Cultivar-dependent rhizobacteria community and cadmium accumulation in rice: Effects on cadmium availability in soils and iron-plaque formation

The association between the rhizospheric microbial community and Cd accumulation in rice is poorly understood. A field trial was conducted to investigate the different rhizobacterial communities of two rice cultivars with high Cd accumulation (HA) and low Cd accumulation (LA) at four growth stages. Results showed that the Cd content in the roots of the HA cultivar was 1.23 - 27.53 higher than that of the LA cultivar (0.08 - 10.5 µg/plant) at four stages. The LA cultivar had a significantly lower Cd availability in rhizosphere and a higher quantity of iron plaque (IP) on the root surface than the HA cultivar at four stages. This resulted in the reduction of Cd concentration in IPs and Cd translocation from IP-to-root. Microbial analysis indicated that the LA cultivar formed a distinct rhizobacterial community from the HA cultivar and had less α-diversity. The rhizosphere of the LA cultivar was enriched in specific bacterial taxa (e.g., Massilia and Bacillus) involved in Cd immobilization by phosphate precipitation and IP formation by iron oxidization. However, the rhizosphere in the HA cultivar assembled abundant sulfur-oxidizing bacteria (e.g., Sulfuricurvum) and iron reduction bacteria (Geobacter). They promoted Cd mobilization and reduced IP formation via the metal redox process. This study reveals a potential approach in which specific rhizobacteria decrease or increase Cd accumulation in rice on contaminated soil and provides a new perspective for secure rice production.     

老工业城市土壤-作物系统重金属的迁移累积及风险协同评价

为查明老工业城市土壤-作物系统的重金属环境地球化学特征,测试和分析石嘴山市水稻、小麦和玉米籽实及其根系土重金属含量和形态,利用统计学方法、风险评价编码法(RAC)、生物富集系数法(BCF)、土壤和农产品综合质量影响指数法(IICQ)及ArcGIS空间插值法开展土壤-作物系统重金属的迁移累积特征剖析及风险协同评价.结果表明,根系土中重金属ω(As)、ω(Cd)、ω(Cr)、ω(Cu)、ω(Hg)、ω(Ni)、ω(Pb)和ω(Zn)均值分别为12.56、 0.19、 63.48、 23.52、 0.038、 28.86、 21.68和69.47mg·kg^-1,与宁夏土壤背景值相比呈一定程度的累积,其中以Cd和Hg累积效应最为显著,但均低于农用地土壤污染风险筛选值;配套作物中上述8种重金属含量均值分别为0.014 9、 0.011 2、 0.075、 6.7、 0.001 5、 0.67、 0.042 7和20.48mg·kg^-1,与食品中污染物限量相比,作物中As、 Pb和Cr点位超标率分别为4%、 3%和1%,其余元素均未超标;相比水稻和小麦,...     

设施农业土壤磷素累积迁移转化及影响因素

为了科学合理施用磷肥,减小对设施农业环境带来的污染风险,以北京市大兴区设施农业集中区为研究对象,通过对不同种植年限设施农业剖面土壤(0～100 cm)磷素含量的测定分析,探究磷素累积与迁移转化特征.结果表明,设施农业表层土壤全磷和有效磷含量变化范围大,显著高于周边粮田土壤,主要跟不同种植年限农户的施磷量相关,随着土层深度的增加,全磷和有效磷含量逐渐减小,呈现表聚特征,其中土壤ω(全磷)范围在0.38～2.58 g·kg^-1,ω(有效磷)范围在1.60～256.00 mg·kg^-1.随着种植年限的增加,土壤全磷和有效磷含量呈现先增加后减小的趋势,在15 a左右达到峰值,随后逐渐减少,趋于稳定,总体处于较高水平.无机磷主要集中在设施农业表层土壤,其中Ca-P占无机磷的比例最大,达到了98.38%,Ca₁₀-P是最主要的Ca-P形态,含量占Ca-P的78.70%,Ca₂-P占比最小,仅占9.50%.不同形态无机磷含量呈现表层土壤富集,向下减少的垂直分布特征;不同土层深度,不同形态无机磷占全磷比例变化存在差...     

肥料调控强化象草对重度Cd污染农田修复效果

象草（Pennisetum purpureum Schumach.）因适应能力强、生长迅速和生物量大,且具有一定的经济效益,在重金属污染土壤植物修复中有很好的应用前景.通过田间试验,研究不同肥料（有机肥、复合肥和追施氮肥）联合施用强化象草修复重度Cd污染农田的效果.结果表明：①不同肥料调控处理降低了土壤pH值,提高了土壤有机质含量,根际土壤总Cd含量较修复前降低了8.3%~23.3%,土壤有效态Cd含量较对照降低了11.7%~34.6%;②不同肥料调控处理显著促进了象草生长和对Cd的吸收累积,象草地上部生物量增加29.2%~368.2%,象草Cd总累积量增加了37.8%~283.9%,其中有机肥+复合肥+追施氮肥处理（F3N）象草Cd总累积量达到了145.48 g·hm^-2;③不同肥料联合对提高象草Cd累积量的效果为：有机肥+复合肥+追施氮肥>有机肥+复合肥>单一复合肥.因此,在重度Cd污染农田植物修复中,肥料调控可以强化象草对土壤中Cd的富集移除效果,进而加快对污染农田的修复.     

集约化种植区硝态氮在土壤剖面中的分布与累积特征

采用GPS定位、土钻取样的方法,在北京市大兴区14个乡镇的农田土壤中选取了91个土壤剖面,分别在0～20cm、20～40cm、40～60cm、60～80cm4个不同深度取得土壤样品,并在一次种植期结束后,综合考虑种植类型和土壤质地后选取24个重复取样点.在此基础上,分析了种植类型及土壤质地对硝态氮分布及累积情况的影响.结果表明,研究区土壤中的硝态氮含量有随土壤深度的增加呈降低的趋势.露地菜田和设施菜田最容易出现硝态氮淋洗现象,果园和粮田的总体状况较好,但粮田个别地区有一定的污染风险,细质地土壤具有较强的保水保肥能力.大兴区采育镇及长子营镇地区有较高的硝态氮累积量,为硝态氮淋洗污染危险区,应进行合理施肥,以免在一个种植期结束后造成较深层土壤中硝态氮的累积.研究结果可为大兴区地下水环境保护提供参考.     

甲苯对土壤芳基硫酸酯酶活性的影响

甲苯作为土壤酶测定的前处理试剂及许多有机污染物在环境中降解的中间产物,有关其对土壤酶的影响研究在土壤酶学和环境科学领域具有重要意义.因此,采用模拟方法,较系统地研究了不同剂量甲苯和处理时间下芳基硫酸酯酶活性的变化规律.结果表明,甲苯对纯酶具有明显的抑制作用,酶活性降幅最大达到45.5%;灭菌土壤对溶液中的纯酶有很强的吸附能力;极微量的甲苯即可完成对土壤中酶活性的激活作用,酶活性增幅为109%～298%;随着甲苯剂量的增加,土壤酶活性的变化幅度逐渐趋缓,并可用Langmuir模型较好地拟合,由此获得了最大表观酶活性Umax,发现其与土壤性质显著相关,说明甲苯主要是通过杀死土壤中的微生物来影响土壤酶活性的.此外,初步探讨了不同土壤中胞外酶量与胞内酶量的关系,发现在供试土样中土壤芳香硫酸酯酶胞外酶和胞内酶分别占54.4%和45.6%.本研究可为后续土壤酶测定质量的完善和提高提供依据.     

共生细菌对盐生小球藻亚砷酸盐代谢的影响

为探讨共生细菌对盐生小球藻（Chlorella salina）亚砷酸盐（As（III））富集和形态转化的影响,从C.salina培养液中分离培养出一株共生细菌,并采用抗生素处理C.salina获得无菌藻,设置0,75,150,300,750 μg/LAs（III）溶液处理带菌和无菌的C.salina,7d后测定C.salina对As（III）的吸收、吸附和富集量,以及培养液和藻细胞内As的形态,计算带菌和无菌C.salina对As（III）的氧化率和去除率;使用不同浓度的As（III）处理共生细菌7d,并以300μg/L的As（III）处理共生细菌不同时间,计算两种情况下共生细菌对培养液中As（III）的氧化率和去除率.结果表明：C.salina的共生细菌为根癌农杆菌（Agrobacterium tumefaciens WB-1）;与无菌C.salina相比,带菌C.salina生长更快、对As（III）的耐性更强.带菌C.salina对As（III）的富集量为103.10~448.12mg/kg、氧化率为78.93%~96.88%、去除率为18.92%~55.21%,显著高于无菌C.salina的富集量（11.68~91.39mg/kg）、氧化率（14.46%~26.39%）和去除率（12.82%~29.15%）,也高于A.tumefaciens WB-1对As（III）的氧化率（4.51%~30.61%）和去除率（1.86%~16.19%）.此外,带菌C.salina胞内还检测到少量的As（III）和甲基砷,而在无菌C.salina胞内没有甲基砷存在.共生细菌促进了盐生小球藻对As（III）的富集和形态转化.     

碳源对O/A-F/F模式积累内源聚合物及反硝化的影响

好氧/缺氧-盛宴/饥饿(O/A-F/F)选择模式能够在好氧段实现活性污泥积累内源聚合物的同时在缺氧段原位利用内源聚合物驱动反硝化.为了深入探究不同的碳源类型对O/A-F/F模式下内源聚合物积累和内源反硝化的影响,实验以乙酸和葡萄糖为主要碳源探究内源聚合物积累和内源反硝化特性以及富集的活性污泥菌群的结构和功能.结果表明,在O/A-F/F选择模式下,当进水化学需氧量(COD)为500 mg·L~(-1)左右时,以乙酸为主要碳源系统(Ac-SBR)和以葡萄糖为主要碳源的系统(Gc-SBR)均能实现40 mg·L~(-1)的硝酸盐氮的内源去除,且各系统均实现了部分短程反硝化.但Ac-SBR实现了更高的亚硝酸盐的积累.乙酸有利于内源聚羟基脂肪酸酯(PHA)积累并驱动内源反硝化过程,PHA产率为0.52,平均反硝化速率(DNR)为9.65 mg·(L·h)-1.Gc-SBR系统能够实现PHA和糖原(Gly)的同时积累,但Gly产率高于PHA产率,分别为0.36和0.17,DNR为4.35 mg·(L·h)-1.Gly是实现内源反硝化过程的主要驱动力,反硝化脱氮贡献率占总量的77%.16S rRNA高通量测序表明Proteobacteria门中的β-Proteobacteria在Ac-SBR中为优势菌纲,菌群丰度为40.56%,而在Gc-SBR中菌群丰度为18.05%.α-Proteobacteria可能在Gc-SBR中贡献了微生物的糖原积累.β-Proteobacteria、Unclassified Bacteroidetes和Lgnavibacteria在Ac-SBR中贡献了内源PHA积累.     

ClO2消毒工艺对污水处理厂出水超级耐药基因的影响

为了研究二氧化氯（chlorine dioxide,ClO₂）消毒工艺对污水处理厂出水中超级耐药基因（super antibiotic resistance genes,SARGs）的去除效果,对污水处理厂出水消毒前后的水样进行了全年采集,并采用微孔滤膜正压过滤法及核酸吸附柱-洗脱法分别富集水中细菌和胞外核酸后,利用荧光定量PCR技术对其中的9种SARGs进行定量检测.结果表明,无论是胞内还是胞外核酸,均有NDM-1、MCR-1 和MEC-A被检测出;同时,ClO₂消毒后上述3种SARGs的胞内相对总浓度明显上升（P<0.05）,且ClO₂消毒对胞内SARGs相对浓度的影响与季节有关,其中春季、夏季和秋季均发生上升,且春季升高最为明显,达2倍,而冬季出水在消毒前后均未测出胞内SARGs;胞外SARGs则在ClO₂消毒前后没有明显浓度变化.因此,ClO₂消毒不能有效去除污水处理厂出水中胞内和胞外SARGs污染.     

铜仁土壤-水稻重金属积累效应与安全种植区划

铜仁市有色金属矿业活动频繁,为了解贵州省铜仁地区土壤-水稻重金属积累与迁移转化状况,开展水稻安全种植区划,共采集水田土壤和相应稻米样品230组,并测试重金属和土壤理化性质等.通过单因子指数法对稻米样品进行评价,并结合土壤环境质量和食品污染物限量提出安全种植区划方法.结果表明:①水田土壤pH在4.4～7.9之间,ω(As)、ω(Cd)、ω(Cu)、ω(Hg)、ω(Ni)和ω(Zn)平均值分别为 12.94、0.343、30.53、3.869、30.32和 110.0 mg-kg-1,其中 As、Cd、Hg 和 Zn与环境质量农用地土壤污染风险管控标准中的筛选值相比,超标11.7％、10.9％、53.0％和3.04％.②稻米中ω(As)、ω(Cd)、ω(Cu)、ω(Hg)、ω(Ni)和 a(Zn)的表征值为0.056、0.017、1.445、0.010、0.215和 17.59 mg·kg-1;与国家食品安全标准(GB 2762-2017)相比,稻米样品中As、Cd和Hg含量超标达15.7％、3.04％和19.1％.其As超标点位主要集中分布于松桃县,Hg主要分布于碧江和万山区.③稻米富集系数大小顺序为:Zn＞Cd＞Cu＞Hg＞As=Ni,稻米对于Zn的吸收富集能力最强.④研究区大部分区域均属于优先保护类,安全利用类集中分布在铜仁东部,严格管控类零星分布于碧江区、万山区和江口县等地.结果表明,铜仁市部分地区土壤存在重金属污染,同时水稻的安全种植也存在一定风险.