矿区土壤中砷污染对微生物群落的影响研究

采用梯度培养和PCR-DGGE技术,对大柳塔矿区矸石山及周边土壤的砷含量及其对土壤微生物群落的影响进行了研究,并通过测序研究了土壤微生物群落的结构。结果表明,矸石山及其周边自然表土的含水量较少,且十分相近;全磷和有机质含量普遍较高,p H呈中偏碱性;不同风化程度矸石山土壤砷含量对土壤微生物群落有显著的影响,不同砷污染负荷土壤中微生物群落的丰度存在差异;矸石山复垦年限不同,土壤理化性质会发生变化;土壤中砷含量的增高,对植物生长起关键作用的Gemmatimonas(甲烷单毛菌属)等微生物群落受到不同程度的抑制;Proteobacterium(变形菌门)具有较强的耐砷性;矸石山土壤特有的理化性质可为GASP-WA2W2_F11等微生物群落的演替创造了条件。     

植物修复多氯联苯污染土壤的效果分析

多氯联苯是一种分布范围广、自然降解时间长的氯代有机污染物,如何对受多氯联苯污染的土壤进行有效的修复,这一直以来都是个世界性的问题。在国内外土壤环境技术领域的研究中,主要是化学修复、物理工程修复、生物修复等技术,其中生物修复是相对较好的方式,本文主要介绍生物修复中的植物修复,了解植物修复的概念、过程、效果等,并对今后植物修复多氯联苯污染土壤的发展趋势作简要的分析。     

多氯联苯复合污染农田土壤的植物协同修复效应

采用田间微域试验,初步研究了紫花苜蓿与海州香薷、伴矿景天在不同栽培模式下对多氯联苯(PCBs)复合污染农田土壤的协同修复作用.结果表明,紫花苜蓿与海州香薷、伴矿景天混作对PCBs复合污染土壤的修复效果明显高于紫花苜蓿单作,其中紫花苜蓿-海州香薷混作、紫花苜蓿-海州香薷-伴矿景天混作种植120d后,土壤中PCBs含量比紫花苜蓿单作时分别降低43.0%和47.8%,强化效果显著.与紫花苜蓿单作相比,紫花苜蓿与海州香薷、伴矿景天混作可有效提高植株总生物量,增强植物对土壤中PCBs的吸收富集能力.土壤PCBs同系物分析结果表明,种植植物可有效降低土壤中低氯代PCBs含量,植物混作栽培模式可以促进高氯代PCBs组分向低氯代PCBs组分的转变.可见,紫花苜蓿与海州香薷、伴矿景天混作对多氯联苯复合污染农田土壤具有较好的协同修复作用.     

多氯联苯污染土壤的植物-微生物联合田间原位修复

选择宿主植物紫花苜蓿(Medicago sativa L. ),同时接种苜蓿根瘤菌(Rhizobium meliloti)或/和地表球囊霉(Glomus versiforme),在田间试验条件下,研究植物-微生物联合作用对多氯联苯(PCBs)污染土壤的修复效应.结果表明,所有种植植物的处理,根际土壤PCBs 的去除率均高于对照,其中紫花苜蓿并接种根瘤菌的处理,土壤PCBs 的去除率最高,达到42.6%,显著高于其他处理.土壤PCBs 同系物分析结果表明,所有种植植物的处理都增加了土壤中低氯代PCBs 的比例,特别是紫花苜蓿并接种根瘤菌的处理.接种根瘤菌明显促进植株的生长以及植株对PCBs 的吸收和转运.     

多氯联苯污染农田土壤的原位生态调控修复效应

通过田间原位修复试验,初步研究了不同生态调控措施对多氯联苯(PCBs)污染农田土壤的修复效应.结果表明,经添加石灰、翻耕、种植紫花苜蓿、种植水稻等修复阶段后,土壤中PCBs含量呈显著降低,平均去除率达86.9%;同时也降低了土壤中类二英PCBs毒性当量.对土壤PCBs同系物分析结果表明,在调控翻耕与种植紫花苜蓿修复阶段,主要对低氯代PCBs进行降解去除;在种植水稻修复阶段,则主要降低了高氯代PCBs含量.结果还显示原位生态调控修复并未对土壤微生物生态产生较大影响.可见,该技术对于修复PCBs污染农田具有良好的应用前景与推广意义.     

微生物群落对土壤微生物呼吸速率及其温度敏感性的影响

通过灭菌和重新接种不同土壤微生物群落的方法,探索了改变土壤微生物群落对土壤微生物呼吸速率及其温度敏感性的影响.结果表明,灭菌海伦黑土接种未灭菌的哈尔滨黑土、封丘潮土和祁阳红壤后,15℃时土壤CO2的累积释放量分别为684.25、753.97和644.91μg,25℃时土壤CO2的累积释放量分别为963.06、1 015.44和852.31μg,35℃时土壤CO2的累积释放量分别为1 252.55、380.36和1 177.88μg;土壤CO2的累积释放量随接种剂土壤pH增加而增加,而与接种剂土壤有机质含量高低、接种剂土壤与被接种土壤的地理距离无关.15、25和35℃时,接种不同微生物群落的土壤呼吸速率表现差异的持续时间分别为104、277和1 177 h,差异持续时间随培养温度增高而延长.接种未灭菌的哈尔滨黑土、封丘潮土和祁阳红壤后,土壤呼吸温度敏感性指数Q10在0～104 h分别为1.63、1.49和1.80,在0～277 h分别为1.43、1.39和1.46,在0～1 609 h分别为1.35、1.35和1.35;呼吸温度敏感性随接种剂土壤pH降低而增加,随培养时间延长而减小.本研究表明改变土壤微生物群落将影响土壤微生物呼吸速率及其温度敏感性.     

土壤剖面重金属污染对微生物群落结构的影响

为探明重金属污染土壤剖面对微生物群落结构和微生物多样性的影响,该文以重金属污染严重区（焦化园区）作为研究区域,选择了焦化园区上下风向及园区内部共3个土壤剖面,对重金属含量、土壤理化性质以及微生物群落结构进行分析测定。结果表明,研究区域中土壤剖面重金属Cr和Zn污染最严重,Cd和Hg污染最小。由于焦化园区重金属含量明显高于周边区域,证明焦化生产对土壤剖面重金属含量产生较大影响。高通量测序结果表明,土壤剖面微生物群落的优势菌种为酸杆菌门,平均含量为27.20%。多样性指数分析结果表明,焦化园区周边微生物多样性随着土壤深度加深而减少。为探究其影响原因,对重金属浓度及土壤理化性质与微生物多样性相关数据进行相关性分析,分析结果可知,重金属和土壤有机质均与微生物多样性有显著相关性,其中重金属Pb是微生物多样性最重要的影响因素。此外,通过冗余分析发现,微生物中酸杆菌门及放线菌门对重金属污染具有较强耐受力。     

用气相色谱法测定污染土壤中的多氯联苯

利用超声波萃取法提取土壤中的有机组分,采用浓硫酸净化、气相色谱法进行分析,根据峰型和保留时间,以多氯联苯的商业用混合物的形式定性、定量,可以检出污染土壤中0．005mg／kg的多氯联苯。     

嗜吡啶红球菌多氯联苯降解基因的克隆与表达

建立了多氯联苯/联苯降解菌嗜吡啶红球菌 R04 的基因组文库.活性筛选得到 1 个18kb的阳性片断,内含 1个 921个核苷酸的新的开环酶2,3-二羟基联苯双加氧酶基因 bphC2,该基因能够在大肠杆菌中表达,其蛋白分子量约为34kDa.此外,在该基因上游39bp处还发现另外一个 2,3-二羟基联苯双加氧酶基因 bphC1 的部分序列.     

石油污染土壤的生物修复技术及微生物生态效应

利用投菌法和生物刺激法对陕北子长石油污染土壤进行微生物修复研究.通过利用红外分光光度法测定不同处理方法对石油烃的去除效果确定了修复陕北石油污染土壤的最佳方案.修复过程中利用最大可能计数法(MPN)、PCR-琼脂糖电泳法、PCR-DGGE法分别测定了石油烃降解菌数目、催化基因、土壤微生物多样性对土壤微生物生态效应进行研究.结果发现石油污染土壤不同生物处理修复效果为:生物刺激(加入N、P营养物质)生物强化(投加降解菌)其他.土壤中石油烃降解率与可降解石油烃的催化基因含量之间存在正相关关系,修复过程中土壤中的石油烃和烷烃降解菌数量显著多于多环芳烃降解菌数量,投加外源降解菌SZ-1可以显著提高土壤细菌群落的多样性.研究结果有助于深入理解生物修复石油土壤过程中的微生物生态效应变化.     

黄河中下游流域表层土壤中多氯联苯的残留特征

采用气质联用仪（GC-MS）对黄河中下游流域18个国家控制断面处表层土壤（0～15cm）样品中的多氯联苯含量进行测定,分析其残留特征、可能的污染源和生态风险.结果表明,黄河中下游表层土壤中∑PCBs变化范围为0.43～39.83ng/g dw,均值为3.72ng/g,和其他地区研究结果相比,黄河中下游流域表层土壤中PCBs 含量水平较低.类二英类PCBs的毒性当量DL-TEQ变化范围为1.85～27.22pg/g dw,均值为15.24pg/g dw,远低于其他国家相应的限值,极少存在生态风险. PCB18、PCB33、PCB49、PCB44、PCB52的检出率和残留量均比较高,是黄河中下游流域表层土壤中的优势污染物.二氯联苯、三氯联苯和四氯联苯是主要的同族体,分别占总量的10.71%.13.48%、63.43%,说明黄河中下游流域表层土壤中主要是低氯联苯污染.主成分分析表明黄河中下游流域表层土壤中PCBs主要是来自Aorclor1242、1248、1254、1260系列PCBs产品和国产变压器油的混合污染源.     

氮沉降对缙云山柑橘林不同季节土壤微生物群落结构的影响

土壤微生物积极参与生态系统的物质循环和转化.人类活动造成全球氮沉降量激增,引起土壤微生物群落结构和功能的改变,进而导致生态系统失衡.2014年6月—2015年5月在缙云山柑橘林建立野外模拟氮沉降试验样地,原位设置4个施肥水平:对照(N0,0 g·m~(-2)·a~(-1))(以N计,下同)、低氮(N20,20 g·m~(-2)·a~(-1)),中氮(N4 0,40 g·m~(-2)·a~(-1))和高氮(N60,60 g·m~(-2)·a~(-1)).施氮处理2 d后,采用磷脂脂肪酸(PLFA)标记法和ACE(Automated Soil CO_2Exchange Station,UK)自动土壤呼吸监测系统对土壤微生物群落结构、土壤温湿度进行测定.研究表明:(1)不同季节土壤微生物对氮沉降的响应各异,春季氮沉降抑制土壤微生物量,夏、秋、冬季N40处理提高了土壤微生物量,N20、N60表现为抑制土壤微生物量;氮沉降对土壤温度有显著影响,但对土壤湿度影响不明显(p0.05).(2)土壤微生物丰富度指数和Shannon-Wiener多样性指数在中氮沉降条件下达最大;Pielou均匀度指数则表现不一致,春季和夏季在中氮浓度下最大,秋季在高氮处理下最大,冬季则在低氮处理下最大.(3)土壤温度与放线菌呈显著负相关(p0.01);土壤湿度与细菌和总PLFA呈显著正相关(p0.01),与放线菌呈显著正相关(p0.05).综合分析表明,土壤微生物受土壤温度和含水量的共同影响,氮沉降降低了土壤微生物含量,此研究结果支持了氮沉降抑制土壤微生物的认识.     

Soil microbial community structure and function responses to successive planting of Eucalyptus

Many studies have shown soil degradation after the conversion of native forests to exotic Eucalyptus plantations. However, few studies have investigated the long-term impacts of short-rotation forestry practices on soil microorganisms. The impacts of Eucalyptus successive rotations on soil microbial communities were evaluated by comparing phospholipid fatty acid （PLFA） abundances, compositions, and enzyme activities of native Pinus massoniana plantations and adjacent 1st, 2nd, 3rd, 4th generation Eucalyptus plantations. The conversion from P. massoniana to Eucalyptus plantations significantly decreased soil microbial community size and enzyme activities, and increased microbial physiological stress. However, the PLFA abundances formed ＂U＂ shaped quadratic functions with Eucalyptus plantation age. Alternatively, physiological stress biomarkers, the ratios of monounsaturated to saturated fatty acid and Gram＋ to Gram- bacteria, formed ＂∩＂ shaped quadratic functions, and the ratio of cy17：0 to 16： 1ω7c decreased with plantation age. The activities of phenol oxidase, peroxidase, and acid phosphatase increased with Eucalyptus plantation age, while the cellobiobydrolase activity formed ＂U＂ shaped quadratic functions. Soil N：P, alkaline hydrolytic nitrogen, soil organic carbon, and understory cover largely explained the variation in PLFA profiles while soil N：P, alkaline hydrolytic nitrogen, and understory cover explained most of the variability in enzyme activity. In conclusion, soil microbial structure and function under Eucalyptus plantations were strongly impacted by plantation age. Most of the changes could be explained by altered soil resource availability and understory cover associated with successive planting of Eucalyptus. Our results highlight the importance of plantation age for assessing the impacts of plantation conversion as well as the importance of reducing disturbance for plantation management.     

污染地块土壤多氯联苯风险筛选值研究

污染地块土壤多氯联苯（PCBs）污染主要来自含PCBs电力设备封存点的泄漏及非故意产生源,建立土壤PCBs筛选标准是开展PCBs污染地块调查、评估和修复的基础.本研究通过文献分析统计了典型PCBs单体的占比,并基于人体健康风险评估模型推导了污染地块土壤PCBs风险筛选值.结果表明,不同商用PCBs混合物中共平面PCBs总量（∑Co-PCBs）占比为0.01%~16.10%,难以代表PCBs的总体风险水平.研究建立了PCBs总量、指示性PCBs总量（∑Id-PCBs）及∑Co-PCBs等3个指标共同作为土壤PCBs筛选值体系,敏感用地和非敏感用地情景下,PCBs总量、∑Id-PCBs、∑Co-PCBs分别为2.10、0.24、0.03 mg·kg^-1和6.20、0.71、0.09 mg·kg^-1.通过6个含PCBs电容器地下封存点485个污染土壤样品的分析,进一步证明了仅控制∑Co-PCBs将低估PCBs污染风险,采用本研究提出的3个指标进行筛选能够更有效地识别和评估PCBs污染地块的风险.     

生物膜复合系统脱氮除磷的特征及微生物群落结构分析

试验研究了序批式生物膜复合系统在不同有机负荷下氮磷等营养物质的去除特性.结果表明,复合系统在COD负荷为0.35kg.kg-1.d-1(以MLSS计)时能够很好解决脱氮除磷的泥龄矛盾,TP、TN、NH4+-N去除率分别能达到96%、89%和96%,高于对照组的SBR工艺.复合系统中,悬浮污泥对硝化起主要作用,悬浮态污泥和生物膜的硝化平均贡献比为1.66;附着态生物膜对反硝化和除磷起主要作用,生物膜和悬浮态污泥的反硝化贡献比为2.19,释磷贡献比为3.5,摄磷贡献比为3.76.利用PCR-DGGE技术发现,复合系统中存在丰富的脱氮功能菌和除磷功能菌,且悬浮态与附着态微生物的相似性仅为73%,区别较大,说明两者存在一定的分工协作,与反应器的处理特性相一致.     

多环芳烃污染对桑园土壤微生物结构及种群多样性的影响

采用磷脂脂肪酸(PLFAs)分析法和变性梯度凝胶电泳(DGGE)考察了受多环芳烃(PAHs)污染的桑园3个区域的土壤微生物群落结构及种群多样性的变化.PLFAs分析结果表明,区域2中微生物PLFA总量最高,主要为细菌和真菌;聚类分析揭示,土壤中微生物的PLFAs主要分为3大类群;冗余分析表明,土壤PAHs污染程度对土壤微生物群落结构有一定的影响.DGGE指纹图谱分析结果显示,在PAHs污染较高区域,其电泳条带较多,且3个区域中Shannon指数和Simpson优势度差异达显著水平,区域2种群优势度较高;主成分分析表明,不同区域微生物的种群结构存在显著性差异.     

Alteration of microbial properties and community structure in soils exposed to napropamide

The effect of pesticide napropamide (N,N-diethyl-2-(1-naphthalenyloxy) propanamide) on soil microorganisms for long-term (56 d) was assessed by monitoring changes in soil microbial biological responses. Soils were treated with napropamide at 0, 2, 10, 20, 40, and 80 mg/kg soil and sampled at intervals of 1, 3, 7, 14, 28, 42, and 56 d. The average microbial biomass C declined in napropamide-treated soils as compared to control. The same trend was observed on microbial biomass N after napropamide application.We also determined the basal soil respiration (BSR) and observed a high level in soils treated with napropamide during the first 7 d of experiment. But with the passage of incubation time, BSR with napropamide decreased relatively to control. Application of napropamide at 2–80 mg/kg soil had inhibitory e ects on the activity of urease and invertase. Activity of catalase was enhanced during the initial 7 d of napropamide application, but soon recovered to the basal level. The depressed enzyme activities might be due to the toxicity of napropamide to the soil microbial populations. To further understand the e ect of napropamide on microbial communities, a PCRDGGE- based experiment and cluster analysis of 16S rDNA community profiles were performed. Our analysis revealed an apparent di erence in bacterial-community composition between the napropamide treatments and control. Addition of napropamide apparently increased the number of bands during the 7–14 d of incubation. These results imply that napropamide-induced toxicity was responsible for the disturbance of the microbial populations in soil.     

稻田土壤反硝化厌氧甲烷氧化菌的时空分布与群落结构分析

由"Candidatus Methylomirabilis oxyfera"主导发生的以甲烷和亚硝酸盐为底物的反硝化厌氧甲烷氧化反应(nitrite-dependent anaerobic methane-oxidizing,n-damo)的发现,将生物地球化学碳循环和氮循环以新的方式结合起来.本研究以夏季和冬季江阴稻田土壤柱状样品为研究对象,对稻田土壤M.oxyfera-like菌的时空分布和群落结构进行了考察.M.oxyfera-like菌16S rRNA基因的定量PCR结果显示M.oxyfera-like菌的丰度随着土壤深度的增加而增加,且无明显季节性差异,60~200 cm深度的稻田土壤是M.oxyfera-like菌的高丰度区域.M.oxyfera-like菌pmo A基因的系统发育分析和生物多样性分析显示M.oxyfera-like菌的群落结构具有一定的时空异质性,且生物多样性随着土壤深度的增加而增加.这些结果都说明江阴稻田深层土壤(60~200 cm)是适宜M.oxyfera-like菌生存的生态环境.     

石油污染与食细菌线虫对土壤微生物活性及石油降解的影响

随着经济快速发展,石油及其产品用量增多,石油污染问题日益严重,土壤石油污染治理刻不容缓.研究表明石油污染土壤中存在大量的食细菌线虫,但食细菌线虫在石油污染土壤中的作用还不清楚.本试验采用人工模拟石油污染土壤,通过接种不同密度模式线虫(Caenorhabditis elegans),研究食细菌线虫在石油污染土壤中的功能及其对污染土壤中石油降解及土壤微生物活性的影响.本实验共设6个处理:高温灭菌石油污染土壤(FSP),作为对照处理1;杀灭线虫土壤(S),作为对照处理2;石油污染土壤(SP);石油污染土壤+5条线虫/g干土(SPN5);石油污染土壤+10条线虫/g干土(SPN10);石油污染土壤+20条线虫/g干土(SPN20).研究结果表明:整个试验培养结束时,处理SP、SPN5、SPN10和SPN20的石油残留量比第0天采样时分别降低约60.78%、80.01%、67.63%和66.31%,处理SP、SPN5、SPN10和SPN20的石油残留量比处理FSP分别降低约43.60%、70.68%、52.34%和50.45%,得出接种线虫可以促进污染土壤的石油降解,其中接种5条线虫/g干土的处理促进石油降解效果最好.第7 d采样时,处理SP、SPN5、SPN10、SPN20中脱氢酶酶活性比处理S分别增加约132.76%、115.09%、118.67%和55.81%,表明石油污染可以激活脱氢酶;第14 d时,接种线虫处理SPN5、SPN10和SPN20的脱氢酶活性比未接种线虫处理SP的脱氢酶活性分别增加约5.16%、18.13%和29.56%,表明添加食细菌线虫也促进了土壤相关酶活性.该研究证明食细菌线虫可以在石油污染土壤中刺激微生物的繁殖,增强土壤酶活性,进而促进污染土壤石油的降解.     

改良剂对土壤铜镉有效性和微生物群落结构的影响

以一次性添加木炭、石灰和磷灰石稳定化修复4年后的土壤为研究对象,探讨了土壤中铜镉有效性和土壤微生物群落结构的变化.结果表明,3种改良剂的添加提高了土壤pH值,降低了土壤交换性酸和交换性铝的含量,使铜镉由活性态向非活性态和潜在活性态转化,其中磷灰石和石灰的处理效果优于木炭处理; Biolog测试发现,培养192h,木炭、石灰和磷灰石处理土壤AWCD值(0.61、0.76和0.70)分别是对照的1.33、1.65和1.52倍;且Shannon和McIntosh指数均较对照有所提高,表现为:石灰 > 磷灰石 > 木炭,表明改良剂处理后增加了土壤微生物对碳源的利用能力,提高了其功能多样性.PCR-DGGE分析结果显示,改良剂处理后土壤细菌优势群的数量显著增加,木炭、石灰和磷灰石处理Shannon指数分别比对照提高了0.22、0.39和0.24.相关性分析表明,土壤酸度和重金属有效性是影响稳定化修复重金属污染土壤细菌结构多样性差异的主要因素.