氮沉降对土壤微生物影响的研究进展

土壤中氮沉降增加作为全球环境变化的重要现象之一,给人类带来了巨大挑战。笔者综述了近年来氮沉降对土壤微生物的影响研究,从土壤微生物生物量、群落结构和多样性、微生物活性、功能基因与底物利用等方面进行总结分析。综合来看,氮沉降对土壤微生物的影响主要表现为:1土壤微生物生物量、真菌生物量以及真菌与细菌生物量比值下降;2外生菌根真菌子实体生产力和外生菌根丰度下降,外生菌根真菌群落结构组成改变;3丛枝菌根真菌群落结构组成改变,但氮沉降对丛枝菌根真菌的多样性和对腐生真菌的影响结果存在较大争议;4细菌群落结构组成改变,贫营养细菌丰度下降,富营养细菌丰度上升;5土壤微生物活性下降,某些功能基因丰度下降,对复杂有机碳、氮的代谢能力下降。同时,相关研究报道表明:氮沉降可以直接或通过降低土壤p H,增加微生物的碳限制,改变底物的数量和质量等途径间接对微生物生物量和群落结构产生影响。     

油菜对Cd污染土壤的修复潜力分析

以甘蓝型油菜为研究材料,利用盆栽试验研究了不同浓度Cd(0,1,2mg/kg)胁迫下油菜的吸收特性,以及土壤微生物群落结构变化.结果表明:随着Cd浓度的升高,油菜植株对Cd的吸收显著增加,而且油菜地上部分的吸收量显著高于地下部分,其中茎的Cd浓度最高,籽粒最低;油菜将Cd从地下转移到地上部分的转运系数随外源Cd浓度的升高而呈现先升高后下降的趋势;且低浓度Cd处理下,油菜对Cd的转运系数较高,修复效率可以达到6.841%~7.752%.土壤微生物多样性分析发现,Cd改变了土壤微生物群落的结构,降低了部分优势菌群的相对丰度,而油菜可以增加这些菌群的相对丰度,提高土壤微生物多样性.因此,种植油菜有利于土壤生态系统的稳定性,可以用于修复中等程度Cd污染土壤.     

不同浓度砷酸盐胁迫对蜈蚣草根际微生物群落功能多样性特征的影响

蜈蚣草是世界上第一种被发现的砷超富集植物,其根际微生物对土壤砷的转化及蜈蚣草砷的吸收具有重要影响.采用qPCR和Biolog-Eco微平板法对砷胁迫下蜈蚣草根际微生物群落功能多样性特征的差异进行了研究.首先对蜈蚣草根际微生物的16SrRNA基因丰度进行定量分析;其次,利用Biolog-Eco微平板法分析微生物对31种碳源的平均利用率;同时,通过主成分分析、Shannon多样性指数、Pielou均匀度指数和Simpson优势度指数等探讨了微生物对不同类型碳源利用的差异和砷胁迫对微生物多样性的影响.结果表明,砷胁迫不仅降低16SrRNA基因丰度、减少微生物数量,还会显著影响微生物对碳源的利用效率.其中,微生物对碳水化合物类、氨基酸类和胺类碳源的利用受砷胁迫的影响最显著.此外,砷胁迫会诱导抗砷微生物成为优势群落,结构趋于单一.由于长期暴露可增加蜈蚣草根际微生物的数量,后期研究可深入探讨蜈蚣草根系分泌物中特异碳源物质在强化微生物-蜈蚣草修复砷污染土壤过程中的作用.     

氮沉积效应对植物生长及土壤微生物群落结构的影响

从美国迷尼苏达大学Cedar Creek生态科学研究保留地的BioCON(Biodiversity,CO2,Nitrogen)试验田取得24个样品对氮沉积效应进行研究.通过添加氮肥的方法模拟了氮沉积效应对植物生长和土壤微生物群落结构的影响,并运用功能基因芯片技术得到了一些实验结果:氮肥的施加对地上植物生物量增长有促进作用,但会对植物根部的生长产生不良影响;氮肥的添加会使土壤中微生物群落结构发生改变,使得添加了氮肥的土壤样品中的微生物群落结构变得简单化,而且这种改变是显著的;在置信度为95%的情况下,参与氮循环的功能基因在施加氮肥的样品中的丰度比未施加氮肥样品中的基因丰度要低.另外,还研究了各个样品中微生物群落结构变化与环境因子之间的关系.     

大气氮沉降对森林土壤微生物影响的研究进展

大气氮沉降是影响森林生态系统的新生态因子之一,过量氮沉降将改变参与森林生态系统物质转化和养分循环的土壤微生物.作者综述了国内外模拟氮沉降对森林土壤微生物生物量、群落结构和多样性、微生物活性和酶活性、底物利用能力以及功能基因的影响研究现状.结果表明：(1)整体来看,氮沉降对森林土壤微生物生物量产生负面影响的报道较多;(2)氮沉降改变了森林土壤微生物群落的构成和丰富性;(3)氮沉降短期内促进森林土壤呼吸速率,长期氮输入会抑制土壤呼吸速率;(4)氮沉降改变了参与凋落物分解相关土壤酶的活性;(5)氮沉降降低了土壤微生物代谢复杂有机质的代谢能力;(6)氮沉降增加和降低了某些微生物功能基因的丰度.此外,作者还探讨了氮沉降对森林土壤微生物研究存在的问题和未来研究的重点.     

内源激活剂驱油藏内微生物菌群结构变化分析

油藏内源功能微生物的激活能有效提高采油效率。其中激活后功能微生物的群落变化分析及相关代谢基因丰度的变化对内源激活剂的筛选及激活机理研究具有重要的指导意义。本实验利用高通量测序技术准确分析了内源激活剂注入井（WJW199.1）和对照井（WJW202）中内源微生物（包括古菌和细菌）基于门、纲、属水平的种群多样性和群落结构。结果表明采出水中Thaumarchaeota门的古菌占主导,而丰度最高的细菌属于Proteobacteria门和 Firmicutes门。不管对于古菌还是细菌,注入井中的微生物多样性都远高于对照井,说明激活剂的添加有效激活了其中的内源微生物,提高了群落结构多样性。尤其是Pseudomonas,Arcobacter等具有产表活剂能力的功能微生物。同时,硫酸盐还原菌脱硫弧菌属等有害菌被抑制,丰度降低。表明从微生物种群变化的程度来看内源激活剂的注入降低了有害菌的丰度,激活了功能微生物,增强了整体微生物的驱油能力。     

重庆长寿湖秋季底泥微生物多样性分析

【目的】了解重庆长寿湖秋季底泥微生物多样性。【方法】通过16SrRNA基因扩增和测序分析了2017年9月长寿湖野猫岩、板桥、两河口、同心、堤坝等5个监测点底泥微生物的多样性和种类结构。【结果】汇流的微生物丰度比支流的更大,堤坝的微生物丰度最大;微生物组成与小区域内环境相关,板桥和同心微生物组成相似;长寿湖底泥中变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、疣微菌门(Verrucomicrobia)、浮霉菌门(Planctomycetes)等微生物较为丰富,主要参与C,N,S及重金属元素的循环;环境因子中Pb和Cr的含量明显影响长寿湖底泥中微生物群落结构。【结论】长寿湖底泥微生物组成受周边环境、重金属等污染因子影响较大,底泥中参与C,N,S等污染物代谢的菌群活跃,污染情况不容忽视。     

甲胺磷影响下土壤微生物群落结构的动态平衡

采用磷脂脂肪酸(PLFA)作为一种微生物分子标靶,研究不同浓度甲胺磷(C2H8ONPS)输入对土壤微生物群落的影响。结果表明：与对照土壤相比,高浓度甲胺磷分别使细菌PLFAs显著提高 0.85 nmol/g,而使真菌PLFAs显著下降 0.87 nmol/g。甲胺磷并没有使土壤微生物总量发生显著变化,真菌丰度下降和抵抗性细菌群落上升形成了土壤微生物群落结构的动态平衡。分析认为,由甲胺磷输入而产生的H+可能导致这一微生物群落结构的变化。     

环丙沙星和铜复合污染下河流底质微生物群落与抗生素抗性基因的交互关系

选择环丙沙星(CFC)和铜(Cu)作为目标污染物,设计室内驯化试验,通过16S rRNA高通量测序、定量PCR等技术探究CFC和Cu复合污染下河流底质微生物群落与抗生素抗性基因(ARGs)间的交互关系。结果表明,CFC单一污染、Cu单一污染和复合污染试验组中ARGs丰度、微生物群落组成及功能存在显著差异;所有试验组的总ARGs相对丰度呈现随时间先增后减的变化趋势。共现网络分析表明, intI 1与3类ARGs和8个菌群相关,是ARGs和微生物群落之间的桥梁;所属变形菌门、酸杆菌门、厚壁菌门、拟杆菌门和绿弯菌门的细菌最有可能成为水环境中ARGs的潜在宿主。基于偏冗余分析发现,在MGEs、微生物群落和污染物等因素中微生物群落对ARGs丰度变化总解释率最高(49.77%);路径分析表明,CFC和Cu主要通过微生物群落间接地影响ARGs的传播和扩散。     

用土壤微生物方法评价重金属Cu的毒性及其时间效应

从微生物特征及其群落结构等方面研究了重金属Cu的土壤毒性及其时间效应.结果表明,Cu进入土壤早期阶段,低浓度对土壤微生物生物量有刺激作用,高浓度起抑制作用;微生物呼吸强度迅速增加,微生物生理生态参数qCO2升高,Cmic/Corg降低;土壤溶液中Cu浓度很低,对发光菌E.Coli有轻度抑制作用,但随时间延长而更不显著;Biolog结果显示,在Cu胁迫下,微生物的群落结构有所改变,对碳源的消耗量增加,速度变快,这种损伤具有长期效应.     

某简易污泥填埋场污染物调查与扩散迁移研究

未经规范处理进行简易填埋处置的污泥对周围环境存在较大的污染风险。基于某简易污泥填埋场项目,通过对场地地貌及地质条件分析,从污泥、渗沥液、周围土壤、地下水四个方面出发进行污染物调查;并建立污染物Mn的扩散迁移模型,分析不同时间段Mn的扩散迁移规律。调查及模拟结果表明,污泥填埋场存在渗透性较好的沙砾石层,地下水水力联系条件良好,污染物易发生迁移扩散现象;大部分污染物对周边环境影响较小,少部分污染物指标超标;Mn在填埋场周围的地层中迁移速度较为显著,其污染范围在25年后可以达到距离1号坑约400 m的距离,为了防止扩散迁移可在地下水流向方向设置相应污染防治措施。     

中国东北条子河中微生物群落变化与锌砷污染的关系研究

研究目的：通过研究河流微生物与污染物的互作关系,为河流污染治理等相关研究提供新途径。创新要点：研究选择的目标河流是报道较少的辽河二级支流,该研究对于了解支流污染特别是东北地区河流污染有重要的意义。将分子生态学技术应用于分析不同污染程度的河流底泥微生物变化,建立微生物种群变化和污染物的互作关系。研究方法：选取沿条子河的8个代表性区段,分析河水和底泥中重金属和污染物的变化情况。通过变性梯度凝胶电泳（DGGE）技术分析不同河流区段内真核和原核微生物种群变化,解析河流中污染物对底泥微生物的影响,建立微生物种群变化和重金属污染的互作关系。重要结论：重金属污染物的存在能抑制底泥中微生物生长,仅少量具有较强抗性的微生物存活（见图4）;有机污染物的增加使对重金属有较强抗性的Limnodrilus hoffmeisteri 大量繁殖（见图2~4）,从而大量消耗溶解氧,导致好氧微生物死亡和河水自净能力退化,最终引起水质恶化。由此可见,微生物对环境污染物的变化有很敏感的响应,通过对环境中微生物的监测有助于进一步分析环境污染的变化。     

垃圾填埋场地下水污染预测与环境风险评价

为评价垃圾填埋场对周围环境的污染风险,在识别阜新垃圾填埋场主要风险物质及潜在环境风险事故类型的基础上,根据渗滤液污染地下水的幕景假设,建立对流-弥散-吸附-维水质风险模型,预测地下水污染情况,并采用健康风险评价模型评价环境风险。结果表明：该垃圾填埋场的主要风险物质是垃圾渗滤液和填埋气体;渗滤液污染地下水是该垃圾填埋场的最大可信事故;NH3-N、Hg、Fe和Mn在预测期的最大质量浓度均超过地下水Ⅲ类水质标准;阜新市垃圾填埋场渗滤液渗漏污染地下水属于可接受风险。该结果可为有效降低垃圾填埋场对周围环境的污染风险提供依据。     

城市垃圾填埋场地下环境污染及控制对策

对城市垃圾填埋场渗滤液及其污染特性进行了分析,对我国城市垃圾填埋造成的土地、地下水污染现状进行了3个实例分析。通过实验室模拟实验研究渗滤液中污染物在地下环境中迁移转化作用,实验结果表明,垃圾渗滤液在地下出现了4个顺序氧化还原带,分别为产甲烷带、Fe(III)还原带、NO-3还原带和氧还原带,微生物在每个带利用的最终电子受体是不同的。最后以北天堂垃圾填埋场为例,建立地下水污染物运移的数值模型,对垃圾渗滤液污染的控制方案进行了模拟研究,模拟计算表明,北天堂垃圾填埋场顶部防护层的设置,必须使外部水进入垃圾场的入渗量控制在小于36 mm/a,才能有效控制渗滤液的污染。     

含铀凋落物腐解前后微生物群落结构特征及多样性分析

采集含铀凋落物腐解前后土壤样本,通过Illumina Miseq高通量测序技术研究腐解前后土壤微生物的多样性及群落结构,解析含铀凋落物腐解前后土壤微生物群落结构特征及其变化规律,为发掘潜在含铀生物质降解菌种提供理论基础。通过高通量测序,分别获得158 781条细菌和242 198条真菌的有效序列,菌群Alpha分析显示,腐解后细菌的多样性和丰富度增加,真菌的多样性和丰富度减少。通过微生物群落结构解析,发现腐解前后门水平上始终存在的优势菌群,细菌中为绿弯菌门(Chloroflexi)、放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)和变形菌门(Proteobacteria);真菌中为子囊菌门(Ascomycota)、担子菌门(Basidiomycota)、unclassified_Fungi和被孢囊门(Mortierellomycota)。结果表明,含铀凋落物腐解后,凋落物内的铀被释放到土壤中,改变了土壤微生物群落结构。腐解后土壤中可识别的优势菌群功能主要集中在对纤维素、半纤维素、木质素的降解和铀的浸出。热酸菌属(Acidothermus)和软盘菌属(Mollisia)可能是降解凋落物和浸出铀较好的微生物组合。     

福岛核事故后放射性废物的影响及处置对策

 福岛核事故中,氢气爆炸破坏反应堆厂房顶盖,导致大量放射性物质外泄,造成周边环境大面积污染.事故后续处理过程中还产生大量二次污染物.因此,福岛核事故后放射性废弃物呈现数量大、范围广的特点,给后续核污染的治理带来巨大挑战.本文介绍福岛核事故所造成的环境污染和厂内污染情况,分析污染种类、特点、应对措施等,总结该事故中放射性废弃物处置对策及其对中国核电发展的启示.     

垃圾渗滤液处理厂活性污泥微生物种群结构和功能分析

对垃圾渗滤液处理厂活性污泥的16S rRNA基因和宏基因组进行高通量测序并分析, 探究垃圾渗滤液处理厂活性污泥微生物的种群结构、氮循环和有机污染物降解相关功能微生物和功能基因。结果表明, Calditrichaeota门微生物丰度最高(58.77%), 其次是 Proteobacteria (16.80%)和Bacteroides (6.19%); Calorithrix属是活性污泥的优势菌属(58.77%); 活性污泥中存在硝化、反硝化、同化硝酸盐还原、异化硝酸盐还原和氮固定 5 条氮循环途径, 反硝化相关基因丰度最高(78.84%), 主要分布于Calditrichaeota, Proteobacteria和Choroflexi中; 硝化作用由氨氧化菌Nitrosomonas完成。活性污泥中含有丰富的难降解有机污染物降解基因, Proteobacteria, Bacteroides, Planctomycetes, Calditrichaeota和Choroflexi是典型的有机污染物降解功能微生物。     

芹菜根对模拟复合污染湿地中芘的降解作用

以吴淞口复合污染湿地土壤为研究背景, 在含有芘、柴油、Pb 的模拟复合污染湿地土壤环境中, 选取对芘具有高效降解作用的芹菜根, 研究芹菜根对复合污染湿地土壤进行生态修复的作用效果及特征. 检测分析了单一与复合污染土壤中多酚氧化酶(polyphenol oxidase, PPO)、过氧化氢酶(catalase, CAT)、脲酶(urease, URE)及不同实验组中芘的降解效果随时间的变化规律. 研究表明, 在芘、Pb、柴油复合污染胁迫下, 芹菜根可以通过根系分泌酶等一些化学物质或者通过刺激其根际微生物细胞分泌各种酶类物质, 来提高其根际微生物的活性, 促进芹菜根与其根际微生物的协同作用, 增强对复合污染土壤中芘的降解效果.