石油污染土壤微生物修复过程中植物毒性变化规律

植物幼苗生长发育和叶片的生化指标能综合反映土壤石油污染的程度及其生态毒性的强弱.为探究植物对石油污染土壤生态毒性的指示效果和污染土壤在生物修复过程中毒性的变化规律,本研究采用3株对石油烃具有良好降解效果的降解菌构建混合菌体系,开展石油污染土壤模拟微生物修复实验.文章考察了5种典型植物指示不同修复时期土壤生态毒性强弱的可行性与敏感性,并进一步从生态学角度揭示修复过程中石油污染土壤生态毒性的变化规律.结果表明,小麦和萝卜相对于莴苣、黑麦草和小青菜而言,更适宜作为石油污染土壤的指示生物.石油污染土壤的生态毒性随着微生物修复过程的进行呈先上升后下降的趋势,石油污染土壤生态毒性在修复的第8 d达到最大.不同的供试植物对石油污染的响应存在一定的差异.小麦和萝卜的生长发育指标能较为敏感地指示石油污染土壤在微生物修复过程中的生态毒性,可作为石油污染土壤微生物修复效果的指示生物.     

石油烃污染土壤生物修复的强化增溶剂研究

石油烃是一种典型的石化场地特征污染物,具有较强的人体健康和生态系统毒性。在各类修复技术中,原位生物修复技术扰动小、成本低、安全性好,适合在役场地污染土壤修复,但该类技术存在修复周期长、去除效率低等问题。针对石油烃污染土壤生物修复技术存在的制约问题,制备了4种用于强化石油烃污染物微生物降解的新型增溶剂,其临界胶束浓度均为100～120 mg/kg,表面张力约为30 mN/m。淋洗试验的条件下,LAS-1、LIS-1、LAS-2 3种增溶剂均能将27000 mg/kg的石油烃含量降低至4500 mg/kg以下,污染物溶出效果主要取决于增溶剂与污染土壤的用量比。微生物-增溶试验中,增溶剂强化效果明显,淋洗处理方式与增溶处理效果一致,对提高增溶剂性能评价效率有着良好的借鉴意义。     

石油污染土壤生物修复的管理和成本分析

随着石油污染土壤的日益严重,生物修复技术也日益重要,对生物修复技术进行管理是利用生物技术修复石油污染土壤的基本需求。在此探讨了石油污染修复过程中的环境管理,包括修复方法的选择,技术管理,过程控制和风险管理。并提出了可以表征石油污染土壤生物修复成本的评价方法。     

长江下游某水源型水库抗生素抗性基因污染研究

抗生素抗性基因是水环境中的新型污染物.为了探究夏季时期长江下游某水源型水库抗生素抗性基因(Antibiotic Resistance Genes,ARGs)污染赋存特征,分别采集了水体和沉积物样本并使用高通量荧光定量PCR和实时荧光定量PCR进行研究.结果表明,长江下游水体中检测出104种ARGs,水库水体中检测出118种ARGs,沉积物中检测出124种ARGs.β-内酰胺类、多重抗药类、其他类共54种ARGs为水库中占主导的抗性基因.抗性基因绝对丰度在水体中呈现从长江下游到库内富集的趋势,这表明水环境中的ARGs在水库中富集;相对丰度特征呈现长江下游水介质与库内水介质聚类,水介质与沉积物介质聚类.水体样本的整合子(CintⅠ-1(class 1)、intⅠ-1(clinical))与其ARGs总量之间存在显著的相关性(r=0.750,p0.05;r=0.971,p0.05),说明整合子对ARGs转移和富集具有重要作用.     

石油污染土壤生物修复的中试系统构建与运行效果

构建了石油污染土壤生物修复中试系统,考察了中试规模下石油烃生物降解效率、矿化过程在生物降解中的作用.揭示生物修复过程中的系统微生物特性及其降解活性的关系,为现场污染土层生物修复工程评价和关键技术参数选择提供技术依据.结果表明,经过93d的运行,石油烃去除率达25.8%,其中典型轻质组分烷烃生物降解率最高,可达43.12%.中试系统运行稳定后,与现场调研的土壤微生物相比,其数量提高了1个数量级,活性提高了1.5倍.     

有机质提升对酸性红壤氮循环功能基因及功能微生物的影响

外源有机物质输入是提升酸性红壤有机质含量的主要方式,氮素是土壤肥力的重要限制因子.有机质提升后土壤生态系统的变化会影响土壤氮循环过程及功能微生物,但目前还未见报道.本研究选择长期施有机肥的酸性旱地红壤及不施肥对照土壤作为研究材料,基于宏基因组测序及氮循环功能基因数据库比对,研究32 a的连续有机物质输入导致的土壤有机质含量上升对酸性红壤氮循环功能基因及相关功能微生物的影响.结果表明,酸性红壤有机质提升显著增加了土壤总有机碳和总氮含量,缓解了土壤酸化.有机质提升增加了土壤净硝化活性和氨氧化潜势.有机质提升显著增长了编码古菌氨单加氧酶amoA基因和反硝化过程还原酶的功能基因nar、nap、nir、nor和nos的丰度,降低了编码羟胺氧化酶hao基因及执行硝酸盐异化还原成铵过程的功能基因nrf的丰度,提升了有机氮代谢功能基因glnA、gdh、glsA、ansB和nao丰度,改变了硝酸盐同化过程功能基因丰度以及硝化过程功能微生物群落组成.有机质提升后土壤酸化的缓解和总有机碳含量的提升是影响氮循环各过程功能基因丰度及功能微生物组成的最主要因子.本研究全面研究了无机氮和有机氮循环功能基因,关联了氨氧化过程的功能基因、功能微生物类群和功能活性,可为把握酸性红壤氮循环特征提供数据依据,也可为酸性土壤改良提供思路.     

污染土壤生物修复中存在问题的探讨

污染物生物修复过程中存在着若干问题,其中包括引入外源微生物的条件与原则,生物修复过程中微生物的适应性机制与影响因素研究;污染物的浓度与生物修复之间的关系;有机污染物降解过程中的次生污染物问题;生物修复的现场放大技术;污染物的淋溶过程;对生物修复技术的生态毒理诊断与评价等.本文旨在提高对生物修复过程中存在的重要科学问题的认识,使生物修复技术的有效利用成为可能.     

石油污染土壤生物修复中试系统对微生物特性的影响

微生物作为土壤石油烃生物降解的主体,其活性是提高石油降解效率的关键要素.在石油污染土壤生物修复过程中,环境条件的改变造成微生物特性及其降解活性的相应变化.与现场调研的土壤相比,生物修复中试系统中微生物密度提高了1个数量级,FDA活性提高了1.5倍.由于环境胁迫产生的诱导作用,除油微生物优势明显.中试系统运行稳定后,除油微生物密度比微生物总密度低1个数量级,污染土壤中微生物的活性与除油微生物的密度变化更趋于一致.扫描电镜和显微镜观察结果表明,生物修复系统微生物以杆菌、球菌为主,革兰氏染色呈阳性.生物修复不同时期土壤与现场土样相比,其种群构成呈现各自的特点.在生物修复后期,微生物种群多样性有所降低,在强化生物修复中试系统中更为明显.这主要是因为随着反应的进行,环境胁迫对微生物的种群多样性及其相对丰度都产生了诱导.      

高效石油降解菌的筛选及石油污染土壤生物修复特性的研究

从陕北石油污染土壤中富集分离、优选出7株菌株,并进一步研究了7株菌的生理生化特性.菌株鉴定结果表明,SY21为不动细菌属,SY22为奈瑟氏球菌属,SY23为邻单胞菌属、SY24为黄单胞菌属、SY42为动胶菌属、SY43为黄杆菌属、SY44为假单胞菌属.7株菌的降油试验结果表明,降解8d后,加菌试样的石油烃降解率均达到80%左右,7株菌的石油烃降解速率高于目前已有的报道.接种量越大,石油菌数量越多,石油烃降解率随接种量的增加而提高.采用SY43和SY23菌株对土壤进行生物修复,试验结果表明,投加高效菌株SY43和SY23均可在较短的时间内将土壤中的石油污染物去除,去除率可达88.4%和73.4%,其中菌株SY43的修复效果优于SY23.     

石油污染土壤生物修复中外源微生物的影响

在室外条件下采用正交盆栽试验设计,以污染水平、细菌接种量、真菌接种量和有机肥添加量为调控因子,研究了石油污染土壤生物修复过程中外源专性微生物(细菌和真菌)接种对土壤中矿物油和美国EPA 16种多环芳烃(PAHs)降解的作用.结果表明,经过一个生长季(150d)各处理土壤中的细菌总量、真菌总量、PAH-降解细菌和PAH-降解真菌数量不受外源专性细菌和真菌初始接种量的影响(p＞0.05);有机肥促进土壤微生物数量的增长,其添加量与土壤细菌总量、真菌总量和PAH-降解细菌数量显著正相关(p＜0.05);实验结束时矿物油的去除率为58.8%～88.3%,PAHs的去除率为91.7%～97.8%,外源专性细菌和真菌的接种对矿物油和PAHs的降解无明显促进作用.     

石油污染土壤的原位生物修复技术和多种土壤改良剂应用研究

土壤中的石油污染是一类严重的环境危害.针对石油污染的土壤修复技术有物理法、化学法和生物法.其中原位生物修复法由于简易性和生态可持续等优点成为了具有前景的一个发展方向.土壤改良剂的选取和添加是原位生物修复法中重要的一个部分,对生物修复的改进起到了至关重要的作用.土壤改良剂的种类有无机改良剂、有机改良剂和吸附性改良剂.以N、P、K为主的无机改良剂主要为生物生长提供营养元素;有机改良剂则可提高石油污染物流动性,提供生物碳源;吸附改良剂则通过吸附污染物,减少毒性,提供生物生长依附.通过对不同种类改良剂的分析和讨论,可为生物修复发展提供进一步的理论基础.     

植被类型对黄土高原露采矿山复垦土壤碳循环功能基因的影响

植被恢复可有效地改善矿区生态环境,提升生态服务功能,促进生态系统固碳增汇.但目前矿区植被恢复影响土壤碳循环相关功能基因的机制尚缺乏深入研究.为此,采集黄土高原黑岱沟露天矿排土场复垦区草地(GL)、灌丛(BL)、针叶林(CF)、阔叶林(BF)和针阔混交林(MF)共25个表层土壤样品,利用实时荧光定量PCR技术测定土壤碳循环功能基因绝对丰度,探究不同植被类型对土壤碳循环相关功能基因的影响及内在机制.结果表明：(1)不同植被类型对矿区复垦土壤化学性质和碳循环相关功能基因丰度影响差异显著(P<0.05),GL和BL对土壤有机碳、全氮和硝态氮的积累显著优于CF(P<0.05);(2)所有碳固定基因中rbcL、acsA和mct的丰度最高,BF土壤中碳循环相关功能基因丰度高于其它类型,与BF土壤中的铵态氮和BG酶活性较高及易氧化有机碳和脲酶活性较低密切相关.碳降解和甲烷代谢功能基因丰度与铵态氮和BG酶活性呈显著的正相关,与有机碳、全氮、易氧化有机碳、硝态氮和脲酶活性呈显著的负相关(P<0.05);(3)不同植被可直接影响土壤BG酶活性或影响土壤硝态氮含量从而间接作用于BG酶活性,从...     

煤矿矿区复垦植被类型对土壤微生物功能基因和酶活的影响

煤炭的长期开采严重破坏了当地土壤结构和生态环境,通过植被复垦可有效改善生态环境,目前对土壤理化特征和微生物群落结构研究较多,但对土壤矿区土壤功能微生物的研究较少.以山西省大同市晋华宫矿区5个不同植被类型复垦地（侧柏、云杉、油松、樟子松和桧柏）为研究对象,对其土壤理化性质、碳氮磷硫功能基因丰度和土壤酶活进行测定.结果表明,恢复类型对土壤理化性质、土壤酶活和75种功能基因丰度均有显著影响,桧柏林具有最高的总碳、总氮和总硫含量;云杉林具有最高的脱氢酶和脲酶活性,但碱性蛋白酶活性最低,樟子松林的碱性蛋白酶活性最高;云杉林功能基因丰度最高,但多样性指数显著低于其他样地,这可能是由于云杉林中的ureC、acsA和mct丰度占到了52%以上所导致的;土壤脲酶与六大类功能基因丰度有显著相关性;不同植被类型土壤中功能微生物群落β多样性差异显著,可见功能基因能较好地解释植被类型对微生物功能的影响;综合肥力指标指数最高和最低分别是樟子松和侧柏样地.总之,土壤功能基因是指示不同复垦模式对土壤微生物影响的敏感指标,樟子松和云杉是在该矿区更为适宜的复垦树种.     

不同湿地植物脱氮效果与根际土壤微生物群落功能多样性特征分析

为研究水平潜流型人工湿地中不同植物脱氮效果及对土壤微生物的影响,采集水样测定脱氮效率,采集芦苇根际土壤、香蒲根际土壤和对照土壤（不种植物）,利用Biolog技术研究不同处理土壤微生物群落代谢功能多样性特征.结果表明:①与对照相比,种植芦苇和香蒲可提高水平潜流型人工湿地7%~33%的NH₃-N去除率.②芦苇和香蒲根际土壤的碳源利用率增加,并显著高于对照土壤;香蒲根际土壤的碳源利用率高于芦苇根际土壤.芦苇和香蒲根际土壤微生物均对碳水化合物的相对利用率较高（> 48.0%）,对照土壤微生物对碳水化合物和聚合物的相对利用率均较高,分别为34.4%和32.7%.③芦苇和香蒲根际土壤微生物的丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数和Shannon-Wiener均匀度指数均显著高于对照土壤.④主成分分析（principal component analysis,PCA）结果表明,芦苇和香蒲根际土壤微生物与对照土壤微生物对碳源的利用特征均存在显著差异,而不同植物对土壤微生物碳源利用多样性的影响较小.研究显示,种植植物可改善水平潜流型人工湿地的脱氮效率,增加根际土壤微生物群落功能多样性,而不同植物（芦苇和香蒲）对脱氮效率和根际土壤微生物群落组成的影响无显著差异,因此在种植植物时可根据当地条件进行选择.      

生物炭对热带地区辣椒种植土壤N2O排放及其功能基因的影响

生物炭具有一定的增产和减少N₂O排放效果,但关于其相关氮循环微生物作用的动态变化过程了解较少.为探明热带地区生物炭的增产减排效应潜力及相关微生物动态作用机制,通过辣椒盆栽试验对比添加生物炭(B)、常规施肥(CON)和不施氮(CK)处理对辣椒产量、氧化亚氮(N₂O)的排放及相关功能基因丰度的影响.结果表明,CON处理产量高于CK处理;与CON处理相比,生物炭显著增加辣椒产量18.0%(P<0.05),添加生物炭在辣椒生长的大部分时期增加土壤NH⁺₄-N和NO^-₃-N含量;在辣椒的生长周期内,相比CON处理,生物炭处理显著减少土壤N₂O累积排放量18.3%(P<0.05).N₂O排放通量与氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)的amoA基因丰度呈极显著负相关(P<0.01);与nosZ基因丰度呈显著负相关(P<0.05),表明N₂O排放可能主要来自反硝化过程;在辣椒生...     

呼和浩特市不同功能区土壤重金属污染特征及评价

选择呼和浩特市居民区、科教区、城市公园、商业区、道路、工业区和开发区为研究对象,共采集62个样品.通过分析不同功能区土壤重金属含量,采用单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法评价重金属污染程度,主成分分析重金属污染的成因和来源,旨在为防治城市土壤重金属污染提供理论依据.呼和浩特市不同功能区土壤7种重金属的含量表明,其中5种重金属的平均含量均超过内蒙古自治区土壤背景值,重金属Cu和Zn含量分别达到背景值的2.33倍和1.85倍;单因子污染指数评价表明,不同功能区土壤存在不同程度重金属的污染,重金属Cu在商业区呈重度污染.不同重金属元素平均污染程度为:Cu>Zn>Cr>Mn>As>Ni>Pb;内梅罗综合污染指数评价表明,商业区污染最严重,呈重污染程度;其次是道路,污染水平为中度污染;科教区和城市公园污染程度最轻.不同功能区土壤重金属的综合污染指数大小为:商业区(3.03)>城市道路(2.12)>居民区(1.98)>科教区(1.81)>工业区(1.72)>开发区(1.36)>城市公园(1.28);主成分分析表明,呼和浩特市土壤不同重金属来源存在差异,其中Cr、Cu、Mn、Pb和Zn主要来自交通污染源和生活废弃物的堆放,Ni和As目前仍然主要受自然因素控制,来源于自然源.呼和浩特市土壤重金属的污染已经对城市生态系统的健康发展构成了一定程度的威胁.     

河南洛阳市不同功能区土壤重金属污染特征及评价

以河南洛阳市居民区、科教区、城市绿地、商业区、城市主干道、工业区和城乡结合处这7个功能区为研究对象,共采集63个样品.分析不同功能区土壤重金属含量,采用单因子污染指数和内梅罗综合污染指数评价重金属污染的程度,Hakanson潜在生态风险指数法评价土壤重金属潜在生态风险,主成分分析重金属污染的成因和来源.结果表明,6种重金属平均含量均超过河南省土壤重金属背景值.不同功能区重金属的单因子污染指数平均污染趋势为CdZnPbCuNiCr.内梅罗综合污染指数显示工业区重金属总含量最高,污染最为严重.单个重金属潜在生态危害指数Eir表明,Cd的潜在生态危害指数最高.不同功能区土壤多金属潜在危害危险指数RI依次为工业区(548.87)主干道(466.06)商业区(392.81)居民区(226.27)科教区(189.76)绿地(153.72)城郊(117.45),工业区、主干道和商业区达强生态危害水平,居民区、科教区和绿地达中等生态危害水平,而城乡属轻微生态危害.Cu、Zn、Pb和Cd为人为因子,主要来源于工业废物和交通排放;Cr和Ni为自然源因子,受成土母质的控制.     

微生物修复油污土壤过程中氮素的变化及菌群生态效应

对陕北地区石油污染土壤进行了微生物修复研究,利用气相色谱-质谱联用技术(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)测定土壤中烷烃和多环芳烃的含量变化,采用高通量测序技术研究微生物修复对油污土壤微生物群落多样性的影响,对修复过程中土壤不同形态氮含量变化进行了分析测定.结果表明,经过18周的修复,土壤中烷烃含量由初始时的25 987.8mg·kg~(-1)降低为12 788.6 mg·kg~(-1),多环芳烃含量由初始时的5 322.9 mg·kg~(-1)降低为2 917.2mg·kg~(-1).高通量测序结果表明,经过微生物修复处理的土壤微生物群落结构发生了较大变化,一些可降解烃类的菌群如厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacterodetes)、迪茨氏菌属(Dietzia)、不动杆菌属(Acinetobacter)所占丰度增加.经过修复处理的土壤中总氮、氨氮含量呈降低趋势,硝态氮含量在修复前期呈降低趋势,修复后期基本保持不变.研究结果表明,微生物修复处理可去除土壤中的大部分烷烃和多环芳烃,烷烃和多环芳烃的降解效果与土壤中硝氮含量和烃降解菌所占丰度相关.     

滇池水中细菌和古菌氮代谢功能基因的空间分布

氮代谢在滇池水生态系统氮素循环和转化过程中起到重要的作用,不仅真核生物参与氮素转化,原核生物作为氮素循环的主要驱动者,在氮素生物化学循环中的作用更不容忽视.基于16S rDNA高通量测序技术,监测滇池草海和外海区域13个点位,分析滇池水中原核生物氮循环功能关键基因的分布特征.结果发现,滇池水中细菌35门, 427属,主要以变形菌门和拟杆菌门为优势门类;古菌14门, 61属,主要以广古菌门为优势门类;β多样性指数显示滇池整体细菌丰富度指数高于古菌,草海细菌多样性指数高于外海.PICRUSt功能解析表明细菌和古菌具有功能上的丰富性,细菌中有35个参与氮代谢的KO通路,涉及氮异化硝酸盐还原基因nirB、一氧化氮还原酶基因norB和硝酸还原酶基因nasK等关键基因;古菌中有23个参与氮代谢的KO通路,涉及固氮酶基因nifH、nifK和nifD,古菌固氮酶基因拷贝数显著高于其它氮代谢基因,草海中古菌氮代谢能力整体高于外海,滇池水中古菌比细菌固氮潜能更大.本研究从原核生物氮循环中功能基因的角度,探讨滇池不同区域水中细菌和古菌氮循环差异,为进一步揭示氮循环机制,解决氮素污染引起的富营养化提供理论参考.     

中国森林土壤微生物动态变化研究进展

土壤微生物是森林生态系统的基本组成部分,在物质能量循环中起着十分重要的作用。根据目前中国森林土壤微生物的研究现状,分别在土壤微生物的分布特征、区系组成特征和动态变化影响因素等方面进行归纳和总结,以期发现森林环境下土壤微生物的动态变化规律,为今后的土壤微生物生态学的研究和发展奠定基础。