贡嘎山不同海拔土壤中抗生素抗性基因的多样性特征

抗生素抗性基因作为一种新型环境污染物,对生态环境安全和人类健康有严重的威胁。目前对抗生素抗性基因的研究大多是对城市土壤、污泥、农田土壤等受人为干扰较多的环境开展。然而,人为干扰少的土壤中抗性基因的背景值研究仍较为缺乏。针对贡嘎山不同海拔高度的土壤,采用高通量实时荧光定量PCR的方法,研究了其抗生素抗性基因和可移动遗传元件的多样性及丰度特征,并探究其与环境因子的相关性。结果发现:(1)贡嘎山海拔在2 948～3 651 m的7个土壤样品,共检测到132种不同的抗性基因和10种可移动遗传元件。每个样品中的抗性基因种数为46～89个,并随着海拔的升高呈增加趋势。抗性基因的相对拷贝数为0.019～0.043 copies/cell,且不随海拔高度呈规律性变化。7个土壤中检测到int I-1(clinic)和tnp A-02等可移动遗传元件,表明抗性基因的水平转移可能为这些土壤中抗性基因迁移的途径之一。(2) 7种土壤的抗性基因种类组成差异有统计学意义(P0.05),冗余分析表明NO_3~--N、NH_4~+-N、含水量、海拔和有机质等土壤理化性质的差异可能导致了不同土壤中抗性基因多样性的差异(解释率97.1%)。综上,受人为干扰较少的高原土壤中存在着多样性丰富的抗性基因,该研究为抗生素抗性基因的污染研究提供了基础参考数据。     

生物质炭施用对烤烟生长及光合特性的影响

在豫西丘陵旱作区,通过田间试验研究了生物质炭施用对烤烟生长及光合特性的影响。研究结果表明:与常规施肥相比,生物质炭施用能够增加烟株根际土壤含水量,提高烟株根系活力、菌根侵染率及根冠比,改善烟株叶片的光合性能,促进中后期烟株地上部分的生长。从生物质炭的施用量来看,高量生物质炭处理土壤保水效应最优,中量生物质炭处理更有利于烟株的生长。在豫西烟区烤烟生产中,建议生物质炭穴施的添加剂量为600 kg·hm-2。     

花椒园土壤养分质量比特征对秸秆生物质炭类型与施用量的响应

研究生物质炭类型和施用量对花椒园土壤养分质量比特征的影响差异,为评价花椒园土壤养分供给能力,指导施肥和秸秆资源的合理利用提供理论参考.以玉米、水稻和油菜秸秆500℃炭化得到的生物质炭为添加材料,以0(对照),1.0,1.8,2.6 t/hm~2为施用量.以贵州喀斯特地区花椒园作为试验用地,通过生态化学计量学方法分析比较不同处理土壤的全氮(TN)、全磷(TP)、全碳(TC)质量分数和C/N,C/P,N/P.结果表明,不同秸秆生物质炭处理土壤的TN,TP,TC质量分数和C/N,C/P和N/P分别为0.68～1.52,0.37～0.61,5.42～29.98 g/kg和7.79～21.71,14.65～49.15,1.75～2.49,分别是对照的1.13～2.24,1.08～1.65,1.97～5.53倍和1.73～2.72,1.73～3.35,0.95～1.35倍.土壤TN,TP,TC质量分数和C/P,N/P均随着生物质炭施用量的增加而增大,且均在施用2.6 t/hm~2的油菜秸秆生物质炭处理达到最大值.相关性分析表明,土壤TN,TP,TC质量分数及其C/N,C/P,N/P之间呈显著正相关关系,生物质炭类型及施用量的交互作用对其差异性影响最大,生物质炭施用量次之,生物质炭类型最小.综上,花椒园土壤的TN,TP,TC质量分数及其C/N,C/P,N/P均处于较低水平,施用秸秆生物质炭对其具有显著的影响效应;其中施用量为2.6 t/hm~2的油菜秸秆生物质炭是提高花椒园土壤养分质量比特征的最优处理.     

生物质炭对蚯蚓抗氧化防御系统的影响

以赤子爱胜蚓为研究对象,采用土壤-生物质炭培养体系,研究了不同裂解温度下(350℃、550℃和750℃)获得的生物质炭对蚯蚓SOD、CAT、POD等抗氧化系统酶的活性和脂质过氧化产物MDA摩尔浓度的影响。通过比较土壤培养体系和土壤-生物质炭培养体系中蚯蚓抗氧化系统酶活性的差别,本实验有针对性地对生物质炭施用量进行了调节、修饰或去除,阐明了生物质炭对蚯蚓生理水平(抗氧化防御能力)的效应,深化了人们对生物质炭施用环境安全的认识。     

沙培体系下植物和生物质炭对胞外DNA残留的影响

为了研究植物和生物质炭对抗性DNA在土壤中残留变化的影响,采用沙培生菜盆栽实验,以小牛胸腺DNA为模拟抗性DNA,测定在栽培生菜和添加玉米秸秆炭处理中DNA的含量随时间的变化。结果表明:沙培期间,所有处理(对照、生菜栽培、添加玉米秸秆炭、生菜-玉米秸秆炭联合处理)中,DNA的含量均呈先快速下降,之后趋于平稳的趋势。相比对照,种植生菜使DNA在快速减少后小幅增加,仅添加生物质炭的处理在培养期间DNA含量均低于对照。植物可能通过根系影响微生物量增加DNA,玉米秸秆炭可能通过吸附作用减小DNA的含量,种植生菜或添加玉米秸秆炭减缓DNA降解速率的机制可能不同。该结果为抗性DNA和抗性基因在土壤-植物中迁移和传播阻控研究提供了采样时间的依据,有利于科学评价抗性基因迁移风险,但植物和玉米秸秆炭对DNA变化的影响和机制需进一步研究。     

生物质炭改良风沙土对磷的吸附解吸影响

为探究科尔沁沙地土壤改良方法、提升风沙土的土壤质量,以科尔沁沙地南缘辽宁省彰武县境内的风沙土为试验对象进行了田间试验.在试验田内施加3种不同生物质炭,每种炭设置5种不同浓度,均匀地混合至风沙土中.经过燕麦草12周自然生长周期后,采集土壤样品进行室内实验.室内吸附解吸实验主要采用外加磷源法,将磷溶液设置为8种不同浓度.研究风沙土混合不同种生物质炭后对磷素的吸附效果及土壤质量改善效果.研究结果表明,当风沙土中添加1kg/㎡的秸秆炭时,土壤对磷素的吸附解吸效果最好.且将田间需磷肥量降低约10%.说明生物质炭可以改善风沙土土壤质量,且生物质炭类型的不同对改良风沙土效果明显优于生物质炭的添加量.     

杨树叶生物质炭对风沙土中氮形态分布的影响

将杨树叶生物质炭添加到模拟施肥的风沙土中, 研究杨树叶生物质炭对风沙土中氮形态分布的影响. 结果表明： 与传统施肥模式及测土配方施肥模式相比, 制备的生物质炭可增加风沙土铵态氮、 硝态氮、 速效氮和全氮的质量比; 在玉米的生长周期内, 铵态氮、 硝态氮和全氮质量比与生物质炭的添加量成正比; 当生物质炭添加质量分数为2%时, 与土壤充分混合, 铵态氮、 硝态氮和全氮的质量比分别为36.43 mg/kg,35.02 mg/kg,5.76 g/kg, 传统施肥模式下的质量比最高; 速效氮在添加生物质炭的质量分数为0.5%时, 测土配方施肥模式下的质量比最高, 为79.52 mg/kg.     

杨树叶生物质炭对风沙土中氮形态分布的影响

将杨树叶生物质炭添加到模拟施肥的风沙土中, 研究杨树叶生物质炭对风沙土中氮形态分布的影响. 结果表明： 与传统施肥模式及测土配方施肥模式相比, 制备的生物质炭可增加风沙土铵态氮、 硝态氮、 速效氮和全氮的质量比; 在玉米的生长周期内, 铵态氮、 硝态氮和全氮质量比与生物质炭的添加量成正比; 当生物质炭添加质量分数为2%时, 与土壤充分混合, 铵态氮、 硝态氮和全氮的质量比分别为36.43 mg/kg,35.02 mg/kg,5.76 g/kg, 传统施肥模式下的质量比最高; 速效氮在添加生物质炭的质量分数为0.5%时, 测土配方施肥模式下的质量比最高, 为79.52 mg/kg.     

热裂解生物质炭产业化:秸秆禁烧与绿色农业新途径

 秸秆处理是当前中国农业与环境面临的重大挑战.分析了秸秆处理与禁烧存在的机制性困难,认为秸秆处理需要从市场经济规律寻求产业化解决途径,关键是能源利用下养分资源重回农业循环;介绍了生物质限氧热裂解新技术特点及其在秸秆处理中的优势,讨论了其产业主要产品--生物质炭的土壤和农业功效,分析了秸秆气炭联产多产品产业链的产业化前景,提出秸秆热裂解生物质炭产业化提供了既处理秸秆废弃物又促进农业增产优质安全的新技术选择,形成了以生物质炭土壤施用和生物质炭基肥料生产应用为中心的绿色农业新途径.建议国家进一步构建和完善秸秆禁烧大环境下秸秆处理补贴政策,加大秸秆收储配套服务,强化树立已经初现的秸秆生物质热裂解产业优势,通过绿色农业市场化发展带动解决秸秆问题,服务中国可持续农业.     

生物质炭对废弃农田土壤中重金属形态和生物有效性的影响

本研究将生物质炭（2%,质量分数）施加到重金属污染农田土壤中,并采用盆栽试验方法种植小白菜,以考察生物质炭对废弃农田土壤中重金属（Cd、Pb、Cu、Ni、Zn和Cr）的总量和形态、小白菜生物量及其吸收重金属的影响。结果表明：生物质炭对土壤中Cd、Cu、Ni的总量无显著影响,而对Pb、Zn和Cr总量的影响主要与生物质炭吸附能力差异对淋溶损失的影响有关。生物质炭对土壤中重金属形态的影响与生物质炭和重金属的种类有关：生物质炭对Pb和Zn形态的影响程度最大,Cd和Cu次之,但对Ni和Cr形态几乎无影响。生物质炭（除了CC6）使小白菜的干重显著增加了27%～78%(P <0.05),这可能与生物质炭使土壤有机质含量显著增加以及总氮和总磷略有增加有关。除Pb外,生物质炭对小白菜吸收其余重金属无显著影响（P> 0.05）。本研究土壤中Cr超过了农用地土壤污染风险管控标准限值而Pb和Cd均未超标,但对照组和生物质炭处理组的小白菜中Cr、Pb和Cd均超过了食品国家安全标准限值。因此,在利用生物质炭修复重金属污染土壤时,特别是农田土壤,应在充分考虑土壤性质、农作物类型、重金属和生物质炭种类的基...     

土壤抗生素抗性组：来源、扩散和驱动因子

 土壤是环境抗生素抗性基因的源与汇，也是抗性基因发生水平转移的重要热区。综述了土壤环境中抗性基因的主要来源及驱动因子，阐述了抗性基因在土壤-植物、土壤-动物及土壤-水体等不同系统中的传播过程，总结了抗性基因在土壤中的传播扩散机制，表明水平基因转移是抗性基因在环境中传播的主要分子机制之一；土壤-植物系统是抗性基因从环境向人类传播扩散的一个重要途经，是环境抗性基因人群暴露的主要来源；不是所有的抗性基因都具有严重的健康威胁，鉴定高风险的抗性基因对维护人类健康具有重要意义；源头控制是控制抗生素和抗性基因污染的重要手段之一。     

南水北调中线工程水源区抗生素抗性基因多样性研究

为了研究丹江口水库和汉江抗生素抗性基因(Antibiotic Resistance Genes, ARGs)的污染现状与分布规律, 采用高通量测序的方法, 于2014年春季和秋季分别对丹江口水库及汉江沿程的ARGs多样性进行检测。分别在春秋两季样本中检测出21和19类ARGs, 其中9类ARGs是水体ARGs的主要组成部分。杆菌肽类ARGs是水体中最主要的ARGs, 而β-内酰胺类ARGs在春季丹江口水库陶岔采样点中占比最高。秋季水体各采样点的ARGs组成结构差异比春季小, 通过NMDS和ANOSIM分析发现ARGs的组成存在显著的季节差异, 甲氧苄氨嘧啶类、多粘菌素类和多重耐药类ARGs是具有显著季节差异的ARGs种类。由相关性分析发现13类具有互相显著强相关关系的ARGs, 其中相关性最强的ARGs很可能共存于一种微生物中。此外, 四环素类和氨基糖苷类ARGs可能作为预测水源区中与其共存ARGs相对丰度的指示种类。研究结果可为饮用水源区的水质保护和ARGs 污染防治与管理提供科学依据。     

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。     

生物炭在矿区农田土壤中与镉的纵向共迁移行为

以广东韶关大宝山矿山废水污染的农田为研究对象,利用超纯水和甲苯/甲醇提取的溶解性有机质(DOM)的三维荧光光谱平行因子分析(EEM-PARAFAC)技术,追踪荔枝树枝生物炭1年内在土壤层0~100 cm深度范围的迁移行为及其协同重金属镉(Cd)的纵向迁移性质. 结果表明:生物炭增加了0~60 cm深土壤层溶解性有机碳(DOC)的质量分数,增加了表层土壤的pH,对深层土壤pH无明显影响;EEM-PARAFAC解析得到3个DOM组分(1个类蛋白和2个类腐殖质组分),生物炭的添加增大了0~60 cm深土壤层类腐殖质的质量分数;并且甲苯/甲醇提取的DOM在0~60 cm深土壤层中均检测出生物炭特有的多环芳烃结构,说明生物炭在1年内发生了明显的纵向迁移;生物炭能够有效降低0~20 cm深土壤中有效态Cd的质量分数,但20~60 cm深土层中有效态Cd与对照组的相比最高增加了148%左右. 研究表明:需要特别关注生物炭协同重金属在土壤中纵向迁移行为所带来的环境影响.     

生物炭对红壤中铅形态分布的影响

为了探究生物炭对铅污染土壤的修复作用,将玉米秸秆炭(CS)、花生壳炭(PS)和银杉木炭(SF)分别以1%,3%,5%的比例加入铅污染土壤进行淹水培养,在5,15,30和75 d时采样检测铅形态及土壤性质的变化.结果表明:加入生物炭(CS,PS,SF)培养后污染土壤pH值较对照分别上升0.43~1.32,0.45~1.01,0.33~0.72个单位值,有机质含量分别增加56.84%~277.89%,14.74%~92.63%,35.79%~128.42%,且都表现为随生物炭施用量的增加而增大.随着培养时间的增长,铅形态分布趋于稳定,酸溶态和可还原态含量下降,残渣态含量上升.添加CS,PS,SF后土壤中酸溶态铅含量与对照相比分别下降19.20%,17.55%,6.66%(平均值).生物炭添加后使铅的生物有效性显著降低,且其降低幅度随生物炭施用量的增加而增大.在生物炭添加量相同的情况下,玉米秸秆炭的修复效果最好.     

油松林氮矿化随土壤有机物质量的变化特征

【目的】明确不同类型有机物对土壤氮素转化的作用机理。【方法】以山西太岳山油松林为主要研究对象,通过向表层土壤添加等碳量的叶、木屑和生物炭等有机物碎屑,采用顶盖埋管原位培养法,测定了各处理样地不同时期的土壤无机氮含量。【结果】添加木屑使土壤微生物氮含量明显降低了45.57%(P＜0.05)。各处理的土壤有机氮矿化过程表现出很强的季节性变化。添加叶、生物炭和木屑处理下,土壤硝态氮含量变化以2015年5月最为明显,分别比对照提高了63.59%、102.62%和102.90%(P＜0.05); 而添加外源有机物却降低了土壤中铵态氮的含量; 在添加生物炭、叶和木屑处理下,土壤有机氮的净化量分别为1.29、0.40、-3.47 mg/kg, 远高于对照样地的净化量(-20.74 mg/kg)。添加外源有机物在春季、秋季和冬季对土壤有机氮的硝化速率有明显的促进作用,却在夏季表现为抑制作用; 而氨化速率仅在冬季全部呈现为正值。【结论】在年际尺度上,生物炭对土壤氮矿化的促进作用较强,短期内木屑对土壤氮矿化的促进作用较强。     

生物炭改性填埋场覆盖粉土的甲烷氧化能力试验研究

试验采用一种填埋场覆盖粉土作为土料,分别以木屑和水稻秸秆为原料热解的生物炭作为土料的改良剂,通过30天的甲烷氧化培养瓶试验研究了粉土以及两种不同生物炭改性土的甲烷氧化能力,同时研究了土样含水率对其甲烷氧化能力的影响。试验结果表明：两种生物炭均能提高粉土的甲烷氧化能力2.5倍左右。试验中所有土样在含水率在10%时几乎没有甲烷氧化能力,粉土以及两种生物炭改性土的甲烷氧化适宜含水率范围也各不相同,掺入生物炭能够增大粉土的甲烷氧化适宜含水率范围;本文运用击实曲线估计了试验中土样的水气双开敞(即水气都连通)条件的含水率范围,其结果表明：土样的水气双开敞条件含水率界限差值越大,土样的甲烷氧化适宜含水率界限差值也越大。掺入生物炭增大了粉土土样的水气双开敞条件的含水率范围,因此增大了其甲烷氧化适宜含水率范围。     

不同施肥模式对杨树人工林土壤微生物功能多样性的影响

土壤微生物多样性是维持人工林土壤生产力的重要组成部分。为了解不同施肥处理对杨树人工林土壤微生物多样性的影响,以苏北沿海地区8年生杨树人工林为对象开展施肥试验,共设置6种施肥处理:CK(对照)、T1(NPK复合肥)、T2(有机肥)、T3(生物炭)、T4(NPK复合肥+生物炭)、T5(有机肥+生物炭),采用Biolog-Eco法测定了土壤微生物的功能多样性。研究结果表明:①各种施肥处理都不同程度地促进了土壤微生物的生长。T4、T5处理增加了土壤pH、TC(全碳)、TC/TN(全碳氮比),它们的土壤微生物量也显著最高。T3处理可能改变了土壤微生物群落结构。②T2、T3、T4、T5处理都增加了土壤微生物整体活性和碳源利用能力,其中T5处理碳源利用能力显著高于其他处理,而T1处理减弱了微生物碳源利用。③土壤微生物对碳源的利用能力存在季节差异,在不同季节从强到弱依次表现为夏季、春季、秋季、冬季; 生物炭配施有机肥改变了微生物对碳源利用能力的季节动态,表现为春季最高。     

城镇污水处理系统中4种抗生素抗性基因的沿程变化

为探究抗生素抗性基因(ARGs)在城镇污水处理系统中的沿程变化, 针对4种关注度较高的ARGs (sulII, ermB, tetC 和 blaPSE-1)和I型整合子的整合酶基因(intI1), 选取京津冀地区一座中小城镇的污水处理厂, 使用普通PCR和实时荧光定量PCR技术, 对各工艺单元的水样进行细胞内ARGs和 intI1的定性及定量检测分析。结果表明, 4种ARGs和intI1普遍存在于城镇污水处理系统中, 出水中ARGs和intI1的绝对丰度降低, 去除量在 1.26~2.30 logs之间。相关性分析表明, intI1和水质因子(pH, COD和NH₃-N)可能与4种ARGs的传播扩散有关。     

施用不同肥料对土壤状况的影响

分别测定了天津郭村蔬菜地土样（主要施用农家肥）和小麦地土样（主要施用化学肥料）的pH、含水率、全氮、速效磷、速效钾和有机质的含量以及微生物的数量并进行比较．结果表明,蔬菜地土样除全氮含量比小麦地土样低33．23％外,其余所测指标均比小麦地土样高——含水率高18．46％,速效磷高0．0172g／kg,速效钾高0．054g／kg,有机质高30．89％;蔬菜地中细菌、放线菌、真菌、溶磷细菌和固氮菌的数量都高于小麦地,说明施用不同肥料对土壤的理化性质、微生物数量以及溶磷细菌、固氮菌的数量有很大的影响．