复合菌和鸡粪生物炭对镍和镉污染土壤的修复效果研究

微生物和生物炭通过协同作用可实现重金属污染土壤的低碳、绿色修复,但是目前相关研究较少。本研究通过玉米盆栽试验,研究了多功能复合菌和鸡粪生物炭对镍（Ni）和镉（Cd）污染土壤的修复。研究结果表明,单一和共同作用下复合菌和不同粒径生物炭均能不同程度地固定土壤中的Ni和Cd,减轻Ni和Cd的毒害并降低玉米幼苗对Ni和Cd的吸收,增加根际土壤细菌、真菌群落结构丰富度与物种多样性,其中复合菌和粒径较小的微米生物炭（1.6~55.8 μm）联合修复效果最好。与对照相比,复合菌和微米生物炭联合修复下根际土壤中碳酸盐结合态Ni和Cd的含量分别升高了59.9%和68.4%,有效态Ni和Cd的含量降低了66.5%和53.8%,促进了盆栽玉米幼苗的生长发育,提高了抗氧化能力,使玉米根部的Ni和Cd含量分别降低了49.3%和41.9%,地上部的Ni和Cd含量分别降低了69.4%和53.0%,降低了Ni和Cd在叶片细胞器中的占比,并以低毒形态存在;根际土壤中细菌和真菌的OTU数目显著增加,优势菌群的丰富度和多样性提高,根际土壤微生物群落结构改善。以上研究结果表明多功能微生物和生物炭具有协同修复效应,可为重金属污染土壤联合修复提供理论依据和技术支持。     

基于PCR-DGGE技术的剑湖湿地湖滨带土壤微生物群落结构多样性分析

为了解剑湖湿地湖滨带植物根际土壤中细菌的群落结构特征多样性,应用PCR-DGGE 技术对剑湖湿地湖滨带4种植物根际土壤细菌的群落结构进行了研究,根据 DGGE 指纹图谱,对它们的遗传多样性进行了分析。结果表明,不同植物群落根际和非根际土壤细菌多样性指数（H′）、丰度（S） 和均匀度（J）均有所不同,根际土壤细菌多样性指数、均匀度、丰富度均高于非根际,其中茭草根际土壤细菌多样性指数、均匀度、丰富度均最高,说明植物群落类型与土壤微生物多样性的关系十分密切;不同植物群落根际土壤细菌群落结构相似性较高,非根际土壤细菌群落结构相似性较低,在82%的相似水平上聚为4大类群,根际土壤细菌和茭草非根际土壤细菌聚为一类,其余非根际土壤细菌各聚为一类,说明植物群落对微生物群落结构具有一定的影响。对 DGGE 的优势条带序列分析,同源性最高的微生物分别属于变形菌门（Proteobacteria）、草酸杆菌科（Oxalobacteraceae）、紫色杆菌属（Janthinobacterium）、杜擀氏菌属（Duganella）、埃希氏菌属（Escherichia）和链球菌属（Streptococcus）,它们均为未培养微生物。不同植物群落根际土壤氮磷含量均有所差异,其中茭草根际土壤氮磷含量最高,湿地土壤细菌多样性与土壤有机质、总N、总P的含量呈正相关关系,土壤细菌多样性与土壤pH值呈负相关关系。     

种植年限对牡丹根际土壤微生物群落结构的影响

为了探究牡丹连作对土壤微生物种群结构的影响,从菏泽牡丹园采集种植年限分别为3、5、8、12、20年的牡丹根际土壤样品,采用末端限制性片段长度多态性(T - RFLP)技术与变性梯度凝胶电泳(DGGE)方法研究了样品中细菌和真菌的种群结构变化.结果表明,牡丹根际土壤细菌多样性变化不显著,而真菌多样性水平随种植年限的增加而降低,菌群结构趋于简单,种类大量减少.通过戴斯系数法对牡丹根际土壤的细菌与真菌DGGE图谱分析表明,各样品间细菌种群结构相似度均在76.9％以上,而牡丹根际土壤样品真菌种群结构相似度最低仅为58.3％,说明随着种植年限增加牡丹根际细菌种群结构未发生显著变化,而根际真菌种群结构变化显著.牡丹连作后真菌种群结构的变化可能是引发牡丹连作障碍的主要原因.     

苏北滩涂盐碱地3种典型盐生植物根际土壤细菌多样性及群落结构分析

以苏北滩涂盐碱地3种典型盐生植物的非根际与根际土壤为研究对象,利用高通量测序技术对土壤细菌多样性特征及群落结构进行分析,并对土壤理化性质进行测定.结果表明:盐地碱蓬、盐角草和二色补血草根际土壤细菌群落分别由15、16、17门组成,其中装甲军门只出现在二色补血草根际土壤中;非根际土壤主要由18门组成,其中广古菌门仅出现在盐地碱蓬非根际土壤中,衣原体门仅出现在二色补血草非根际土壤中.非根际土壤细菌酸杆菌门的相对丰度低于根际土壤,而非根际土壤中的放线菌门丰度有所提高.3种植物根际土壤细菌群落的多样性与速效氮含量正相关,与土壤pH值、电导率、有机质含量、速效磷含量、有机碳含量及速效钾含量负相关;土壤电导率、速效氮含量和速效磷含量是影响其根际与非根际土壤细菌群落变化的主要因素.     

镉铜复合污染土壤中南方红豆杉的重金属提取效果及根际细菌群落特征

为明确复合重金属污染土壤对南方红豆杉价值的影响,以高经济价值植物南方红豆杉(Taxus wallichiana var. mairei)为研究材料,在田间Cd/Cu复合污染土壤上开展大田试验,采用高通量测序和ICP-MS分析技术,研究了复合污染土壤条件下南方红豆杉根际细菌群落特征和特异细菌群落结构,测定了南方红豆杉各部位重金属的含量。结果表明:南方红豆杉的种植显著降低了根际土壤的细菌α-多样性,改变了根际土壤细菌群落结构,与非根际土壤相比,南方红豆杉的根际土壤细菌群落结构组成明显不同,南方红豆杉根际Alphaproteobacteria纲(Sphingobium、Kaistobacter)、Betaproteobacteria纲(Oxalobacteraceae、Comamonadaceae)、Gammaproteobacteria纲(Acinetobacter)和Bacteroidetes门(Sphingobacteriaceae)尤为丰富。PICRUSt分析表明南方红豆杉根际中有着丰度更高的与转运蛋白、氨基酸代谢、磷酸盐代谢相关的预测功能基因。与非根际土壤相比,南方红豆杉根际土壤的Cd、Cu含量分别显著降低18.8%和55.1%;且南方红豆杉高价值部位重金属Cd和Cu含量偏低,分别是根部的24.8%和30.7%。研究表明,南方红豆杉根际形成了特异细菌群落结构,其对于根际土壤重金属Cd、Cu有良好的萃取效果。     

玉米修复河道疏浚底泥重金属-有机复合污染的根际效应

通过盆栽试验研究了玉米对重金属(Zn、Pb、Cu、Cd、Ni)-有机物复合污染的城市排污河道疏浚底泥修复的根际作用与相关机理。结果表明:①玉米对不同的重金属均有积累能力,但对不同种类的重金属积累数量差异较大,这不仅与重金属在底泥中的总量有关,而且与重金属的存在形态、生物有效性和毒性、迁移特性及根际微生物有关。②根际pH的降低促进了Pb、Ni碳酸盐结合态的溶解、释放。在根际的活化作用下,离子交换态的重金属数量明显高于非根际,残渣态的重金属数量明显减少,第一季种植后根际Pb、Zn、Cu、Ni的离子交换态分别增加了0.7、787.5、3.67、9.86mg·kg-1,残渣态分别减少了67%、76%、71%、89%。根际Pb、Cu、Ni的铁锰结合态的数量均有增加。③种植后底泥中重金属的存在形态和结构发生了变化,底泥的晶粒变大,晶格强度增加;铁锰等物质增强了对Pb、Cu、Ni、Cd的吸附,且晶格强度越强,吸附能力越好。④根际微生物的种类、数量及脲酶活性不仅与重金属总量有关,而且与离子态的重金属数量有更显著的关系。     

长白山区人参根际土壤微生物多样性分析

用PCR-DGGE方法,分析长白山区人参根际土壤微生物的群落结构及多样性。以三年生、五年生的人参根际土壤及无参地土壤为材料,对PCR反应条件、DGGE中凝胶单体、变性剂浓度进行了优化,并对真菌3套引物进行了对比分析,得出细菌16S rDNA V3区引物314F-GC/518R、8%凝胶单体、60%~40%变性剂DGGE分离效果较好;真菌ITS区引物,12%凝胶单体、60%变性剂,6%凝胶单体、40%变性剂搭配效果最佳。用该反应体系扩增出来的PCR产物,在DGGE凝胶上能够清晰地分辨出人参根际土壤细菌和真菌的多样性,由此分析出细菌、真菌的群落结构都存在明显差异。此方法简便快捷,为进一步研究人参根际土壤微生物奠定了基础。     

放牧对冷蒿根际土壤细菌和真菌多样性影响的PCR-DGGE分析

为揭示放牧扰动对冷蒿Artemisiafrigida根际土壤细菌和真菌群落多样的影响,以内蒙古典型草原为依托,采用变性梯度凝胶电泳技术(PCR-DGGE),对轻度(LG)和重度(HG)放牧处理后的冷蒿根际土壤细菌16S r DNA和真菌18S r DNA多样性进行了研究。结果表明,与对照组相比,轻度与重度放牧处理后冷蒿根际土壤细菌群落丰富度下降12.5%(P0.05);与对照组相比,轻度放牧处理后根际土壤真菌群落丰富度增加6.25%(P0.05),而重度放牧处理后降低21.88%(P0.05)。DGGE图谱相似性与聚类分析表明放牧处理对根际土壤细菌和真菌群落多样性的影响低于非根际土壤。主成分分析表明放牧处理是影响土壤细菌和真菌群落差异的主要原因。典型对应分析结果显示根际土壤细菌和真菌群落多样性与土壤养分含量关系比非根际密切。表明放牧处理降低了冷蒿根际土壤中细菌和真菌群落的多样性,冷蒿根际环境能够阻击放牧对土壤细菌和真菌群落多样性的影响。     

应用PCR-DGGE研究铜冶炼厂附近根际土壤微生物生态变化

应用DGGE指纹图谱技术对重金属污染土壤植物修复过程中根际微生物的生态变化进行了研究。在植物的生长旺季采集根际土壤样品,共采集香根草、油菜、芥菜和对照11个样品,并进行土壤重金属分析和微生物群落结构分析。结果表明,在植物种植后,根际土壤重金属的NH4NO3和EDAT提取态均比对照(未种植植物)低。PCR-DGGE图谱分析不同植物根际土壤微生物DGGE图谱有着明显的差异性。DGGE图谱分析结果显示植物根际微生物的Shannon指数都有所增加,香根草根际微生物多样性程度最高为0.9347,其次为油菜和芥菜,其多样性指数分别为0.7655、0.6940。主成分分析(PCA)结果可以看出,主成分分析能够对不同植物根际和对照分开,并且显示出不同样品之间有着差异性。通过对土壤不同提取态的重金属含量与Shannon指数的相关性分析可以看出,各种不同提取态的重金属都跟Shannon植物有着负相关,但NH4NO3提取态的Cu和Zn与Shannon指数没有显著性的相关性,而EDTA提取态的Cu和Zn则与Shannon指数有显著性的负相关性,其相关系数为0.9539,EDTA提取态的Cu还与Shan-non指数呈极显著性的负相关,其相关系数为0.9931。     

抗盐碱转基因大豆对根际与非根际土壤氨氧化古菌多样性的影响

采用PCR—DGGE技术,研究了抗盐碱转基因大豆(SRTS)对根际与非根际土壤氨氧化古菌(AOA)群落多样性的影响。结果表明,在非根际土壤中,SRTS的氨氧化古菌DGGE条带数、多样性指数显著高于其受体亲本黑农35和其他两种大豆处理,而均匀度指数较低;在根际土壤中,SRTS的DGGE条带数和多样性指数均高于其受体亲本,但并不显著,其均匀度指数则显著高于其他处理;每种大豆自身根际与非根际比较显示,SRTS非根际氨氧化古菌DGGE条带数、多样性指数明显高于根际,均匀度指数却低于根际,而其受体亲本与其他两个处理反之。聚类分析结果表明,SRTS的DGGE带谱与其他大豆处理差异较大,且自身非根际与根际处理差异显著,与其受体亲本黑农35相似性很低。测序结果表明,在SRTS处理中特有条带12、15和优势条带13、14均属于Uncultured crenarchaeote。在盐碱土壤生态系统中,SRTS提高了非根际土壤氨氧化古菌群落的多样性,但对根际土壤中氨氧化古菌的群落多样性有一定的抑制作用。     

紫花苜蓿对重金属污染河道底泥的修复能力研究

[目的]研究紫花苜蓿（Medicago sativa L.）对河道底泥中重金属的修复作用,为利用植物修复技术解决受污染河道沉积物的重金属污染问题提供可靠依据。[方法]将过筛的底泥（以风干土计）混和均匀后装入长方形PVC箱（0.6m×0.5m×0.4m）,底部设有渗流通气孔;将箱中底泥用去离子水调至30%～60%持水率（WHC）。2010年4月播入紫花苜蓿种子,生长7d后间苗,每隔30d采集植物根际土壤样品,监测底泥重金属含量、细菌及酶的活性。10月收获植物并测定植物根、茎、叶部分的重金属吸收情况。[结果]紫花苜蓿的同一部位对不同的重金属积累量不同,且同一重金属在植株的不同部位积累量也不同。紫花苜蓿对Zn的总积累量最大,且主要积累在根部;Ni、Cr、Cu和Pb也主要积累在根部;Mn在紫花苜蓿叶片中的积累最多,占植物中总积累量的42.47%;各种重金属在茎内的积累量均较低。紫花苜蓿对Ni、Cu、Pb和Cr的降解效果比较好,延长种植作物的种植时间或增加作物的播种次数有利于重金属的降解;紫花苜蓿对Mn的降解效果不明显。种植紫花苜蓿后,底泥中微生物数量显著增加,脱氢酶活性也有所提高。[结论]紫花苜蓿对Zn、Ni、Cr、Cu、Pb和Mn均有一定的修复作用,可以用于解决受污染河道底泥的重金属污染问题。     

排污河道沉积物中重金属的植物修复

利用栽培试验研究了黑麦草对排污河道沉积物中重金属的修复作用。结果表明:种植黑麦草后沉积物中重金属总量减少,各种重金属在黑麦草体内的累积量均为地下部分大于地上部分,Cu的地下部分与地上部分的含量相差最大,地下部分为309.66 mg/kg,比地上部分高出171.40 mg/kg。地上部分累积的重金属含量与其离子交换态含量有一定相关性。种植黑麦草后沉积物中微生物数量增加,过氧化氢酶活性也有所提高。     

根际微生物对植物修复重金属污染土壤作用的研究进展

综述了根际微生物对重金属生物有效性的影响,促进植物生长的根际细菌和丛枝菌根真菌在植物修复中的作用,最后介绍了利用生物强化优化植物修复的方法和原则。     

紫花苜蓿对重金属污染河道底泥的修复能力研究

[目的]研究紫花苜蓿（Medicago sativa L.）对河道底泥中重金属的修复作用,为利用植物修复技术解决受污染河道沉积物的重金属污染问题提供可靠依据。[方法]将过筛的底泥（以风干土计）混和均匀后装入长方形PVC箱（0.6m×0.5m×0.4m）,底部设有渗流通气孔;将箱中底泥用去离子水调至30%～60%持水率（WHC）。2010年4月播入紫花苜蓿种子,生长7d后间苗,每隔30d采集植物根际土壤样品,监测底泥重金属含量、细菌及酶的活性。10月收获植物并测定植物根、茎、叶部分的重金属吸收情况。[结果]紫花苜蓿的同一部位对不同的重金属积累量不同,且同一重金属在植株的不同部位积累量也不同。紫花苜蓿对Zn的总积累量最大,且主要积累在根部;Ni、Cr、Cu和Pb也主要积累在根部;Mn在紫花苜蓿叶片中的积累最多,占植物中总积累量的42.47%;各种重金属在茎内的积累量均较低。紫花苜蓿对Ni、Cu、Pb和Cr的降解效果比较好,延长种植作物的种植时间或增加作物的播种次数有利于重金属的降解;紫花苜蓿对Mn的降解效果不明显。种植紫花苜蓿后,底泥中微生物数量显著增加,脱氢酶活性也有所提高。[结论]紫花苜蓿对Zn、Ni、Cr、Cu和Pb均有一定的修复作用,可以用于解决受污染河道底泥的重金属污染问题。     

巢湖3条入湖河流表层沉积物重金属生态风险评价

以巢湖3条入湖河流南淝河、杭埠-丰乐河和柘皋河不同时期河流表层沉积物为研究对象,对其Cu、Cd、Ni、Pb、Zn和As 6种重金属含量进行测定并初步分析其来源,基于地积累指数法、潜在生态风险指数法对沉积物重金属污染水平进行评价。结果表明,各入湖河流沉积物中,除As和Ni外几乎所有沉积物重金属含量均超出安徽重金属环境背景值。其中南淝河污染较重,重金属元素Cu、Zn、Pb和Cd的含量均高于其他河流,分别是背景值的3.11、3.99、1.34和10.41倍。统计分析结果表明各入湖河流沉积物中Cu、Ni、Zn含量显著相关,可能来源于工业生产和居民活动。地积累指数法和潜在生态风险指数法评价结果均表明Cd是主要生态风险贡献因子,其指数为64.53～862.33,处于较大生态风险。     

黑麦草对城市排污河沉积物中重金属污染的修复

[目的]采用种植黑麦草的方式对城市排污河沉积物重金属污染进行修复。[方法]通过栽培试验的方法,从去除效果、最佳去除时间、蔗糖酶和脲酶活性的变化以及微生物数量的变化等方面,研究了黑麦草对河道底泥重金属污染的修复作用。[结果]在种植黑麦草3个月后,底泥中N i含量基本稳定,Cr、Mn达到最佳去除效果,其中Cr的去除率达到最大值（57.1%）;在种植黑麦草4-5个月后,蔗糖酶和脲酶的活性分别提高到原来的4.59和10.34倍;在种植黑麦草3-4个月后,细菌数、真菌数均提高至原来的2-3倍。可见,种植黑麦草对受污染河道底泥中重金属的去除、酶活性的提高以及微生物数量的增长具有明显作用,黑麦草的种植时间以4个月左右为宜。[结论]该研究为河道沉积物污染的治理提供了理论依据。     

嘉兴河网大型底栖动物与氮磷、重金属的相关分析

为探究嘉兴河网水体和表层沉积物氮磷及重金属分布特征及其与大型底栖动物的响应关系,2019年3月(平水期)及7月(丰水期)对嘉兴河网的大型底栖动物与表层水和沉积物进行调查,分析了大型底栖动物与表层水、沉积物、间隙水中氮磷及重金属(Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Cd、Hg、As)之间的关系。结果表明:两个水期共检测出18种底栖动物,隶属3门5纲14科,其中环节动物9种、软体动物6种、节肢动物3种,铜锈环棱螺与霍甫水丝蚓为广泛分布物种。通过冗余分析(RDA)可得,表层水总磷[TP(S)]、表层水总氮[TN(S)]和间隙水总磷[TP(J)]是导致底栖动物空间分布和群落结构化差异的主要影响因素。将种群密度和生物多样性指数与氮磷及重金属含量进行相关性分析,Pielou均匀度指数(J)在平水期与TN(J)呈显著正相关,在丰水期与TN(S)呈显著正相关;寡毛类密度与水体中Hg呈正相关;软体动物密度与水体中Pb呈显著正相关,而与沉积物中Ni、Pb呈显著正相关;Shannon-Wiener多样性指数(H′)、Pielou均匀度指数(J)和Margalef丰富度指数(d)与沉积物中重金属含量呈负相关。研究表明,底栖动物群落结构和空间分布对氮磷、重金属具有较好的相关性,可为嘉兴河网大型底栖动物群落的修复与管理提供依据。     

普者黑流域表层水和沉积物中重金属污染特征及风险评价

  目的  普者黑流域拥有独特的自然景观和特殊的岩溶湖泊生态系统,研究其湖泊沉积物中重金属分布特征及生态风险评价对该区域湖泊水环境保护及污染防治具有重要意义。  方法  采用地累积指数和潜在生态风险指数分析了流域内表层水及沉积物中6类重金属:砷(As)、铬(Cr)、铜(Cu)、锌(Zn)、锰(Mn)和镍(Ni)水平,并对重金属生态风险进行评价及源头追溯。  结果  ①普者黑流域表层水中重金属质量浓度远低于《地表水环境质量标准》Ⅰ类标准限值。②沉积物中重金属的平均质量分数均高于其对应的背景值(Cr除外)。③沉淀物重金属质量分数平均值从大到小依次为Mn、Zn、Cu、Cr、Ni、As,分别是各自背景值的1.68、1.33、3.33、0.96、1.01和1.59倍。其中Cr污染程度最低,有96.6%的采样点为清洁水平;As偏中度污染,是Mn的1.8倍;Mn的清洁水平和轻度污染相当。④单项重金属生态风险指数从大到小依次为As、Cu、Ni、Cr、Mn、Zn,潜在生态风险指数值均小于40,风险较低。  结论  As和Cu是普者黑流域污染范围最大、程度最高的2类重金属,Cr、Ni和Zn大多为无污染;潜在生态风险评价发现:平均生态风险指数为31.7,As和Cu贡献率最大,所有重金属均处于低生态风险;从空间分布来看,流域下段国家湿地公园及3条入湖河流是各类重金属主要汇集区域。图6表7参40     

湘江株洲-湘潭-长沙段河床沉积物重金属污染特征及生态风险评价

在湘江株洲-湘潭-长沙(长株潭)河段三地12 处采集河流沉积柱芯12 个,获得沉积物样本384 个,采用地累积指数、潜在生态危害指数等评价方法,系统分析样本中Mn、Zn、Pb、Cu、Cr、Ni等6 种重金属元素含量水平及分布变化特征,对湘江株洲-湘潭-长沙段重金属污染程度及生态风险进行评价。结果表明:湘江长株潭河流沉积物重金属变动趋势变动较大,Cu、Pb、Zn 分布有明显地域规律,Cr、Ni、Mn 分布无明显地域规律。地累积指数显示,除Ni 和Cr 外,长株潭三地都存在Pb、Cu、Zn、Mn污染,其中株洲霞湾段(ZX5-10)Pb 和Zn 达严重污染程度,Mn、Cu 等达到中度或轻度污染程度;湘潭与长沙两地湘江沉积物Pb、Zn 达到中度污染,其余重金属为轻度或偏中度污染水平。潜在生态风险指数显示,株洲段为强生态危害,湘潭段为中等生态危害,长沙段为轻微生态危害。株洲霞湾段湘江沉积物的重金属潜在生态危害应引起有关部门重视。