黑麦草对土壤中残留抗生素的降解及其对微生物活性的影响

为了研究抗生素污染土壤的修复方法,利用黑麦草对土壤中残留抗生素进行降解,并探讨土壤微生物生态活性及根系体表特征的响应。结果表明:黑麦草对土壤中四环素、金霉素、恩诺沙星、洛美沙星、环丙沙星、诺氟沙星的降解速率均显著大于对照(p0.05)。黑麦草对四环素类抗生素的降解率为19.1%~27.7%,其中金霉素的降解率最高,为11.4%~27.7%;而磺胺类中的磺胺二甲基嘧啶的降解率最低,仅为3.4%~8.3%;喹诺酮类的降解率为15.3%~28.8%,其中洛美沙星、恩诺沙星的降解率分别为15.3%~28.8%、14.2%~28.0%。同时,种植黑麦草缓解了抗生素对土壤微生物活性的抑制作用,在种植黑麦草的土壤中,微生物的呼吸强度和氨化强度分别是未种植黑麦草土壤的4.5和1.9倍。另外,植物根系的生长与土壤中抗生素的残留量有一定的相关性,黑麦草根系总表面积与土壤抗生素总残留量呈显著负相关关系(r=-0.948,p0.05)。     

有机与常规养殖生猪粪便重金属污染特征与农用风险评价

通过对中国有机与常规养殖场生猪粪便(以下简称猪粪)和饲料中的重金属Cr、As、Cd、Pb、Cu和Zn含量进行检测,对比分析了两种养殖模式下猪粪的重金属污染特征,估算猪粪安全农用年限。结果表明,有机和常规养殖场猪粪中Cr、As、Cd和Pb含量均未超标;常规养殖猪粪存在严重的Cu和Zn超标现象,样本超标率分别为100%和83%,而有机养殖猪粪中Cu和Zn样本超标率分别为22%和11%。除Cr外,常规饲料中重金属含量均高于有机饲料,Cu和Zn含量超标严重,且与猪粪Cu和Zn含量呈显著正相关关系(p0.05)。若依据施氮量400kg/(hm~2·a),则在连续施用常规养殖猪粪6～33、5～76a后,农田土壤Cu、Zn含量将分别超过《土壤环境质量标准》(GB 15618—1995)限值;而施用有机养殖猪粪的土壤则分别在24～163、18～136a后超过限值。     

养猪废水回收MAP时抗生素与重金属的残留

采用磷酸铵镁(MAP)结晶法回收养猪废水中的氮磷,考察了典型兽用抗生素(四环素类、磺胺类和氟诺喹酮类等)和重金属在回收固体中的残留情况。实验结果发现,回收固体中抗生素含量较高,其中四环素类抗生素高于300 mg/kg,磺胺类和氟喹诺酮类抗生素的含量分别为1.86~13.63 mg/kg和5.1~59.1 mg/kg;重金属中Cu、Zn含量较高,浓度分别为96.01和140.34 mg/kg。废水中的SS和腐殖酸是影响养猪废水MAP反应沉淀物中抗生素和重金属含量的主要因素。研究结果表明,养猪废水MAP回收时须考虑产物中抗生素污染的风险。     

不同畜禽养殖场中气载抗生素抗性基因的污染特征与季节性变化

由于大量的抗生素被用于畜禽养殖行业,畜禽养殖场中的抗生素抗性基因(ARGs,Antibiotic resistance genes)问题正逐渐变得严重。为调查畜禽养殖场中气载ARGs的污染特征及季节性变化,分别在冬季和夏季采集陕西省渭南市养猪场和养鸡场的空气和粪便样品,分析不同种类气载ARGs的污染水平及ARGs与环境因子的相关性。结果表明：畜禽养殖场空气中主要检出的ARGs类型为万古霉素类抗性基因、MLSB类抗性基因、四环素类抗性基因、FCA类抗性基因;在不同类型养殖场中气载ARGs总浓度趋势为养鸡场>养猪场,且养鸡场中每种ARGs浓度比养猪场中高约2个数量级;在不同季节养殖场中,气载ARGs总浓度趋势为冬季>夏季,且每种ARGs在冬季均高于夏季2～3个数量级。Pearson相关性分析结果表明,养殖场中气载ARGs总浓度与PM2.5呈显著相关(P<0.05),与其他环境因子无显著相关性。本研究成果可为控制畜禽养殖场中气载ARGs污染的传播及防控提供参考。     

稻田土壤溶液中溶解性有机氮、碳的空间分布及其微生物降解特性

通过测坑定位试验,测定了稻田不同深度土壤溶液中溶解性有机氮(DON)、溶解性有机碳(DOC)的含量,并将原位提取的土壤溶液加入到人工土壤中,开展土壤溶液中DON、DOC的微生物降解试验,研究不同施肥处理DON、DOC的含量分布及其微生物降解特性。结果表明:(1)两种施肥处理0~10cm土壤溶液中TN、DON显著低于其他两层土壤;土壤溶液中DON占TN的比例均在62.9%~79.8%,为氮素组成的主要形式。(2)有机无机混合肥处理中DOC占TC的比例随土壤深度加大而逐渐增加,比例为21.1%~25.1%,而无机肥处理中DOC占TC比例则是逐渐下降,比例为18.9%~20.0%。(3)稻田土壤溶液中DON和DOC具有较好的微生物降解特性。降解28d后,DON占初始DON的30.1%~34.9%,而DOC占初始DOC的24.3%~28.2%。     

喹诺酮抗性基因在城市污水处理系统中的分布及去除

城市污水处理厂是耐药细菌和抗生素抗性基因进入自然环境的主要途径之一。对污水处理厂不同工艺采集7组样品,重点考察污水处理系统中喹诺酮类耐药细菌和7种喹诺酮类抗性基因污染分布及其去除效率。结果显示,在不同处理工艺阶段均检测到耐环丙沙星细菌,最高浓度为(6.65±0.19)×106CFU/m L,耐药率为0.87%~7.24%。污水处理系统受抗生素抗性基因严重污染,入水样品中抗性基因总浓度为(1.28±0.12)×107copies/m L。污水处理工艺对抗环丙沙星细菌和喹诺酮类抗性基因具有有效的去除作用,除qnr C去除效率为75%,其余均在98%以上,但是仍有浓度为2.77×104CFU/m L的耐环丙沙星细菌和3.98×104copies/m L的抗性基因进入自然环境。表明污水处理系统已成为耐药细菌和抗生素抗性基因的储存库和污染源。     

鸡粪有机肥对土壤中抗生素抗性基因和整合酶基因的影响

为探究施用有机肥对土壤中抗性基因和整合酶基因分布的影响及其与土壤环境因子的相关关系,利用高通量PCR技术监测了鸡粪有机肥施用120 d后土壤中四环素类抗性基因、大环内酯类抗性基因、整合酶基因和土壤理化性质的变化情况。研究结果表明,施肥土壤的电导率、pH、有机质含量均明显增加,而土壤氧化还原电位由217.27 mV降低到154.47 mV。施肥土壤中钾、氮、磷、铅、铜和锌含量均上升。施加鸡粪有机肥120 d后,土壤中tetM、tetQ、tetW、tetG和tetX 5种四环素类抗性基因相对丰度分别增加了2.90、0.97、6.80、0.98和0.94倍,而erm35、ermB、ermT、ermX和ermF 5种大环内酯类抗性基因相对丰度分别增加了0.98、136.68、0.95、2.89和2.89倍;但erm36相对丰度降低了0.75倍,其中施肥后土壤中ermB丰度最高而erm36丰度最低。施用鸡粪有机肥后,土壤中intI1和intI3的丰度分别降低了4.71×10-5和2.57×10-7,而intI2的丰度增加了3.74×10~(-6)。Network分析发现intI3与除ermB外的基因均呈显著负相关关系(R=-1.00,P0.05)。     

磺胺和四环素类抗生素对活性污泥性能的影响

废水处理工艺中抗生素类污染物的存在可能会对生物处理过程产生长期而深远的影响,为探明此类污染物对废水生物处理主体活性污泥性能等方面的影响,采用间歇培养法研究了活性污泥法处理污水时,抗生素类污染物的存在对活性污泥性能如胞外聚合物（EPS）、污染物处理能力、脱氢酶活性和群落结构的影响。结果表明,抗生素的存在会导致活性污泥的胞外聚合物总量及其主要组分蛋白质和多糖增加,以产生保护屏障;且由于污泥絮体解体,细胞破裂导致EPS中DNA和色氨酸含量增加。同时,由于蛋白质大量增加引起的表面负电荷的增加,使污泥疏水性增强,絮凝性能恶化;污泥絮体解体导致污泥颗粒变小,SVI也随之下降;在活性污泥脱氢酶活性急剧下降的同时,出水TOC迅速升高。此外,抗生素类污染物在抑制活性污泥中大部分细菌的同时,对部分菌群也有刺激生长作用,最终导致活性污泥生物群落结构的改变。四环素类抗生素对活性污泥的EPS和絮凝沉降性能的影响大于磺胺类,而对污水处理能力和群落结构的影响则不如磺胺类。抗生素类污染物的长期存在会对活性污泥沉降性能、絮凝性能、脱氢酶活性以及活性污泥群落结构等产生一系列负面影响,进而影响污染物去除效果,导致出水水质恶化。     

磺胺和四环素类抗生素对活性污泥性能的影响简

废水处理工艺中抗生素类污染物的存在可能会对生物处理过程产生长期而深远的影响,为探明此类污染物对废水生物处理主体活性污泥性能等方面的影响,采用间歇培养法研究了活性污泥法处理污水时,抗生素类污染物的存在对活性污泥性能如胞外聚合物（EPS）、污染物处理能力、脱氢酶活性和群落结构的影响。结果表明,抗生素的存在会导致活性污泥的胞外聚合物总量及其主要组分蛋白质和多糖增加,以产生保护屏障;且由于污泥絮体解体,细胞破裂导致EPS中DNA和色氨酸含量增加。同时,由于蛋白质大量增加引起的表面负电荷的增加,使污泥疏水性增强,絮凝性能恶化;污泥絮体解体导致污泥颗粒变小,SVI也随之下降;在活性污泥脱氢酶活性急剧下降的同时,出水TOC迅速升高。此外,抗生素类污染物在抑制活性污泥中大部分细菌的同时,对部分菌群也有刺激生长作用,最终导致活性污泥生物群落结构的改变。四环素类抗生素对活性污泥的EPS和絮凝沉降性能的影响大于磺胺类,而对污水处理能力和群落结构的影响则不如磺胺类。抗生素类污染物的长期存在会对活性污泥沉降性能、絮凝性能、脱氢酶活性以及活性污泥群落结构等产生一系列负面影响,进而影响污染物去除效果,导致出水水质恶化。     

餐厨垃圾废水制备液态固氮菌肥

探讨餐厨垃圾废水用作发酵基质生产液态褐球固氮菌肥的可行性。结果表明,餐厨垃圾废水培养的褐球固氮菌在第4~5天活菌数达到最大(Ⅰ类废水3.0×1012CFU·m L~(-1),Ⅱ类废水3.3×1012CFU·m L~(-1)),餐厨垃圾湿热处理对褐球固氮菌生长的促进作用十分有限。废水的pH和盐分对褐球固氮菌的生长代谢影响极为显著:Ⅰ类废水褐球固氮菌生长的最佳pH为7,Ⅱ类废水最佳pH为7.5,其他pH将对褐球固氮菌的生长代谢活性造成不同程度的抑制;随着Na Cl含量的增加,固氮菌活菌数先升高后快速降低,最利于菌种培养的Na Cl浓度为3 g·L~(-1)。温度、摇床转速和接种量对菌株培养的影响不显著,正交实验确定的较优培养条件为pH=7、T=28℃、转速150 r·min-1、接种量2%(体积分数)。餐厨垃圾废水制备的固氮菌肥可提高土壤总氮水平(线性相关性R2=0.979),施用0.025‰~2.5‰质量比例固氮菌剂的土壤生长的黄豆苗干重可达到按照5‰质量比例施加无机复合肥生长的黄豆苗的55.2%~67.2%。     

利用不同有机和无机固体废物配制人工土壤的研究

以生活污泥、牛粪、蚓粪、菌菇渣、粉煤灰、脱硫石膏、钢渣和煤矸石8种固体废物为原料配置人工土壤,探讨不同有机和无机固体废物配比对人工土壤性质的影响。结果表明,获得的人工土壤中,粒级0.250 mm的水稳性团聚体质量分数总体在20%~50%,接近或达到正常的自然土壤标准,制得的人工土壤为弱碱性,pH实测值在7.12~8.14。培养过程中,人工土壤中有机碳含量大大降低。生活污泥组、蚓粪组人工土壤在培养过程中呈现铵态氮向硝态氮的转化,而牛粪组人工土壤在培养过程中虽然有较多的有机氮被矿化,但同时也有较多的硝态氮被重新同化成有机氮。合成的人工土壤在物理、化学、养分和生物毒理学性质方面均已达到自然土壤相关参数的正常范围值,可以满足植物生长的要求。但由于部分固体废物原料重金属超标,则应尽量避免用于种植可食用类植物。     

污泥中典型抗生素的检测

为了探寻一种操作简单、灵敏度高、回收率好的污泥中抗生素的分析方法,实验研究了超声萃取(ultrasound assisted extraction,USE)、加速溶剂萃取(accelerated solvent extraction,ASE)和基质固相分散(matrix solid-phase dispersion,MSPD)等5种方法,提取污泥中10种抗生素(磺胺嘧啶、磺胺甲嘧啶、磺胺甲基嘧啶、磺胺对甲氧嘧啶、磺胺甲恶唑、磺胺二甲氧哒嗪、恩诺沙星、沙拉沙星、达氟沙星和氧四环素)。结果显示,MSPD对目标抗生素的回收率最好,且具有成本低、操作便捷等优势。采用MSPD和高效液相色谱-串联质谱(high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry,HPLC-MS/MS)分析污泥中典型抗生素,对10种抗生素的加标回收率为40.15%~114.73%,检测限为0.02~0.28μg/kg。应用此方法分析厦门某污水处理厂夏季和冬季的污泥样品,10种抗生素浓度为nd~1 013μg/kg,冬夏平均检出浓度最高的物质为氧四环素和恩诺沙星,分别为789.67μg/kg和32.65μg/kg。     

芘高效降解菌ZQ_5的培养条件及无机元素对其降解效率的影响

以从我国最大的石油污水灌区之一——沈抚灌区污染土壤分离到的以芘为惟一碳源、能源生长的高效降解菌株ZQ5为实验材料,通过对菌株ZQ5培养条件的优化,以及采用摇瓶振荡培养方法测定菌株ZQ5对不同浓度芘的降解率,表明：菌株ZQ5在30℃振荡培养16 d后对150 mg/L芘的降解率为90.31%。通过模拟稻田施用N、P和K肥等的土壤环境,探索了无机营养元素对降解菌ZQ5降解能力的影响,发现土壤中混合加入N、P和K无机营养元素的降解率能达到82%以上,比单加某种营养元素对降解菌ZQ5的降解效果好。本研究结果可以指导稻田PAHs的原位生物修复。     

芘高效降解菌ZQ5的培养条件及无机元素对其降解效率的影响

以从我国最大的石油污水灌区之一——沈抚灌区污染土壤分离到的以芘为惟一碳源、能源生长的高效降解菌株ZQ5为实验材料,通过对菌株ZQ5培养条件的优化,以及采用摇瓶振荡培养方法测定菌株ZQ5对不同浓度芘的降解率,表明:菌株ZQ5在30℃振荡培养16 d后对150 mg/L芘的降解率为90.31%。通过模拟稻田施用N、P和K肥等的土壤环境,探索了无机营养元素对降解菌ZQ5降解能力的影响,发现土壤中混合加入N、P和K无机营养元素的降解率能达到82%以上,比单加某种营养元素对降解菌ZQ5的降解效果好。本研究结果可以指导稻田PAHs的原位生物修复。     

碳酸钙和海泡石组配对水稻中Pb和Cd迁移转运的影响

为研究组配改良剂LS(碳酸钙+海泡石)对农田土壤重金属Pb和Cd的固化效果以及水稻各部位吸收累积Pb和Cd的影响,在湘南2个矿区(矿区A和矿区B)附近污染稻田中施用了不同添加量的LS(0、2、4和8 g/kg),并进行了水稻种植的田间实验。结果表明,(1)施用2~8 g/kg的LS能使矿区A和矿区B土壤pH值分别增加1.11~1.95和1.61~2.31个单位,能使矿区A和矿区B土壤中Pb和Cd的TCLP提取态含量分别降低18.6%~62.7%、15.7%~37.1%和38.6%~66.7%、0~76.6%。(2)LS能不同程度地降低水稻各部位重金属含量。矿区A糙米中Pb和Cd含量降低9.4%~35.6%、56.1%~66.8%;矿区B糙米中Pb含量降低14.4%~36.6%,而Cd含量变化不明显。(3)LS对水稻中Pb和Cd在各部位之间的转运系数均有不同程度的影响,其中Pb和Cd从茎叶到谷壳的转运系数最大,说明水稻茎叶对重金属的转运能力最强。(4)LS添加量为8 g/kg时,Pb和Cd从谷壳到糙米的转运系数最小,且糙米中Pb和Cd含量最低。     

鼠李糖脂与菌剂对原油污染土壤的联合修复

为研究RL强化MI修复原油污染土壤的效果,通过盆栽实验,测定了修复过程中微生物、脱氢酶、原油降解率和正构烷烃等变化。结果表明,提取RL具有良好表面和乳化活性。修复过程中微生物数目、脱氢酶和石油降解率具有相关性。RL+MI联合修复对原油的降解效果最显著,第14、21和28天的降解率分别达67.6%、78.6%和81.3%,较MI和RL处理分别提高了22%~24%和32%~38%;细菌、放线菌和霉菌最高生物量分别比CK提高约20、5.8和4.7倍;GC-MS示修复14 d后∑C21-/∑C22+(1.334)和Pr/Ph(1.152)均大于CK,说明降解早期具有高碳正构烷烃、奇数烷烃的降解优势以及对类异戊二烯烷烃的降解。