基于高通量测序分析的生物修复石油污染土壤菌群结构变化

利用高通量测序技术对微生物修复石油污染土壤过程中的微生物群落结构变化进行研究.结果表明,经修复处理的土壤微生物群落结构及多样性发生明显变化.利用生物强化修复处理(BA)的土壤中,微生物丰富度与均匀度明显降低,土著菌群受到抑制,外加变形菌门(Proteobacteria)成为主要的优势菌门,相对丰度由修复前的37. 44%增加为87. 44%.假单胞菌属(Pseudomonas)成为土壤中的优势菌属,丰度由2. 99%增加为76. 37%;进行生物刺激修复处理的土壤(BS)菌群丰富度和均匀度与原污染土壤相比略有降低.菌群结构组成上,原优势菌门变形菌门(Proteobacteria)丰度由37. 44%降低为10. 90%,厚壁菌门(Firmicutes)丰度由9. 16%增加为35. 32%,属水平上,原优势菌属微小杆菌属(Exiguobacterium)和原小单胞菌属(Promicromonospora)丰度由8. 49%和18. 96%分别降低为2. 19%和14. 97%,诺卡氏菌属(Nocardioides)和芽孢杆菌属(Bacillus)丰度由5. 56%和0. 29%分别增加至28. 95%和22. 70%,成为主要优势菌属.生物强化修复处理引起土壤菌群多样性和结构发生明显变化,生物刺激修复处理可基本保持土壤菌群结构多样性不被破坏,土壤菌群结构的稳定有利于石油烃的生物降解.     

长沙地区樟树林土壤水稳定同位素特征及其对土壤水分运动的指示

为研究长沙地区林地土壤水分运动规律,基于2017年3月-2018年2月长沙地区樟树林土壤水分及0~130 cm土壤水、地下水和降水中稳定同位素监测数据,分析了土壤水中稳定同位素特征及其与降水中稳定同位素的关系.结果表明:①土壤水分季节变化表现为丰水期（3-6月,土壤蓄水量大而稳定）、耗水期（7-10月,土壤水分以消耗为主）、补水期（11月-翌年2月,土壤水分以补给为主）3个阶段,土壤含水量由表层至深层呈增加趋势,稳定性增强,土壤含水量的垂向差异依次为耗水期 > 补水期 > 丰水期.②受到冠层截留和地表枯枝落叶吸持的影响,林地的有效降水为降水量（P）>3.3 mm,并且LMWL_{P > 3.3 mm}（降水量>3.3 mm时的当地大气水线）较LMWL的斜率和截距显著增加,与各深度SWL（土壤水线）更接近.③由表层至深层,土壤水稳定同位素受降水入渗、新旧水混合和蒸发的影响减小,0~40 cm土壤水中δ18O均表现为丰水期 > 补水期 > 耗水期,而40~130 cm土壤水中δ18O的季节变化不显著.④观测期间不同水体中lc-excess（δD与LMWL的差值）的平均值依次为降水（0） > 地下水（-2.80‰） > 土壤水（-5.00‰）,土壤水中lc-excess随深度的增加而增大.研究显示:土壤水下渗时新旧水混合是一个持续累积的过程,旧的土壤水逐渐被降水替代;受土壤结构、质地等性质的差异及不同降水事件的影响,土壤水分的补给在剖面上存在时滞.      

锑矿周边稻田土壤垂直剖面锑砷形态与细菌群落结构分布及相互关系

为了解稻田土壤微生物对锑(Sb)和砷(As)污染的长期适应机制,本文以贵州省独山半坡锑矿和某锑矿冶炼厂周边稻田土壤为研究对象.采用野外布点和室内分析的方法,利用Illumina高通量测序技术对稻田垂直剖面土壤细菌16S rRNA V3～V4可变区进行测序,分析了土壤微生物的α多样性、物种丰度差异和组成情况,探讨了不同形态Sb和As在tc1(水耕熟化层)、tc2(渗育层)、tc3(犁底层)和tc4(水耕淀积层)的地球化学行为及其对细菌群落结构的影响.结果表明,研究区Sb和As的来源不同,Sb主要来源于大气沉降和人工投放,As则来源于成土母岩.变形菌门(Proteobacteria)和绿弯菌门(Chloroflexi)为各土层的主要优势菌门,具体表现为变形菌门(Proteobacteria)是tc1和tc2的优势菌门,绿弯菌门(Chloroflexi)是tc3和tc4的优势菌门.土壤剖面各土层多样性指数均在tc1达到最大值,在tc3达到最小值且差异不显著.相对重要性分析表明,总As、As(V)、TS和Fe(II)为影响多样性指数的主要因子.LEfSe分析表明,各土层差异指示种在不同分类水平上各不相同且tc1的数量高于tc2、tc3和tc4.如在门水平,tc1的差异指示种为疣微菌门(Verrucomicrobia),tc3为热袍菌门(Thermotogae),tc4为硝化螺旋菌门(Nitrospirae);在纲水平,tc1为α-变形菌纲(α-proteobacteria),tc2为β-变形菌纲(β-proteobacteria),tc3为热袍菌纲(Thermotogae),tc4为硝化螺旋菌纲(Nitrospirae).RDA分析和相对重要性分析表明,总As、As(III)、Sb(V)、总Sb和pH等对细菌门分类水平具有重要影响.共生网络分析进一步表明,Sb(III)和As(V)虽然对群落结构影响相对较小,但与特征性微生物却存在显著相关性,如Sb(III)与Defluviicoccus属显著相关,而As(V)对β-变形菌纲影响较为显著.     

三峡库区典型林分土壤呼吸及其组分对模拟酸雨的响应

为研究酸雨对森林土壤呼吸的影响,于2016年1月～2017年4月在重庆缙云山三峡库区针阔混交林内选取3块样地,设置了断根与不断根两组处理,每组处理设置pH为4. 5(对照)、4. 0、3. 25和2. 5共4个梯度的模拟酸雨处理.试验观测模拟酸雨下土壤总呼吸与异养呼吸变化特征及土壤温度、土壤湿度,同时采集土样,研究土壤pH、碳氮比及细根生物量对土壤呼吸的影响.结果表明,土壤总呼吸与异养呼吸均表现出了季节变异趋势.不断根样方的CK、T4. 0、T3. 25和T2. 5处理的年均土壤呼吸速率分别为1. 89、1. 88、1. 75和1. 74μmol·(m~2·s)~(-1),断根样方的RCCK、RCT4. 0、RCT3. 25和RCT2. 5处理的年均土壤呼吸速率分别为1. 37、1. 32、1. 19和1. 08μmol·(m~2·s)~(-1).季度平均土壤总呼吸与异养呼吸在2016年7月前差异不显著(P 0. 05),2016年10月后差异均显著(P 0. 01)并呈现对照 pH4. 0 pH3. 25 pH2. 5. 2016年的累积土壤呼吸量T4. 0、T3. 25和T2. 5处理相比对照分别降低3. 89%、9. 64%和11. 24%,RCT4. 0、RCT3. 25和RCT2. 5处理相比对照分别降低6. 79%、13. 23%和25. 56%.与对照相比,模拟酸雨处理降低了异养呼吸占比,降低程度随着酸雨pH增加而加强,说明了酸雨对于异养呼吸的抑制超过了自养呼吸.模拟酸雨处理虽然增加了土壤呼吸的温度敏感性,但是对土壤温度与湿度无显著影响(P 0. 05); 2016年10月之后相比对照模拟酸雨处理显著增加了土壤碳氮比、降低了细根生物量.土壤呼吸与细根生物量有显著正相关关系,与土壤碳氮比有显著的负相关关系.土壤温度与水分对模拟酸雨下土壤呼吸的差异贡献不大,细根生物量与碳氮比是酸雨处理下呼吸差异的主要影响因素.     

EK∕PRB修复砷污染土壤影响因素及机理

为明确EK/PRB（电动联合渗透反应格栅）修复As污染土壤过程中各因素的影响机理、提高As的去除效率,以As污染高岭土为研究对象,考察PRB加入、PRB位置、pH调控及腐殖酸强化影响下,EK/PRB系统中电流密度、土壤pH分布和土壤中As残余量、电渗透系数及电渗流的变化规律;探讨EK/PRB修复后土壤中As形态的迁移转化规律.结果表明:①单独EK修复对土壤中As的去除效率较低,加入PRB后去除率为由42%增至57%,并且EK/PRB修复可以将土壤中的As由不容易去除的可还原态转变成较容易去除的酸溶态.②采用盐酸调节阴极pH,可以将土壤中As的去除率由57%增至63%,但同时能耗也明显升高,由5.22 kW·h/g升至39.38 kW·h/g.③添加腐殖酸会促进土壤中As的迁移、提高As的去除效率,但也会增加土壤中难处理的可氧化态和残渣态As的占比.研究显示,EK/PRB除As过程中以PRB的去除作用为主,阴极pH调控及腐殖酸强化均可以提高土壤中As的去除率.      

黄土高原不同植被带人工刺槐林土壤团聚体稳定性及其化学计量特征

为研究黄土高原不同植被带对土壤团聚体稳定性及团聚体化学计量变化特征的影响,本研究选取黄土高原不同植被带人工刺槐林地土壤为研究对象,分析了不同粒径团聚体含量,团聚体化学计量及稳定性指标.结果表明, 2 mm和0. 25～2 mm粒径团聚体含量,机械团聚体的平均重量直径(E_(MWD))和机械团聚体的几何平均直径(E_(GMD))表现为森林带森林草原带草原带,而0. 053～0. 25 mm粒径团聚体含量和可蚀性因子K呈现相反的变化特点;各粒径团聚体有机碳和全氮含量在3个植被带整体表现为森林带显著高于森林草原带和草原带,而全磷含量在各植被带间无明显变化规律;有机碳和全氮含量在草原带以0. 053 mm和0. 25～2 mm粒径占绝对优势,在森林草原带以0. 053～0. 25 mm和0. 25～2 mm粒径为主,而森林带各粒径间均无显著差异;草原带和森林草原带0. 053 mm粒径全磷含量最高,而森林带全磷含量在各粒径间无显著差异;0. 053 mm和0. 053～0. 25 mm粒径团聚体C∶N值以草原带和森林草原带高于森林带,而0. 25～2 mm和 2 mm粒径在3个植被带间无显著差异;各粒径C∶P和N∶P值以森林带显著高于森林草原带和草原带.综上可见,土壤团聚体稳定性和团聚体化学计量在3个植被带间存在较大差异,团聚体稳定性和团聚体有机碳、全氮含量整体表现为森林带显著高于森林草原带和草原带.     

磷差异性调控水稻根际nirK/nirS型反硝化菌组成与丰度

磷作为一种重要的生命元素,对反硝化微生物的活性和功能有重要影响.反硝化功能基因nir K和nir S是编码亚硝酸还原酶的两种同工酶基因,但是,磷对具有同种功能的nir K和nir S型反硝化菌的调控是否存在差异尚不十分清楚.本文采集严重缺磷红壤性水稻土设置水稻盆栽试验,通过外源添加磷肥设置对照(CK,P:0 mg·kg-1),低磷(P1,P:15 mg·kg-1),高磷(P2,P:30 mg·kg-1)这3个磷添加水平,研究不同磷水平对水稻亚硝酸还原酶基因的组成与丰度的调控作用.结果表明,在长期缺磷土壤上施用磷肥对含亚硝酸还原酶基因nir K和nir S的细菌种群的调控作用有明显差异.不管是根际还是非根际土,含nir S的微生物种群均对施磷水平表现敏感,尤其是高磷(P2)水平,施磷可导致nir S丰度提高2～3倍,同时显著改变nir S型反硝化微生物的组成结构.相比之下,施磷后含nir K基因的微生物组成结构和丰度变异较小.与非根际土壤相比,高磷水平条件下根际土中nir S的基因拷贝数和群落结构均发生了显著变化,缺磷和低磷条件下水稻生长只引起根际土nir S种群组成结构发生显著变化,但其丰度与非根际无显著差异.但不同磷水平条件下nir K的基因丰度和组成结构在根际和非根际土之间几乎无显著变化.综上所述,在严重缺磷水稻土中加施磷肥会显著提高水稻根际和非根际土中nir K和nir S型反硝化菌数量,并改变其种群组成结构,且nir S比nir K型种群响应更敏感.不同磷水平条件下的水稻根系生长均显著改变了根际土壤中nir K和nir S种群组成结构,但除了在高磷水平条件下显著增加了nir S丰度外,对nir K和nir S丰度均影响较小.研究结果可为进一步深入探究施肥对土壤反硝化过程的影响提供理论依据.     

药渣生物炭基质联合麦饭石对土壤-黑麦草体系的调控与机制

以板蓝根药渣为原料,选择300℃和500℃厌氧裂解制备2种生物炭(BC300和BC500)、BC500载Fe改性炭(FeBC500)、天然麦饭石(MFS)、BC500与MFS等质量组合[BC500∶MFS(1∶1)]、Fe-BC500与MFS等质量组合[Fe-BC500∶MFS(1∶1)]材料为钝化剂,采用室内盆栽实验和等温吸附实验,研究了其对土壤-黑麦草体系的调控效果,并通过比表面孔分布测定(BET)、扫描电镜分析(SEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)探讨了其机制.结果表明,在添加量为2%(土)时,BC300、BC500、Fe-BC500、MFS、BC500∶MFS(1∶1)和Fe-BC500∶MFS(1∶1)均可显著降低(P 0. 05)黑麦草体内Cu和Cd含量以及显著增加黑麦草的生物量,且黑麦草的叶绿素含量和根系活力均可指示这一效果. BC300处理抑制黑麦草吸收Cu和Cd,增加黑麦草的生物量的效果要优于其他处理,可使黑麦草地下部分Cu和Cd含量分别减少44. 78%和63. 89%,地上部分分别减少76. 34%和53. 40%;地下部分生物量增加327. 22%,地上部分生物量增加504. 11%. Langmuir方程更好地拟合BC300、BC500和Fe-BC500的吸附效果,且对Cu的最大吸附量分别为8. 02、9. 20和8. 82 mg·g~(-1);对Cd的最大吸附量分别为7. 97、8. 51和7. 70 mg·g~(-1). Freundlich方程能更好地拟合MFS的吸附效果,对Cu和Cd的最大吸附量分别为7. 03 mg·g~(-1)和6. 10 mg·g~(-1). BC300和BC500主要通过其表面羟基、羧基、羰基和酯基,Fe-BC500主要通过其表面羟基和铁羟基,MFS主要通过其中Na Al Si3O8和Al2Si2O5(OH)4表面的硅羟基、羟基和羧基分别与Cu和Cd发生配合反应,进而达到钝化修复Cu和Cd污染土壤的效果.因此,药渣生物炭、铁改性药渣生物炭和麦饭石及其组合材料均可被用于Cu和Cd复合污染土壤修复,但修复机制不同.     

土壤中钼的形态分析方法研究

本文对土壤中有效钼的浸取条件进行最佳化，并利用提高灰化温度达到消除浸取剂对石墨炉原子吸收测定钼的影响，方法用于国标样品和武汉市区土壤样品中钼的形态分析，获得满意的分析结果。     

城市固体废物填埋场防护层天然材料研究

提出用石灰和粉煤灰对常用的粘土 +蒙脱土的衬里进行改性。对石灰配比为 0 %、0 4 %、1%、2 %、6 %、10 %的6种复合衬里、“三明治”结构的复合衬里 ,以及粉煤灰比例为 15 % ,2 5 % ,35 % ,5 0 %的 4种复合衬里 ,从渗透系数、衰减能力的角度进行了系列测试 ,得出了石灰配比为 10 %的复合土Ⅰ衬里和“三明治”结构复合土衬里性能良好、成本低、值得推广