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镉砷复合污染水稻土原位钝化修复技术研究进展

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土壤学报 2023年第3期60卷 657-672页

作者：曹锐王悦陈爽郑灵韵徐莉周际海李辉信胡锋南京农业大学资源与环境科学学院土壤生态学实验室南京210095 江苏省有机固体废弃物资源化协同创新中心南京210095 安徽师范大学生态与环境学院皖江流域退化生态系统的恢复与重建省部共建协同创新中心安徽芜湖241002

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... 详细信息

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。

关键词：镉砷复合污染水稻土原位钝化机制耦合钝化技术

镉耐性菌Cdq4-2对黑麦草生长特性及镉吸收的影响

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中国环境科学 2022年

作者：宋兰萍徐晓阳洪婉悦艾艳梅汪洋张泽锟周守标周际海安徽师范大学生态与环境学院皖江流域退化生态系统的恢复与重建省部共建协同创新中心

随着工业的发展，土壤镉 (Cd) 污染日益严重，而植物-微生物联合修复Cd污染土壤因其成本低、二次污染少、以及修复效率高引起众多学者关注. 但是目前国内外植物-微生物联合修复应用较多的植物主要为重金属超富集植物，微生物主要为... 详细信息

随着工业的发展，土壤镉 (Cd) 污染日益严重，而植物-微生物联合修复Cd污染土壤因其成本低、二次污染少、以及修复效率高引起众多学者关注. 但是目前国内外植物-微生物联合修复应用较多的植物主要为重金属超富集植物，微生物主要为植物根际促生菌、植物内生促生菌和丛枝菌根真菌，而对重金属耐性菌的研究较少. 本研究以土壤投加镉的方式，通过接种镉耐性菌Cdq4-2 (Enterococcus sp.) 的处理，进行为期40天的室内培养试验，最终以黑麦草地上部生物量、地下部生物量及总生物量，叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量，抗氧化酶活性 (SOD、POD)，黑麦草镉以及土壤镉含量等指标的测定比较，探究镉耐性菌对黑麦草生理、生化特性及对镉污染土壤修复效果的影响. 试验共设计5个处理， C1-镉污染土壤 (Cd， 4 mg/kg)、C1B-镉污染土壤+镉耐性菌 (Cd， 4 mg/kg )、C2-镉污染土壤 (Cd， 20 mg/kg) 以及C2B -镉污染土壤 (Cd， 20 mg/kg)+镉耐性菌，并以未添加Cd土壤为对照 (CK). 结果表明，接种镉耐性菌Cdq4-2的C2B处理中黑麦草地上部生物量、地下部生物量及总生物量比未接菌的C2处理分别增加39.57%， 171.88%和50.15%; C1B处理中黑麦草的叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量比C1分别显著增加了29.81%， 29.65%和29.77%; C1B的黑麦草POD活性比C1显著提高150.75%、C2B比C2显著提高146.51%; C1B的黑麦草地上部镉含量比C1显著增加58.29%、C2B比C2显著增加30.53%， C2B的地下部镉含量比C2显著增加24.25%， C1B的地上部富集系数比C1显著提高58.29%、C2B比C2显著提高30.53%， C1B的转运系数比C1显著提高74.84%. 在镉污染土壤中接种镉耐性菌，有利于增强黑麦草的光合作用，提高了黑麦草的抗氧化胁迫能力，促进了黑麦草对镉的吸收、转运和积累，从而提高黑麦草修复镉污染土壤的效果.

关键词：镉耐性菌黑麦草镉污染抗氧化胁迫联合修复富集与转运

扑草净降解菌的分离、筛选与鉴定及降解特性初步研究

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环境科学 2013年第7期34卷 2894-2898页

作者：周际海孙向武胡锋李辉信常州大学环境与安全工程学院常州213164 中国科学院土壤与农业可持续发展国家重点实验室南京210008 南京农业大学资源与环境科学学院南京210095

从安徽农药厂废水处理系统的活性污泥中筛选扑草净(prometryne)降解菌.通过富集驯化和选择性培养筛选纯化细菌,分离到2株细菌,分别命名为P-1、P-2.根据表型特征、生理生化特性和16S rDNA序列同源性分析:P-1为G-,鉴定为苍白杆菌属(Ochrob... 详细信息

从安徽农药厂废水处理系统的活性污泥中筛选扑草净(prometryne)降解菌.通过富集驯化和选择性培养筛选纯化细菌,分离到2株细菌,分别命名为P-1、P-2.根据表型特征、生理生化特性和16S rDNA序列同源性分析:P-1为G-,鉴定为苍白杆菌属(Ochrobactrum);P-2为G+,鉴定为芽胞杆菌属(Bacillus).GenBank登录号分别为HM004554和HM004555.通过12 d液体降解实验,菌株P-1、P-2对40 mg.L-1扑草净降解率分别达到46.5%和65.4%.该研究为扑草净的生物降解与污染土壤的生物修复提供了依据.

关键词：扑草净微生物降解鉴定苍白杆菌属芽胞杆菌属

红薯藤及其生物质炭还田对旱地红壤微生物活性及养分含量的影响

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水土保持学报 2022年第1期36卷 346-351页

作者：郜茹茹周际海冯今萍魏倩成艳红黄欠如李大明江西省红壤研究所江西省红壤耕地保育重点实验室江西进贤331717 安徽师范大学生态与环境学院皖江流域退化生态系统的恢复与重建省部共建协同创新中心安徽芜湖241002 南昌工程学院南昌330099

为探究红薯藤及其生物质炭还田对旱地红壤微生物活性及养分含量的影响,通过田间定位试验,设置5个处理:(1)常规处理(CK);(2)3000 kg/hm^(2)红薯藤还田(S1);(3)6000 kg/hm^(2)红薯藤还田(S2);(4)1000 kg/hm^(2)红薯藤生物质炭还田(BC1);(5... 详细信息

为探究红薯藤及其生物质炭还田对旱地红壤微生物活性及养分含量的影响,通过田间定位试验,设置5个处理:(1)常规处理(CK);(2)3000 kg/hm^(2)红薯藤还田(S1);(3)6000 kg/hm^(2)红薯藤还田(S2);(4)1000 kg/hm^(2)红薯藤生物质炭还田(BC1);(5)2000 kg/hm^(2)红薯藤生物质炭还田(BC2),研究不同剂量红薯藤及其生物质炭还田对红壤微生物活性和养分含量的影响。结果表明:与CK相比,在0—10 cm土层中,BC1的土壤基础呼吸增加17.93%,S1、S2、BC2的土壤基础呼吸分别减少20.33%,10.10%,2.66%;在10—20 cm土层中,S2、BC1的土壤基础呼吸分别增加17.29%,0.41%,S1、BC2的土壤基础呼吸分别减少13.61%,16.93%;在20—30 cm土层中,S1、S2、BC1、BC2的土壤基础呼吸分别增加8.26%,48.94%,50.21%,38.59%。与CK相比,在0—10 cm土层中,S1、S2、BC1、BC2的土壤微生物量碳分别增加1.30%,6.09%,28.52%,39.64%;在10—20 cm土层中,S1、S2、BC1、BC2的土壤微生物量碳分别增加9.76%,16.72%,24.20%,54.32%;在20—30 cm土层中,S1、S2、BC1、BC2的土壤微生物量碳分别增加22.34%,39.27%,54.06%,84.09%。红薯藤及其生物质炭对土壤基础呼吸和土壤微生物量碳含量在一定程度上表现为促进作用,促进了土壤FDA水解酶和土壤脲酶活性,对土壤蔗糖酶活性的影响较小,生物质炭还田抑制了土壤FDA水解酶和土壤脲酶活性,对土壤蔗糖酶活性则表现为促进作用;红薯藤还田提高了土壤有机碳含量,而生物质炭还田降低了土壤有机碳含量;红薯藤及生物质炭还田均提高了土壤中水解氮、有效磷含量,在一定程度上可有效改善土壤理化性质、微生物活性,对提升土壤生态系统的稳定性具有重要意义。研究结果可为秸秆和生物质炭合理还田提供理论依据。

关键词：红薯藤生物质炭微生物活性土壤养分

生物炭对铜矿区排土场污染土壤理化性质和重金属形态的影响

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水土保持研究 2023年第2期30卷 444-450页

作者：汪洋艾艳梅陈泓璐张辰阳徐晓阳冯今萍周际海安徽师范大学生态与环境学院皖江流域退化生态系统的恢复与重建省部共建协同创新中心安徽芜湖241002

为了探讨在重金属胁迫下,不同用量(0,1%,2%,4%)生物炭对土壤pH、有机碳、全氮、全磷以及重金属形态的影响,以铜矿区排土场污染土壤为研究对象,开展室内盆钵试验。结果表明:与对照K相比,在不同剂量生物炭处理下,土壤pH、有机碳、全N和全... 详细信息

为了探讨在重金属胁迫下,不同用量(0,1%,2%,4%)生物炭对土壤pH、有机碳、全氮、全磷以及重金属形态的影响,以铜矿区排土场污染土壤为研究对象,开展室内盆钵试验。结果表明:与对照K相比,在不同剂量生物炭处理下,土壤pH、有机碳、全N和全P增幅分别为3.5%~23.0%,5.6%~13.2%,2.9%~6.8%和3.4%~9.5%,酸溶态Cd,Pb,Cu和Zn含量降幅分别为65.5%~71.2%,49.9%~71.5%,34.6%~50.6%和45.3%~52.1%,可还原态Cd,Pb,Cu和Zn含量降幅分别为71.5%~74.3%,44.4%~63.6%,38.5%~57.8%和29.1~39.1%,可氧化态Cd含量降幅为15.6%~36.9%,可氧化态Pb,Cu和Zn含量增幅分别为16.9%~20.5%、3.9%~26.0%和18.8%~55.9%,残渣态Cd,Pb,Cu和Zn含量增幅分别为42.4%~44.2%,11.0%~23.5%,15.0%~37.9%和20.0%~41.9%。添加生物炭可以提高土壤pH,增加土壤有机碳和全氮含量,对土壤全磷含量也略有增加,但无显著性影响,降低酸溶态和可还原态Cd,Pb,Cu和Zn含量,降低可氧化态Cd含量,增加可氧化态Pb,Cu和Zn含量及残渣态Cd,Pb,Cu和Zn含量。因此,生物炭可改善红壤矿区污染土壤的理化性质,并明显影响土壤重金属形态,是红壤矿区重金属污染土壤修复的一种理想调理剂。

关键词：环境学生物炭重金属污染土壤理化性质重金属形态

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

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水土保持学报 2022年第6期36卷 402-409页

作者：艾艳梅汪洋李佳琪张辰阳徐晓阳冯今萍周际海安徽师范大学生态与环境学院皖江流域退化生态系统的恢复与重建省部共建协同创新中心安徽芜湖241002

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... 详细信息

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。

关键词：生物炭香根草铜矿区污染土壤重金属富集能力转运能力

生物炭减缓农业生态系统土壤N_(2)O排放的研究进展

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中国农业大学学报 2022年第2期27卷 202-213页

作者：沈芳芳罗昌泰廖迎春房焕英周际海沈发兴袁颖红江西省土壤侵蚀与防治重点实验室南昌330029 江西省退化生态系统修复与流域生态水文重点实验室南昌330099 重要生物资源保护与利用研究安徽省省级重点实验室安徽芜湖241000

为进一步厘清生物炭在减缓农业生态系统土壤N_(2)O排放的作用和机制,本研究基于CNKI、Springer、Wiley和Science Direct数据库,以"生物炭"、"农业生态系统"、"N_(2)O"为关键词,搜索2008—2021年相关文献,并进行了总结和归纳。结果表明:... 详细信息

为进一步厘清生物炭在减缓农业生态系统土壤N_(2)O排放的作用和机制,本研究基于CNKI、Springer、Wiley和Science Direct数据库,以"生物炭"、"农业生态系统"、"N_(2)O"为关键词,搜索2008—2021年相关文献,并进行了总结和归纳。结果表明:土壤N_(2)O可通过多种微生物过程产生,其中硝化作用和反硝化作用是主要过程,硝化细菌反硝化、硝态氮异化还原成铵、化学反硝化等非生物过程也可产生N_(2)O;生物炭添加对土壤N_(2)O排放影响的结论不一,多数研究认为生物炭有利于减少土壤N_(2)O的排放,少数认为生物炭刺激了土壤N_(2)O的排放或对其无影响;提出了生物炭减缓土壤N_(2)O排放机制(生物炭本身理化性质的差异、生物炭影响土壤理化性质和氮转化过程);并分析了生物炭降低堆肥土壤N_(2)O排放的潜力和生物炭促进酸性土壤的植物生产力。最后,基于上述研究提出三点展望:有必要建立生物炭特性数据库;系统性的加强生物炭在N_(2)O减排潜力的估算;进行长期野外田间试验的必要性。

关键词：生物炭农业生态系统土壤N_(2)O排放硝化和反硝化氮转化过程

花生壳及其生物炭施用对旱地红壤微生物活性及红薯产量的影响

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土壤通报 2023年第2期54卷 392-399页

作者：冯今萍周际海魏倩郜茹茹成艳红黄欠如李大明安徽师范大学生态与环境学院皖江流域退化生态系统的恢复与重建省部共建协同创新中心安徽芜湖241002 江西省红壤研究所江西省红壤耕地保育重点实验室江西进贤331717

【目的】明确旱地红壤微生物活性及作物产量对花生壳及其生物炭的响应规律。【方法】本研究在江西旱地红壤区进行田间定位试验,根据“等碳量还田”原则设置7个处理。包括常规管理(CK),施用花生壳3000 kg hm^(−2)(S1)、4500 kg hm^(−2)(... 详细信息

【目的】明确旱地红壤微生物活性及作物产量对花生壳及其生物炭的响应规律。【方法】本研究在江西旱地红壤区进行田间定位试验,根据“等碳量还田”原则设置7个处理。包括常规管理(CK),施用花生壳3000 kg hm^(−2)(S1)、4500 kg hm^(−2)(S2)、6000 kg hm^(−2)(S3),施用花生壳生物炭1000 kg hm^(−2)(BC1)、1500 kg hm^(−2)(BC2)、2000 kg hm^(−2)(BC3),各处理均种植红薯。通对红薯生育期内土壤基础呼吸强度、土壤微生物量碳、土壤酶活性的测定探讨花生壳及其生物炭对旱地红壤微生物活性及红薯产量的影响。【结果】施用花生壳及其生物炭均能提高土壤基础呼吸强度、土壤微生物量碳含量,花生壳及其生物炭的施用提高了土壤FDA水解酶和土壤脱氢酶活性,且均以苗期S2比CK增加最显著,增幅分别达54.78%和47.79%。花生壳及其生物炭的施用对土壤过氧化氢酶活性有促进作用,在块根形成初期S3增加最显著,达31.33%,土壤蔗糖酶活性以苗期S3增加最显著,达69.42%;施用花生壳及其等碳量生物炭均能提高红薯产量,红薯产量与土壤微生物量碳呈极显著正相关,与土壤基础呼吸强度呈显著正相关。【结论】适量的花生壳及其生物炭还田可以改善土壤肥力状况,增加红薯的产量。

关键词：花生壳生物炭旱地红壤微生物活性红薯产量

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生物炭添加对半干旱区土壤细菌群落的影响

中国环境科学 2019年第5期39卷 2170-2179页

作者：王颖孙层层周际海王彤彤郑纪勇西北农林科技大学资源环境学院陕西杨凌712100 南昌工程学院江西南昌330099 西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点试验室陕西杨凌712100

以半干旱区固原生态试验站生物炭修复4a的表层土壤为对象,采用高通量测序技术研究了不同添加类型(槐树皮生物炭、锯末生物炭)和比例(1%、3%、5%,质量百分比)的生物炭对土壤细菌多样性及群落结构的影响.结果表明,生物炭应用提高了土壤细... 详细信息

以半干旱区固原生态试验站生物炭修复4a的表层土壤为对象,采用高通量测序技术研究了不同添加类型(槐树皮生物炭、锯末生物炭)和比例(1%、3%、5%,质量百分比)的生物炭对土壤细菌多样性及群落结构的影响.结果表明,生物炭应用提高了土壤细菌群落的多样性,锯末生物炭优于槐树皮生物炭,且3%锯末生物炭对细菌群落的多样性影响最佳,其香农指数为6.22;优势门主要为放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、酸杆菌门(Acidobacteria)和Saccharibacteria,相对丰度共占76.80%～85.31%;优势纲有放线菌纲(Actinobacteria)、α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)、酸杆菌纲(Acidobacteria),其相对丰度占48.13%～57.08%;属水平上,施加生物炭增加了芽孢杆菌属(Bacillus)、硝化螺旋菌属(Nitrospira)的相对丰度,降低了土微菌属(Pedomicrobium)、根瘤菌属(Rhizobium)的相对丰度;层级聚类及冗余分析(RDA)发现,施加生物炭对细菌群落结构有影响,其中,微生物量碳、含水率、铵态氮、有机碳对细菌群落结构的影响较大.细菌优势门与环境因子相关性热图分析表明,铵态氮与放线菌门、绿弯菌门呈显著相关性.铵态氮是影响细菌群落的主要理化因子.

关键词：生物炭土壤细菌多样性群落结构高通量测序