镉砷复合污染水稻土原位钝化修复技术研究进展

随着工农业的发展,稻田土壤正面临严重的重金属污染问题,水稻作为南亚和东南亚的主要粮食作物,稻米安全问题显得尤为突出。镉和砷两者在生物地球化学循环上有明显差异,因此镉和砷复合污染水稻土的修复一直是一个棘手的问题。综述了镉砷复合污染水稻土原位钝化技术的研究现状,将钝化技术梳理为氧化还原型、微生物转化累积型、材料型和耦合钝化技术四类。氧化还原型钝化技术重点指出稻田水分调控驱动的氧化还原电位Eh和pH变化、不同元素的生物地球化学循环、有机质等对镉和砷的迁移转化机制;微生物转化累积型钝化技术重点阐明功能微生物对砷和镉的吸收、转化、区室化、菌表吸附等作用机制;材料型钝化技术重点分析现有钝化材料的分类及其与镉和砷的固定化机制;耦合型钝化技术重点总结上述三种技术综合体系下,镉和砷的协同钝化应用。同时对未来镉砷复合污染水稻土的原位钝化修复提出展望,进一步探讨了镉砷在稻田土壤生物地球化学循环过程涉及的新型机制研究方向、修复钝化技术的创新延展趋势;期望在稳产、增产的基础上,寻求一种深度融合现代农业生产模式、保障稻田安全利用的土壤钝化改良技术体系或模式。     

重金属复合污染下土壤微生物群落功能多样性动力学特征

用碳素利用法对浙江省天台铅锌银尾矿区重金属复合污染土壤微生物群落功能多样性动力学特征进行了初步探讨。研究结果表明 ,矿区重金属复合污染降低了供试土壤的微生物群落代谢剖面 ,且群落代谢剖面值与培养时间之间呈非线性关系 ,其变化过程符合微生物种群生长动态模型 (S形 )。随着重金属复合污染程度的加剧 ,土壤微生物群落功能多样性动力学参数K和r值越低 ,参数s值所需的时间则越长。上述动力学参数与群落代谢剖面各自的主成分分析结果显示 ,微生物群落功能多样性的动力学参数K值和s值能够很好地区分矿区土壤重金属污染程度 ,并且其区分效果比微生物群落代谢剖面值好。土壤微生物群落功能多样性动力学特征的变化可以较好地显示矿区重金属复合污染土壤微生物群落对碳源利用模式的差异 ,反映矿区特定生境土壤微生物群落功能多样性的变化 ,在一定程度上揭示重金属胁迫下环境微生物种群作用机理。     

农田土壤砷、镉协同钝化修复的研究进展

由于砷和镉的化学行为不同,为使用化学法实现农田土壤中两元素协同钝化修复增加了难度。本文综述了近几年来砷、镉协同钝化修复的材料和使用效果,其中应用较多的是复合钝化剂和改性钝化剂。复合钝化剂在施加方式上略微复杂,但制备工艺较为简单,钝化效果比单一钝化剂更胜一筹;从钝化剂的性质上看,改性钝化剂效果好且施加量少,但其制备工艺比不改性钝化剂复杂,限制其大面积推广使用,因而简化改性材料的制备流程是砷、镉协同钝化修复的一大突破口。此外,文章从吸附、化学沉淀、络合、螯合作用等方面,归纳了砷、镉协同钝化的机理,并介绍了田间砷、镉协同钝化修复的案例;最后,对目前农田土壤砷、镉协同钝化修复研究提出了5个亟待解决的科学问题——钝化剂的有效性、持久性、安全性、普适性和经济性,并对该领域今后的发展趋势如深入研究如何提高钝化修复材料的普适性,重点关注钝化剂的施用量、持久性和对土壤生态系统的风险评价以及针对不同类型污染土壤的模式化、规范化和规程化钝化修复等方面进行了展望。     

氯氰菊酯与铜复合污染对土壤微生物群落的影响

采用常规手段研究了土壤在受氯氰菊酯、铜及二者复合污染后土壤呼吸率及微生物量碳的变化,采用了分离效果较好的双变性梯度凝胶电泳（DG—DGGE）技术研究微生物群落的变化。结果表明,低浓度的铜与高浓度的氯氰菊酯复合污染更能促进微生物量碳及土壤呼吸率的增加,微生物的群落结构也会受到明显影响。而两种污染物分别单独作用时,铜对微生物的胁迫更大,有铜组和无铜组在DGGE条带上差异较大,Shannon指数上也有明显不同。当铜的浓度较高时,加入高浓度的氯氰菊酯在较长的时间后（60d）对土壤呼吸作用、微生物量碳有一定影响,可能高浓度氯氰菊酯的加入在一定程度上减弱了高浓度铜对微生物的胁迫,而微生物群落并无显著的变化。     

多氯联苯复合污染土壤的微生物群落结构多样性变化

土壤微生物群落结构多样性是指示土壤生态系统稳定性及其功能的重要传感器。采用磷脂脂肪酸（Phospholipid fatty acids,PLFAs）方法,对长江三角洲地区某POPs高风险区PCBs长期复合污染土壤的微生物群落结构多样性进行了初步研究。结果表明,PCBs重度污染土壤中格兰氏阴性菌（16：1w9、cy17：0等）和厌氧微生物（18：1w7）的PLFAs组分含量较多,而格兰氏阳性菌（如i15：0、i17：0等）、放线菌（16：0（10Me））及真菌（18：2ω6,9）和好氧性微生物的PLFAs含量较低,表明PCBs污染土壤中微生物群落结构与组成发生了明显变化。这一结果为PCBs降解微生物资源的定向筛选提供了科学依据。     

不同稳定化材料对镉砷复合污染土壤稳定化修复效果研究

  目的  探究4种稳定化材料（碱性硼泥、酸性硼泥、高岭土和铁改性生物炭）对镉砷复合污染土壤高效同步稳定化修复的效果。  方法  选用碱性硼泥、酸性硼泥、高岭土和铁改性生物炭4种稳定化材料,分别以0.5%、1%、2%、5%的比例添加于镉砷复合污染土壤中进行恒温恒湿培养,研究不同稳定化材料添加对土壤pH值及镉、砷有效态含量的影响。  结果  除碱性硼泥外,其他3种材料均降低了土壤pH值,其中5%铁改性生物炭对土壤pH降低最为显著,处理21 d后土壤pH值下降了3.12个单位。5%铁改性生物炭对砷稳定效果最佳,稳定效率为57.17%,其次是5%高岭土和5%酸性硼泥,稳定效率分别为40.40%和33.37%;5%铁改性生物炭对镉稳定效果也为最佳,稳定效率为35.03%,其次是5%的碱性硼泥,稳定效率为28.20%。  结论  综合考虑土壤镉－砷的同步稳定化修复效果,铁改性生物炭的修复效果明显优于其它3种稳定材料。     

镉砷复合污染土壤钝化材料研究进展

我国土壤重金属污染严重,尤以镉砷污染最为突出。镉砷复合污染土壤中各元素间表现为拮抗和协同等作用,其有效态含量受土壤pH变化和氧化还原电位等的影响,增加了镉砷复合污染土壤的修复难度,严重威胁我国粮食安全。综述了常见的镉砷复合污染土壤钝化修复材料的优缺点及其对镉砷复合污染土壤钝化修复效果和机理。常见的钝化材料有生物质炭类、磷酸盐类、金属及其氧化物类、含硅类材料、黏土矿物类、有机肥类和新型材料等。有大量研究表明生物质炭材料对镉有良好的吸附效果,为了同时钝化镉砷,通常使用改性生物质炭或与其他材料配合施用,常见的改性/配施材料有金属及其氧化物、黏土矿物、家禽粪便、复合肥等,其钝化反应机制包括离子交换、共沉淀和表面络合等;磷酸盐类主要与铁盐或铁粉配施,通过吸附和同晶替代钝化镉、点位竞争机制钝化砷;金属及其氧化物类多与生物质炭、石灰和黏土矿物等配施,通过专性吸附和共沉淀钝化镉、氧化还原和络合作用等钝化砷;铁硅肥、硅钙肥、硅钾肥等通过共沉淀钝化镉、专性吸附和点位竞争机制钝化砷;黏土矿物中多施用海泡石,主要与金属氧化物和钙镁磷肥等配施,通过离子交换、沉淀和络合反应钝化镉砷;污泥和动物粪便中含有腐殖化程度较高的有机质,主要通过吸附、氧化还原和有机络合以及微生物作用钝化镉砷;此外,富含巯基和氨基、谷聚多以及富含硫和硒的物质也可有效钝化镉砷。本文对镉砷复合污染土壤钝化修复材料进行总结,归纳了镉砷钝化材料特性,以期为镉砷复合污染土壤修复提供一定的指导。     

紫色土壤中镉铜铅砷污染对作物根系酶活性的影响

本文通过对重庆较有代表性的中性紫色土地区不同浓度Ｃd,Cu,Pb,As对水稻根系酶活性的影响研究，揭示了水稻根系脱氢酶、过氧化物酶受抑制与产生抗性的过程。研究结果表明，除Ｃu外，其余元素对脱氢酶、过氧化物酶都呈不同程度的抑制作用，且均以脱氢酶最为敏感，达到临界浓度时，两种酶的抑制率均为脱氢酶＞过氧化物酶。因此，脱氢酶为指标确定重金属临界浓度可能更为适宜。     

植物修复对重金属镍污染土壤微生物群落的影响

采用室内盆栽试验方法,研究了外源镍污染土壤的植物修复对土壤微生物群落的影响。试验用水稻土中添加NiSO4.6H2O(100~1 600 mg kg-1)经过12周的驯化培养后,种植了2种超累积植物和1种耐性植物,经110 d的试验后进行了植物修复后土壤微生物活性的分析。结果表明,非根区土中添加镍的质量分数为100 mg kg-1时,对土壤中细菌、真菌和放线菌总数有一定的促进作用,土壤中微生物生物量最大;当添加镍的质量分数大于100 mg kg-1时,将对土壤微生物群落造成不利的影响。在植物修复过程中,通过植物的减毒(吸收重金属)作用和根系分泌物的作用,改善了土壤微生物的生存环境,提高了土壤微生物的数量和生物量。经过植物修复后,根区土壤微生物较非根区土壤的丰富,土壤微生物群落总DNA序列多样性指数相应增加,但不同植物对根区土壤微生物的贡献是不同的。     

红壤微生物群落结构及其演变影响因素的研究进展

南方红壤丘陵区面临土壤肥力和生物功能退化问题,研究红壤微生物资源分布及其演变规律是培育红壤生物肥力的理论基础。本文综述了环境和人为因素对红壤微生物群落组成及其演变的影响,提出了红壤微生物群落组成及其功能调控研究的重点。土壤微生物群落组成受历史因素(地理距离、土壤类型)和现代因素(气候和土壤条件的变化)的共同影响,但不同因素间的相对贡献仍不清楚。土地利用方式和耕作施肥的改变均影响了红壤微生物群落的结构特征,但微生物结构和功能在耕作施肥过程中的长期变化规律仍需进一步研究。未来需要加强土壤?根系?微生物系统中生物交互作用及其对养分协同代谢和转化的影响,建立最佳管理措施修复退化红壤的微生物功能。     

长期施用化肥对红壤性水稻土中微生物生物量、活性及群落结构的影响

利用化肥长期定位试验,研究了施肥对土壤微生物生物量、活性及其群落结构的影响.结果表明:与不施肥相比,长期施用化肥不仅增加了土壤微生物生物量,而且导致了土壤微生物群落结构的分异.其中,有机无机配施处理和2倍NPK配施处理显著提高了土壤有机质含量、全N含量、土壤微生物生物量和土壤微生物活性.NPK均衡施肥处理对土壤有机质、土壤微生物生物量及其活性的影响小于非均衡施肥的处理(NP、NK、N、P、K),适当增施K肥有利于提高土壤微生物中真菌的比例.     

城市与郊区森林土壤微生物群落特征差异研究

森林是具有重要服务功能的生态系统之一,在城区和郊区都普遍存在,但对于森林土壤微生物群落特征的城郊差异研究却很少。本研究在北京城市与郊区选择三种相同树种(油松Pinus tabulaeformis、侧柏Platycladus orientalis和毛白杨Populus tomentosa)的森林,主要研究比较了土壤微生物量碳、微生物群落结构和功能多样性的城郊差异。结果表明,郊区森林的土壤微生物量碳含量显著高于城区(郊区微生物量碳为367.29 mg kg-1,城区为294.23 mg kg-1)。同一树种下郊区微生物活性高于城区,差异未达到显著。微生物多样性和均匀度城郊差异不明显;但树种间存在一定的差异,城区毛白杨林下土壤微生物群落的均匀度显著低于柏树与油松,多样性指数显著低于柏树。结果表明城市化过程对城市土壤微生物量以及微生物群落的结构和功能有一定影响,且不同树种对于这种影响存在差异。随着城市化加快,城乡梯度上土壤微生物量碳的城乡差异明显,而土壤微生物群落结构、功能的差异有减小的趋势。     

杉木凋落物及其生物炭对土壤微生物群落结构的影响

以福建建瓯万木林自然保护区内的杉木人工林土壤为研究对象,设置单独添加生物炭、单独添加凋落物以及混合添加凋落物和生物炭处理,进行一年的室内培养实验,研究不同添加物处理对土壤性质及微生物群落结构的影响。结果表明:与对照(S)相比,单独添加凋落物与混合添加凋落物和生物炭均使土壤磷脂脂肪酸(PLFA)总量、真菌丰度以及真菌/细菌比值显著增加;单独添加生物炭与混合添加凋落物和生物炭均使革兰氏阳性细菌/革兰氏阴性细菌比值显著增加。混合添加凋落物和生物炭处理的放线菌丰度显著高于单独添加凋落物处理的。主成分分析表明,不同添加物处理的土壤微生物群落结构存在显著差异;典范对应分析表明,不同添加物处理通过改变土壤p H、全碳、全氮、C/N、可溶性有机碳(DOC)和可溶性有机氮(DON)等性质,进而影响土壤微生物群落结构。     

羟基磷灰石–植物联合修复对Cu/Cd污染植物根际 土壤微生物群落的影响

针对江西贵溪Cu、Cd重金属污染土壤,通过田间试验,比较无机生物材料羟基磷灰石及3种植物(海州香薷、巨菌草、伴矿景天)与羟基磷灰石联合修复对土壤总Cu、Cd的吸收及对活性Cu、Cd的钝化吸收能力差异。采用磷脂脂肪酸(PLFA)分析法,比较不同修复模式对土壤微生物群落结构的影响,以评估土壤微生态环境对不同修复措施的响应。研究结果表明:羟基磷灰石的施加可显著提高土壤pH,并有效钝化土壤活性Cu、Cd含量,但对土壤总Cu、Cd的含量影响较小。植物与羟基磷灰石的联合修复在显著降低土壤活性Cu、Cd(P0.05)的同时,减少了植物根际土壤总Cu、Cd的含量(P0.05)。不同修复措施对土壤微生物群落组成影响差异明显。单独施加羟基磷灰石与土壤真菌群落呈显著正相关,使土壤真菌生物量提高,从而引起真菌/细菌(F/B)的升高。植物与羟基磷灰石的联合修复可有效缓解土壤真菌化的趋势,其中巨菌草与羟基磷灰石的联合修复可有效提高土壤革兰氏阳性、革兰氏阴性细菌生物量及多样性,降低F/B值,从而降低土壤真菌病害的风险。不同植物根系活性代谢引起有机质的积累促进植物与羟基磷灰石处理中根际有机碳含量显著提高。聚类增强树(Aggregated boosted tree,ABT)分析结果表明:不同修复模式是影响土壤微生物群落的重要因素,其次土壤pH和Cu的含量及活性也是改变重金属污染区域微生物群落的因子。该研究从微生物群落结构角度解释了植物与羟基磷灰石联合修复对土壤微生态体系的作用,为开展Cu、Cd等重金属污染地植物与无机生物材料的联合修复方式的筛选及实施提供可靠的理论依据。     

不同类型粪肥还田对土壤酶活性及微生物群落的影响

畜禽粪便作为有机肥还田可以维持和提高土壤有机质、改良土壤,有利于农业可持续发展。不同类型粪肥还田后对土壤生物学性状的影响不同,为探究这一问题,在内蒙古乌兰察布市设置田间试验,包括化肥(F)、羊粪(GM)、猪粪(PM)、牛粪(CM)4个处理,研究其对土壤养分、酶活性及微生物群落的影响。结果表明,施用粪肥较化肥具有增加土壤有机质、全氮、有效磷、铵态氮等养分含量的趋势。不同粪肥较化肥处理的土壤脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性最高增幅分别为32.4%、150.4%、26.8%和30.1%。牛粪处理的土壤微生物生物量碳氮显著提高,分别较化肥增加33.2%和33.4%。不同处理在细菌门水平上的优势种群较一致,放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、厚壁菌门(Firmicutes)是优势种群。本试验条件下,牛粪处理更能提高土壤微生物生物量碳氮,短期内施用不同粪肥对于提高土壤微生物群落多样性差异不显著,土壤pH、有效磷、铵态氮是影响土壤微生物群落结构的主要环境因子。     

生物复混肥对土壤微生物功能多样性及土壤酶活性的影响

在温室盆栽条件下,采用Biolog微平板技术,研究了玉米施用等养分量的无机肥、有机无机复混肥、生物复混肥后土壤微生物群落功能多样性及土壤酶活性的动态变化。结果表明,生物复混肥处理的微生物群落平均颜色变化率（AWCD）、微生物群落Shannon指数（H）、丰富度指数（S）和Shannon均匀度指数（E）均为最高;微生物群落主成分分析表明,不同施肥处理土壤微生物群落碳源利用特征有一定差异,PC1将生物复混肥与其他处理明显区分,生物复混肥处理分布在PC1的正方向,其他处理分布在PC1的负方向;起分异作用的主要碳源有糖类、羧酸类和氨基酸类;土壤蔗糖酶、脲酶活性均以生物复混肥处理最高,分别为72.74 mg glucose·g-1·（24 h）-1和1.15 mg NH3-N·g-1·（3 h）-1。研究表明,生物复混肥的施用比等养分量的有机无机复混肥处理能显著提高土壤微生物群落碳源利用率、微生物群落的丰富度和功能多样性,增强土壤蔗糖酶和脲酶活性。     

梨树枝条粉碎覆盖对梨园土壤养分和微生物组的影响

梨树整形修剪枝条是一类重要的生物质资源，将其粉碎后覆盖于树下土壤是资源化利用的有效途径。为了科学评估梨树枝条粉碎覆盖对土壤理化性状及微生物群落结构的影响，采集了贵州毕节、河北昌黎、黑龙江哈尔滨、湖北枝江和河南许昌5个不同纬度梨典型种植区梨园枝条覆盖1~2年后的土壤样品，检测了土壤基础理化特性及土壤细菌、真菌和原生生物群落。结果发现，与不覆盖枝条的对照相比，总体而言覆盖能有效提高土壤有机质和有效磷含量，土壤细菌、真菌和原生生物群落结构也发生了显著变化，但对群落多样性无显著影响；覆盖处理显著富集了土壤细菌中的变形菌门、酸杆菌门和真菌中的担子菌门以及原生生物中的孔虫界和囊泡虫类等类群的相对丰度。进一步利用随机森林模型挖掘了不同采样点枝条覆盖后的关键物种，模型预测准确率高达94.44%，关键物种以细菌为主，包括Acidibacter、Xanthobacteraceae、Nitrosomonadaceae等与有机残体降解有关的微生物，还发现土壤有效磷含量是土壤微生物群落结构差异的主要驱动因子。相关研究结果初步评估了梨树枝条覆盖对土壤养分和微生物组的影响，挖掘了潜在的关键微生物。     

绿肥与化肥配施对植烟土壤微生物群落的影响

土壤微生物群落被认为是土壤生态系统变化的预警及敏感指标,指示着土壤质量的变化。本研究利用 3 年定位试验,通过测定磷脂脂肪酸(PLFAs)的含量,分析了连年绿肥和化肥配施对植烟土壤微生物群落结构的影响。研究结果表明：施肥明显地提高了土壤中 PLFAs 的种类和总量;在绿肥和化肥配施处理中,当翻压 15 000 kg/hm2 绿肥的基础上施用大于 85% 常规化肥时,明显提高了土壤中细菌、AM 真菌及微生物总的 PLFAs 含量;而当化肥的施用量减至常规施肥 70% 时,对土壤细菌、真菌及微生物总 PLFAs 含量的积累产生不利影响。从不同处理的主成分分析和聚类分析的结果可知,不同绿肥和化肥配施比例对土壤微生物群落结构变化有明显影响。经相关性分析表明,PLFA 分析方法和氯仿熏蒸法之间具有很好的一致性,且土壤速效钾和速效磷含量与革兰氏阴性菌的 PLFAs 含量呈显著相关,而与土壤真菌PLFAs 含量则无明显的相关性。     

土壤重金属—有机物复合污染环境效应与修复技术研究进展

重金属-有机物复合污染已是土壤污染的一种普遍形式,其环境危害和治理难度远大于单一污染土壤,因此,重金属-有机物复合污染土壤修复治理是我国环保领域亟需解决的现实难题。基于此,本文首先介绍了重金属与有机污染物在土壤中的复合污染现状；其次,分析了土壤中重金属与有机污染物的交互作用及其环境效应；然后从物化修复、生物修复和联合修复这3方面,综述了不同技术手段对重金属-有机物复合污染土壤修复的研究进展；最后提出了重金属-有机物复合污染土壤修复研究的发展方向。