不同部位玉米秸秆对两种质地黑土CO2排放和微生物量的影响

秸秆还田后作物残体的分解是农田生态系统碳循环及养分周转平衡的一个至关重要环节.为了探索秸秆化学性质和土壤质地对黑土区土壤CO2排放和微生物量的影响,本文通过室内恒温培养实验研究了添加不同植株部位玉米秸秆(根、茎下部、茎顶部、叶)进入黑土区两种质地土壤(砂壤土和黏壤土)后的CO2排放、微生物量,并分析了它们与秸秆C/N、木质素含量的关系.结果表明,添加不同部位秸秆一致增加土壤CO2排放量,激发效应值介于216.53~335.17μmol·g-1,黏壤土大于砂壤土.激发效应值与木质素/N之间的线性回归关系明显好于激发效应与木质素含量、C/N、含氮量之间的线性关系.添加秸秆增加MBC和MBN含量,降低MBC/MBN,微生物群落氮固持的速率高于碳固持.添加秸秆后,砂壤土微生物量增加的幅度大于黏壤土,总溶解性氮含量小于黏壤土.结果说明,秸秆的木质素和氮含量均会对它的分解和CO2排放产生影响,木质素/N比木质素含量、C/N等更好地说明秸秆分解和CO2排放的差异;与黏壤土相比,在砂壤土中实施秸秆还田可以取得更好的土壤碳固存、微生物量和氮素保持效果.     

Investigation of physico-chemical properties and microbial community during poultry manure co-composting process

Co-composting of poultry manure and rubber wood sawdust was performed with the ratio of 2:1(V/V) for a period of 60 days. An investigation was carried out to study the extracellular enzymatic activities and structural degradation utilizing Fourier transform infrared spectroscopy(FT-IR), thermogravimetry and differential thermal analysis(TG/DTA)and scanning electron microscopy(SEM). The microbial succession was also determined by using denaturing gel gradient electrophoresis(DGGE). The compost was able to reach its highest temperature of 71°C at day 3 and stabilized between 30 and 40°C for 8 weeks.CMCase, FPase and β-glucosidase acted synergistically in order to degrade the cellulosic substrate. The xylanase activities increased gradually during the composting and reached the peak value of 11.637 U/g on day 35, followed by a sharp decline. Both Li P and Mn P activities reached their peak values on day 35 with 0.431 and 0.132 U/g respectively. The FT-IR spectra revealed an increase in aromaticity and a decrease in aliphatic compounds such as carbohydrates as decomposition proceeded. TGA/DTG data exhibited significant changes in weight loss in compost samples, indicating degradation of organic matter. SEM micrographs showed higher amounts of parenchyma exposed on the surface of rubber wood sawdust at day 60, showing significant degradation. DGGE and 16 S r DNA analyses showed that Burkholderia sp., Pandoraea sp., and Pseudomonas sp. were present throughout the composting process. Ornithinibacillus sp. and Castellaniella ginsengisoli were only found in the initial stage of the composting, while different strains of Burkholderia sp. also occurred in the later stage of composting.     

华西雨屏区典型人工林对降雨过程中NH_4~+-N和NO_3~--N的过滤作用

氮沉降已成为河流、湖泊及城市等生态系统的主要污染威胁因素之一,森林生态系统能从林冠、地被和土壤自上而下截留过滤大气降雨中的NH+4-N和NO-3-N,是区域大气环境污染生态防治的重要途径.选取华西雨屏区几种典型人工林森林生态系统为研究对象,采用定位监测与室内分析相结合的研究方法,于2011年4—12月对大气降水、穿透雨、树干茎流、地表径流和地下渗滤NH+4-N和NO-3-N的含量与分配进行了研究.结果表明:观测期内40次降雨总雨量为492.72 mm,NH+4-N和NO-3-N的总沉降量分别为13.248 kg·hm-2和16.320 kg·hm-2;3种人工林林冠层对NH+4-N和NO-3-N的过滤能力表现为香樟林混交林柳杉林,而地表和土壤层均表现为混交林香樟林柳杉林;无林地、香樟林、柳杉林和混交林生态系统无机氮截留过滤净输入量分别为19.557、44.079、42.331、64.896 kg·hm-2,对无机氮的综合过滤作用表现为混交林香樟林柳杉林无林地.这些结果说明华西雨屏区合理配置混交林能更加有效地降低大气氮沉降对生态系统的影响.     

雄黄矿区不同砷污染土壤中微生物群落结构及碳源利用特征

土壤砷污染是我国乃至世界范围内比较严重的环境问题.有关砷污染的生态毒理效应有很多研究,但对砷污染土壤中微生物群落的关注相对较少.本文以我国湖南省石门县雄黄矿地区长期砷污染土壤为例,采用PLFA及BIOLOG微平板技术考察了7个砷(As)污染程度不同的样点以及一个对照样点土壤微生物群落结构及碳源利用特征.结果发现,雄黄矿区存在多种重金属复合污染,除As含量较高以外,镉(Cd)和镍(Ni)的含量也超过了国家土壤环境质量三级标准.雄黄矿区土壤微生物的群落结构受到土壤有机碳(SOC)、有效磷(AP)、p H以及镁(Mg)、Cd、铁(Fe)、铜(Cu)含量的显著影响.各样点土壤微生物群落均以细菌为主,占微生物总量的71.54%~80.66%,真菌次之,放线菌最少.雄黄矿区土壤中的有效砷对微生物造成了较严重的胁迫.严重砷污染降低了微生物对于碳源利用的多样性以及均匀度.各样点微生物对于碳源的利用也表现出明显的差异.31种碳源中微生物利用较多的只有7类,分别属于糖类、胺类、羧酸类与多聚物,并且以糖类为主.     

黑麦草、丛枝菌根对番茄Cd吸收、土壤Cd形态的影响

采用大田试验研究了在重金属Cd(5.943 mg·kg~(-1)污染下,黑麦草和丛枝菌根对2个品种番茄("德福mm-8"和"洛贝琪")生长、Cd含量以及对土壤微生物、酶活性、p H和Cd形态的影响.结果表明,黑麦草和丛枝菌根单一或复合处理显著提高了2个品种番茄果实、根、茎、叶和植株总干重,增幅分别为14.1%~38.4%和4.2%~18.3%、20.9%~31.5%和8.4%~10.3%、13.0%~16.8%和3.0%~9.5%、10.7%~16.8%和2.7%~7.6%、14.3%~36.6%和4.5%~16.8%.黑麦草和丛枝菌根单一或复合处理增加了土壤中细菌、真菌、放线菌数量及土壤脲酶、转化酶、磷酸酶、过氧化氢酶活性,且土壤微生物数量及土壤酶活性在不同品种和处理间的差异达到显著性水平(P0.05).与番茄套种黑麦草或接种丛枝菌根提高了土壤p H值,降低了土壤中可交换态(EXC-Cd)、碳酸盐态(CAB-Cd)和铁锰氧化态(Fe-Mn-Cd)和土壤中Cd总量,土壤中Cd总量降幅为16.9%~27.8%.2个番茄品种果实、叶、茎和根中的Cd含量分别显著下降了6.9%~40.9%、5.7%~40.1%、4.6%~34.7%和9.8%~42.4%.Cd主要积累在番茄的叶、根和茎中,果实积累较少.比较供试的2个番茄品种,果实Cd含量和积累量及植株Cd总积累量以"洛贝琪""德福mm-8".     

两株产电菌电子介体介导的胞外电子传递机理研究

构建了Klebsiella oxytoca d7和Shewanella sp.F1 2种纯菌燃料电池，探究了产电菌在产电过程中电子介体传递电子机制.结果表明：K.oxytoca d7只有作产电呼吸时，才会产生电子介体，而Shewanella. sp.F1在好氧呼吸、厌氧呼吸、产电呼吸下均能产生介电体，说明电子介体的产生与产电菌种类有关.两种菌介电体氧化还原电位相当（-250，210mV），且介于呼吸链NADH和辅酶Q之间.其介电体在胞内呼吸链上截获的电子均源于NADH，说明电子“逸出”位点只取决于介电体本身.K.oxytoca d7在碳源充足和不足时，电子介体产电量分别占总电量的60%和41%；Shewanella. sp.F1分别是57%和50%，说明在碳源充足时，2种菌的产电呼吸都以电子介体机制为主.介电体传递电子过程直接影响了阳极底物的转化和燃料电池的产电性能.     

石墨烯/聚苯胺修饰阴极对反硝化MFC性能影响

反硝化生物阴极微生物燃料电池（MFC）以电极为电子供体,在自养条件下完成硝酸盐去除过程.本研究以碳布（CC）为基底材料,分别制备获得还原氧化石墨烯修饰（rGO-CC）,聚苯胺修饰（PANI-CC）及二者复合修饰的CC电极（rGO/PANI-CC）,并考察其作为阴极材料对反硝化生物阴极MFC产电脱氮性能的影响.扫描电镜结果显示,rGO-CC和PANI-CC的碳纤维分别被片层状rGO和网状PANI覆盖,而rGO/PANI-CC表面呈现PANI在附着rGO的碳纤维上团聚的形貌,均增大了碳布的比表面积.循环伏安测试显示,rGO/PANI-CC具有最高的电化学活性.以rGO-CC,PANI-CC和rGO/PANI-CC为阴极构建MFC的产电能力分别提高了82%,24%和41%,其阴极对NO₃^--N的去除能力增强了23%,9%和13%.16S rDNA测序结果揭示修饰后电极表面微生物的多样性下降,Stappia和Pacacoccus属微生物的丰度增加.     

喀斯特灌丛土壤丛枝菌根真菌群落结构及丰度的影响因子

运用末端限制性片段长度多态性(terminal restriction fragment length polymorphism,T-RFLP)和荧光定量PCR(real-time PCR)法,检测喀斯特灌丛生态系统中不同坡位条件下土壤丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal,AM)真菌群落结构与丰度的变化,揭示不同坡位条件下影响灌丛生态系统土壤AM真菌群落结构与丰度的关键因子.研究结果表明不同坡位条件下,土壤有机碳、全氮和速效磷含量差异显著,变化趋势为上坡位≈中坡位下坡位;土壤AM真菌丰度变化趋势为上坡位≈中坡位下坡位.相关性分析表明,土壤速效磷含量与AM真菌丰度存在显著负相关(P0.05).RDA分析表明不同坡位条件下,土壤AM真菌与植物群落结构存在显著差异,植物均匀度指数显著影响土壤AM群落结构组成,而土壤有机碳、全氮显著影响植物群落结构组成.可见,不同坡位条件下,土壤养分与植物群落结构共同作用影响土壤AM真菌群落结构,说明利用AM真菌用于喀斯特地区植被恢复时,微形态(坡位)对AM真菌的影响应该纳入考虑范畴.     

蚯蚓-微生物协同作用过程中的微生物特性

在环境污染治理领域,被誉为"生态型工程师"的蚯蚓在污水/污泥资源化处理与处置,以及土壤的生态修复中备受关注。蚯蚓通过掘洞、摄食、分泌黏液和排泄蚓粪等方式调控系统中微生物的数量、活性及群落结构,与微生物协同互作强化了生物系统中物质转化与能量流动关系。蚯蚓-微生物协同共生的相互依存关系是此类技术展现低耗高效和生态友好特点的关键。通过综述经人工强化的蚯蚓-微生物互作生态系统中,蚯蚓对微生物的量、活性、群落结构以及食物网的影响,探讨了该生态系统中物质转化和能量流动的特点,并展望了蚯蚓-微生物互作技术研究及应用的发展方向。     

Shifts in microbial community structure and diversity in a MBR combined with worm reactors treating synthetic wastewater

The chemical oxygen demand (COD) and NH₃-N removal, membrane fouling, sludge characteristics and microbial community structure in a membrane bioreactor (MBR) coupled with worm reactors (SSBWR) were evaluated for 210 days. The obtained results were compared to those from a conventional MBR (C-MBR) operated in parallel. The results indicated that the combined MBR (S-MBR) achieved higher COD and NH₃-N removal efficiency, slower increase in membrane fouling, better sludge settleability and higher activities of the related enzymes in the activated sludge. Denaturing gradient gel electrophoresis was used to analyze the microbial community structures in the C-MBR and the S-MBR. The microbial community structure in the S-MBR was more diverse than that in the C-MBR. Additionally, the slow-growing microbes such as Saprospiraceae, Actinomyces, Frankia, Clostridium, Comamonas, Pseudomonas, Dechloromonas and Flavobacterium were enriched in the S-MBR, further accounting for the sludge reduction, membrane fouling alleviation and wastewater treatment.