典型设施菜地土壤抗生素污染特征与积累规律研究

利用超声波提取,固相萃取-高效液相色谱-串联质谱分析方法,分析了山东省某典型设施菜地的20个蔬菜大棚土壤中14种抗生素的含量与分布特征.结果表明,在所有的土样中均检测出抗生素,其中4种四环素类抗生素(如四环素、土霉素、金霉素和强力霉素)是该地区主要的抗生素种类,单个化合物的检出率均为100%,其含量范围分别在2.11～139.16、6.06～332.02、1.82～391.31、2.20～248.56μg.kg-1之间.4种四环素类抗生素总含量Σ(TCs)为26.79～1 010.11μg.kg-1,平均含量为274μg.kg-1.磺胺类、喹诺酮类和大环内酯类抗生素也均有检出,其中喹诺酮类抗生素总含量Σ(QNs)在0～1 017.06μg.kg-1,平均含量73.05μg.kg-1,检出率为85%,而磺胺类和大环内酯类抗生素单个化合物的检出浓度很低,未检出氯霉素类抗生素.分析结果还发现,该设施菜地种植不同蔬菜的土壤中抗生素种类和含量差异很大.值得注意的是,个别大棚土壤诺氟沙星(QNC)和氧氟沙星(OFC)含量分别高达373.73和643.34μg.kg-1,均远远地超过抗生素生态毒害效应触发值(100μg.kg-1).可见,设施菜地土壤抗生素污染问题应引起关注.     

紫色土硝化势和氨氧化微生物群落对化肥和有机肥配施生物炭的响应

研究有机肥和化肥配施生物炭对紫色土硝化势和氨氧化微生物变化特征的影响,探明施肥措施和土壤环境因子对硝化势和氨氧化微生物的影响.以紫色土为研究对象,设置不施肥(CK)、单施化肥(F)、单施有机肥(P)、化肥配施生物炭(FP)和有机肥配施生物炭(PP)共5个处理.采取PCR和T-RFLP方法研究土壤AOA和AOB群落特征,同时测定土壤硝化势及环境因子,明确有机肥配施生物炭对紫色土硝化潜势的影响.结果表明：(1)与CK处理相比,FP和PP处理显著增加土壤硝化势(P<0.05).(2)与CK处理相比,F、 P、 FP和PP处理显著增加土壤AOA amoA基因拷贝数78.17%～162.22%(P<0.05),F、 FP和PP处理显著增加AOB amoA基因拷贝数21.56%～78.32%(P<0.05).(3)与CK处理相比,PP处理显著提高土壤AOA群落的Shannon指数、丰富度指数和均匀度指数(P<0.05),而配施生物炭(FP和PP处理)能改变土壤AOB的群落结构.(4)化肥和有机肥通过改变pH、 TP、 AP、 C/N、 SOM、 NO^-...     

牛粪还田对土壤微生物群落特征的影响

畜禽粪便还田对土壤质量产生了深刻影响,而土壤微生物是反映土壤质量的敏感指标.基于稀释平板计数和高通量测序技术,研究了牛粪还田区土壤微生物群落特征及其影响因素.结果表明,与对照点相比,牛粪还田区土壤微生物群落β多样性发生了显著变化;牛粪还田增加了变形杆菌门(Proteobacteria)的相对丰度,而减少了放线菌门(Actinobacteria)和芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)的相对丰度;牛粪还田显著改变了土壤微生物群落中的鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)、PLTA13属、MSB-4B10属、盐单胞菌属(Halomonas)、CCD24属、Gaiella属、节杆菌属(Arthrobacter)、芽孢杆菌属(Bacillus)和Entotheonellaceae属的相对丰度;影响牛粪还田区土壤微生物群落组成的重要因素是土壤含水量和放线菌数量;牛粪还田增加了假单胞菌属(Pseudomonas)、梭状芽孢杆菌属(Clostridium)和链球菌属(Streptococcus)等病原菌的相对丰度,对土壤质量存在一定的生物污染风险.研究结果可为深入认识牛粪还田对土壤质量的...     

鸡粪高效降解菌群对堆肥的影响

为明确自行筛选开发的高效降解菌对鸡粪发酵的影响,分析研究了其堆肥的主要腐熟指标。结果表明,加入高效降解菌剂的堆肥处理方法温度相对较高,脱水快,pH值适宜,C／N调整较好,种子发芽指数高,堆肥后营养养分含量高,且大肠菌群数量少,堆肥效果较好。     

Cattle manure biochar and earthworm interactively affected CO2 and N2O emissions in agricultural and forest soils: Observation of a distinct difference

• Earthworms increase CO₂ and N₂O emissions in agricultural and forest soil. • 10% biochar suppresses CO₂ and N₂O emissions in forest soil. • Biochar interacted with earthworm to significant affect CO₂ and N₂O emissions. The application of manure-derived biochar offers an alternative to avoid the direct application of manure to soil causing greenhouse gas emission. Soil fauna, especially earthworms, can markedly stimulate carbon dioxide (CO₂) and nitrous oxide (N₂O) emissions from soil. This study therefore investigated the effect of cattle manure biochar (added at rates of 0, 2%, or 10%, coded as BC0, BC2 and BC10, respectively) application, with or without earthworm Aporrectodea turgida, on emissions of CO₂ and N₂O and changes of physic-chemical properties of agricultural and forest soils in a laboratory incubation experiment. The BC10 treatment significantly enhanced cumulative CO₂ emissions by 27.9% relative to the untreated control in the agricultural soil. On the contrary, the BC2 and BC10 treatments significantly reduced cumulative CO₂ emissions by 16.3%–61.1% and N₂O emissions by 92.9%–95.1% compared to the untreated control in the forest soil. The addition of earthworm alone significantly enhanced the cumulative CO₂ and N₂O fluxes in agricultural and forest soils. Cumulative CO₂ and N₂O fluxes were significantly increased when BC2 and BC10 were applied with earthworm in the agricultural soil, but were significantly reduced when BC10 was applied with earthworm in the forest soil. Our study demonstrated that biochar application interacted with earthworm to affect CO₂ and N₂O emissions, which were also dependent on the soil type involved. Our study suggests that manure biochar application rate and use of earthworm need to be carefully studied for specific soil types to maximize the climate change mitigation potential of such management practices.     

抗生素降解菌剂对猪粪堆肥腐熟和细菌群落演替的影响

接种抗生素降解菌可促进畜禽粪便中抗生素去除,但相关污染物降解菌对堆肥进程及土著微生物群落演替的影响研究甚少.分析一种以抗生素降解菌种为核心的复合微生物菌剂在猪粪抗生素去除中的作用,探究接种菌剂对猪粪堆肥理化进程以及细菌群落演替的影响.结果表明,抗生素降解菌剂接种处理猪粪中抗生素去除率达81.95%,与对照相比,其抗生素残留总量下降42.18%.在堆肥条件下,接种抗生素降解菌剂促进了猪粪堆肥升温,加速了堆体水分去除,降低了堆肥中氨气和硫化氢累积排放量,使得堆肥产物中氮磷钾总养分含量和萝卜种子发芽指数分别提高6.80%和68.33%,同时堆肥产物中稳定性有机质含量增加,纤维素和半纤维素等难分解物质含量下降.细菌群落结构分析指出,接种菌剂提高了堆肥中放线菌门和厚壁菌门细菌的相对丰度,其中与堆体升温正相关的嗜热菌丰度显著增加（P<0.01）,而致病细菌相对丰度下降.细菌群落共现网络分析表明,接种菌剂改变堆肥土著细菌群落互作模式,降低了细菌群落网络的复杂度和连通性,优化了有益细菌与其他菌群的生态关系,为建立新的和更加健康的堆肥细菌群落奠定了基础,可为抗生素降解菌剂在堆肥中的应用开发提供了科学依据.     

畜禽粪便和桃树枝工业化堆肥过程中微生物群演替及其与环境因子的关系

为了解畜禽粪便和桃树枝工业化堆肥中微生物群落的变化,本研究以猪粪、桃树枝和腐熟有机肥为堆肥原料进行堆肥,通过测定理化指标和利用高通量测序技术,分析了堆肥中理化参数的变化和堆肥微生物群落结构变化.理化参数结果表明,堆体于第2 d快速进入高温期,整个高温期持续30 d;堆肥过程中有机质含量呈波动性变化,但总体下降;堆肥结束时TN含量为20. 58 g·kg~(-1),与堆肥初期相比损失了5. 90%.α多样性分析表明,不同好氧堆肥时期具有不同的微生物群落多样性.在细菌门水平上,厚壁菌门(Firmicutes)和放线菌门(Actinobacteria)在整个堆肥过程中占主导地位,其相对丰度所占比例分别为79. 31%～95. 09%和2. 98%～19. 70%;此外,在堆肥初期,厚壁菌门(Firmicutes)和放线菌门(Actinobacteria)相对丰度分别为87. 36%和9. 66%,在堆肥末期,两者的相对丰度分别为79. 38%和19. 70%;在细菌属水平上,随着堆肥的进行,优势类群从Clostridium_sensu_stricto_1、Terrisporobacter和Bacillus演变为norank_f_Bacillaceae、Bacillus、Oceanbacillus和Pseudogracilibacillus;在真菌门水平上,Ascomycota始终为优势门类;在真菌属水平上,norank_c_Sordariomycetes的比例逐渐增加,在堆肥末期成为优势类群.冗余分析结果显示,环境因子对细菌和真菌群落结构影响相关性排序均为pH铵态氮温度 TOC TN,其中pH对微生物群落组成影响最大. norank_c_Sordariomycetes、norank_o_Sordariales和norank_c_Agaricomycetes可能与铵态氮的挥发有关.     

生物炭和有机肥对菜地土壤N2O排放及硝化、反硝化微生物功能基因丰度的影响

通过室内培养试验和实时荧光定量PCR技术,研究了田间施用生物炭和有机肥对菜地土壤氧化亚氮(N_2O)排放、氨单加氧酶(amo A)和亚硝酸盐还原酶(nir S、nir K)、氧化亚氮还原酶(nos Z)基因丰度的影响,并探讨功能基因丰度对N_2O排放的影响.试验设置5个处理:CK(对照)、N(尿素)、N+BC(尿素和生物炭)、N+M(尿素和有机肥)和N+BC+M(尿素、生物炭和有机肥).结果表明,与CK处理相比,各施肥处理均降低了土壤氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)丰度,增加了nir K、nir S和nos Z基因丰度,并提高了培养期间N_2O累积排放量.与N处理相比,N+BC处理的土壤p H值提高了11.1%,并增加了AOB、AOA、nir S、nir K和nos Z基因丰度,增幅分别为105.8%、57.3%、22.0%、176.2%和204.9%,同时显著降低了培养期间N_2O累积排放量,降幅为58.1%;N+M处理增加了nir K和nir S基因丰度,增幅分别为58.8%和7.1%,对N_2O排放的影响不显著;N+BC+M处理增加了AOB、nir K、nir S和nos Z基因丰度,增幅分别为30.7%、68.7%、6.5%和84.5%,降低了N_2O累积排放量,降幅为14.4%.生物炭通过增加amo A、nir S和nir K基因丰度间接增加N_2O排放,同时通过增加nos Z基因丰度促进N_2O还原,综合效应表现为降低了菜地土壤N_2O排放.因此,通过施用生物炭改善土壤性质,增加功能基因丰度,降低土壤N_2O排放,是一种较好的N_2O减排措施.施用有机肥可以增加反硝化作用功能基因丰度,但对N_2O减排效果不显著.     

蛋鸡粪便理化指标与其肥料成分含量相关关系研究

为了寻找快速、简便、精确地测量液体蛋鸡粪便中总氮(TN)、总磷(TP)、有机物(OM)、铵态氮(AN)和总钾(TK)含量的方法,研究了采样前将样品搅拌或静置对所取样品代表性的影响,并用75份生长期为4～6月龄蛋鸡的液体粪便样本建立了密度(SG)与TN、TP、OM,电导率(EC)与AN和TK的一元线性回归模型以及SG、EC、pH与TN、TP、OM、AN和TK的多元线性回归模型.结果表明,对于TN、TP、OM、AN,采样前将样品充分搅拌是获得代表性样本的前提条件,而搅拌与否并不影响TK代表性样本的获得.SG与TN、TP、OM,EC与AN和TK均存在显著的线性相关性(P＜0.001),模型的决定系数(R2)均较高,分别为0.94,0.94,0.95,0.94和0.94,多元线性模型的决定系数高于一元线性模型的决定系数.用另外15份样本对5个一元线性回归模型进行验证,并对模型系数b和常数项a进行t检验,得出在显著水平α=0.05上,假设Ha0:(a)=0和Hb0:(b)=1全部接受.由此认为,SG与TN、TP和OM,EC与AN和TK所建立的一元线性回归模型均具有较好的预测效果.     

不同配比农业废物堆肥过程中堆肥的阴阳离子和大分子对种子发芽的影响

为揭示不同配比农业废物堆肥过程中阴阳离子和大分子对植物毒性的影响机理，开展了以鸡粪和猪粪为主料，稻草秸秆为辅料的条垛堆肥试验，设置的试验处理包括：等质量的鸡粪+稻草秸秆+包菜（1∶1∶1）处理（T1）、鸡粪+稻草秸秆（1∶1）处理（T2）、大量猪粪+少量稻草秸秆（85∶15）处理（T3）.测定了各处理的堆温、堆肥的水溶性无机阴阳离子和有机大分子变化，以及对大白菜（Brassica rapa L.）和水堇（Lepidium sativum. L.）种子发芽指数（Germination Index， GI）等指标变化的影响.试验结果表明，T3处理堆肥的高温（>55 ℃）持续期最长，杀灭病原微生物和杂草种子的能力最好，且其堆肥的Cl^-、SO42-、K⁺、Na⁺、Ca²⁺和Mg²⁺浓度最低；T2处理堆肥的NH4+ 浓度最低.T1和T2处理堆肥过程中堆肥的脂肪烃可转化为稳定的芳香烃.T3处理堆肥对大白菜和水堇的种子发芽指数大于80%.堆肥中抑制种子发芽的阴阳离子及大分子浓度分别为：Ca²⁺浓度>0.98 mmol·L^-1，Mg²⁺浓度>0.92 mmol·L^-1，NH4+浓度均>5.75 mmol·L^-1，芳香C/多糖比值>0.33，羧基C/多糖比值>0.30.堆肥中脂肪族大分子增加、多糖类大分子减少可抑制种子发芽.综上所述，猪粪与稻草秸秆的质量配比为85∶15、初始C/N比为25、初始水分含量为60%、 堆肥期周为35 d是条垛式堆肥处理猪粪和稻草秸秆的最佳工艺参数.大白菜比水堇种子更能准确反映农业废物堆肥的植物毒性.本研究可为优化不同畜禽粪便与农作物秸秆的条垛堆肥工艺参数、减少土地利用的风险提供重要的决策支持.