基于酶化学计量法探究有机无机肥配施调控果园土壤微生物碳、磷代谢机制

土壤微生物的C、N、P养分需求和代谢限制与环境养分的有效性有着密切关系.然而,有机无机肥配施如何影响苹果园土壤微生物C、N、P代谢限制亟待进一步研究.因此,基于2008年建立的苹果园长期定位试验,应用土壤酶化学计量学理论与方法,系统研究有机无机肥配施对土壤C、N和P周转相关的酶活性（β-1,4-葡萄糖苷酶,BG;β-1,4-N-乙酰基氨基葡萄糖苷酶,NAG;L-亮氨酸氨基肽酶,LAP;碱性磷酸酶,PHOS）及其化学计量特征的影响,并分析其与环境因子和微生物碳利用率之间的关系.试验共设4个处理,分别为不施肥（CK）、单施氮磷钾化肥（NPK）、单施有机肥（M）和化肥配施有机肥（MNPK）.结果表明：①在果树各生育期,施用有机肥处理（MNPK和M）的微生物量碳（microC）含量显著高于不施有机肥处理（CK和NPK）;微生物量氮（microN）含量,在萌芽期NPK、MNPK和M处理比CK处理分别增加了89%、269%和213%（P<0.05）.②CK处理在萌芽期有较高的叶片ω（N）和ω（P）（29.8 g ·kg^-1和2.17 g ·kg^-1）,并且仅果树萌芽期的叶片P含量与土壤有效磷（AP）含量呈显著负相关.③土壤酶化学计量分析的所有数据点均在1 ：1线以上,表现为微生物群落存在较强的P限制;果树生长期,矢量长度和角度的变化范围分别为0.56~0.79和59.3°~67.7°,且研究中矢量角度均>45°,也体现了微生物存在较强的磷限制.④RDA和随机森林模型分析结果表明,有机碳和速效氮（AN）是影响矢量长度的主要理化因子,AP、AN和土壤含水量是影响矢量角度的主要理化因子;SEM分析表明,AN和可溶性有机碳（DOC）直接影响microC和microN,AP直接影响microP和microN,DOC和AP直接影响矢量长度,AP和microN直接影响矢量角度;微生物碳利用率与矢量长度呈显著正相关,与矢量角度呈显著负相关.综上所述,有机无机肥配施通过影响果树不同生育期土壤碳和磷含量,调控微生物碳、磷代谢进而影响微生物碳利用率,为有机无机肥配施提升土壤质量、维持土壤健康提供科学依据.     

缢蛏对潮间带原油污染的氧化应激及IBR评价

通过研究不同浓度原油污染对缢蛏(Sinonovacula constricta)鳃和内脏团抗氧化酶活性、脂质过氧化及鳃结构的影响,结合综合生物标志物响应(IBR),探讨潮间带原油污染对生物的毒性效应.结果显示:在剂量-效应方面,2种组织超氧化物歧化酶(SOD)活性和内脏团中谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)总体上表现为低浓度诱导、高浓度抑制效应;SOD诱导与过氧化氢酶(CAT)抑制同时出现,规律大致相反.在时间-效应上,SOD活性呈升高-降低-升高的趋势, CAT与GPx呈先降低后升高的趋势;谷胱甘肽硫转移酶(GST)在鳃中呈现先升高后降低的趋势,酶活性最高为371.663U/mgprot.暴露前期(6h)缢蛏2种组织中丙二醛(MDA)含量显著增加,鳃和内脏团中MDA含量最高值分别为5.030和10.705nmol/mgprot,后期逐渐平稳.IBR结果表明鳃中生物标志物对原油污染敏感度更高.原油暴露会使鳃丝结构发生变形或引起鳃丝脱离等现象.研究表明,缢蛏鳃更适宜作为潮间带原油暴露生物监测与评价的器官.     

厌氧氨氧化耦合反硝化工艺的启动及微生物群落变化特征

为了解厌氧氨氧化耦合反硝化启动过程中脱氮除碳性能与微生物群落的关系,通过逐步提高进水COD浓度研究了SAD启动过程中脱氮除碳性能和微生物群落变化.结果表明,随着进水COD浓度增加,出水NH_4~+-N和NO_2--N的浓度保持稳定,平均去除率均在98%以上; TN去除率逐渐升高,第3阶段TN平均去除率为95. 6%,比厌氧氨氧化理论TN去除率高6. 8%;ΔNO_3~--N/ΔNH_4~+-N明显下降,从0. 15～0. 17逐步降至0. 03～0. 07;厌氧氨氧化脱氮贡献率逐渐下降,反硝化脱氮贡献率逐渐上升,COD去除率逐步增加.污泥活性分析表明SAD启动后污泥反硝化活性明显增加,厌氧氨氧化活性略微降低.高通量测序结果表明,反应器内微生物的优势菌门为绿弯菌门、浮霉菌门、厚壁菌门、装甲菌门和变形菌门,微生物群落特征与SAD脱氮除碳性能密切相关,与脱氮除碳有关的功能微生物主要有厌氧氨氧化菌、厌氧消化菌和反硝化菌,SAD启动后反应器内厌氧氨氧化菌丰度减少,厌氧消化菌和反硝化菌丰度明显增加.     

典型煤炭产业园区土壤重金属污染对细菌群落结构的影响

煤炭产业活动可导致一定程度的土壤重金属污染,进而影响土壤微生物群落的正常组成区系.选取山西省襄垣县典型煤炭产业园区土壤为研究对象,系统解析4种不同类型企业(采煤厂、选煤厂、化工厂和燃煤电厂)和2种对照样地(村庄、公园)周边土壤的基本理化性质、重金属含量和酶活性的差异特征,基于高通量测序技术识别土壤细菌群落的结构,采用相关分析和冗余分析探究土壤细菌群落结构与环境因子之间的关系.结果表明,研究区土壤均为碱性,Cr、 Ni、 Cu、 Zn、 As、 Cd、 Pb和Hg等8种重金属的含量均高于山西省土壤元素背景值,其中As、 Cd和Pb的超标倍数较高,但均未超过《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618-2018)的风险筛选值.不同样地土壤纤维素酶和碱性磷酸酶活性存在显著差异(P<0.05),它们分别在化工厂和公园土壤中活性最高.研究区土壤细菌群落的优势菌群为放线菌门(Actinobacteria),在化工厂周边土壤中相对丰度最大;其次为变形菌门(Proteobacteria).Cd、总碳、总氮和碱性磷酸酶活性是影响土壤细菌群落的显著环境因子,且主要影响着酸杆菌...     

降水改变下撂荒草地的化学计量失衡改变调节土壤呼吸

降水作为全球气候变化的关键因子,其变化会影响土壤呼吸.微生物是土壤呼吸的关键驱动因素,但是在不同降雨梯度下,针对脆弱生境地区,微生物化学计量与呼吸的关系还不明确.以黄土丘陵区典型撂荒草地为研究对象开展了原位模拟降雨变化的实验(5个降水梯度),测定了土壤呼吸、养分、微生物生物量和胞外酶,并计算微生物计量特征.结果表明：(1)土壤呼吸(SR)在增雨处理下土壤呼吸显著升高,而在减雨处理下显著降低.(2)降水变化影响了化学计量不平衡,其中活性资源库氮(N)与磷(P)之间的不平衡(N∶P不平衡)整体呈现出近“U”型趋势,活性资源库碳(C)与P之间的不平衡(C∶P不平衡)仅在2019年变化显著,变化趋势为：P50>P25>CK>D25>D50,表明C∶P不平衡对降雨变化更敏感.(3)随降雨量的增加土壤β-1,4-葡糖苷酶(BG)降低,氮降解酶活性β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)和亮氨酸胺肽酶(LAG)之和(NAG+LAP)在两年减雨处理期间显著下降;碱性磷酸酶(ALP)在增雨条件下活性显著增强,而在减雨条件下活性显著减弱;BG∶(NAG+LAP)和BG∶ALP均...     

不同来源胡敏酸化学组成及其结合态磷素的生物有效性

磷(P)是存在于腐殖物质中的主要元素之一,然而不同来源腐殖物质中P素的生物有效性及其影响因素尚不清楚.本研究以土壤、泥炭、玉米秸秆、牛粪、猪粪和鸡粪为供试材料,利用酶水解方法比较了不同来源胡敏酸(HA)中P素生物有效性的差异,分析了P素生物有效性与HA化学组成之间的关系.结果发现:HA中活性无机P占HA全P的19.9%～46.4%,活性有机P占HA全P的23.3%～53.8%,活性P总量占HA全P的43.3%～84.7%;活性有机P中,类植酸态P的比例(9.13%～25.1%)最高,其次为简单单酯P(7.06%～22.3%)和多核苷酸P(4.12%～7.46%);不同来源HA相比,活性无机P的含量以土壤HA最高而鸡粪HA最低,活性有机P的含量以秸秆HA最高而牛粪HA最低,活性P总量的顺序为秸秆HA土壤HA≈猪粪HA泥炭HA牛粪HA鸡粪HA;Pearson线性相关分析指出,活性无机P与Al含量之间呈显著的负相关,活性有机P与Ca、Mg、Zn、碳水化合物和双烷氧碳含量之间呈显著的正相关,而活性P总量与Fe含量之间呈显著的负相关.上述结果说明,不同来源HA结合态P素的生物有效性不同,其中秸秆HA结合态P素的生物有效性最高,其次为土壤HA、猪粪HA、泥炭HA和牛粪HA,而鸡粪HA结合态P素的生物有效性最低;HA中酶可水解的活性有机P含量与其中金属元素和有机碳官能团的组成有关,HA中与Ca、Mg和Zn结合的P是酶可水解的有机P形态,同时HA中活性有机碳官能团含量较高则活性有机P的含量也较高.     

新疆喀纳斯景区道路沿线表土环境磁学特征

为验证环境磁学方法监测旅游景区道路沿线土壤污染的可行性,分别采集新疆喀纳斯旅游景区道路沿线区（距离道路 < 0.5 m）、远离道路区（距离道路>30 m）以及远离旅游活动区（作为对照区）的表土样品,利用磁测、扫描电子显微镜和能谱仪方法对其磁学性质、空间分布及其成因进行研究.结果表明:①道路沿线区表土样品χ_LF（低频磁化率）、SIRM（饱和等温剩磁）平均值分别为194.24×10-8 m3/kg和2 288.62×10-5 Am2/kg,显著高于远离道路区和对照区.②道路沿线表土样品SOFT（软剩磁）、HIRM（硬剩磁）及S_-ratio（300 mT反向磁场测试的等温剩磁与SIRM比值的相反数）平均值分别是对照区的4.35、3.66、0.99倍,S_-ratio平均值接近于1,SIRM/χ_LF平均值小于20 kA/m,χ_FD（百分频率磁化率）平均值为2.04%,IRM（等温剩磁）获得曲线呈先快后慢的上升趋势.③道路沿线区表土样品的χ_LF、IRM_{20 mT}（20 mT正向磁场测试的等温剩磁）、SIRM相互之间以及三者与SOFT之间均呈显著正相关.χ_LF与χ_FD、SIRM/χ_LF均呈显著负相关,χ_FD与SIRM/χ_LF呈显著正相关,S_-ratio与SOFT呈显著正相关、与HIRM呈显著负相关.④道路沿线区和远离道路区表土样品的磁性矿物均存在光滑完整的球粒状、不规则或片状颗粒,其元素组成主要是C、O、Si、Al、Fe等,并含有微量的Ni、Cr、Mn等重金属元素.研究显示,新疆喀纳斯旅游景区道路沿线表土样品磁性矿物含量较高,载磁矿物以多畴、假单畴粗颗粒的亚铁磁性矿物为主导,χ_LF、SIRM、SOFT的空间变化趋势类似,均在通往湖口的道路处出现高值区,并且磁性颗粒较粗,形成潜在土壤污染区.道路沿线区表土样品磁性增强可能与旅游交通活动产生的磁性颗粒外源输入有关.因此,环境磁学方法具有大范围监测景区土壤环境、判别污染物来源和圈定旅游交通土壤污染范围的能力.      

喀斯特地区供水水库营养演化历史重建

利用²¹⁰Pb-¹³⁷Cs年代学方法,结合洪水事件沉积层,综合建立了红枫湖沉积岩芯准确的年代学模型.在此基础上,通过测定沉积物多种地球化学指标（LOI、TOC、TN、C/N比、δ¹³C_org、BSi）,结合历史文献记录和已有的水质监测数据,重建了1960~2016年红枫湖营养状态变化历史.结果表明,建库以来红枫湖水体经历了多次营养状态的显著转换.其中,1991年开始水体逐渐从中营养转向富营养化状态,主要是人类活动引起的内、外源营养物质输入显著增加所致,特别是网箱养鱼活动可能起到重要作用;2000年开始,水体逐渐转向中营养化,主要是一系列保护和治理措施的实施;2004年开始,水体再次逐渐恶化,转向富营养化状态,主要是外源污染物输入增加,加上内源底泥营养物质的重新释放;2009年以来,水质逐渐改善,处于中营养化状态,主要是外源污染得到有效控制,但表层营养物质含量较高,现阶段在减少外源污染物输入的同时,应重点加强底泥污染物的治理工作.     

活性污泥中一氧化氮还原酶的提取和测定优化

通过正交实验,研究了超声破碎法和低温高压破碎法提取一氧化氮还原酶（nitric oxide reductase,nor）的活性,分析了超声强度和次数,破碎压力和次数,裂解液的添加量等因素对于胞内可溶性蛋白和核酸（DNA）的释放与提取nor活性的影响.根据活性污泥中酶的催化特性以及其他实验条件,完善了nor催化活性的测定方法.结果表明超声法提取nor的参数应设定为,超声次数为100次,超声强度为500W,裂解液的添加量为0.1mL.低温高压破碎法提取nor的参数应设定为破碎次数为4次,破碎压力为50MPa,裂解液的添加量为0.1mL.低温高压破碎法下的胞内可溶性蛋白和DNA的释放量与nor的最大催化活性要高于超声破碎法.此外,在nor催化活性的测定方法中,nor活性测定终点时间应为15min.     

污泥比例强化CANON系统抵御快速降温效能及机理

探究了3种不同颗粒及絮状污泥比例（高颗粒系统10：1~30：1;等量系统1：1~1：1.5;高絮状系统1：10~1：30）的单级自养脱氮系统（CANON）抵御快速降温的效能和机制.结果表明,CANON系统在30℃稳定运行后快速降温至10℃时,各系统的总氮去除负荷（NRR）均大幅下降,但等量系统的NRR始终高于其他系统.各系统的功能菌活性均与温度呈现出正相关关系,AAOB活性的下降幅度大于AOB和NOB的幅度,但等量系统中AAOB活性的下降幅度小于其他系统;快速降温不影响颗粒与絮状污泥功能菌的空间异质性和活性分布情况,但等量系统的空间异质性最为显著,能够较好的发挥颗粒和絮状污泥各自的作用,抵御快速降温的能力优于其他系统.