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。     

石灰和海泡石对镉污染土壤的修复效应与机理研究

研究了稻作和旱作两种种植制度下,施用石灰、海泡石及两种改良剂配施对镉污染土壤pH值、土壤镉形态变化及作物对镉的吸收等的影响.结果表明,施用改良剂使稻作条件下的土壤pH提高0.3～1.8个单位,旱作条件下土壤pH提高幅度为0.3～2.0个单位:两种种植制度下,作物有效性较高的酸提取态镉含量显著减少,而作物有效性较低的可还原态和残渣态镉含量显著增加,进而引起了水稻和萝卜对镉的吸收量降低.其中以石灰和海泡石配施的效果最好,单施海泡石次之,单施石灰效果最差,且各处理均随改良剂用量的增加效果增强,虽然,施用改良剂可以有效降低土壤中镉的作物有效性,但对水稻产量和生物量及镉在水稻和萝卜两种作物地上部分的分配规律均没有明显的影响.     

土壤主要理化性质对湘粤污染农田镉稳定效果的影响

利用盆栽试验研究了稳定剂(石灰、海泡石联合施用)对湖南、广东两省区不同性质土壤上生长的小青菜(Brassica chinensis L.)生物量、重金属吸收以及土壤pH和重金属提取态含量的影响,探讨了影响镉(Cd)稳定修复效果的土壤性质参数。结果表明:施加稳定剂对增加酸性土壤上小青菜生物量效果显著,土壤pH、有机质(OM)、全量Cd和黏粒是影响小青菜生物量变化的主要因素;土壤pH、阳离子交换量(CEC)、OM、黏粒是影响小青菜Cd含量变化的主要因素;土壤pH、CEC、全量Cd和黏粒是影响土壤提取态Cd含量变化的主要因素。     

锯末对生物修复荧蒽和芘污染土壤的强化作用及影响因素

通过土壤微宇宙培养试验,研究了锯末尺寸、添加量和种类等因素对荧蒽特效降解菌MC(Mycobacterium flavescens)修复污染土壤(潮土、红壤、黑土、黄棕壤和水稻土)的效果.结果表明:锯末联合降解菌MC修复荧蒽污染的黄棕壤效果较好,优化条件下25 d荧蒽降解率为42.63％ ±1.05％;该联合修复对黑土和...     

Remediation of Pesticide Contaminated Soil by Planting and Compost Addition

Pesticide contaminated material was obtained from an agrichemical retail facility in Illinois. In an effort to improve physical properties and increase microbial activity and plant growth in the contaminated matrix, the material was mixed with uncontaminated soil or with mature yard waste compost to determine the impact of compost compared to soil on plant establishment and growth, development of soil microbial activity, and herbicide inactivation. Plant growth, particularly weed growth, was significantly greater in compost containing mixes than it was in soil mixes. Microbial activity, as measured by dehydrogenase activity, was significantly higher in compost-containing mixes than in soil mixes. The combination of planting and compost addition resulted in significant increases in herbicide inactivation in the contaminated materials. The results strongly suggest that remediation of herbicide contamination at agrichemical retail facilities can be achieved quite rapidly and at moderate cost and also demonstrate that the combination of compost addition and planting can accelerate xenobiotic degradation in contaminated soils.     

Heavy Metal Immobilization in Contaminated Soils using Phosphogypsum and Rice Straw Compost

The application of soil amendments to immobilize heavy metals is a promising technology to meet the requirements for environmentally sound and cost‐effective remediation. The present study was carried out to evaluate the result of phosphogypsum (PG) used alone and in combination with compost (CP) at a mix ratio of 1:1 wet weight ratio (PG + CP) at 10 and 20 g dry weight kg⁻¹ dry soil, on heavy metal immobilization in contaminated soil and on canola growth. The results revealed that the Pb, Cd and Zn uptake of canola plants was reduced by the application of PG alone and when it was mixed with CP as compared with untreated soil. At an application rate of 10 g dry weight kg⁻¹ dry soil of (PG + CP) the dry weight of canola plants increased by 66·8% was increased in comparison with its weight in the untreated soil. The addition of PG alone resulted in more pronounced immobilization of heavy metal as compared with PG mixed with CP. Plant growth was improved with CP addition, but heavy metals immobilization was the greatest in PG alone treatments. Results suggest that PG may be useful for the immobilization of heavy metals in contaminated soils. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

土壤环境中多环芳烃的微生物降解及联合生物修复

研究土壤环境中持久性有机污染物的生物降解及其生物修复技术是当今国际环境修复科学技术前沿领域的重要课题。本文重点论述了土壤环境中持久性有机污染物多环芳烃的微生物降解机理及其在生物修复中的应用等,并结合当前研究进展,展望了基于多种修复措施相结合的多环芳烃污染土壤联合生物修复工程技术的开发与应用前景。     

阿特拉津除草剂对土壤微生物生态特征的影响

采用实验室培养试验研究了阿特拉津除草剂对土壤微生物生态特征的影响。结果表明：阿特拉津除草剂10mg／kg浓度处理释放的CO2与对照无明显差异,根据危害系数法的分级方法,其属于无实际危害级农药;阿特拉津除草剂10mg／kg浓度处理在初始阶段,明显降低土壤微生物生物量碳和微生物生物量氮,随培养时间推移土壤微生物生物量碳和生物量氮有所恢复,随后又有所下降,30d后土壤微生物生物量变化趋于平缓;阿特拉津除草剂对土壤微生物多样性产生一定影响．其影响随培养时间而异。在一定程度上反映出土壤微生物生态特征指标可作为除草剂污染土壤环境质量变异的参考指标。     

Remediation of Copper and Cadmium in Contaminated Soils using Compost with Inorganic Amendments

Water, Air, & Soil Pollution - Compost enriched with inorganic amendments has been evaluated in laboratory-based experiments for its effectiveness to immobilise heavy metals in contaminated...     

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。     

Indication of Soil Microbial Activity by Electrical Signals of Microbial Fuel Cells with Re-Vegetated Red Soils

Electrical signals generated by microbial fuel cells (MFCs) may potentially indicate overall soil microbial activity. This study aimed to validate whether a significant correlation existed between soil microbial activity and electrical signals in different soils. Re-vegetated red soils with four vegetation types and unplanted eroded red soil were collected and packed into MFCs. The voltage of the MFCs was recorded during operation. Electrical signals including start-up time (ST), peak voltage, and coulomb quantity were extracted from the voltage curves. Soil dehydrogenase activity (DHA) was determined as a reference method to verify the reliability of the electrical signals. After MFC operation, the anodic bacterial community was analyzed by Illumina sequencing based on the 16S rRNA gene. The results indicated that ST was significantly correlated with DHA, along with soil organic carbon content. The linear regression model described the optimal relationships for ST and DHA. Clostridium and Acinetobacter constituted the dominant genera on the anode of the MFCs. The results demonstrated that ST may indicate soil microbial activity in re-vegetated red soils.     

铅锌矿区污染土壤微生物活性研究

通过野外调查和采样分析，研究了浙江衢州铅锌矿区土壤的微生物、土壤酶活性及植物重金属积累特性。结果表明：矿区污染区土壤Ph、Zn、Cd、Cu全量的平均值分别是对照土壤的267．8倍、132．6倍、41．8倍、17．0倍。矿区植物体内重金属含量与土壤重金属全量和有效态含量呈显著正相关。矿区土壤随着重金属含量的增加，土壤微生物生物量碳逐渐降低，而土壤基础呼吸、微生物代谢商则升高，矿区中心污染土壤微生物生物量碳只有对照土壤的72％，而基础呼吸和微生物代谢商分别是对照土壤的1．6倍和2．3倍。铅锌矿口附近污染区土壤酶活性较低，对照土壤的各种酶活性最高。其中土壤脱氧酶的活性变化最大，作为矿区重金属污染的指标更灵敏。     

生物炭对铜矿区污染土壤微生物活性及香根草富集铜、镉、铅的影响

矿区土壤易发生重金属污染,是土地资源利用和维护的一大难题。以铜矿区污染土壤为研究对象,按质量比添加0,1%,2%,4%,10% (w/w)的生物炭,进行香根草室内盆栽试验。研究添加生物炭对土壤pH和微生物活性、香根草富集与转运重金属的影响,探明重金属形态含量与生物炭、微生物活性的相关性,旨在为生物炭与香根草联合修复矿区重金属污染土壤提供理论参考。结果表明:生物炭的添加能提高土壤pH,显著提高土壤FDA水解酶、蔗糖酶和脲酶活性,显著促进土壤基础呼吸,但对土壤微生物量碳无显著影响;生物炭的添加使香根草生物量显著增大,降低土壤Cu和Pb的有效态占比,Cd的变化与此相反;添加生物炭促进香根草对Cd和Pb的富集,降低香根草对Cu的富集,减少Cu、Cd和Pb在香根草体内的转运,因此香根草可作为Cu、Cd和Pb的稳定化植物。土壤蔗糖酶活性与香根草叶片Cu、Cd和Pb含量、有效态和残渣态Cu含量呈显著正相关,土壤基础呼吸与叶片Cu、Cd和Pb含量、有效态Cu、Pb含量呈显著负相关,而与有效态Cd含量呈显著正相关。总之,生物炭可减弱矿区土壤重金属对香根草生长的毒害作用,并促进香根草对重金属的富集,两者结合可改善铜矿区污染土壤的理化性质和微生物活性,有利于重金属污染土壤修复,改善土壤质量。     

氯嘧磺隆对土壤微生物数量,酶活性及呼吸强度的影响

氯嘧磺隆是一类高效广谱除草剂,研究其对土壤微生物的影响对其合理使用具有重要意义。通过室内瓶培养实验研究了不同浓度氯嘧磺隆对土壤呼吸强度、土壤微生物数量和土壤酶活性的影响。结果表明:氯嘧磺隆施入土壤2周后,可明显提高土壤呼吸强度,且浓度越大,提高效果越明显;氯嘧磺隆施入土壤1周后,不同浓度氯嘧磺隆处理均可提高土壤细菌和放线菌数量,45 d时表现出抑制作用,60 d可恢复到对照水平;氯嘧磺隆对土壤真菌数量表现为抑制作用,而后恢复到对照水平,45 d时田间施用量可抑制土壤真菌的增殖,但60 d可恢复到对照水平。土壤培养前1周,氯嘧磺对土壤过氧化氢酶、土壤转化酶、土壤脲酶活性均表现出不同程度的抑制作用,且浓度越大抑制作用越明显。之后三种酶表现出一定的激活作用,培养60 d可恢复到对照水平。以上试验结果可为合理施用氯嘧磺隆提供理论依据。     

酞酸酯污染土壤微生物效应与过氧化氢酶活性的变化特征

采用室内模拟污染土壤,研究了邻苯二甲酸二(乙基-己基)酯和邻苯二甲酸二丁酯两种酞酸酯类化合物对农田土壤微生物生物量碳、土壤基础呼吸与土壤过氧化氢酶活性及其反应动力学参数的影响。结果表明,DBP土壤浓度在10 mg/kg,DEHP土壤浓度在20 mg/kg以下,与对照相比,微生物生物量碳、土壤基础呼吸以及过氧化氢酶活性没有明显影响。土壤浓度为20 mg/kg的DBP处理对土壤基础呼吸有明显的激活作用。两种化合物在高浓度处理的土壤中,均对微生物生物量碳、土壤基础呼吸以及过氧化氢酶活性表现抑制效应,抑制作用随处理浓度的增加而加强,其中两种化合物土壤浓度为100 mg/kg时,在培养期内三者均没有表现出明显的恢复趋势。对过氧化氢酶Km与Vmax以及Vmax/Km等动力学参数分析表明,DBP与DEHP没有对过氧化氢酶促反应速率以及酶与底物亲和力产生明显影响。     

山药连作对土壤微生物群落及土壤酶活性的影响

以山药连作（0 a,1 a,2 a）和轮作（山药—小麦）土壤为研究对象,探讨耕作模式对山药种植地耕层土壤（0—30 cm）微生物数量和酶活性的影响。结果表明:土壤耕层的有机质、全氮、有效磷和速效钾含量随山药连作年限的延长而逐渐降低,而山药—小麦轮作模式则有助于恢复地力。山药连作、轮作的土壤均以细菌所占比例最大,放线菌次之,真菌最少;与对照（0 a）相比,细菌、放线菌数量均随着山药连作年限增加呈递减趋势;但放线菌的降幅明显大于细菌,表现出对连作年限更强的敏感性;真菌数量随连作年限呈先升后降的趋势。山药连作可以明显降低土壤脲酶、碱性磷酸酶和蔗糖酶的活性,轮作模式则可以激发该三种酶的活性,其中轮作较连作2 a的处理可以明显提高脲酶和蔗糖酶活性,差异分别达显著水平（p < 0.05）和极显著水平（p < 0.01）。说明山药连作会破坏土壤耕层微生物种群结构,并抑制土壤酶活性,轮作可以在一定程度上改善土壤微生物群落结构及酶活性质量。     

不同节水稻作模式对土壤理化特性和土壤酶活性影响研究

针对南方丘陵区季节性干旱现状与目前稻田单一化的连作耕作制度对农田环境造成的不利影响因素,通过4a田间定位试验研究了节水稻作模式下土壤理化性状和土壤酶活性变化规律影响.结果表明,与该区常规稻作模式相比.在试验设计范围内,节水稻作模式下稻田的土壤理化性状明显改善,随着耕种年限增加,土壤容重下降,而孔隙度增加.土壤通透性增强,有效阻止土壤次生潜育化和土壤酸化.提高了土壤pH值;就土壤酶活性而言,节水稻作模式处理酶活性常规稻作模式相比.除转化酶外,其它酶活性均有不同程度的增加,尤其对磷酸酶与脲酶影响最大.     

镉耐性促生细菌对洞庭湖镉污染土壤微生物和酶活性的影响

为研究促生细菌对镉污染土壤微生物数量和酶活性的影响,将促生细菌T7和J2加入洞庭湖镉污染土壤中,通过培养,进行各项目的测定。结果表明,J2菌能显著提高土壤中可培养细菌、放线菌数量,降低土壤中可培养真菌数量,T7菌对放线菌数量影响不明显,T7和J2菌能显著提高细菌/真菌(B/F)和放线菌/真菌(A/F)比值;J2菌能显著地促进土壤中氨化菌、硝化菌、反硝化菌和好氧性固氮菌数量的增加,T7菌对氨化菌和反硝化菌数量影响不显著;J2菌明显促进土壤中脲酶、过氧化氢酶和磷酸酶活性的增强,T7菌对脲酶、过氧化氢酶活性影响显著;土壤微生物数量与酶活性的相关性分析表明,土壤微生物、酶以及土壤微生物与酶之间存在显著或极显著地相关关系。说明促生细菌T7和J2能有效改善洞庭镉污染土壤的微生物环境。     

磷灰石和石灰稳定化修复对污染土壤铜和镉垂直迁移的影响

大量改良材料被用于重金属污染土壤的稳定化修复,但是不同用量的改良材料长期田间修复后重金属总量和有效态在不同土层的垂直分布特征鲜有研究涉及。本研究采集不同剂量的磷灰石和石灰稳定化修复的0~13、13~30和30~50 cm土层污染土壤,考察铜和镉总量及有效态含量在不同土层的分布特征。结果表明:随着磷灰石和石灰用量的增加,显著降低了0~13 cm土层土壤交换性酸和交换性铝,增加了土壤全钙的含量,且磷灰石处理提高了土壤全磷和速效磷含量。0~13 cm土层土壤pH、总铜和总镉含量均随着磷灰石和石灰用量的增加而逐渐增加,但是降低了13~30和30~50 cm土层土壤总铜和总镉含量。3个土层中铜和镉有效态含量均随着磷灰石和石灰用量的增加而显著降低,其中23.2 g/kg磷灰石处理和4 g/kg石灰处理土壤有效态铜含量降低85.1%和92.0%,有效态镉降低18.8%和23.5%。相关性分析表明,土壤pH和铜镉总量是影响铜镉有效性的主要因素。可见,磷灰石和石灰的应用使铜和镉较好地固定在土壤表层,减少铜和镉向下层土壤的淋溶,降低了铜和镉的有效性。