蚯蚓和秸秆对铜污染土壤微生物类群和活性的影响

试验设置4个Cu浓度水平：0、100、200和400 mg·kg^-1 Cu²⁺,每个Cu浓度水平设置4个处理：对照(CK)、表施秸秆(M)、接种蚯蚓(E)、同时加入蚯蚓和秸秆(ME),研究了在Cu污染土壤中加入蚯蚓和秸秆对土壤微生物数量及活性的影响.结果表明：Cu污染、秸秆和蚯蚓均明显影响土壤微生物类群; Cu污染对细菌、放线菌具有抑制作用,而对真菌没有影响;秸秆显著提高了真菌数量;蚯蚓使土壤细菌、放线菌数量显著增加,而对真菌数量影响不大.Cu污染浓度＞200 mg·kg^-1处理对微生物量碳具有抑制作用;加入秸秆或蚯蚓,可显著提高土壤微生物量碳,而且同时加蚯蚓和秸秆处理土壤微生物量碳增加最显著.加入蚯蚓和秸秆后,土壤呼吸值显著增高.Cu<200 mg·kg^-1时,蚯蚓处理土壤呼吸值最大,平均比对照高3.06～5.58倍;Cu≥200mg·kg^-1时,蚯蚓、秸秆同时加入处理土壤呼吸值最高.4个处理土壤代谢商大小顺序为：ME>E>M>CK.蚯蚓和秸秆处理对土壤NH₄⁺-N没有影响,而对土壤NO₃^--N影响各异.接种蚯蚓,可显著提高土壤NO₃^--N含量;加入秸秆,可显著降低土壤NO₃^--N含量;同时加入蚯蚓和秸秆处理NO₃^--N含量最低.相关分析表明,土壤有效态Cu(DTPA-Cu)与土壤放线菌、细菌呈显著负相关,而与土壤呼吸、土壤NO₃^--N、NH₄⁺-N含量呈显著正相关.引入秸秆和蚯蚓,可在一定程度上减缓Cu污染对微生物数量和活性的影响.     

AMF和PGPR联合修复菲和芘污染土壤的效应

丛枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungi,AMF）与根围促生细菌（plant growth-promoting rhizobacteria,PGPR）联合降解有毒有机物、修复污染土壤和促进植物生长的作用倍受关注。本试验旨在探究AMF与PGPR联合降解土壤中菲和芘的效应,以菲和芘1:1混合处理浓度各0、50mg/kg、100mg/kg和150mg/kg下对高羊茅Festuca elata接种AMF根内根孢囊霉Rhizophagus intraradices（Ri）、变形球囊霉Glomus versiforme（Gv）、PGPR荧光假单胞菌Pseudomonas fluorescens Ps2-6、芽孢杆菌Bacillus velezensis Ps3-2、Ri+Ps2-6、Ri+Ps3-2、Gv+Ps2-6、Gv+Ps3-2和不接种对照共36个处理。结果表明,供试AMF增加了PGPR的定殖数量;接种PGPR则显著提高AMF的侵染率。AMF、PGPR或AMF+PGPR处理均显著降低土壤中菲和芘含量,促进植物对土壤中菲和芘的吸收,显著提高高羊茅根系和叶片内的菲和芘含量。在土壤中菲和芘100mg/kg和150mg/kg水平下,Gv与Ps2-6及Ri与Ps2-6能相互促进对土壤中菲和芘的去除效应,其中接种Gv+Ps2-6组合处理的去除率最高,达到95%-98%,土壤中多酚氧化酶、脱氢酶和过氧化氢酶活性显著高于单接种处理和不接种对照,而酸性磷酸酶活性变化则表现为相反趋势。其中以Gv+Ps2-6组合处理的多酚氧化酶活性最高,为0.17mg/g,是不接种对照的1.9倍;脱氢酶和过氧化氢酶活性分别达到1.32µg/(g·h)和1.81mL/g;酸性磷酸酶活性则比不接种对照土壤降低27%-45%;易提取球囊霉素相关土壤蛋白含量和总球囊霉素相关土壤蛋白含量分别是不接种对照的1.6倍和1.5倍。     

固定化微生物对多环芳烃污染土壤的降解

利用微生物固定化技术,研究了微生物固定化菌剂对土壤中菲、蒽、芘、(艹屈)和苯并(a)芘的降解动态,并且采用Michaelis-Menton和Monod动力学模型对结果进行拟合.结果显示,4种处理(TB02、TB07、TBB03、TBB08)均有降解菲、蒽、芘、(艹屈)和苯并(a)芘的能力.其中,处理TB02的降解能力强、降解速率快、半衰期短且处理成本低,而处理TB07则需要较长时间作用于PAHs污染土壤,其降解能力才能充分发挥出来.当菲、蒽、芘、(艹屈)和苯并(a)芘的初始浓度均为20 mg·kg-1时,42 d后,TB02对菲、蒽、芘、(艹屈)和苯并(a)芘的降解率分别为84.32%、85.24%、82.59%、43.75%和62.25%; 133 d后,TB07对5种污染物的降解率分别为95.00%、95.24%、90.93%、74.82%和72.20%.通过比较5种污染物半衰期,其可降解性由大到小依次为菲、蒽、芘、苯并(a)芘、(艹屈).     

植物CytP450和抗氧化酶对土壤低浓度菲、芘胁迫的响应

以小麦(Triticum acstivnm)为供试植物,草甸棕壤为供试土壤,以微粒体细胞色素P450及抗氧化酶SOD、POD和CAT酶活性为指标,进行了土壤中菲、芘单一及复合胁迫响应研究.结果初步表明,菲、芘胁迫引起植物体内解毒代谢和抗氧化防御酶反应.菲、芘单一胁迫浓度为1mg kg-1时对细胞色素P450产生显著诱导;4 mg kg-1时P450酶含量明显被抑制,表明低浓度菲、芘单一胁迫对植物代谢解毒系统产生损伤;而菲、芘复合1mg kg-1时P450酶含量明显被抑制,说明菲、芘复合胁迫对植物的代谢解毒具有协同毒性效应.土壤中菲、芘单一胁迫未引起SOD酶活性的明显改变,复合胁迫下SOD酶活性出现微弱下降;菲、芘单一胁迫对CAT和POD酶活性具有显著抑制作用;复合胁迫对CAT产生抑制作用,而POD酶活性并未对菲、芘复合产生增强毒性响应.研究从代谢解毒和抗氧化防御酶系统两方面,为土壤低浓度PAHs污染诊断提供了实验依据.     

接种功能内生细菌Diaphorobacter sp.Phe15减少蔬菜亚细胞菲积累的体外试验研究

[目的]土壤中的多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)可被蔬菜根系吸收并在可食部分积累进而通过食物链威胁人群健康。接种功能内生细菌能有效减低蔬菜中PAHs的积累,而关于其对蔬菜亚细胞组分中PAHs积累的影响却鲜有报道。[方法]采用体外实验,研究了接种具有菲降解功能的菌株Diaphorobacter sp. Phe15对空心菜茎叶亚细胞组分中菲积累的影响及PAHs代谢相关酶活性的响应。[结果]接种Phe15可以可加速空心菜茎叶亚细胞中菲的降解,显著削减空心菜亚细胞组分中菲的含量,接菌后空心菜亚细胞组分中菲降解率达90%以上。此外,接种功能菌Phe15可以影响空心菜亚细胞组分中PAHs代谢相关酶系的活性,空心菜亚细胞水平POD、PPO、C230活性整体得到提高,且酶系活性与空心菜体内菲积累呈负相关关系。[结论]接种具有菲降解功能的菌株Phe15增加了空心菜亚细胞水平PAHs代谢相关酶系活性,进而降低空心菜体内菲的积累,研究结果为利用功能内生细菌削减蔬菜中多环芳烃污染提供了一定的参考和理论依据。     

蚯蚓-菌根在植物修复镉污染土壤中的作用

以灰化土(Aquods)为供试土壤,分别加入4个浓度的Cd2 (0,5,10,20mg/kg)模拟土壤污染,设置每钵接种8条蚯蚓(Pheretimasp.)、接种菌根(InoculumEndorize-Mix2)和同时接种蚯蚓和菌根的处理,以不加蚯蚓和菌根为对照,并种植黑麦草(Loliummultiflorum),研究蚯蚓菌根相互作用对Cd污染土壤中黑麦草生长及土壤中Cd生物有效性的影响。结果表明菌根浸染率不受添加Cd浓度的影响,平均浸染率为22%,加入蚯蚓能使菌根的侵染率提高9%。在Cd污染土壤上,引进蚯蚓显著增加了黑麦草地上部的生物量,接种菌根对黑麦草地上部分产量没有明显影响,同时接种蚯蚓和菌根与只接种蚯蚓相比没有显著差异。蚯蚓活动显著提高了土壤中CaCl2-Cd的含量,而菌根只在低浓度Cd处理上增加了土壤中CaCl2-Cd含量,二者对H2O-Cd、DTPA-Cd均无显著影响,蚯蚓和菌根对增加土壤有效态Cd含量不存在协同作用。蚯蚓活动促进了黑麦草对Cd的吸收,但吸收的Cd积累于黑麦草根部。接种菌根不仅能促进黑麦草对Cd的吸收,而且还能促进Cd从植物的根部向地上部分转移,由于接种蚯蚓可以提高菌根的浸染率,所以二者具有促进Cd向地上部转移的协同作用。这对于重金属污染土壤的植物修复具有十分重要的意义。     

蚯蚓-秸秆及其交互作用对黑麦草修复Cu污染土壤的影响

以高沙土为供试土壤,加入Cu^2＋以模拟成：0,100,200,400mg／kgCu^2＋的Cu污染土壤,设置接种蚯蚓（E）、表施秸秆（M）,同时加入蚯蚓和秸秆（ME）及不加蚯蚓和秸秆的对照（CK）4个处理,并种植黑麦草。研究蚯蚓、秸秆相互作用对黑麦草吸收、富集铜的影响。结果表明：加入秸秆显著提高了蚯蚓的生物量,一定程度上缓解了重金属对蚯蚓的毒害,同时蚯蚓显著提高了秸秆的分解率,较无蚯蚓对照提高了58．11％～77．32％。接种蚯蚓（E,ME）还提高了土壤有效态重金属（DTPA-Cu）含量,秸秆处理（M）则降低了土壤有效态重金属含量。研究还发现,E处理促进了黑麦草地上部生长,而M和ME处理均显著提高了黑麦草地下部的生物量。E和ME处理同时提高了植物地上部和地下部的Cu浓度及Cu吸收量,M处理则只对植物的地下部Cu浓度和Cu吸收量有显著促进作用。总体来看,E处理、M处理及ME处理分别使黑麦草地上部Cu富集系数提高了31．22％～121．07％．2．12％～61．28％和25．56％～132．64％。     

低分子有机酸对土壤中菲降解及细菌群落结构的影响

多环芳烃是一类普遍存在于环境中的持久性有机污染物,其通过食物链进入生态系统,直接危害人类健康和整个生态系统的安全。为探讨低分子有机酸对土壤中菲降解及细菌群落结构的影响,通过室内培养的方式研究了在添加不同种类有机酸处理下第0—180天土壤中菲含量的变化状况,并采用高通量Illumina Miseq技术分析了土壤细菌群落种类和数量的变化特征。结果表明,低分子有机酸对于土壤中菲的降解有明显的促进作用,由一级动力学方程得出乙酸对菲降解的促进作用最明显。从细菌群落结构来看,土壤细菌的数量及其多样性或许不是导致土壤菲降解的主要因素,反而特定的菲降解菌的丰度对菲降解有重要影响。添加低分子有机酸减少了细菌OTU数及细菌菌群多样性,但增加了PAHs降解菌的丰度。随着时间推移细菌总OTU数呈现下降趋势,独有种类数均呈现出先增长后下降的趋势。检测到了6种典型的菲降解菌,分别为:Bacillus、鞘氨醇单胞菌属、Massilia、Azospirillum、Burkholderia-paraburkholderia、红球菌。研究结果可为多环芳烃污染土壤的植物修复提供基础数据和科学参考。     

盐碱土壤PAHs 降解菌的筛选鉴定及其降解特性

采用富集培养的方法,从天津大港油田PAHs污染盐碱化土壤中分离出一株能以菲、芘为唯一碳源和能源的优势菌TJB5。经形态观察和16S rDNA序列分析结果表明,该菌株为成团泛菌(Pantoea agglomerans)。采用液体培养的方法,研究了pH、盐度、菲芘的初始浓度对TJB5菌株降解菲芘效果的影响,确定了最佳降解条件。结果表明,该菌对菲、芘的降解具有较广泛的pH、盐度范围和良好的降解效果。在菲、芘浓度分别为50 mg/L、pH 6.8-9.5、盐度2%-3%、温度30°C条件下,接种15 d后菲降解率在93.3%以上,芘降解率在20%以上。     

沿阶草(Ophiopogon japanicus)对土壤中菲芘的修复作用

采用盆栽试验法,研究沿阶草对土壤中芘、菲的去除效果与修复机制.结果显示:在试验浓度范围(0～322mg · kg-1)内,植物-微生物系统对芘、菲的去除效果明显.种植沿阶草60d后,菲、芘去除率分别为77.58%～96.3%、65.25%～83.25%;平均去除率分别比对照1(加0.1%NaN3)高82.27%、72.73%,比对照2(无NaN3)高43.26%、46.27%.沿阶草能吸收积累土壤中的菲和芘,根部和茎叶部菲、芘含量随土壤中菲、芘浓度的提高而增大;生物浓缩系数随土壤中菲、芘含量的增加而减小,且根部大于茎叶部、芘大于菲.修复过程中,非生物因子、植物积累、植物代谢对菲、芘的去除率分别为6.61%、0.157%、6.54%和3.18%、1.21%、5.72%;微生物降解、植物-微生物间的交互作用对菲、芘的去除率分别为39.01%、26.47%和36.57%、39.34%.说明植物-微生物交互作用、微生物降解作用是土壤中菲、芘去除的主要原因.     

阿维菌素B1a对土壤微生物和蚯蚓的影响

研究了不同阿维菌素B_1a浓度对种土壤微生物生长和呼吸强度的影响及对土壤中蚯蚓的急性毒性.结果表明,土壤中阿维菌素B_1a浓度在83.3 mg·kg^-1以上时对种土壤细菌均表现出明显的抑制作用,但对土壤真菌不表现抑制作用.高浓度阿维菌素B_1a对土壤微生物的呼吸强度有抑制作用,并且在不同土壤其作用有差异.采用滤纸接触试验和人工土壤试验测定阿维菌素对蚯蚓的急性毒性(半数致死量,LD₅₀),接触毒性LD₅₀为.63μg·cm^-2,土壤法试验测定的LD₅₀在处理后第7 d和第1 d分别为2.13和17.06 mg·kg^-1.     

蚯蚓活动对红壤磷素主要形态及有效磷含量的影响

通过盆钵生物试验和采用Hedley磷素分级方法研究了秉氏环毛蚓(Pheretima pingi)对红壤磷素主要形态和红壤有效磷含量的影晌.结果表明,在蚯蚓和有机物料(稻草、花生秸、油菜秸)的共同作用下,经过100d培养后土壤有效磷含量显著提高.统计分析结果表明,花生秸接种蚯蚓处理与不接种蚯蚓处理和油莱秸接种蚯蚓处理与不接种蚯蚓处理之间的土壤有效磷含量差异均达显著水平.采用Hedley磷素分级法测得的树脂磷由原土的痕量增加到10.5～17.8 mg·kg^-1,NaHCO₃溶解态磷由原土的14.5 mg·kg^-1增加到23.5～53.6 mg·kg^-1,微生物细胞磷由原土的1.0 mg·kg^-1增加到6.8～9.7 mg·kg^-1,土壤有机磷含量由原土的37.9 mg·kg^-1增加到50.7～59.3 mg·kg^-1,而土壤中活性最低的残留磷含量则有所降低.蚯蚓活动对红壤磷素具有较强的活化作用.     

龙须草对镉的耐受性和富集特征

利用盆栽试验,研究了龙须草对Cd的耐受能力和富集特征.结果表明:低浓度Cd处理(5 mg·kg-1)能促进龙须草的生长,增强其生理活性,生物量、净光合速率等12个指标比对照提高1.0%～15.5%;高浓度Cd处理(>5 mg.kg-1)对龙须草的生长产生抑制作用,但当Cd浓度达到100 mg.kg-1时,龙须草仍能完成正常的生理周期,生物量、净光合速率仅比对照分别下降27.0%和25.6%.龙须草各器官的Cd含量随Cd污染程度的上升而大幅度增加,根的Cd含量为350～500 mg.kg-1,茎叶为15～35 mg·kg-1.在Cd浓度<50 mg·kg-1时,吸Cd量随添加浓度的增大而增大,茎叶吸Cd量占总吸Cd量的15.7%～38.4%,茎叶与根的吸Cd量比值最高可达0.62.龙须草对Cd污染的耐受性、富集和转运能力均较强,是一种潜在的Cd超富集植物.     

Phenanthrene degradation by bacteria of the genera Pseudomonas and Burkholderia in model soil systems

Degradation of phenanthrene by strains Pseudomonas putida BS3701 (pBS1141, pBS1142), Pseudomonas putida BS3745 (pBS216), and Burkholderia sp. BS3702 (pBS1143) was studied in model soil systems. The differences in accumulation and uptake rate of phenanthrene intermediates between the strains under study have been shown, Accumulation of 1-hydroxy-2-naphthoic acid in soil in the course of phenanthrene degradation by strain BS3702 (pBS143) in a model system has been revealed. The efficiency of phenanthrene biodegradation was assessed using the mathematical model proposed previously for assessment of naphthalene degradation efficiency. The efficiency of degradation of both phenanthrene and the intermediate products of its degradation in phenanthrene-contaminated soil is expected to increase with the joint use of strains P. putida BS3701 (pBS1141, pBS1142) and Burkholderia sp. BS3702 (pBS1143).     

一株高效菲降解菌的筛选及降解条件研究

从南京某石化厂排污口附近采集土样,以菲为碳源的选择性培养基分离筛选到一株菲高效降解菌F10a,根据形态和生理生化特性初步鉴定为芽孢杆菌属,并对其降解菲的特性及各种影响因素进行了研究.结果表明,F10a在50 mg·L^-1的条件下,28 ℃振荡培养27 h,菲的降解率达到98.12%;静置培养8 h,菲的降解率达到98.7%.pH值分别为、6、8时,F10a对菲具有良好的降解效能;pH值为10时F10a不生长.Zn²⁺与Pb²⁺的存在不影响F10a的降解效能,Cu²⁺可以延缓菲的降解,Cr²⁺对F10a有毒性.F10a在菲浓度为200 mg·L^-1时,28 ℃振荡培养8 h,降解率为99.6%.菲的降解程度与细菌数量的增长呈正相关关系.     

Modification of PAHs Biodegradation with Humic Compounds

The effect of extractable humic substances (EHS) on the bioremediation of phenanthrene in a slurry phase was investigated using adapted microorganisms with polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs). Two concentrations of EHS were used: 150 and 30 mg/kg soil. The phenanthrene concentration was 500 mg/kg soil. The results showed that the trend of biodegradation was increased after four weeks retardation. These tests showed that humic compounds could overcome the bond between the soil and phenanthrene in the presence of the bacterial consortium. The bacterial density in the medium with EHS was about six-fold greater in magnitude than in the medium without the humic compounds. The chemical relationship between phenanthrene and the humic substances in the form of a phenanthrene-humic-soil complex or phenanthrene-humic is loosely associated and reversible. Therefore, after the initial inhibition by humic substances, the bioavailability of phenanthrene increases.     

Improving Mathematical Model in Biodegradation of PAHs Contaminated Soil Using Gram-Positive Bacteria

In published literature there are limited studies on the estimation of kinetic parameters of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in soil. In addition, neither the kinetic studies were performed with Gram-positive bacteria nor conducted under non-indigenous condition in order to understand their removal performance. Thus, a mathematical model describing biodegradation of phenanthrene-contaminated soil by Corynebacterium urealyticum, bacterium isolated from municipal sludge, was developed in this study. The model includes three kinetic parameters that were determined using TableCurve 2D software, namely qmax (maximum substrate utilization rate per unit mass of bacteria), X (biomass concentration) and Ks (substrate concentration at one half the maximum substrate utilization rate). These parameters were evaluated and verified in five different initial phenanthrene concentrations. Highest degradation rate was determined to be 79.24 mg kg^?1 day^?1 at 500 mg kg^?1 initial phenanthrene concentrations. This high concentration shows that bacteria perform better in contaminated sand compared to liquid media. High r² values, ranging from 0.92 to 0.99, were obtained excluding 1000 mg/kg phenanthrene. The kinetic parameters, i.e., qmax and Ks, increased with the phenanthrene concentration and thus suggest that bacteria degrade at a higher degradation rate. This model successfully described the biodegradation profiles observed at different initial phenanthrene concentrations. The established model can be used to simulate the duration of phenanthrene degradation using only the value of the initial PAHs concentration.     

淹水条件下添加有机物料对蔬菜地土壤硝态氮及氮素气体排放的影响

蔬菜地大量施用氮肥可以引起土壤硝态氮积累,导致土壤退化,快速消除土壤积累的硝态氮,可以提高蔬菜地土壤质量,延长其使用时间.在硝态氮(360 mg N·kg^-1)积累的蔬菜地土壤中,分别加入0、2500、5000和7500 kg C·hm^-2黑麦草(记为CK、C₂₅₀₀、C₅₀₀₀和C₇₅₀₀),淹水条件下,30 ℃恒温室内培养240 h,研究土壤硝态氮含量及氮素气体排放量变化.结果表明：培养结束时,CK处理中土壤硝态氮含量高达310 mg N·kg^-1,添加黑麦草能有效地消除土壤中积累的硝态氮,C₂₅₀₀、C₅₀₀₀和C₇₅₀₀处理中土壤硝态氮含量降低至10 mg N·kg^-1以下需要的时间分别为240、48和24 h.添加黑麦草显著提高了土壤pH,降低了土壤电导率,其变化幅度随黑麦草添加量的增加而增大.添加黑麦草处理的土壤N₂O和N₂累积排放量为270～378 mg N·kg^-1,N₂O/N₂为0.6～1.5.淹水条件下添加黑麦草可快速消除蔬菜地土壤积累的硝态氮,但应充分重视N₂O在这一过程中的大量排放.     

蚯蚓在植物修复芘污染土壤中的作用

采用盆栽试验法,研究了蚯蚓(Pheretima hupeiensis)在植物修复芘污染土壤中的作用。结果显示,试验浓度(20.24-321.42 mg/kg) 范围内,蚯蚓活动促进了芘污染土壤中修复植物黑麦草(Lolium multiforum)黑麦草的生长,其根冠比明显增大。添加蚯蚓72 d后,种植黑麦草的土壤中芘的去除率高达60.01%-86.26%,其平均去除率(74.66%)比无蚯蚓活动的土壤-植物系统(64.55%)提高10.11%,比无植物对照组(18.24%)提高56.42%。各种生物、非生物修复因子中,植物-微生物交互作用对芘去除的平均贡献率(51.75%)最为突出,比无蚯蚓活动时(44.94%)提高6.81%。说明蚯蚓活动可强化土壤-植物系统对土壤芘污染的修复作用。