重金属污染土壤的微生物响应

土壤微生物在受到重金属污染胁迫后，往往能够在区系组成、生理生化、遗传等方面对重金属作出响应。微生物对土壤重金属污染的上述响应可用来评价土壤的重金属污染状况，并为土壤污染的生物修复提供理论指导。文章对近年来有关重金属胁迫下土壤微生物响应的研究成果作系统综述。     

Cu、抗生素协同污染对土壤微生物活性的影响

随着畜禽养殖业的规模化发展,重金属和抗生素在土壤环境中协同污染的几率不断升高。为分析和评价重金属、抗生素协同污染对土壤微生物生态系统的影响,以Cu、磺胺甲基嘧啶为添加毒物,其中,Cu的添加质量分数为0、100、500mg·kg-1;磺胺甲基嘧啶的添加质量分数为0、5、25、50、100mg·kg-1,采用室内培养试验的方法研究分析了cu、磺胺甲基嘧啶协同污染对土壤微生物微生物基础呼吸、微生物量碳、微生物量氮、硝化势、尿酶以及脱氢酶等土壤微生物指标的影响。结果表明,与磺胺甲基嘧啶单独污染处理相比,在Cu的质量分数为100mg·kg。协同污染污染下土壤微生物呼吸,土壤微生物量碳、氮以及土壤尿酶等指标的活性均明显增加;即表明它们对Cu与磺胺甲基嘧啶的协同污染表现出不同程度的交互抗性;在cu的协同污染质量分数为500mg·kg-1,Cu与磺胺甲基嘧啶对土壤各微生物指标则基本表现为协同抑制作用;在不同剂量Cu的协同污染处理下,当磺胺甲基嘧啶处理质量分数≥10mg·kg-1时,各土壤微生物指标的活性随着其处理质量分数的增加而显著降低,表现出很好的剂量依赖效应。因此,低剂量的Cu．磺胺甲基嘧啶协同污染可能会诱导土壤微生物对二者产生交互抗性;而高剂量协同污染则对土壤微生物生态功能产生较为严重的协同抑制作用。     

重金属污染对土壤微生物生态功能的影响

数量庞大、种类繁多的土壤微生物作为地球化学的物质循环与能量转换的主要参与者,其自身及所参与的生化过程都会受到重金属污染的严重影响.通过研究土壤重金属污染的微生物生态效应,可以建立重金属污染土壤的微生物评价指标体系,而评价体系的建立有利于土壤环境质量的监测与风险评价.论文就重金属污染对土壤微生物生物量及其多样性,对有机质降解、N传输、酶活性等微生物过程影响的研究现状进行了较全面系统的评述.在此基础上,提出了该类研究中存在的问题,包括研究区域南多北少的问题以及研究中难以排除其他环境因子干扰等问题.针对这些问题,论文指出以后应进一步加强分子手段的多方位应用并建立综合可行的被污染土壤的微生物评价体系.     

大冶矿区土壤重金属积累对土壤酶活性的影响

大冶矿区位于湖北省的东南部,是我国的青铜之乡,长期的采矿和冶炼活动已使该矿区土地生产力和农产品品质严重下降。为了探明相关重金属的污染状况,应用野外调查与采样分析相结合的方法,研究了大冶矿区土壤酶活性和土壤中重金属的累积特性。结果表明:矿区土壤Cu、Pb、Zn、Cd、As全量的平均值分别是该区土壤背景值的35.1倍、16.0倍、3.0倍、29.8倍、1.1倍。不同样点土壤酶活性存在一定程度的差异。土壤重金属胁迫对土壤酶活性主要表现为抑制作用,其中对土壤重金属响应较敏感的酶为脲酶和过氧化氢酶,这两种酶与重金属Cu、Pb、Zn、Cd、As的全量分别呈显著或极显著的负相关。这些研究结果对于大冶矿区土壤环境质量评价及生态修复有一定的指导意义。     

土壤变暖对土壤微生物活性的影响

讨论了土壤变暖对土壤微生物活性的影响及其后果。许多研究表明,土壤呼吸与土壤温度呈正相关关系。描述这种关系所用的模式有线性回归分析、Q10关系式、幂关系式、Arrhenius关系式及其它关系式,但这些模式通常都不能准确地估计呼吸率。尽管如此,几乎所有的研究都显示土壤温度强烈地影响土壤微生物活性及呼吸。在一定温度范围内,土壤变暖提高土壤微生物活性及呼吸率。解释这种现象的一种机制是微生物群体组成随温度升高而改变。文章最后指出,为了得出更加明确的结论及更加准确地预测全球变暖对土壤的影响,必须进行更深入地研究。     

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%。     

矿区周边农田土壤重金属污染风险评价

为了系统的评价矿区周边土壤-农作物-人体系统中重金属的污染风险,为矿区生态风险的分类治理和农作物安全生产提供科学依据,选择在重庆市黔江区金洞乡主要农耕区采集表层土壤样品321件、水稻和对应根系土样品30套,分析了土壤和水稻中重金属(Cd、Hg、Pb、As和Cr)的含量、土壤中有机质和Mn的含量及土壤pH,利用潜在生态风...     

重金属污染土壤的微生物生态效应及其修复研究进展

污染土壤微生物生物修复技术是一项非常有应用前景的环保新技术。本文综述了近年来重金属对土壤微生物生物量、种群及生化过程的影响以及微生物对重金属污染土壤的修复机理和修复研究进展,较全面的分析了重金属对土壤微生物的生态效应。     

重金属污染对土壤微生物生态功能的影响（Effects of Heavy Metal Pollutions on the Ecological Functions of Soil Microbes：A Review）

数量庞大、种类繁多的土壤微生物作为地球化学的物质循环与能量转换的主要参与者,其自身及所参与的生化过程都会受到重金属污染的严重影响. 通过研究土壤重金属污染的微生物生态效应,可以建立重金属污染土壤的微生物评价指标体系,而评价体系的建立有利于土壤环境质量的监测与风险评价. 论文就重金属污染对土壤微生物生物量及其多样性,对有机质降解、N传输、酶活性等微生物过程影响的研究现状进行了较全面系统的评述. 在此基础上,提出了该类研究中存在的问题,包括研究区域南多北少的问题以及研究中难以排除其他环境因子干扰等问题. 针对这些问题,论文指出以后应进一步加强分子手段的多方位应用并建立综合可行的被污染土壤的微生物评价体系.     

矿区污染土壤Pb、Cd、Cu和Zn的形态分布及其生物活性的研究

调查湘南某铅锌矿区周围的菜园土和水稻土Pb、Cd、Cu和Zn的形态分布及其生物活性和迁移性。结果表明:两种土壤中Pb、Cd、Cu和Zn的总量分别超过国家土壤环境质量相应的标准。运用Tessier连续提取法研究发现,土壤中Pb、Cd、Cu和Zn的各形态含量之和与其总量非常的接近,其中菜园土Pb的提取率为96.3%,Cd的为94.1%,Cu的为93.4%和Zn的为91.7%;水稻土Pb的为97.6%,Cd的为92.0%,Cu的为92.1%和Zn的为91.7%,表明该形态分析方法的结果是合理的。土壤中Pb、Cd、Cu和Zn各形态的分布存在很大的差别,残渣态是主要形态,其中Pb的含量占60.7%~58.2%,Cd的是50.4%~59.2%,Cu的是37.3%~53.4%,Zn的是54.9%~46.9%,而交换态所占的比例最小。菜园土重金属的生物活性系数的大小是:Cd>Cu>Pb>Zn,迁移能力的顺序是Cd>Cu>Zn>Pb;水稻土重金属的活性大小和迁移能力的顺序都是:Cd>Pb>Zn>Cu。菜园土重金属的生物活性和迁移性较水稻土的大,其中Cd的生物活性和迁移性的最大。研究结果将为评估矿区污染土壤中重金属的危害提供科学依据。     

安普霉素对不同土壤中微生物活动的影响

研究了兽药抗生素安普霉素对不同土壤中微生物呼吸活动和对土壤中微生物种群生长的影响，了解该药物对土壤生态系统生态毒理学效应，以便为药物的环境安全性评价提供依据。利用直接吸收法(密闭法)测定安普霉素对土壤微生物呼吸活动的影响，结果表明：安普霉素对不同土壤中微生物呼吸活动的影响有所差异。在污染的中后期，长春土中加入一定量的安普霉素能刺激土壤的呼吸作用。在染毒的前期，安普霉素对成都土中CO2的释放量均有抑制作用。采用稀释平板法测定了药物对不同土壤中细菌、真菌生长的影响。实验结果显示：安普霉素对土壤中的细菌的生长具有明显的抑制作用，成都土和长春土的抑菌作用最为明显；同时安普霉素的这种抑制作用还表现出时间差异，24h的抑制率高于48h。安普霉素对土壤中真菌生长的影响表现出地域差异，低质量分数的安普霉素对成都土和武汉土中的真菌没有抑制作用。在所测的四种土壤中，南京土中药物对真菌的平均抑制率最高。这可能与土壤中微生物的种类和种群结构有关。安普霉素对不同土壤中对真菌的抑制作用，随药物质量分数的降低和作用时间的延长而降低。     

植物群落对铜尾矿废弃地土壤微生物量和酶活性的影响

以铜尾矿废弃地为对象,研究了铜尾矿废弃地上植物群落发展与表层尾矿微生物量C、N和脱氢酶、过氧化氢碱性磷酸酶和脲酶活性的变化,探讨了植物群落-微生物量C、N_土壤酶活性之间的相互关系.结果表明,随着植物群落的发展,铜尾矿废弃地表层尾矿微生物量和酶活性在不断增加;铜官山老尾矿废弃地白茅群落下表层尾矿(TBM)微生物量和酶活性与杨山冲尾矿废弃地及铜官山新尾矿废弃地表层尾矿微生物量和酶活性存在显著差异性(p<0.05).相关分析表明铜尾矿废弃地表层尾矿微生物量C、N与土壤有机质、总氮之间呈显著正相关(P<0.01);脱氧酶、碱性磷酸酶及脲酶与微生物量C、微生物量N、土壤有机质、总氮之问呈显著正相关(P<0.01),但过氧化氢酶与微生物量C、微生物量N、土壤有机质、总氮之间呈显著负相关(P<0.01).     

Dehydrogenase activity as an indicator of different microbial responses to pesticide-treated soils

A laboratory study was conducted to assess the impacts of diazinon, linuron or a fungicidal preparation of mancozeb supplemented with dimethomorph on dehydrogenase activity (DHA) in loamy sand (LS) and sandy loam (SL) soils with different features. The pesticides were applied at the maximum predicted environmental concentrations (PEC) under field conditions and at 5 or 100 times the PEC. More distinct effects were observed in LS than SL soils at all sampling times. For PEC, a significant decrease in DHA was found in LS soil treated with diazinon or the fungicidal preparation on day 1 and during the incubation period, respectively. However, DHA did not decrease in SL soil treated with the pesticides at this dosage. For the higher concentrations, decreased DHA was ascertained in LS soil treated with diazinon and the fungicidal preparation at all sampling times, whereas for linuron this effect was evident on days 14 and 28. By contrast, only 100-fold PEC significantly decreased DHA in SL soil amended with diazinon or linuron, compared with the fungicidal preparation that decreased DHA at five-fold PEC. Our results indicate that DHA was particularly sensitive to the fungicidal preparation in both soils, whereas linuron was less harmful than diazinon.     

大宝山矿水外排的环境影响:Ⅱ.农业生态系统

大宝山外排酸性矿水对周边农村地区农业生态系统具严重的负面影响，表现在：农田所用的灌溉水酸度很强，灌溉水中多种重金属含量高于国家农田灌溉水质标准，其中Cd超标约16倍；土壤严重酸化，pH值可低至3．9，总实际酸度平均达47mmol／kg，比水溶性酸度高147倍，表明由矿水带进土壤的无机酸通过土壤的缓冲作用暂时转化为非水溶态并在土壤中累积；土壤重金属含量超标，以Zn、Cu和Cd为甚；粮食和果蔬等作物重金属污染严重，其中尤以Cd最为突出，最高可超标近150倍。     

Environmental risk assessment of metals contaminated soils at silvermines abandoned mine site,Co Tipperary,Ireland

A centuries long history of mining and mineral processing has resulted in elevated Cd, Pb and Zn soil concentrations in the vicinity of the Silvermines abandoned mine site (AMS), Co. Tipperary, Ireland. A process for preliminary evaluation of environmental risk was developed and implemented. Potential pathways of metal compound transport and deposition were mapped and used to optimise the subsequent site investigation. Elevated soil metals are shown to be predominantly in areas where metal deposition in soil is associated with water related pathways (surface runoff, seasonal groundwater seepage and floodplains). Extensive areas of soil in the surrounding district are classified as contaminated on the basis of Cd, Pb and Zn concentrations, both total and potential bioavailable (EDTA-extractable). The most affected areas, with metal concentrations in soil comparable with that within the AMS, were floodplains located 2–3 km downstream from the site. Assessment of the sequential effects on grass and grazing animals indicates that Pb poses the greatest risk due to its high toxicity and high concentrations in soil (more than 10 000 mg kg^–1). Within floodplain areas grazing cattle may intake a lethal dose of Pb. On the basis of the investigation an approach to risk assessment was developed which allowed quantified assessment of the risks related to individual metals, areas of contamination and contamination targets.     

废铁屑修复汞污染土壤的实验研究

应用工厂废弃物—铁屑做原料,探讨不同铁屑投加量对修复不同土壤类型、不同程度汞污染土壤的能力,并与修复水体汞污染作了对比;另外,首次将淋滤法与国际上新兴的土壤、地下水修复技术-PRB技术结合,研究其修复土壤汞污染的效果。结果表明,废铁屑可很快去除水体中的汞,去除率可达93%;在铁屑存在下,能一定程度预防和修复土壤汞污染,在相同水体汞污染程度条件下,时间是影响土壤汞污染程度的主要因素;在CaCl2淋洗液作用下的模拟PRB实验中,土壤有效汞含量降低,同时淋洗液中汞质量浓度低于1μg·L-1。因此,用废铁屑能有效预防和修复土壤汞污染,且将淋滤法与PRB技术联用,与将铁屑直接撒入土壤中相比效果好得多,且不会引起后续的水体二次污染,是一种很有应用潜力、值得深入研究的土壤修复方法。     

大冶龙角山矿区几种植物的重金属吸收特征

通过调查采样和化学测试,对大冶龙角山矿区小麦、油菜、莴苣、白菜苔、豌豆等几种主要农作物中的重金属Cu、Pb、Cd及类金属As的质量分数进行分析。结果表明,供试农作物中,莴苣的重金属(包括As)质量分数显著高于其它作物的,其中以Cd质量分数最高,而豌豆的重金属质量分数最低,其它作物重金属质量分数由高到低的顺序为油菜、腌菜、白菜苔、小麦;小麦中的重金属质量分数依次是w(Cd) > w(As) > w(Pb) > w(Cu) > w(Cr),油菜中为w(Cd) > w(As) > w(Pb) > w(Cr) > w(Cu),莴苣中为w(Cd) > w(Cu) > w(Pb) > w(As)> w(Cr);随河流向下,作物中重金属含量变化规律与相应土壤中重金属累积量基本一致,如油菜含铜量在上游为0.61 g/g,在下游为0.37 g/g。     

Plant diversity reduces the effect of multiple heavy metal pollution on soil enzyme activities and microbial community structure

It is unclear whether certain plant species and plant diversity could reduce the impacts of multiple heavy metal pollution on soil microbial structure and soil enzyme activities. Random amplified polymorphic DNA (RAPD) was used to analyze the genetic diversity and microbial similarity in planted and unplanted soil under combined cadmium (Cd) and lead (Pb) pollution. A metal hyperaccumulator, Brassica juncea, and a common plant, Festuca arundinacea Schreb, were used in this research. The results showed that microorganism quantity in planted soil significantly increased, compared with that in unplanted soil with Cd and Pb pollution. The order of microbial community sensitivity in response to Cd and Pb stress was as follows: actinomycetes>bacteria>fungi. Respiration, phosphatase, urease and dehydrogenase activity were significantly inhibited due to Cd and Pb stress. Compared with unplanted soil, planted soils have frequently been reported to have higher rates of microbial activity due to the presence of additional surfaces for microbial colonization and organic compounds released by the plant roots. Two coexisting plants could increase microbe population and the activity of phosphatases, dehydrogenases and, in particular, ureases. Soil enzyme activity was higher in B. juncea phytoremediated soil than in F. arundinacea planted soil in this study. Heavy metal pollution decreased the richness of the soil microbial community, but plant diversity increased DNA sequence diversity and maintained DNA sequence diversity at high levels. The genetic polymorphism under heavy metal stress was higher in B. juncea phytoremediated soil than in F. arundinacea planted soil.