Community structure and elevational diversity patterns of soil Acidobacteria

Acidobacteria is one of the most dominant and abundant phyla in soil,and was believed to have a wide range of metabolic and genetic functions. Relatively little is known about its community structure and elevational diversity patterns. We selected four elevation gradients from 1000 to 2800 m with typical vegetation types of the northern slope of Shennongjia Mountain in central China. The vegetation types were evergreen broadleaved forest,deciduous broadleaved forest,coniferous forest and sub-alpine shrubs. We analyzed the soil acidobacterial community composition,elevational patterns and the relationship between Acidobacteria subdivisions and soil enzyme activities by using the 16 S rRNA meta-sequencing technique and multivariate statistical analysis. The result found that 19 known subdivisions as well as an unclassified phylotype were presented in these forest sites,and Subdivision 6 has the highest number of detectable operational taxonomic units(OTUs). A significant single peak distribution pattern(P 0.05) between the OTU number and the elevation was observed. The Jaccard and Bray–Curtis index analysis showed that the soil Acidobacteria compositional similarity significantly decreased(P 0.01) with the increase in elevation distance. Mantel test analysis showed the most of the soil Acidobacteria subdivisions had the significant relationship(P 0.01) with different soil enzymes. Therefore,soil Acidobacteria may be involved in different ecosystem functions in global elemental cycles. Partial Mantel tests and CCA analysis showed that soil pH,soil temperature and plant diversity may be the key factors in shaping the soil Acidobacterial community structure.     

真菌LP-20对金属矿土壤镉锌的固定化作用研究

采用真菌分离纯化的方法从某重金属污染土壤中筛选分离出一株能够耐受并吸附二价镉、锌离子(Cd(Ⅱ)、Zn(Ⅱ))的真菌菌株LP-20。考察不同修复时间以及土壤p H值对固定化效率的影响。固定化效率以反应前后的镉锌有效态含量(利用TCLP提取液提取法测定)变化衡量。根据ITS(Internal transcribed spacer)r RNA基因测序结果,菌株LP-20属于Trichoderma spirale。LP-20对于Cd(Ⅱ)的固定效果普遍优于Zn(Ⅱ),并且对Cd(Ⅱ)的固定时间(10 d)少于对Zn(Ⅱ)的固定时间(20 d)。LP-20对于Cd(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的固定作用的最适宜p H范围为3~5。发现能够对土壤中镉锌离子具有良好固定化效果的真菌菌株对于发展土壤重金属污染的原位无毒无害化治理技术具有重要的实际意义。     

长期不同耕作方式对紫色水稻土重金属含量及有效性的影响

通过长期定位试验,研究了常规平作、水旱轮作、免耕冬水、垄作免耕和厢作免耕5种耕作方式对紫色水稻土剖面重金属(Fe、Mn、Cu、Zn、Pb、Cd)总量、有效量及水稻根、茎叶和糙米重金属含量的影响.结果表明,经过22 a的耕作,5种耕作方式对紫色水稻土剖面Fe、Cu、Zn、Pb、Cd总量的剖面分布状况影响不显著,而对土壤Mn的剖面分布状况影响显著,常规平作、水旱轮作及免耕冬水均导致表层土壤Mn向下层淋失.5种耕作方式下土壤Fe、Cu、Zn、Pb和Cd的有效量均随土层深度的增加呈降低趋势,而常规平作、免耕冬水、垄作免耕及厢作免耕土壤Mn有效量则表现出随土层深度的增加而增高的趋势.5种耕作方式下,表层土壤Fe、Mn有效量以水旱轮作最高,Zn、Pb有效量以常规平作最高,而Cu有效量受耕作方式的影响不显著.相关分析结果表明,表层土壤有效Fe与pH呈极显著的负相关关系,与有机质呈显著的负相关关系,有效Mn与pH和有机质均呈极显著的负相关关系,有效Zn与总Zn呈显著正相关关系.水旱轮作、垄作免耕及厢作免耕条件下水稻根部Fe、Mn含量,茎叶Fe、Mn、Cu、Cd含量,糙米Cu含量均高于常规平作和免耕冬水,水旱轮作能明显降低Cd向糙米的迁移系数,对降低糙米Cd含量有明显的效果,且水旱轮作条件下糙米Cd含量低于国家食品卫生标准.水稻根部Fe含量与pH呈极显著负相关关系,与有效Fe呈极显著正相关关系,根部Mn含量与pH呈极显著负相关关系,与有效Mn呈极显著正相关关系,茎叶中Mn含量与pH呈显著的负相关关系,与总Mn及有效Mn呈显著的正相关关系,茎叶和糙米Cu含量与pH均呈极显著的负相关关系,糙米中Zn含量与pH呈显著负相关关系,与CEC呈极显著正相关关系.结果表明,耕作方式主要通过影响土壤pH而影响土壤重金属的有效量及水稻重金属的含量,水旱轮作可提高表层土壤Fe、Mn活性,降低土壤Zn、Pb和Cd活性,并能在一定程度上降低糙米Pb、Cd含量,但也应注意长期的水旱轮作可能会导致表层土壤Mn过度向下层淋溶.     

石墨烯基磁性复合材料吸附水中亚甲基蓝的研究

建立了一种超声辅助共沉淀法制备磁性Fe3O4/氧化石墨烯(Fe3O4/GO)纳米粒子.透射电镜和磁滞回线研究表明,该复合物具有小的颗粒尺寸和超顺磁性.该磁性纳米材料可以吸附废水中的染料亚甲基蓝,实验研究了溶液pH值、吸附剂的用量、时间和温度对亚甲基蓝去除率的影响.结果表明,pH值在6~9范围内,Fe3O4/GO都能高效地吸附亚甲基蓝.反应过程在前25 min反应速率很快,到180 min内达到吸附平衡.该磁性纳米材料对亚甲基蓝的吸附符合Langmuir吸附等温模型和准二级动力学方程,吸附过程是一个自发和吸热过程.该吸附材料对亚甲基蓝吸附容量高,在313 K时Fe3O4/GO的饱和吸附量为196.5 mg·g-1.另外,可以方便地通过外部磁场分离回收吸附剂,利用过氧化氢可以再生重复使用,是一种优良的吸附染料废水的材料.     

深圳市表层土壤多环芳烃污染及空间分异研究

以深圳为研究区域,选择土壤为研究对象,以多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)为目标物,采集表层土壤样品188个,调查样品中PAHs的赋存状态,以此为基础,分析土壤PAHs污染水平与城市化进程的关系,并初步评估深圳土壤中PAHs的生态风险.结果表明,表层土壤中的28种PAHs(Σ28PAHs)、16种美国环保署优控PAHs(Σ16PAHs)和7种致癌PAHs(Σ7CarPAHs)的含量范围分别为5~7 939 ng·g-1、2~6 745 ng·g-1和未检出~3 786 ng·g-1.8种土地利用类型中Σ16PAHs平均含量由高到低依次为:交通用地、商业用地、工业用地、农业用地、居住用地、城市绿地、果园和林地.来源分析表明,化石燃料的燃烧是建设用地和非建设用地样品Σ16PAHs的主要来源,贡献率分别为75.1%和68.2%.研究还发现高分子量PAHs浓度和城市化水平呈显著正相关关系,深圳市土壤中PAHs生态风险总体处于较低水平.     

秸秆烟尘和灰烬中元素碳的稳定同位素组成

选取稻草、麦草和玉米秸秆各6个品种,进行室内模拟焚烧试验,用同位素质谱计测定了灰烬和烟尘中元素碳(EC)的同位素比值.结果表明,稻草明火和闷烧烟尘中EC的δ13C平均值分别是-28.3‰、-28.7‰,比稻草总碳分别轻2.7‰、3.0‰.麦草明火和闷烧烟尘中EC的δ13C平均值分别为-28.5‰、-28.0‰,比麦草总碳分别轻0.1‰、重0.4‰.玉米秸秆明火和闷烧烟尘中EC的δ13C平均值分别为-17.2‰、-13.6‰,比秸秆总碳分别轻3.4‰、重0.2‰.在稻草明火和闷烧灰烬中,EC的δ13C平均值分别是-27.5‰、-27.3‰,比稻草总碳分别轻1.8‰、1.6‰.在麦草的明火和闷烧灰烬中,EC的δ13C平均值分别为-27.4‰和-26.0‰,比麦草总碳分别重0.9‰和2.4‰.在玉米秸秆的明火和闷烧灰烬中,EC的δ13C平均值分别为-15.0‰和-14.8‰,比玉米秆总碳分别轻1.2‰和1.0‰.3类秸秆,尤其是稻草和玉米秸秆,其烟尘和灰烬中的EC均发生了明显的同位素分馏.其同位素组成对于识别和估算大气气溶胶中此类秸秆燃烧来源的EC有参考意义.     

麦秸及其烟尘中正构脂肪酸的组成

在不同燃烧条件下对6种麦草进行焚烧,并利用GC/MS对麦秸和烟尘中的正构脂肪酸进行了测定.结果表明,烟尘中含有碳数C8~C32的正构脂肪酸.在明火烟尘中,正构脂肪酸总含量分布于1 509.3~10 543.7 mg·kg-1之间,平均值为5 871.2mg·kg-1.其轻(C8~C16)、重(C17~C32)正构脂肪酸含量之比(L/H)为0.8~5.3,平均值为2.8;C14/C16、C28/C16、C30/C16等比值的平均值分别为16.5%、14.1%、11.4%.正构脂肪酸呈双峰式分布,其主峰碳数是C16,次峰碳数是C28或C30,且具有显著的偶碳数优势.其碳优势指数(CPI)和平均碳链长度(ACL)的平均值分别为19.8和18.2.在闷烧烟尘中,正构脂肪酸的总含量为5 799.3~37 244 mg·kg-1,平均值为15 838.6 mg·kg-1.其L/H值介于1.2~5.6之间,平均为4.2;C14/C16、C28/C16、C30/C16的平均值分别为12.7%、10.1%、6.0%.闷烧烟尘中正构脂肪酸的分布模式与明火烟尘的类似,其CPI和ACL的平均值分别为24.7和17.7.总之,虽然两类烟尘和麦秸中的正构脂肪酸均具有类似的分布模式和偶碳数优势,但三者在组成上仍然存在明显的差别.这有助于识别大气气溶胶中麦秸及其燃烧排放的正构脂肪酸.     

共存氯苯类同系物对六氯苯厌氧降解活性的影响

微生物厌氧降解六氯苯已经成为国内外六氯苯污染土壤修复技术研发的前沿和热点.研究了在不同的初始pH值、反应温度及固液比等环境条件下,3种共存氯苯类同系物五氯苯、1,2,4,5-四氯苯、1,2,4-三氯苯对染料厂污染土壤中六氯苯厌氧降解活性的影响.结果表明,在降解过程中,共存氯苯类同系物的累积对六氯苯的厌氧降解产生了反馈抑制作用,影响了六氯苯的降解活性,且在不同的环境条件下,累积规律不同,反馈抑制作用不同.反应的初始pH值较低时,五氯苯的的反馈抑制作用更突出,反应的初始pH值较高时,1,2,4-三氯苯的反馈抑制作用更突出;常温下,五氯苯的反馈抑制作用更突出,较高温度下,1,2,4-三氯苯的反馈抑制作用更突出;固液比越小,五氯苯的反馈抑制作用越突出.因此,针对性地采取提高低氯苯类同系物降解活性的措施,降低共存低氯苯类同系物在六氯苯厌氧降解过程中的累积,不失为提高污染土壤中六氯苯降解率的一种好的选择.     

不同生态系统土壤生化特征及其与土壤呼吸和N2O排放的关系

通过室内培养实验,研究了不同生态系统土壤生化特征及其对土壤呼吸和N2O排放的影响.结果表明,不同生态系统土壤的生化特征不同,土壤呼吸和N2O排放也不相同.一般果园细菌数量最多,草地放线菌数量最多,林地真菌数量最多,而竹园细菌放线菌数量最少,果园真菌最少;微生物碳氮含量一般果园>林地>农田.相关分析表明细菌数量与微生物碳氮呈显著正相关,放线菌数量与土壤有机碳和全氮含量呈极显著正相关(P<0.01),而真菌数量仅与全氮含量呈显著正相关(P<0.05).土壤呼吸累积排放量从高到低为果园>竹林>农田>林地>草地.N2O累积排放量为农田>果园>草地>林地>竹林.土壤呼吸与细菌、微生物碳氮呈显著正相关(P<0.05);土壤的N2O排放与三大微生物、铵态氮呈显著正相关(P<0.05).逐步回归分析表明土壤呼吸主要取决于土壤细菌数量和pH的变化;土壤N2O排放主要取决于土壤细菌数量和铵态氮含量的变化.     

不同碳源在污水处理过程中的变化规律研究

通过对A2/O污水处理工艺长期的分析监测,探明了城市污水处理厂原水中有机物不同生物降解性及碳源赋存形态比例.原水中大部分有机物以颗粒态存在,占进水有机物的61%.原水中快速、慢速、难生物降解有机物比例分别为15.8%、54.2%和30%,快速生物降解有机物主要以溶解态存在,慢速生物降解有机物则主要以颗粒态存在.通过快速、慢速生物降解有机物的沿程监测分析,明确了两种碳源在污水处理过程中的变化规律,厌氧池与缺氧池内均存在微生物水解发酵引起的慢速生物降解有机物的转化作用,其中厌氧反应池的转化效率最高.分析计算了污水处理过程中不同碳源的转化,明确了快慢速有机物在各单元的转化和利用情况,结果指出,2 h内慢速生物降解有机物在厌氧池与好氧池转化率分别为33%和20%.从脂肪酸的种类及含量来说,厌氧池与缺氧池的脂肪酸的种类及含量均高于原水.