化肥和有机肥配施生物炭对根际土壤反硝化势和反硝化细菌群落的影响

为明确化肥和有机肥配施生物炭对根际土壤反硝化细菌和反硝化势的影响,以柠檬根际土为研究对象,设置不施肥(CK)、化肥(CF)、有机肥(M)、化肥配施生物炭(CFBC)和有机肥配施生物炭(MBC)等5个处理,通过测定根际nirS型、nirK型和nosZ型反硝化菌群落特征、反硝化势和土壤环境因子,明确化肥和有机肥配施生物炭对根际反硝化作用的影响.结果表明,与CK相比,CF处理显著降低根际土壤反硝化势47.7%,M和MBC处理分别显著增加反硝化势的2 192.7%和1 989.9%; M和MBC处理显著增加nirS型和nosZ型反硝化菌的基因拷贝数,CF和CFBC处理显著降低nirS型和nosZ型反硝化菌基因拷贝数,而4个施肥处理均显著增加nirK型反硝化菌基因拷贝数.逐步回归分析结果表明：pH是nirS型反硝化菌丰度的主要影响因子,有机质(SOM)和铵态氮(NH⁺₄-N)是nirK型反硝化菌的主要影响因子,pH、硝态氮(NO^-₃-N)和氮磷比(N/P)则是nosZ型反硝化菌的主要影响因子.偏最小二乘法分析...     

化肥减量配施有机肥对柠檬根际/非根际土壤细菌群落结构的影响

研究不同施肥方式对柠檬根际/非根际土壤理化性质及细菌群落结构的影响,可为果园科学合理地施肥提供理论依据.采用盆栽试验,设置对照(CK)、常规施肥(FM)、有机肥(P)、新鲜有机肥(NP)、 70%化肥+30%有机肥(70FP)和50%化肥+50%有机肥(50FP)这6个施肥处理.采用化学分析、实时荧光定量PCR技术和末端限制性片段长度多态性分析(T-RFLP)方法,研究不同施肥处理对根际/非根际土壤的理化性质、细菌16S rRNA基因的丰度和细菌群落结构的影响,并通过冗余分析(RDA)探究影响柠檬根际/非根际土壤细菌群落结构的环境因子.结果表明：(1)化肥减量配施有机肥(50FP和70FP)能显著提高根际/非根际土壤pH值、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾和硝态氮的含量(P<0.05);与常规施肥(FM)和单施有机肥(P和NP)相比,化肥减量配施有机肥处理的土壤有效磷含量提高了24.76%～97.98%,速效钾含量提高了6.87%～45.11%,硝态氮含量提高了18.42%～55.82%.(2)化肥减量配施有机肥能显著提高土壤细菌丰度及土壤呼吸速率(P<0.05),其中50F...     

刺槐根际变形杆菌的分离和去除重金属的性能

变形杆菌在重金属污染等毒害环境中有着超强的代谢能力和环境适应性,不仅是许多污染环境的优势菌群,还能耐受和利用重金属及其他环境毒素作为自身能量和营养来源。它可以通过生物转化改变重金属离子状态,减轻重金属对环境的毒害,同时帮助植物增强重金属抗性,提升对重金属的吸附能力,但对于其作为环境土著菌在重金属土壤污染修复中的研究甚少。该研究通过对重金属复合污染的尾矿库中木本植物的重金属含量和富集水平测定,筛选出了镉超富集刺槐,并通过生理生化特征及重金属去除等实验于刺槐根际筛选出一株耐镉、锌、铅的变形杆菌(Proteus sp.)Ch-8,其对Cd~(2+)、Pb~(2+)、Zn~(2+)的最小抑菌浓度(MIC)分别达到了2800、1500和900 mg/L。实验结果还表明,在多离子共存的环境下,该菌对Cd、Pb、Zn的去除能力尤为突出:重金属离子初始浓度为200～400 mg/L,Cd~(2+)、Pb~(2+)、Zn~(2+)的去除率仍能达到64.5%、90%和74.1%,为开发变形杆菌作为重金属污染生物修复新材料,进一步探究其与超富集植物的协同作用提供了数据参考。     

洞庭湖不同营养级鱼组织中PCBs的分布特征

采用稳定同位素分析技术和气相色谱-高分辨质谱联用技术,测定了洞庭湖6种鱼组织的稳定氮同位素丰度值（δ¹⁵N值）和多氯联苯（PCBs）的含量,研究了鱼组织中PCBs分布特征及其与营养级的相关性.结果表明,∑PCBs₁₁₅的浓度范围为0.04~9.77ng/g湿重,在鲤鱼性腺组织中最高.毒性当量为：0.0003~2.39pg/g湿重,在鳡鱼脂肪组织中最高.洞庭湖鱼中PCBs的含量处于较低水平.PCB28,52,95,99,101,105,110,118,138,153,155和209在所有组织中检出.Co-PCBs,Ind-PCBs和PCB209具有组织分布特异性.不同计量方式下,鱼组织中PCBs与δ¹⁵N值具有相关性的同类物不同.     

荧光溶解性有机质EEMs的新旧自组织映射图解析方法比较研究

目前,对地表水体荧光溶解性有机质(Fluorescent Dissolved Organic Matter,FDOM)三维激发发射矩阵(Excitation-Emission Matrices,EEMs)数据的解析仍旧存在挑战.本文结合原始EEMs和从中分离的荧光平行因子分析(Parallel Factor Analysis,PARAFAC)组分,利用自组织映射图(Self-Organizing Maps,SOM),开展了基于传统EEMs-SOM和新型PARAFAC-SOM神经网络模型的复杂荧光数据解析能力对比研究,以此探索和改进EEMs多元解析方法技术体系.模型以已发表论文原始数据为基础构建,研究对象为南太湖重要入湖河流东苕溪水系.结果显示:EEMsSOM模型需依赖常规"摘峰法"对各荧光峰做出主观判断,不能有效识别重叠荧光峰,且人为割裂多激发共发射荧光物质峰之间的联系,从而弱化分析结果的实际环境意义,但神经元的模式荧光光谱可视化效果较佳,且操作简便,耗时较少;PARAFAC-SOM模型克服了上述缺陷,可清除EEMs中的噪声或无用信息,大幅降低输入变量数(从1742个降至4个),缩减运算时间,较大地改善了输出结果的准确性,获得无损可靠且实际环境意义较强的结果,但该法的PARAFAC预处理要求较高,工作量较大;两类模型解析结论大体一致,对前期研究进行了全新的阐述和补充,且生动揭示了FDOM在多级河流水体中的空间赋存变化规律及河流的动态污染过程.综上,推荐在今后研究中综合使用两类优势互补的模型以实现对EEMs的深度解析.     

施氮和水分管理对光合碳在土壤-水稻系统间分配的量化研究

施肥和水分管理是影响水稻生长的两个关键因素,探讨水肥耦合条件下光合碳在"水稻-土壤"系统输入与分配动态,对深入解析稻田土壤碳循环具有重要意义.本研究通过盆栽试验,选用籼性常规水稻品种(中早39),采用13C-CO_2连续标记技术,量化研究施氮和水分管理对光合碳在"水稻-土壤"系统中分配的影响.结果表明:施氮增加了水稻地上部干物质重和碳、氮含量,却显著降低了水稻根冠比;干湿交替使施氮条件下的水稻地上部全碳、全氮含量较持续淹水处理分别提高了22%和33%,根系中全碳、全氮含量分别提高了36%、44%,这表明施氮有利于水稻地上部生长,而干湿交替显著促进了水稻根系的生长.施氮显著增加水稻地上部13C含量,与不施氮处理相比增加了32%~83%;施氮使光合碳在水稻地上部的回收率增加6%~32%,在根系的回收率减少18%~59%.水分管理对13C分配的影响表现为:连续标记22 d后,在施氮条件下,干湿交替使水稻地上部、根系13C量均有一定量的增加;不施氮条件下,干湿交替与持续淹水处理相比,地上部13C量减少10.3mg·pot-1,回收率降低了11%~12%;根系13C量增加1.9 mg·pot-1,回收率提高了24%~57%.施氮和干湿交替都显著增加了13C在根际土壤中的累积与回收率.因此,施氮增加了光合碳在土壤-水稻系统中的累积,但降低了光合碳在根系中的分配,干湿交替比持续淹水更利于光合碳向土壤中的传输与累积,水肥耦合管理显著调控了光合碳的传输与分配.该研究进一步量化了水肥管理条件下水稻光合碳的分配及其在土壤有机碳库中的传输特征,为稻田水肥管理、水稻土有机质积累持续机制提供了理论依据和数据支撑.     

离子色谱同时测定脱硫脱硝副产物中SO_3~(2-)、SO_4~(2-)、NO_2~-、NO_3~-方法研究

使用离子色谱测脱硫脱硝副产物中的亚硫酸根、硫酸根、亚硝酸根、硝酸根4种离子,研究通过加甲醛抑制亚硫酸根的氧化,研究甲醛对4种离子,以及4种离子之间在测定时是否会相互影响。结果发现:硫酸根、亚硝酸根、硝酸根3种离子比较稳定,而SO_3~(2-)易被氧化。发现采用甲醛作为抗氧化剂可以较好地抑制SO_3~(2-)的氧化;用1 mmol/L的KOH作为淋洗液时,甲醛的质量分数可选为0.05%,若甲醛浓度过高,除影响色谱柱寿命外,SO_3~(2-)的出峰面积也会变小。甲醛的加入不影响亚硝酸根和硝酸根的出峰。亚硫酸根、硫酸根、亚硝酸根、硝酸根同时测定过程中相互干扰不大,4种离子的线性关系较好。采用甲醛做抗氧化剂时,不应采用Na_2CO_3等弱碱溶液作为淋洗液。总之,通过加入适量的甲醛,离子色谱法可以准确同时测定脱硫脱硝产物的亚硫酸根、硫酸根、亚硝酸根、硝酸根4种离子。     

根系互作对玉米与续断菊铅镉累积的影响及其效应分析

通过单作(PVC塑料隔板分隔)、隔根(尼龙网分隔)、间作(不分隔)3种处理方法研究玉米、续断菊不同互作方式对Pb、Cd吸收的影响,并对根系效应进行了分析。结果表明:(1)3个处理中玉米生物量隔根相比单作增加了74.32%,间作相比单作减少了15.57%;续断菊生物量间作比单作增加了78.29%,隔根比单作增加了16.45%。(2)玉米Pb含量间作比较单作降低了27.4%,隔根相比单作降低了15.10%;玉米Cd含量隔根显著高于单作和间作,分别高出16.62%和14.11%,单作与间作之间无显著性差异。(3)续断菊Pb含量间作显著低于单作与隔根,分别低29.73%和23.68%,隔根与单作之间差异性不显著;续断菊Cd含量间作显著高于单作和隔根,分别高出38.97%和38.65%,单作与隔根之间差异性不显著。(4)3种处理中,与单作玉米Pb累积量比较,间作降低了37.68%,隔根增加了53.27%;续断菊Pb累积量间作比单作增加了170.21%,隔根比单作增加了48.47%。3个处理中,玉米Cd累积量间作比单作降低了44.32%,隔根比单作增加了98.86%;续断菊Cd累积量间作比单作增加145.90%,隔根与单作之间没有显著性差异。(5)3个处理中玉米Pb有效转运系数间作单作隔根;玉米Cd有效转运系数间作单作隔根。3个处理中续断菊Pb有效转运系数间作单作隔根;续断菊Cd有效转运系数间作单作隔根。(6)根系互作总效应抑制了玉米对Pb、Cd的吸收,其中根系效应抑制了玉米对Pb、Cd的吸收,溶液菌根效应促进了玉米对Cd的吸收;根系互作总效应促进了续断菊对Pb、Cd的吸收,其中,根系效应抑制了续断菊对Pb的吸收累积,促进了续断菊对Cd的吸收累积,溶液和菌丝效应促进了续断菊对Pb的吸收累积,抑制了续断菊对Cd的吸收累积。结果表明,根系作用降低了玉米Pd、Cd累积量,提高了续断菊Pb、Cd累积量。     

嗜根寡养单胞菌DSM14405T对高浓度Cr(Ⅵ)的抗性及其还原特性分析

为了寻找植物-微生物联合治理Cr（VI）污染的合适微生物,分析了一株植物根际促生菌——嗜根寡养单胞菌DSM 14405^T（Stenotrophomonas rhizophila DSM 14405^T）对不同浓度Cr（VI）的还原能力、Cr（VI）还原最适培养条件、对连续投加Cr（VI）的还原能力及高浓度Cr（VI）处理不同时间的转录组变化.结果表明,嗜根寡养单胞菌DSM 14405^T在24 h内对10、50、200和500 mg·L^-1 Cr（VI）的还原率分别为100%、92.4%、26.2%和16.5%,且在30℃、pH=7.5、转速180 r·min^-1条件下培养能最经济、高效地还原Cr（VI）.该菌能在64 h内完全还原2次所投加的50 mg·L^-1的Cr（VI）,第3次投加后仅能还原55.2%左右.比较转录组学分析可得,200 mg·L^-1Cr（VI）作用下,嗜根寡养单胞菌DSM 14405^T细胞表现出显著的抗性.具体表现为：大幅度上调胞内消除有毒自由基的相关基因、DNA修复相关基因以防止DNA因自由基受损,同时下调细胞组分及蛋白代谢等与细胞抗性相关性低的通路.并且,随着Cr（VI）的还原和细胞对环境的适应,Cr（VI）抗性相关基因及通路的调节在长时暴露中明显少于短时暴露.本研究为Cr（VI）污染的原位植物-微生物联合治理提供了可选菌株和理论依据.     

基于自组织映射与哈斯图方法的地表水水质评价研究

地表水水质评价是水资源管理与保护中的非常重要的问题.本研究主要目的是应用自组织映射(Self-Organizing Map,SOM)与哈斯图方法(Hasse Diagram Technique,HDT)对地表水水质监测数据集进行分类、建模、解释与评估.以西苕溪流域为例,对其50个断面于2010年6月-2011年5月进行月频率的水质监测.应用SOM分析发现,水质参数可分成10个聚类组,反映了西苕溪流域水质丰、平与枯水期特征,pH、高锰酸盐指数(CODMn)在各个水期变化不大;溶解氧(DO)在枯水期与平水期相对较高,水质具有一定的自净能力;丰水期的氨氮(NH4+-N)、总氮(TN)与总磷(TP)值相对较小;西苕溪流域TN:TP(氮磷质量比)平均为46,监测期间变幅较大为2～482,监测期内有66.7％的水质样本处于磷限制状态,仅有3.2％处于氮限制状态,存在氮限制与磷限制交替出现的状态,表明流域总体处于磷限制状态.选取CODMn、NH4+-N、TN 与TP指标进行HDT综合分析,反映流域上游水质较好,中、下游水质相对较差;敏感性分析结果表明,CODMn敏感性数值最大为235,其次是TN为156,、NH4+-N与TP分别是61与34,表明西苕溪流域的CODMn、TN存在较大的环境风险.建议在西苕溪流域即将开展的环境整治与规划时应考虑开发相关的削减技术与制定相关措施政策以减少CODMn、TN污染.