番茄秸秆固定化芽孢杆菌M1对3环PAHs污染老化土壤修复效果

为探讨固定化微生物对煤矿区3环PAHs污染老化土壤的修复效果,以番茄秸秆为固定化载体材料,通过“吸附-包埋-交联法”形成了固定化芽孢杆菌微球,并采用土培试验对煤矿区土壤3环PAHs去除进行研究。结果表明,游离芽孢杆菌M1对煤矿区污染老化土壤单体芴（Flu）、菲（Phe）和蒽（Anth）的去除随接菌量的增加先升高后降低。在接菌量为1%、10%、20%（体积质量比）的游离芽孢杆菌处理中,10%处理（B2M1）对土壤Phe的去除率最高,为21.35%。不同接菌量的固定化芽孢杆菌M1微球处理对3种PAHs的去除率显著高于微球基质处理,其中,接菌量20%的固定化芽孢杆菌处理（X3M1）对土壤Flu的去除率最高,达95.25%,比不含M1菌株的番茄秸秆微球基质处理（X3）提高了12.03个百分点。对比分析扣除微球基质后的固定化M1与添加同等菌量的游离M1去除结果看出,经固定化后的菌株M1比游离菌M1显著促进了对煤矿区污染老化土壤3环PAHs的去除,不同接菌量对单体Flu和Anth去除率为72.17%~75.52%和8.97%~28.88%,分别比游离菌增加了64.10~72.31个百分点和8.13~15.24个百分点,单体Phe 1%接菌量处理比游离菌提高了5.07个百分点。从土壤酶活性看,土壤过氧化氢酶活性在固定化M1三种剂量处理下均显著高于微球基质和游离菌M1处理,随剂量增加依次是游离菌处理的1.16、1.23倍和1.20倍,是微球基质处理的1.28、1.19倍和1.16倍,与3环PAHs的去除率规律相一致,而固定化M1处理多酚氧化酶、过氧化物酶和纤维素酶活性相对于游离菌处理有不同程度的降低。综上,固定化芽孢杆菌M1对土壤3环PAHs去除具有显著促进作用,为煤矿区PAHs污染老化土壤原位修复的应用提供了重要技术参数与支撑。     

4环HMW-PAHs降解菌的筛选、鉴定及降解特性

利用富集培养法从河北省典型煤矿区土壤中分离到1株4环高环芳烃(HMW-PAHs)降解菌,经形态特征观察和18S rRNA序列分析确定该菌株为镰刀菌属(Fusarium sp.),命名为Y15。通过室内摇瓶和土壤培养试验,研究了其对4环HMW-PAHs的降解性能。结果表明,室内摇瓶培养7 d后,Y15接种量为100 m L/L时,对初始浓度为10 mg/L的芘(Pyr)、苯并[a]蒽(BaA)、■(Chry)的降解效率分别为52.94%、32.14%、33.93%。其中,对Pyr的降解率随初始浓度的升高呈先升高后降低的趋势,在40 mg/L时降解率最高,为69.67%。Y15接种在PAHs污染的土壤中,经30 d培养试验,Y15对3种高环芳烃Pyr、Ba A、Chry的总降解率为13.15%。在3种PAHs中,Y15对Pry的降解率显著高于对Ba A、Chry的降解率(P0.05)。从土壤酶活性变化规律看,与添加灭活菌液的对照组相比,添加菌液处理的土壤多酚氧化酶和过氧化物酶活性明显降低。综上所述,该菌株是1株能以4环HMW-PAHs为唯一碳源且具有高效降解功能的潜在降解菌。     

化学氧化剂对多环芳烃污染土壤的修复效果研究

本文通过模拟修复实验,研究了类Fenton试剂和活化过硫酸钠对焦化厂和炼油厂多环芳烃污染土壤的修复效果。结果表明,焦化厂土壤经类Fenton和活化过硫酸钠处理后最佳去除率分别为90%和97%,炼油厂土壤经处理后的最佳去除率则分别为86%和91%。两种土壤均表现为活化过硫酸钠的处理效果优于类Fenton试剂,但达到最佳去除效果时所需的氧化剂剂量不同。且两种氧化剂较安全,不会造成二次污染。氧化剂对NAP、ACY、ACE、ANT和Ba P等PAHs去除效果较好,而FLA、B[b/k]F等PAHs的去除率相对较低。焦化厂土壤经处理后,低环PAHs的去除率比高环高出5%~39%,而炼油厂土壤的高环PAHs去除率比低环高出3%~13%。反应后,土壤中有机质的含量也相应下降。同等剂量下,活化过硫酸钠处理后有机质的降解率比类Fenton试剂高。     

添加微生物菌剂对小麦产量及土壤生物学性状的影响

在玉米秸秆还田的基础上,于冬小麦季通过田间小区试验研究添加微生物菌剂对土壤速效钾含量、土壤微生物量碳氮含量、土壤纤维素酶活性及产量动态变化特征的影响。结果表明,添加微生物菌剂在一定程度上提高了小麦产量、土壤速效钾含量、土壤微生物量碳氮含量和土壤纤维素酶活性,且表层土壤微生物量碳、氮含量明显高于下层。与对照相比,添加微生物菌剂后,土壤速效钾含量、土壤微生物量碳含量、土壤微生物量氮含量、土壤纤维素酶活性分别提高14.40%~21.80%、20.89%~25.52%、24.92%~32.02%、21.85%~25.87%;在小麦收获期,添加M1(硅酸盐细菌)和M1+M2(硅酸盐细菌+根际促生菌)处理的土壤速效钾含量分别比CK显著增加40.82%和38.84%(P0.05);在添加微生物菌剂M1、M2、M1+M2处理分别比CK处理增产1 681、1 264、1 387 kg/hm~2,增产率分别达24.23%、18.22%、20.00%,M1处理与CK相比差异极显著(P0.01);土壤纤维素酶活性与土壤微生量碳、氮含量都呈极显著正相关关系(r=0.946**,r=0.910**,n=12)。     

猪场废弃物和解磷菌、蚯蚓联合施用对旱坡地土壤碳循环相关酶的影响

土壤酶活性是评价土壤质量的重要依据。为阐明猪场废弃物猪粪、沼液和功能生物蚯蚓、菌剂在培肥贫瘠土壤过程中对土壤碳循环相关酶活性及微生物量的影响,通过野外定位试验,设置不施肥处理(CK)、施猪粪处理(Pm)、施猪粪+沼液处理[(Pm+S)/T]、施猪粪+沼液+蚯蚓处理(Te)、施猪粪+沼液+菌剂处理(Tb)和施猪粪+沼液+蚯蚓+菌剂处理[T(e+b)],阐释各外源物质的作用以及功能生物间的协作关系。结果表明:与CK相比,Pm处理淀粉酶和β-葡萄糖苷酶活性分别增强了10.0%~50.5%、30.2%~55.9%;与Pm+S相比,T(e+b)处理的微生物生物量碳(MBC)含量增加了58.0%~124%,蔗糖酶、淀粉酶、β-葡萄糖苷酶活性分别增强了95.2%~216%、22.3%~66.8%、65.3%~118%。以上结果说明,施用猪场废弃物对土壤淀粉酶和β-葡萄糖苷酶活性增效显著;配施蚯蚓和菌剂可促进该效果,同时提高土壤MBC含量和增强蔗糖酶活性,且蚯蚓和菌剂间存在协同关系。     

甜菜与牧草间作对多环芳烃污染土壤的修复作用

通过盆栽试验方法,选择经济作物甜菜和牧草类黑麦草、苏丹草、香根草为供试植物,研究了甜菜与3种牧草分别间作及各自单作对多环芳烃(PAHs)菲、荧蒽、芘和苯并[a]芘污染土壤修复作用。结果显示:经6个月连续两茬种植试验后,所有种植植物的处理中土壤PAHs的去除率均高于无植物种植组,间作种植土壤PAHs的去除率高于单作,黑麦草、苏丹草、香根草与甜菜间作对土壤PAHs的去除率分别达到84.85%、79.96%、84.11%;在土壤污染条件下,间作模式更有利于甜菜生长;种植植物增强了土壤中多酚氧化酶和过氧化氢酶的活性,间作模式下二者活性高于单作4.37%~43.07%,过氧化氢酶较多酚氧化酶对PAHs土壤污染更敏感,可作为关键酶用于评价土壤PAHs污染状况。在不影响农业生产的前提下,修复植物牧草和经济作物甜菜间作种植模式显著提高了土壤PAHs的降解率。     

焦化场地PAHs污染土壤的电动-化学氧化联合修复

焦化场地土壤多环芳烃(PAHs)污染严重,目前的修复技术都存在不同程度的弊端。通过研究化学氧化、电动及其联合技术对焦化场地高浓度多环芳烃污染土壤的修复效果,比较了两种技术组合方式对修复效果的影响。结果表明,单一技术及联合技术对焦化场地PAHs均有一定的去除效果。在单一技术处理中,电动处理、芬顿和活化过硫酸钠对多环芳烃的去除率分别为24.86%、10.27%和22.19%;在联合技术处理中,活化过硫酸钠-电动组合、电动-活化过硫酸钠组合、芬顿-电动组合和电动-芬顿组合对多环芳烃的去除率分别为49.65%、41.73%、36.72%和31.39%。电动-化学氧化联合技术对PAHs的去除效果较单一技术提高了6.53%~27.46%。两种技术的组合方式及氧化剂类型均对联合处理效果产生影响,化学氧化-电动处理的多环芳烃去除率较电动-化学氧化处理高5.33%~7.92%,其差异主要由化学氧化去除率差异所引起;应用活化过硫酸钠试剂的组合对多环芳烃的去除率高出应用芬顿试剂的组合12.93%~10.34%。经联合处理后,污染物的残留量及毒性当量浓度均有不同程度降低,说明电动-化学氧化联合技术是一种有效的预处理方法。     

微生物与有机肥混合剂修复石油污染土壤的研究

采用含有4种菌的菌剂与多种有机肥联合修复石油污染土壤,通过盆栽实验对不同浓度菌剂处理土壤中的石油烃降解率、16种多环芳烃(PAHs)浓度、脱氢酶活性、pH、阳离子交换量和微生物多样性等变化进行了研究。结果表明,腐植酸、诺沃肥和生物有机钙等有机肥和菌剂(4%处理)的加入使土壤盐碱环境得到明显改善,土壤pH稳定于6.9,阳离子交换量为201.94cmol·kg-1;对比4个不同浓度菌剂处理的效果,4%菌剂处理与有机肥联合作用修复效果最显著,石油烃降解率可达到73%,大部分所测PAHs浓度显著降低,其中萘、蒽、苯并(a)芘和苯并(g,h,i)芘降解率分别达到了65.5%、57.7%、74.7%和55.5%,土壤微生物数量增加,多样性更为丰富。     

菌剂与肥料配施对复垦土壤生化强度及油菜生长的影响

通过盆栽试验,研究等养分供应条件下,生物菌剂与有机无机肥料配施对山西煤矿区复垦地土壤生化强度和盆栽油菜生长的影响。结果表明,菌剂和肥料配施能显著增强复垦土壤生化作用强度,提高油菜产量,改善油菜品质,其中以有机肥+无机肥+菌剂配施效果最为显著(P0.05),土壤呼吸作用强度、氨化作用强度和硝化作用强度比CK分别提高87.56%,95.83%和125.93%;与未添加菌剂处理相比,添加菌剂处理的油菜干质量增加20.81%~24.57%,硝酸盐含量降低18.40%~25.54%,还原糖、叶绿素和Vc含量分别提高19.87%~24.56%,16.67%~43.82%和13.22%~24.21%。综上所述,菌剂+有机肥+无机肥配合施用是矿区复垦土壤培肥和植被恢复的最佳组合方式。     

活化过硫酸盐体系原位模拟去除土壤中多环芳烃

以过碳酸钠活化过硫酸钠,氧化去除土壤中蒽、芘及苯并芘3种多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs),耦合表面活性剂考查该体系对PAHs的去除效果,并进行PAHs原位修复模拟实验。结果表明,过碳酸钠活化过硫酸钠的最优配比为0.67∶1,此时土壤中总PAHs去除率为92.3%。在此基础上,添加2%(质量分数)的表面活性剂,PAHs去除率最高,达97.4%,在原位修复土壤中PAHs去除率也较高,持续反应168 h后,上下层土壤中PAHs去除率均达97.0%以上。     

Effective remediation of aged HMW-PAHs polluted agricultural soil by the combination of Fusarium sp. and smooth bromegrass(Bromus inermis Leyss.)

Fusarium sp.strain ZH-H2 is capable to degrade high molecular weight polycyclic aromatic hydrocarbons(HMW-PAHs),smooth bromegrass(Bromus inermis Leyss.) can also degrade 4- to 6-ring PAHs.Pot experiments were conducted to investigate how bromegrass and different inoculum sizes of ZH-H2 clean up HMW-PAHs in agricultural soil derived from a coal mine area.The results showed that,compared with control,different sizes of inocula of ZH-H2 effectively degraded HMW-PAHs,with removal rates of 19.01,34.25 and 29.26%for 4-,5- and 6-ring PAHs in the treatment with 1.0 g kg~(-1) ZHH2 incubation after 90 d.After 5 mon of cultivation,bromegrass reached degradation rate of these compounds by 12.66,36.26 and 36.24%,respectively.By adding strain ZH-H2 to bromegrass,HMW-PAHs degradation was further improved up to 4.24 times greater than bromegrass(W),in addition to the degradation rate of Bbf decrease.For removal rates of both 5- and 6-ring PAHs,addition of 0.5 g kg~(-1) Fusarium ZH-H2 to pots with bromegrass performed better than addition of0.1 g kg~(-1),while the highest concentration of 1.0 g kg~(-1) Fusahum ZH-H2 did not further improve degradation.Degradation of 4-ring PAHs showed no significant difference among different ZH-H2 incubations with bromegrass treatments.We found that the degradation rates of 4-,5- and 6-ring PAHs in all treatments are significantly correlated in a positive,linear manner with activity of lignin peroxidase(LiP)(r=0.8065,0.9350 and 0.9165,respectively),while degradation of 5- and 6-ring PAHs is correlated to polyphenoloxidase(PPO) activity(r=0.7577 and 07806).Our findings suggest that the combination of Fusahum sp.ZH-H2 and bromegrass offers a suitable alternative for phytoremediation of aged PAH-contaminated soil in coal mining areas,with a recommended inoculation size of 0.5 g Fusahum sp.ZH-H2 per kg soil.     

丝瓜络固定化微生物对土壤多环芳烃吸附-降解作用

以假单胞菌(Pseudomonas sp.SDR4,简称S4)、毛霉真菌(Mucormucedo sp.SDR1,简称S1)为研究对象,采用微生物固定化技术,研究了其对土壤多环芳烃的吸附和降解动力学,并探讨了固定化微生物对土壤多环芳烃的吸附机理及吸附降解关系。结果表明:试验60 d,改性丝瓜络(CK)、死体固定化S1(S1-D)、死体固定化S4(S4-D)、死体固定化S1与S4混合菌(S1+S4-D)对菲(Phe)的动态平衡吸附量分别为5.28、6.82、5.73、7.46μg,对芘(Pyr)的动态平衡吸附量分别为4.17、4.72、4.53、5.00μg,死体固定化微生物对Phe与Pyr的吸附过程均服从于准二级动力学;活体真菌S1、细菌S4、混合菌S1+S4对Phe的动态吸附量分别为2.32、2.01、2.76μg,对Pyr的动态吸附量分别为2.79、2.41、3.14μg,活体固定化微生物对土壤中Phe与Pyr的准一级动力学与准二级动力学拟合结果R2相差较小;S1、S4、S1+S4对Phe的降解率分别为54.34%、61.45%、64.23%,对Pyr的降解率分别为38.42%、35.02%、42.43%;经S1、S4、S1+S4处理后,Phe的降解半衰期分别为38.88、29.41、25.63 d,Pyr的降解半衰期分别为64.76、69.02、59.28 d。研究表明,化学作用是控制丝瓜络固定化微生物对多环芳烃吸附速率的主要因素;提高微生物的降解能力能增加对土壤中PAHs迁移的影响;混合菌中真菌与细菌存在协同作用,能提高Phe与Pyr的降解效率。     

不同熏蒸处理与生物有机肥联用对西瓜枯萎病的防控效果

使用生石灰+碳铵、棉隆、辣根素3种土壤熏蒸剂和"馕播王"生物有机肥联用对5 a连作西瓜土壤进行消毒处理,比较不同处理方式对连作西瓜枯萎病的防控效果,同时分析土壤pH值与尖孢镰刀菌西瓜专化型数量之间的相关性。结果表明:不同熏蒸处理对西瓜枯萎病的防控效果差异显著,其中棉隆处理定植45 d时,枯萎病发病率最低,为25.38%,相对防效为73.14%;随着处理时间的延长,各处理土壤中尖孢镰刀菌西瓜专化型的数量逐渐降低,也以棉隆处理的土壤病菌数量最少,定植45 d时与其他处理的病原菌数量差异达到10倍数量级;土壤熏蒸处理后,pH值均有所上升,但随着枯萎病的发生,pH值又有所下降。由此得出,3种熏蒸剂对西瓜枯萎病均有一定防效,但是棉隆与生物有机肥联用的效果最优,既能减少枯萎病致病菌的数量,还能提升土壤pH值。因此,该措施可作为我国南方地区设施西瓜早春栽培枯萎病的综合防控措施之一。     

模拟增温条件下翻耕免耕农田土壤CH4通量响应

为研究未来气候变暖下我国华北翻耕、免耕农田CH4通量响应,评估该地农田碳汇/源情况,使用远红外辐射增温仪模拟气候变暖,设计翻耕增温(CTW)、翻耕不增温(CTN)、免耕增温(NTW)、免耕不增温(NTN)4个处理。研究表明,2013—2015年小麦-玉米季,增温分别显著提高翻耕、免耕农田10 cm土壤温度1.5℃和1.4℃(P0.05);但对两种耕作农田土壤水分的影响并不显著(P0.05)。各处理土壤CH4通量无明显季节变化,但累积CH4吸收具有显著年际差异。2013—2014年小麦季,CTW和NTW相比CTN和NTN处理,累积CH4吸收分别显著增加35.8%和108.8%(P0.01);但在2014—2015年,CTW处理显著降低17.7%(P0.05)。两年玉米季,处理间累积CH4吸收无显著差异(P0.05)。各处理土壤微生物生物量碳(MBC)含量与CH4存在显著正相关关系。未来气候变暖条件下,翻耕农田MBC含量减小将可能减缓华北农田CH4吸收。     

稻瘟病生防菌对四种作物土传病害病原菌的抑制作用

利用稻瘟病生防菌(短小芽孢杆菌)对4种主要作物土传病害病原菌进行抑菌作用试验。结果表明,此生防菌对4种作物土传病害病原菌具有不同程度的抑制作用,100倍生防菌发酵稀释液对4种土传病原真菌--辣椒枯萎白绢病菌、节瓜枯萎病菌、香蕉枯萎病病菌、粉蕉根腐病菌生长抑菌率在41.18%以下,显著低于对稻瘟病菌生长的抑制率(69.85%);生防菌发酵原液对香蕉枯萎病菌的孢子萌发具有较好的抑制作用,抑制率达到86.67%,显著大于其他处理的抑制作用;但不同倍数的生防菌液对节瓜枯萎病菌的抑制差异不显著,抑制率介于76.34%~84.97%之间。     

微生物固定化生物炭对水体铵态氮去除效果的研究

为探究微生物固定化生物炭对水体铵态氮(NH_4~+-N)去除效果的影响,以花生壳生物炭(BC)为载体,通过吸附和包埋两种方法将脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans)、假单胞菌(Pseudomonas)和拉乌尔菌(Raoultella)固定在生物炭上,然后将该微生物固定化生物炭投加到NH_4~+-N模拟废水中,结合表面微观结构表征,研究其对水体NH_4~+-N的去除性能。结果表明:吸附和包埋法均能将微生物固定到生物炭表面,并在生物炭表面呈饼状、杆状和粒状分布。吸附法固定脱氮副球菌和假单胞菌,分别缩小生物炭比表面积和孔容积5.5%～17.2%和5.4%～25.8%。吸附法固定拉乌尔菌,分别增大生物炭比表面积和微孔容积45%和43%,缩小介孔和大孔容积。包埋法引入—CH_2、C—H和C=O键等新的官能团,但由于带入包埋材料,使固定微生物生物炭比表面积减少87.3%～96.3%,孔容急剧缩小,其中介孔缩小84.1%～98.2%,微孔几乎全部被封堵。因此,吸附法制得的固定化微生物生物炭对水体NH_4~+-N去除速率较包埋法高1.16～3.44倍。研究表明,吸附法和包埋法均能将微生物固定在生物炭表面,包埋法对生物炭的孔隙结构和表面官能团影响更大,吸附法对水中NH_4~+-N的去除效率更高。     

不同钝化剂及其组合对玉米（Zea mays）生长和吸收Pb Cd As Zn影响研究

选取硅藻土、生物炭、沸石粉、石灰及其组合开展田间试验,研究它们对玉米(Zea mays)生长、玉米籽粒吸收Pb、Cd、As、Zn与土壤有效态Pb、Cd、As、Zn的影响。结果表明,除石灰粉外,施用其他3种钝化剂及其组合均能促进玉米生长,增加玉米株高、叶面积和生物量,显著提高玉米产量。4种钝化剂及其组合可升高土壤的p H值和降低土壤中的有效态Pb、Cd、As、Zn含量,与CK处理相比,施用不同改良剂导致土壤有效态Pb降低6.82%~20.46%,有效态Cd降低12.76%~28.28%,有效态As降低26.89%~48.74%,和有效态Zn降低13.88%~28.95%,其中BZD(生物炭+沸石粉+硅藻土)处理降低效果最明显,BLD(生物炭+石灰粉+硅藻土)处理次之;4种钝化剂及其组合都能降低玉米籽粒对Pb、Cd、As、Zn的吸收,其中BZD处理能明显降低玉米籽粒中Pb、Cd、As、Zn含量,较对照分别降低47.71%、95.00%、90.90%、31.41%。在原位钝化修复镉-砷-锌复合污染农田土壤时,BDZ组合的施用效果最佳。     

西瓜枯萎病颉颃菌的筛选研究

从健康西瓜根组织和根际土壤中分离到６８个荧光假单胞菌株。８０．８８％的菌株具有较强的皿内颉颃作用；４．４１％的菌株活体和１９．１２％的菌株代谢物明显抑制西瓜枯萎菌分生孢子的萌发；５２．０８％的菌株可以不同程度抑制枯萎菌在瓜苗导管内定殖；２３．５３％的菌株可以利用几丁质作为碳源。用自然的大田土进行温室盆栽试验，Ａ６３，Ａ５１和Ａ４１菌株在各枯萎菌浓度水平下均表现出较好的防病作用。Ｄ３３，Ａ６１和Ａ６３对瓜苗具有明显促进作用。     

钝化剂处理对玉米与伴矿景天间作下植株生长及镉累积特征的影响

为了探讨玉米与伴矿景天间作与钝化剂处理对植株Cd吸收积累特征的影响,通过盆栽试验,将6种复配钝化剂[石海剂(LS)、石磷剂(LP)、石殖酸(LH)、海磷剂(SP)、海殖酸(SH)、磷殖酸(PH)]施用在Cd污染土壤中后种植玉米,间作超富集植物伴矿景天(Sedum plumbizincicola)进行研究。结果表明,玉米与伴矿景天间作与单作相比较,玉米单株生物量显著上升了12.2%～52.4%,玉米植株Cd含量显著降低了10.0%～38.9%,玉米Cd转运系数显著降低,伴矿景天单株生物量显著上升了20.3%～73.4%;两种种植模式中,石海剂处理下的玉米单株生物量最大,玉米茎叶中Cd含量最低,符合国家饲料卫生标准,玉米Cd累积量较对照显著降低;间作模式中,石海剂和石殖酸处理下,伴矿景天单株生物量和Cd累积量最大。石海剂+玉米与伴矿景天间作的联合修复模式可以运用在Cd污染农田土壤修复中达到边修复边生产的目的。