土壤-植物体系中农药和重金属污染研究现状及展望

农药、重金属已成为当今农业生态系统中重要的污染物质,国内外科学家对其进行了大量卓有建树的研究,特别是在土壤-植物系统中的研究受到较多关注。通过就农药和重金属对土壤微生物、土壤动物、土壤酶活性和植物的生理生化指标的影响进行的综合分析和阐述,系统剖析了其产生毒害机理和影响的因素,在此基础上提出今后相关研究中有待加强的重点,包括农药对非靶标生物毒害机理、农药降解中间产物的环境风险以及农药和重金属的迁移转化机理等。     

兽药磺胺二甲嘧啶在土壤中的生态行为

通过室内培养和土壤薄层层析等实验方法，研究了磺胺二甲嘧啶对土壤微生物的毒性及其在土壤中的降解、迁移特性。结果显示：在土壤磺胺二甲嘧啶浓度为1mg kg^-1时，土壤中细菌和真菌数量明显减少（p〈0．05），但随时间延长，该抑制作用变缓；磺胺二甲嘧啶在土壤中降解缓慢，持留时间久，在灭菌土和未灭菌土中的半衰期分别为223．9d和102．4d，并容易在土壤中迁移和渗漏，迁移系数R大于0．7，迁移和渗漏速度受介质pH的影响，在非中性环境下，移动和渗漏能力增强。表明磺胺二甲嘧啶是一种在土壤中不易被降解、容易迁移和渗漏到水体、对土壤微生物和水体产生危害的新型污染源。     

噻虫嗪在农田土壤中环境行为的研究进展

噻虫嗪是当前全球销售量最大的新烟碱类农药之一，随着噻虫嗪的广泛使用，噻虫嗪在土壤环境中的迁移转化和归宿问题成为研究热点。本文总结了噻虫嗪对陆生生物（蜜蜂、蚕、蚯蚓、鹌鹑）、水生生物（藻类、大型溞、斑马鱼等）以及土壤微生物的影响，系统综述了噻虫嗪在农田土壤中的残留、降解、吸附解析以及迁移与淋溶等环境行为及主要影响因素，并指出了噻虫嗪在农田土壤中环境行为相关研究存在的不足以及未来研究应该关注的重点和方向，以期为噻虫嗪的科学安全使用以及保障农田土壤生态环境健康提供科学依据。     

有机磷农药污染土壤的微生物降解研究进展

有机磷农药是目前我国使用量最大的农药之一,严重污染环境和生态系统,并通过食物链在生物体内富集,进而危害人类健康。微生物降解技术具有降解效率高、代谢途径多、无二次污染的优势,是目前清除环境中有机磷农药的主要手段,能有效降低有机磷农药的危害。目前有机磷农药的降解微生物主要是通过实验室纯培养方法获得,与自然生态环境中存在的降解功能性微生物信息差异较大,而利用不可培养方法识别功能性微生物的技术具有广阔的应用前景。本文从有机磷农药的使用情况及引发的环境问题出发,概述了有机磷农药在土壤中的迁移转化途径,稳定同位素探测技术和磁性纳米材料等不可培养方法对有机磷农药降解功能性微生物的识别,微生物降解有机磷农药污染土壤的功能基因、降解途径及降解机理;探讨了植物–微生物联合修复在有机磷农药污染土壤修复中的作用,并分析了环境因子及农药自身性质对有机磷农药降解的影响;最后,讨论了微生物降解技术存在的问题及今后研究方向。     

岩石-土壤-四川牡丹元素迁移体系中的微生物效应

[目的]研究四川牡丹岩土环境背景以及微生物在元素迁移过程中的作用,为了解营养元素的表生地球化学行为规律及微生物在元素迁移体系中的作用提供理论依据。[方法]利用ICP-OES测定四川牡丹生境母岩、土壤以及种子的大量(P,S,K,Ca,Na,Mg,Al)、微量(Fe,Mn,Cu)营养元素含量,同时利用Illumina高通量测序技术测定根际土壤中细菌、真菌的组成和结构。[结果](1)四川牡丹生长土壤以弱碱富钙为主要特征,元素组成基本保留了母岩特征;(2)元素从母岩到土壤中的迁移富集系数排序为:CaNaSPMgKAlFeMnCu,植物吸收系数排序为:PSKCuMgCaNaMnFeAl;(3)碱土金属淋溶率和铝铁率对土壤细菌的多样性(Alpha)影响显著,但对真菌的影响不显著;(4)P,Mn的迁移主要受母岩控制,而Ca,Mg,Fe,S等元素的迁移富集受到了微生物的影响。[结论]细菌和真菌在元素迁移体系中的作用相似,主要参与Fe,S,Mg,Ca的相关反应过程。     

六氯苯在土壤中的主要迁移转化过程

六氯苯(HCB)是环境中典型的持久性有机污染物(POPs)。土壤是HCB的主要贮存场所,研究土壤中HCB的迁移转化规律对揭示其环境效应有重要意义。本文从以下几方面综述了土壤中HCB的主要迁移转化过程:土壤中累积的HCB不断向大气挥发而造成空气污染;土壤对HCB的吸附影响其在环境中的迁移转化速率;HCB通过多种化学键与土壤形成结合残留,暂时降低其生物有效性;厌氧条件下,HCB可发生还原脱氯降解,使其毒性和持久性大大降低。本文最后展望了关于土壤中HCB迁移转化的下一步研究方向。     

红壤不同粒径团聚体对草甘膦农药降解动力学的影响

草甘膦农药的大量喷施,使其在环境特别是土壤中的残留-累积风险日益突出,从团聚体粒径角度研究红壤不同粒径团聚体中草甘膦的降解动力学及其相互作用特征仍鲜有报道。基于此,本研究通过干筛筛分、室内控制培养、液质联用定量分析相结合等探究草甘膦降解残留,并进一步分析团聚体理化性质与草甘膦降解的关系。结果表明:1)不同粒径团聚体中,草甘膦残留量随降解时间不断减小,且粒径之间降解动力学差异不显著。降解半衰期为15.8～20.6 d,粒径最小的团聚体(0.25 mm)中草甘膦的降解半衰期最长,为20.6 d。草甘膦在土壤中的主要降解产物氨甲基磷酸(AMPA)的含量随着降解时间的增加而增加,且在第5d达到峰值,而后不断减小;不同粒径团聚体间AMPA含量差异显著(P0.05)。2)相关分析及主成分分析发现,草甘膦残留量与红壤团聚体中速效磷含量呈显著正相关(P0.05),而其降解产物AMPA含量与团聚体中酸性磷酸酶活性及N-乙酰氨基-β-葡萄糖苷酶活性呈显著正相关(P0.05)。团聚体粒径与草甘膦残留量间没有显著相关性,但与AMPA含量显著正相关(P0.05)。此外,草甘膦降解过程中,团聚体中有机质含量及β-葡萄糖苷酶、N-乙酰氨基-β-葡萄糖苷酶、酸性磷酸酶活性与团聚体粒径为显著负相关关系(P0.05)。由此表明:红壤不同粒径团聚体影响草甘膦降解速率,粒径最小的团聚体(0.25 mm)中草甘膦农药的降解速率最慢,但试验结束时,各粒径红壤团聚体中的草甘膦和AMPA含量均较高,可能会影响土壤健康及生态环境安全;此外,草甘膦降解与土壤磷素密切相关,后续研究需探讨磷亏缺或丰盈条件下,草甘膦农药的土壤环境特征,为后续农田草甘膦环境风险评估提供依据。     

土壤水分及磷水平对草甘膦农药降解动力学的影响

近年来，草甘膦及其降解产物氨甲基磷酸 (AMPA)在土壤中的持久性及其环境风险日益受到关注。然而，草甘膦与磷酸盐结构相似且带电荷，可能与磷酸盐在土壤颗粒表面产生吸附竞争，进而影响其在土壤中的环境行为及土壤 磷的生物有效性。本研究通过室内控制试验，对不同磷肥施用水平(0，50 mg.kg-1，100 mg.kg-1)及水分条件下 (20%田间持水量 (20FC)，60%田间持水量 (60FC))，黄土中草甘膦农药降解动力学、土壤速效磷及土壤酶活性变化特征进行研究。结果表明：1) 不同磷肥施用及水分条件下，草甘膦农药在喷施初期降解速率较快，后期逐渐减缓；不同磷肥施用水平对草甘膦降解影响不显著，但不同水分梯度对其影响差异显著。其降解产物AMPA的含量随着草甘膦农药的降解而增加，不同磷肥施用水平处理AMPA的含量差异不显著，但不同水分条件下其峰值及变化特征差异显著，即：20FC 条件下到喷施后第14 d达到峰值，而60FC条件下在喷施后第7d 就达到峰值。通过拟合发现，草甘膦残留数量特征符合污染物一级动力学衰减模型，其半衰期分别为 69.3~77.0 d (20FC)和10.5~12.8 d (60FC)。2) 草甘膦农药喷施后，土壤中速效磷含量随草甘膦农药的降解呈现先减小后增大的变化特征，土壤水分对其影响差异显著。此外，草甘膦农药喷施后，磷酸酶活性受到明显抑制，N-乙酰胺基-β-葡萄糖苷酶、β-葡萄糖苷酶、亮氨酸酶活性波动较大。不同磷肥施用水平对以上四种土壤酶活性的影响差异不显著，但不同水分梯度对其影响较大。由此表明：黄土中磷水平对草甘膦农药降解特征的影响不显著，但土壤水分状况显著影响草甘膦农药的衰减速率及其降解产物的残留水平；同时，草甘膦农药喷施，对黄土中速效磷及磷酸酶活性的影响较大，可能对土壤P循环及植物利用产生影响。因此，后续研究还应考虑草甘膦与土壤磷组分及相关酶活性的互馈效应，特别是在干旱条件下草甘膦及其降解产物的持久性与土壤健康的关系研究，以期为黄土区草甘膦农药的安全喷施提供科学依据。     

土壤含水量和胡敏酸对有机氯农药降解的影响

尽管我国从1983年就开始禁用有机氯农药，但环境中仍有大量残留存在。土壤中污染物的残留是吸附、降解和迁移等各种理化作用和生物作用的综合结果，其中降解是制约其残留量的关键过程。大量研究表明，影响土壤中农药降解的主要环境因素包括土壤有机质、土壤温度、土壤pH和土壤含水量等，因为这些因素显著影响着土壤微生物的数量和活性。微生物代谢所需的营养物质有一部分来自农药和土壤有机质，土壤中微生物对其降解起着重要作用。胡敏酸（HA）是土壤有机质的主要组分，因此以HA代表土壤有机质对农药降解的影响是合理的，也有很多关于HA对农药在土壤中吸附等环境行为影响的研究报道。     

微生物成矿技术在环境砷污染治理中的应用研究进展

近年来,微生物成矿技术成为环境污染治理领域研究热点之一。结合典型矿化菌与砷的成矿关联规律对微生物成矿作用固定砷的机制及环境污染治理中的应用进行归纳:(1)环境中的碳酸盐矿化菌、铁锰氧化菌及硫酸盐还原菌可通过诱导成矿的方式,直接促进含砷矿物的形成或生成其他矿物间接吸附砷,通过对砷的成矿产物和成矿因素分析,揭示微生物成矿机理、特征及形成条件;(2)总结了国内外应用微生物成矿技术处理水体和土壤中砷污染的研究,利用微生物成矿技术可降低水体及土壤中溶解性或可提取态砷浓度、减少砷的生物可利用性;(3)微生物对重金属的成矿作用受环境因素影响,环境中砷的初始浓度、共存金属离子、pH、温度、营养盐浓度等均会影响微生物成矿的效率。加强微生物成矿过程微界面反应机制研究,并筛选重金属耐性和成矿能力强的微生物以提高成矿效率,同时研究成矿作用固定的砷在环境中的溶出和迁移规律进而减少矿物中砷的再次溶出,将成为未来该领域的重点研究方向之一。     

Spatial variability of glyphosate mineralization and soil microbial characteristics in two Norwegian sandy loam soils as affected by surface topographical features

The aim of this study was to investigate the possible influence of surface topographical features on the spatial variability of glyphosate degradation and some microbial characteristics in sandy loam soil. Soil samples were taken from the ploughed layer across an agricultural field after seedbed preparation for grain (Grue site), and down to 1 m depth under a ridge tilled field (Målselv site), both sites having similar soil textural characteristics (sandy loam soil). Laboratory experiments were performed looking at glyphosate mineralization and soil microbial activity at the Grue site, as well as microbial biomass, activity and substrate utilization patterns at the Målselv site. Microbial biomass and activity decreased, and substrate utilization patterns changed with increasing soil depth, reflecting naturally occurring changes in quantity and quality of soil organic carbon. Further, our results show that considerable spatial heterogeneity in the degradation rate of glyphosate and general carbon utilization exists even across small areas within a single agricultural field. This horizontal variability was observed over several spatial scales, and could not be clearly explained. It evidently arose from differences in environmental factors affecting microbial activity and growth, and topographical features controlling redistribution of water and matter flow patterns were correlated to the investigated soil microbial variables.     

喀斯特生态系统中乔木和灌木林根际土壤微生物生物量及其多样性的比较

我国喀斯特区域面积分布较广,而喀斯特生态系统的退化已成为当前西南地区面临的严重的生态问题。本研究选取贵州中部两种不同植被类型的生态系统—乔木林和灌木林,以乔木林中的白栎、园果化香和灌木林中的火棘、竹叶椒等主要优势树种为对象,研究不同的植物树种对根际土壤微生物生物量及其细菌群落结构的影响。结果显示:乔木林系统中根际土壤微生物生物量碳、氮显著性高于灌木林,植物的根际效应在乔木林中表现更为显著;同时乔木林中的优势树种通过根系分泌物的作用显著提高根际土壤细菌多样性指数,而灌木林中优势树种的根际土壤微生物量及多样性均未表现出明显的根际效应。因此,植被的演替通过改变土壤微生物的特性影响植物-微生物-土壤之间的物质和能量循环,进一步影响喀斯特生态系统的稳定和健康功能。     

喀斯特石漠化过程对土壤活性有机碳的影响

以贵州省花江峡谷区典型喀斯特石漠化小流域为研究区域,对潜在、轻度、中度、强度石漠化等级样地代表性土壤活性有机碳进行了测试分析.分析结果表明,随着石漠化程度的增加,土壤微生物生物量碳(sMBc)、轻组有机碳(LFOC)、可矿化碳(MC)、微生物商(qSMBC)呈下降趋势,微生物呼吸商(qCO2)呈上升趋势,与石漠化过程有一致性,能较好体现石漠化过程中土壤退化的本质.开垦序列土壤活性有机碳库的周转速率和土壤微生物碳库的下降速率大于樵采序列,使得开垦序列土壤即使在高的生物归还量下,形成土壤有机碳的比例相对较小.土壤SMBC,LFOC,MC,易氧化有机碳(LOC),qSMBC,qCO2等生物学性质除了与人为干扰方式有关外,还与植被生物量有关,可以体现土壤质量发展的方向,是石漠化过程土壤退化及恢复评价的敏感指标.     

Agroforestry potential for adaptation to climate change: A soil-based perspective

Agricultural systems face several challenges that threaten their capacity to feed the world while maintaining a healthy and functional environment. Climate change, together with soil degradation, biodiversity loss, resource scarcity and invasive species, is a major threat to agricultural systems worldwide. In this context, new practices have been proposed to circumvent or minimize these threats. Yet, these mostly focus on the farm or plant level (e.g., breeding for stress-tolerant species), while frequently overlooking belowground components (e.g., soil organic carbon accrual). By interlinking above- and below-ground components, the likelihood of limiting the negative effects of current threats to agricultural systems can be maximized. This review explores current knowledge regarding agroforestry and its effects on belowground components as a key property in the reducing effects of climate change. We first review tree effects on key soil properties of agricultural systems. We synthesize evidence regarding agroforestry systems response to current environmental threats that are related to climate change. We continue by discussing how soil processes play a fundamental role in the capacity of agroforestry systems to cope with climate change. We conclude by proposing options on how resilience of agroforestry systems could be further enhanced.     

Organic Carbon and Nitrogen Stocks in Soils of Northeastern Brazil Converted to Irrigated Agriculture

The productivity of agricultural areas in semi‐arid regions can be improved through the use of irrigation. However, the intensive cropping of such soils can have detrimental effects, especially with regard to soil organic matter (SOM) pools. The goal of this work was to evaluate soil organic carbon and nitrogen stocks of different irrigated agricultural systems and compare these to preserved natural ecosystems adjacent to each of the cropping systems. We selected four cropping systems: banana, a maize/bean succession (MB), pasture (P) and guava (G), as well as areas covered by native vegetation. Stocks of total soil organic carbon (TOC), amounts of unprotected and protected soil organic carbon, carbon and nitrogen in microbial biomass and microbial respiration were quantified. Surface soil TOC stocks under banana, G and P grass were significantly greater than under native vegetation and MB system. The most intensive management system was the MB, and the least intensive systems were P and G. The least intensive cropping systems were grouped on the basis of similarities in TOC, POC, total soil nitrogen and N in microbial biomass stocks. These results show that the degree of soil degradation resulting from changes in land use systems increases with the intensity of the land use systems themselves. This confirms the established hypothesis that the extent of degradation of soil properties and changes in some SOM fractions depend on the intensity of soil use. Furthermore, the adoption of conservation practices may remediate soil degradation and increase SOM stocks, mainly at the soil's surface. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

高效木质纤维素分解菌群筛选及其酸碱调节能力研究

为获得能够改良土壤酸碱性的微生物群体, 以混合堆放牛粪、鸡粪的储粪池外围土样为材料, 采用限制培养技术筛选了一组木质纤维素分解菌群, 并对该菌群在不同初始pH下的适应能力和纤维材料的分解能力及其耐盐特性进行了研究。结果表明: 以不同碳源(滤纸、玉米秸秆、稻草秸秆和小麦秸秆)制作不同初始pH(5.0~11.0)的培养基, 接种木质纤维素分解菌群后培养基pH均迅速向中性变化, 第3 d集中至8.0左右, 6 d后稳定至7.8~8.6; 7 d内滤纸、玉米秸秆、稻草秸秆和小麦秸秆失重率分别超过93.15%、50.53%、44.29%和42.60%; 以滤纸为惟一碳源、NaCl浓度2.0%的培养基接种, 7 d滤纸失重率达84.82%。木质纤维素分解菌群具有较强的适应及调节pH能力, 且能够高效分解木质纤维材料, 并具有一定的耐盐特性, 可见该菌群在酸碱土壤酸碱性改良领域具有一定开发潜力。     

农田中的(微)塑料污染:来源、迁移、环境生态效应及防治措施

近年来,继海洋中的微塑料污染受到广泛关注后,土壤微塑料的环境风险逐渐受到重视,有关微塑料对土壤生态环境影响的研究取得了积极进展.本文总结了迄今为止的有关农田土壤中(微)塑料的研究成果和进展,阐明了当前国内外农田微塑料污染现状;详细论述了农田土壤中(微)塑料的来源以及不同源对农田微塑料污染的潜在贡献;对农田微塑料污染现有...     

土壤中多环芳烃的微生物降解: 降解途径及其影响影子

Adverse effects on the environment and high persistence in the microbial degradation and environmental fate of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are motivating interest. Many soil microorganisms can degrade PAHs and use various metabolic pathways to do so. However, both the physio-chemical characteristics of compounds as well as the physical, chemical, and biological properties of soils can drastically influence the degradation capacity of naturally occurring microorganisms for field bioremediation. Modern biological techniques have been widely used to promote the efficiency of microbial PAH-degradation and make the biodegradation metabolic pathways more clear. In this review microbial degradation of PAHs in soil is discussed, with emphasis placed on the main degradation pathways and the environmental factors affecting biodegradation.     

岩溶区根系地下生境对土壤微生物生物量的影响

选择岩溶区3种不同的典型根系地下生境类型土壤作为研究对象(类型Ⅰ——白云岩水平产状多层空间类型、类型Ⅱ——白云岩倾斜产状多层空间类型及类型Ⅲ——白云岩直立产状多层空间类型),分析不同类型及层次对土壤微生物生物量的影响,以及土壤养分、土壤酶活性的变化。结果表明:(1)根系地下生境类型和层次对土壤微生物生物量的影响极显著(p<0.01);(2)3种类型的土壤微生物生物量差异极显著(p<0.01),均随土壤层次的下降而降低,类型Ⅰ的微生物环境较差,类型Ⅱ较好,类型Ⅲ居中;(3)类型Ⅰ在一定程度上能促进碳循环,类型Ⅱ利于有机碳的循环、氮的供应,类型Ⅲ利于磷的供应及有机物质的氧化。该研究可为探索岩溶地区的根系地下生境及其土壤条件,并为同等条件的土壤肥力评价、植被恢复技术研究提供参考。