发碘自由基降解水中磺胺嘧啶

以H2O2和KI作为分子碘(I2)的来源,研究超声/H2O2/KI体系对磺胺嘧啶(SD)的降解效果.考察超声/H2O2/KI体系中溶液初始pH值、H2O2和KI添加浓度等因素的影响.采用碘自由基抑制剂甲硫咪唑对体系中的活性物质进行分析.结果表明,超声/H2O2/KI体系显著提高了磺胺嘧啶的降解效果,磺胺嘧啶的去除率随溶液初始pH值(2.6~5.2)的升高而降低; H2O2和KI的添加浓度对磺胺嘧啶的去除率影响较大,磺胺嘧啶的去除率随其初始浓度的增大而降低.碘自由基(I·和I2-·)是超声/H2O2/KI体系降解磺胺嘧啶的主要活性物质.HPLC图谱表明,磺胺嘧啶降解的同时生成4种产物,磺胺为降解产物之一.     

UVA紫外辐射下H2O2/KI降解水中磺胺嘧啶

研究了UVA(λ=365 nm)紫外辐射下碘与过氧化氢共存对水中磺胺嘧啶的降解.同时,考察了溶液初始p H值、H_2O_2和KI添加浓度等对UVA/H_2O_2/KI体系降解磺胺嘧啶的影响,并对体系中的主要活性物质进行了分析.结果表明,UVA/H_2O_2/KI体系对磺胺嘧啶的降解作用显著.初始p H值的影响较大.作为体系中碘及其自由基产生的关键因子,一定范围内,H_2O_2、KI的添加浓度增加,磺胺嘧啶的去除率增加,且存在适宜添加浓度,分别为120 mmol·L~(-1)和2.4 mmol·L~(-1).甲醇和甲硫咪唑的抑制实验结果表明,碘自由基为UVA/H_2O_2/KI体系降解磺胺嘧啶的主要活性物质.HPLC谱图显示,磺胺嘧啶在降解过程中主要有3种产物生成,其中之一可能为磺胺.     

超声、紫外增强H2O2/KI降解磺胺甲基嘧啶

实验以H_2O_2和KI作为分子碘(I2)的来源,研究比较了超声、紫外分别增强H_2O_2/KI降解磺胺甲基嘧啶(sulfamerazine,SMR)的效果、主要影响因素、分子碘的生成、主要活性物种和产物.结果表明,超声、紫外均能有效增强H_2O_2/KI对磺胺甲基嘧啶的降解,超声的增强效果明显;pH值对磺胺甲基嘧啶的去除率影响较大,pH为2.6~5.6,去除率随pH升高而降低;自由基抑制结果表明,碘自由基(I·和I-2·)是超声、紫外增强H_2O_2/KI降解磺胺甲基嘧啶的主要活性物质.HPLC/MS/MS分析检测到一碘代苯.     

磺胺二甲基嘧啶(SM2)高效降解菌J2的分离筛选及降解特性研究

从城市污水处理厂活性污泥中分离得到一株能以磺胺二甲基嘧啶(SM2)为唯一碳源的菌株,经生理生化鉴定和16S rRNA基因序列同源性分析,将此菌鉴定为蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus),命名为J2.不同条件下的降解特性研究结果表明,J2菌株具有极高的SM2耐受性(100 mg·L~(-1))、较广的温度(20～30℃)和pH(6～8)适用范围;在温度30℃、pH=8.0、初始OD_(600)=0.1、SM2起始浓度为50 mg·L~(-1)的条件下,J2菌株在36 h内对SM2的降解率可达100%,降解效率远超目前已报道的其他SM2降解菌株,展现出了良好的应用潜力.J2菌株降解SM2过程中产生了5种主要中间代谢产物,分析推断其降解SM2的途径分为两条:①磺胺二甲基嘧啶分子首先在酶促反应作用下脱除SO_2,生成嘧啶环和苯胺环自由基,这两种自由基再经过环间耦合生成N-(4,6-二甲基嘧啶-2基)-1,4-二苯胺,该分子中的C—N键在活性氧物种的作用下断开生成苯胺和2-氨基-4,6-二甲基嘧啶;②在漆酶的作用下N~4键断裂,产生N-(3,5-二甲基嘧啶)-苯磺酰胺,之后N-(3,5-二甲基嘧啶)-苯磺酰胺的N—S键断裂,进一步形成2-氨基-4,6-二甲基嘧啶和苯亚砜.     

镉污染土壤施硒对植物生长及根际镉化学行为的影响

采用根箱培养的方式,研究了在不同镉污染水平(0.5 mg·kg-1、5 mg·kg-1土壤)的酸性黄棕壤中施用外源硒对小白菜生长、光合特性及根际土壤中镉的化学行为影响.结果表明:镉污染土壤中施硒可显著增加小白菜的生物量,增强小白菜叶片的光合速率和蒸腾速率;镉污染严重时,施硒还可提高小白菜的气孔导度;施用适量硒(0.25 mg·kg-1)可显著降低小白菜地上部镉含量,其中镉污染浓度较低(0.5 mg·kg-1)时,该效果达显著水平.在镉污染程度低(0.5 mg·kg-1)的土壤施用适量硒(0.25 mg·kg-1),可显著降低土壤交换态镉含量,其中,根际和非根际土壤交换态Cd含量分别降低了22.20%和43.79%.外源Se有效地降低了土壤Cd的生物有效性,这种作用在Se的施用浓度较低时表现更加明显;当Cd污染浓度较高时,土壤Cd形态分布相对稳定,外源Se对根际和非根际土壤Cd形态分布的影响不显著.研究结果为深入揭示Se对菜地Cd污染的调控机理提供理论参考.     

水稻根际与非根际土壤硫素赋存形态转化及其迁移规律

在未污染及重金属污染水稻土上施用不同硫肥处理,通过池栽试验研究硫在水稻根际与非根际土壤中迁移规律及其赋存形态的影响.结果表明,在水稻生育期内,根际与非根际土壤溶液Eh、pH和pe+pH范围分别在93~283 mV和83~254 mV之间、7.5~8.4和7.7~8.4之间、9.1~13.2和9.1~12.5之间.根际土Eh总体上高于非根际土,根际土pH总体上低于非根际土.在根际土壤中,水溶性硫(占总无机硫的41%~81%,下同)吸附性硫(9%~34%)盐酸可溶性硫(8%~24%)盐酸挥发性硫(2%~8%).在分蘖期和抽穗扬花期,水溶性硫和吸附性硫的质量分数,施用石膏处理的显著性高于单质硫处理的;对未污染水稻土,其质量分数显著性高于污染水稻土的.在非根际土壤,水溶性硫(40%~69%)盐酸可溶性硫(18%~41%)盐酸挥发性硫(6%~16%)吸附性硫(0.7%~7.5%).根际土与非根际土壤的无机硫质量分数分别为223~738mg·kg~(-1)和68~128 mg·kg~(-1),土壤有机硫质量分数分别为574~1 647 mg·kg~(-1)和108~391 mg·kg~(-1),总硫的质量分数分别为825~2 287 mg·kg~(-1)和200~477 mg·kg~(-1).水稻根际土中,无机硫和有机硫分别占总硫20%~40%和60%~80%;非根际土为18%~46%和54%~82%.水稻根际土在总硫、有机硫、水溶性硫、吸附性硫和盐酸可溶性硫的质量分数分别是非根际土壤的3~11倍、3~5倍、5~7倍,12~20倍、2~3倍,而盐酸挥发性硫的质量分数低于非根际土.     

抗生素类药物对土壤微生物呼吸的影响

为评价抗生素类药物对土壤生态环境的影响,通过室内直接吸收法测定了磺胺、四环素、大环内酯类等几类抗生素对水稻土土壤微生物呼吸的影响.结果表明,磺胺甲嘧啶、磺胺甲唑、氯四环素、四环素、泰乐菌素、甲氧苄啶对土壤呼吸的最大抑制率分别为34.33％、 34.43％、 2.71％、 3.08％、 7.13％、 38.08％,以磺胺甲唑和甲氧苄啶对土壤呼吸影响最大.在试验早期(0～2 d),磺胺甲嘧啶、磺胺甲唑和甲氧苄啶的≥10 mg·kg^-1处理显著抑制土壤呼吸.同一种抗生素随着浓度的增加对土壤呼吸的影响不同,磺胺甲唑与甲氧苄啶对土壤呼吸的影响表现出很好的剂量依赖效应.参考农药的安全性评价标准,可以认为试验中各抗生素属于低毒或无实际危害的药物.     

磺胺嘧啶在作物根际土壤中的吸附/解吸特性研究

采用根际袋盆栽实验,研究了在小麦和玉米根际效应作用下,土壤对磺胺嘧啶(Sulfadiazine,SD)吸附/解吸热力学与动力学特性.结果表明,小麦和玉米根际与非根际对SD的吸附/解吸均较快,描述2种作物根际与非根际对SD吸附过程最优动力学方程皆为Elovich方程,其次是双常数方程和抛物线方程.在实验所采用的SD浓度范围内,不同处理小麦和玉米根际与非根际对SD的吸附量均随着SD浓度的增加而增加,但根际对SD的吸附能明显高于非根际.用Freundlich方程描述小麦和玉米根际与非根际对SD等温吸附行为最为适宜.SD在小麦和玉米根际与非根际的解吸过程都是非线性的,且在根际的解吸能力明显低于非根际.此外,将小麦和玉米根际与非根际的平均吸附常数(Kf-ads)及平均解吸常数(Kf-des)与土壤有机质、pH、黏粒3种理化性质关系进行逐步回归分析发现,有机质是影响根际SD吸附/解吸行为的关键因素.     

Effect of rhizosphere on soil microbial community and in-situ pyrene biodegradation

To access the influence of a vegetation on soil microorganisms toward organic pollutant biogegration, this study examined the rhizospheric effects of four plant species (sudan grass, white clover, alfalfa, and fescue) on the soil microbial community and in-situ pyrene (PYR) biodegradation. The results indicated that the spiked PYR levels in soils decreased substantially compared to the control soil without planting. With equal planted densities, the efficiencies of PYR degradation in rhizosphere with sudan grass, white clover, alfalfa and fescue were 34.0%, 28.4%, 27.7%, and 9.9%, respectively. However, on the basis of equal root biomass the efficiencies were in order of white clover >> alfalfa > sudan > fescue. The increased PYR biodegradation was attributed to the enhanced bacterial population and activity induced by plant roots in the rhizosphere. Soil microbial species and biomasses were elucidated in terms of microbial phospholipid ester-linked fatty acid (PLFA) biomarkers. The principal component analysis (PCA) revealed significant changes in PLFA pattern in planted and non-planted soils spiked with PYR. Total PLFAs in planted soils were all higher than those in non-planted soils. PLFA assemblages indicated that bacteria were the primary PYR degrading microorganisms, and that Gram-positive bacteria exhibited higher tolerance to PYR than Gram-negative bacteria did.     

UPLC法同时快速测定湿地土壤中的五种低分子量有机酸

研究了超高效液相色谱（UPLC）法同时测定湿地土壤中柠檬酸、草酸、苹果酸、酒石酸和丁二酸等5种有机酸的方法,并测定了武昌湖、巢湖和鄱阳湖湿地土壤样品中的有机酸组成含量,为揭示有机酸在土壤-植物-根际环境中的转运、分配和分泌提供理论依据。结果表明：利用UPLC法可以快速地分离5种有机酸,比HPLC分离时间缩短1倍左右;各有机酸的加标回收率为99.17%～103.55%,相对标准偏差为0.48%～1.92%,检测限为0.05～0.18 mg/kg,该方法线性关系优良（R²>0.997）;除了鄱阳湖湿地土壤样品的酒石酸未能检测出,其他湿地土壤样品中的5种有机酸都能检测出;不同湿地土壤样品的优势有机酸种类不同,武昌湖湿地土壤中的柠檬酸和苹果酸对有机酸总量贡献较大,巢湖湿地土壤中的柠檬酸对有机酸总量的贡献最大,鄱阳湖湿地土壤中丁二酸占有机酸总量的比例小于10%;湿地土壤有机酸含量多集中在土壤深度为30～50 cm处,这与该区域植物根系分布及微生物活性较高有关。     

五种红树植物根区原位溶解性有机物(DOM)浓度及其荧光构成分析

红树植物对根际微生物群落产生影响,应与其根区微域中的溶解性有机物(dissolved organic matter,简称DOM)密切相关.采用总有机碳(TOC)分析仪和三维荧光分析法对5种主要红树植物建群种的DOM浓度和组分进行原位采样与测定.根际土和非根际土孔隙水DOC的总平均值分别为207.87 mg·L-1、144.51 mg·L-1.从三维荧光光谱图及荧光特征值r和荧光指数FI判断,根际土中有机物浓度及成分均大于非根际土中,根际土孔隙水DOM的内源性较非根际土中强,外源输入的腐殖酸量大于富里酸量.     

Effects of cowpea (Vigna unguiculata) root mucilage on microbial community response and capacity for phenanthrene remediation

Biodegradation of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) is normally limited by their low solubility and poor bioavailability. Prior research suggests that biosurfactants are synthesized as intermediates during the production of mucilage at the root tip. To date the effects of mucilage on PAH degradation and microbial community response have not been directly examined. To address this question, our research compared 3 cowpea breeding lines (Vigna unguiculata) that differed in mucilage production for their effects on phenanthrene (PHE) degradation in soil. The High Performance Liquid Chromatography results indicated that the highest PHE degradation rate was achieved in soils planted with mucilage producing cowpea line C1, inoculated with Bradyrhizobium, leading to 91.6% PHE disappearance in 5 weeks. In root printing tests, strings treated with mucilage and bacteria produced larger clearing zones than those produced on mucilage treated strings with no bacteria or bacteria inoculated strings. Experiments with ¹⁴C-PHE and purified mucilage in soil slurry confirmed that the root mucilage significantly enhanced PHE mineralization (82.7%), which is 12% more than the control treatment without mucilage. The profiles of the PHE degraders generated by Denaturing gradient gel electrophoresis suggested that cowpea C1, producing a high amount of root mucilage, selectively enriched the PHE degrading bacteria population in rhizosphere. These findings indicate that root mucilage may play a significant role in enhancing PHE degradation and suggests that differences in mucilage production may be an important criterion for selection of the best plant species for use in phytoremediation of PAH contaminated soils.     

磺胺类药物在土壤中的形态转化及降解研究

采用批量平衡试验法研究了磺胺嘧啶和磺胺甲恶唑在添加模拟根系分泌物处理和对照中的形态转化及降解规律.结果表明,有机溶剂提取态、水溶态和结合态含量占总量的比例分别为86.5%~98.5%、0.6%~7.3%和0.1%~12.5%,有机溶剂提取态是2种药物在土壤中的主要存在形态.结合态所占比例随时间的增加而增高,添加模拟根系分泌物有利于土壤中磺胺嘧啶和磺胺甲恶唑结合态的形成,对水溶态和有机溶剂提取态形成的影响较小.土壤中磺胺嘧啶和磺胺甲恶唑的降解遵循一级反应动力学,可决系数为0.9273~0.9963.2种药物在添加模拟根系分泌物处理中的降解速率大于在对照的降解速率.     

水分调控下旱地土壤中毒死蜱的消解研究

为探讨水分调控下旱地土壤中毒死蜱的消解特性,通过盆栽试验及通径分析方法,研究了不同水分条件下旱地土壤中毒死蜱消解速率及其与土壤性质之间的关系.结果表明:①土壤中毒死蜱的消解速率随时间的延长而逐渐减缓,并且不同水分条件下土壤中毒死蜱的消解速率不同,施药45 d后,5个水分处理（20% FC、40% FC、60% FC、80% FC和100% FC,表示田间持水量依次为20%、40%、60%、80%和100%）下毒死蜱的消解率分别为65.58%~85.56%、70.71%~89.64%、76.30%~95.33%、72.53%~97.60%和70.57%~90.80%,其中以80% FC下的消解速率最快,60% FC下次之.②一级动力学方程能较好地描述土壤中毒死蜱的消解过程（R2>0.88）,消解速率常数（k）最大为0.099 0 d-1.③土壤中毒死蜱的消解速率与w（有机碳）、w（DOC）（DOC为可溶性有机碳）和w（MBC）（MBC为微生物量碳）均呈显著相关.通径分析结果显示,水分条件的改变致使土壤中w（有机碳）、w（DOC）和w（MBC）发生变化,进而对土壤中毒死蜱的消解速率产生较大影响.④大豆、玉米和小麦根际土壤中毒死蜱消解速率均快于非根际土壤,根际土壤中毒死蜱消解速率表现为大豆土壤（0.099 0 d-1）>玉米土壤（0.080 6 d-1）>小麦土壤（0.069 6 d-1）.研究显示,改变土壤水分含量可有效调节土壤中毒死蜱的消解,并为农业生产中毒死蜱的安全施用提供参考依据.      

Plant enhanced degradation of phenanthrene in the contaminated soil

The degradative characteristics ofphenanthrene, microbial biomass carbon, plate counts ofheterotrophic bacteria and most probable number （MPN） of phenanthrene degraders in non-rhizosphere or rhizosphere soils with uninoculating or inoculating phenanthrene degraders were measured. At the initial concentration of 20 mg phenanthrene/kg soil, the half-lives of phenanthrene in uninoculated non-rhizosphere soil, uninoculated rhizosphere soil, inoculated non-rhizosphere soil, and inoculated rhizosphere soil were measured to be 81.5, 47.8, 15.1 and 6.4 d, respectively, and corresponding kinetic data fitted first-order kinetics. The highest degradation rate of phenanthrene was observed in inoculated rhizosphere soil. The degradative characteristics of phenanthrene were closely related to the effects of vegetation on soil microbial process. Vegetation could enhance the magnitude of rhizosphere microbial communities, microbial biomass content, and heterotrophic bacterial community, but barely influence those community components responsible for phenanthrene degradation. Results suggested that combination of vegetation and inoculation with degrading microorganisms of target organic contaminants was a better pathway to enhance degradation of the organic contaminants in soil.