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生物技术通报 2019年第9期35卷 249-256页

作者：李慧查建军孙庆业安徽大学资源与环境工程学院

土壤中微生物介导的氮转化过程一直是环境土壤学和土壤微生物学研究的热点,土壤污染能显著影响土壤中氮的转化过程。强酸、高盐和富含重金属的酸性矿业废水(Acid mine drainage,AMD)的排放导致农田土壤污染严重,但目前 AMD 对土壤中氮... 详细信息

土壤中微生物介导的氮转化过程一直是环境土壤学和土壤微生物学研究的热点,土壤污染能显著影响土壤中氮的转化过程。强酸、高盐和富含重金属的酸性矿业废水(Acid mine drainage,AMD)的排放导致农田土壤污染严重,但目前 AMD 对土壤中氮代谢的影响还鲜有报道。以安徽铜陵一处受 AMD 污染的稻田土壤为对象,基于分子生物学技术,测定 AMD 污染稻田土壤剖面中微生物量及参与 N 转化的功能基因丰度,探讨了受 AMD 污染的稻田土壤中影响功能基因丰度的主要因素。结果表明:AMD 污染的稻田土壤中,细菌和古菌的生物量随剖面深度的增加而降低,表层土壤(0-10 cm)中参与 N 转化的功能基因丰度最高;土壤剖面中 amoA-AOA 基因的丰度大于 amoA-AOB,nirK 基因丰度大于 nirS,amoA-AOA 和 nirK 是 AMD 污染土壤剖面中氨氧化和反硝化作用的主要功能基因;与未污染土壤相比,AMD 污染的稻田土壤剖面中 nifH 基因丰度显著降低,而 nirS 基因丰度显著升高;pH 与 nirS、amoA-AOA 及 HZO 呈极显著负相关,铁的含量与细菌和古菌数量,以及功能基因 nosZ、amoA-AOA 和 HZO 丰度呈极显著负相关。酸性矿业废水污染农田土壤中功能基因丰度与剖面深度和土壤理化性质关系密切。

关键词：酸性矿业废水土壤剖面氮代谢功能基因

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酸性矿业废水污染农田土壤剖面孔隙水中N、S转化功能基因丰度变化及其影响因素

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西南农业学报 2018年第12期31卷 2685-2690页

作者：徐欣如查建军张明珠孙庆业安徽大学资源与环境工程学院安徽合肥230601

【目的】本文探讨了酸性矿业废水对农田土壤剖面孔隙水中N、S转化功能基因丰度的影响。【方法】利用荧光定量PCR技术分析酸性矿业废水污染下农田土壤剖面孔隙水中6种参与N转化(编码氨氧化酶的基因amoA-AOA和amoA-AOB,编码亚硝酸还原酶... 详细信息

【目的】本文探讨了酸性矿业废水对农田土壤剖面孔隙水中N、S转化功能基因丰度的影响。【方法】利用荧光定量PCR技术分析酸性矿业废水污染下农田土壤剖面孔隙水中6种参与N转化(编码氨氧化酶的基因amoA-AOA和amoA-AOB,编码亚硝酸还原酶的基因nir K和nir S,编码氧化亚氮还原酶的基因nos Z)和S转化(编码亚硫酸盐还原酶的基因dsr B)的功能基因丰度。【结果】剖面深度对孔隙水中6种功能基因的丰度影响较小; amoA-AOA与amo A-AOB丰度的比率随剖面深度的增加呈现增加趋势,从0～20 cm层的5. 04增加到100～150 cm层的38. 92; nirK基因丰度整体水平低于nirS。孔隙水中5种参与N转化的功能基因之间表现出较好的相关性; amo A-AOA基因丰度与Cu含量呈显著正相关(r=0. 430,P 酸性矿业废水污染农田土壤剖面孔隙水中功能基因丰度与剖面深度和孔隙水理化性质关系密切。

关键词：酸性矿业废水土壤剖面孔隙水功能基因

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酸性矿业废水对农田土壤剖面孔隙水化学组成的影响及机理探讨

酸性矿业废水对农田土壤剖面孔隙水化学组成的影响及机理探讨

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作者：徐欣如安徽大学

学位级别：硕士

矿区的硫化物矿物与空气和水接触后通过氧化还原反应生成的酸性矿业废水具有低pH、低营养、高硫酸盐、高重金属的特点,通过灌溉、地表径流、水分下渗等方式进入土壤和水体,造成污染。本文以安徽省铜陵市某处受酸性矿业废水污染的农田土... 详细信息

矿区的硫化物矿物与空气和水接触后通过氧化还原反应生成的酸性矿业废水具有低pH、低营养、高硫酸盐、高重金属的特点,通过灌溉、地表径流、水分下渗等方式进入土壤和水体,造成污染。本文以安徽省铜陵市某处受酸性矿业废水污染的农田土壤孔隙水为研究对象,通过野外采样和实验室模拟的研究方法,分析了不同剖面深度,土壤孔隙水理化性质的变化特点,探讨了酸性矿业废水对土壤孔隙水的影响,以期从科学的角度诠释酸性矿业废水对土壤的危害,为铜陵地区酸性矿业废水的污染风险评价和污染土壤修复提供理论依据。主要研究结果如下:1.植物生长、剖面深度和时间变化,均会影响酸性矿业废水污染土壤的孔隙水各组分含量,尤其是孔隙水中的养分和金属含量。(1)在剖面深度上,酸性矿业废水污染土壤孔隙水pH和HC03量整体未发生显著变化;两种试验区域(种植和未种植植物)土壤孔隙水7月和10月的总碳、12月的F-含量随剖面深度的增加逐渐增加,而10月的电导率(EC)逐渐降低,未受到植物生长的影响;孔隙水7月份的NH3-N、Fe2+、Fe、Mn含量,10 月份的 HSiO3-Cu、Ti 含量和 12 月份 EC、NO3N、Ca2+.、(T、SO42-、HSiO3-、S2Al、Mn含量受到植物生长的影响较为显著。(2)在采样时间上,酸性矿业废水污染土壤孔隙水pH和NH3-N含量在各剖面深度整体未发生显著变化;两种试验区域(种植和未种植植物)土壤孔隙水Ec、NO3--N、Cl-、Al、Cu含量逐渐增加,总碳(TC)含量逐渐降低,未受到植物生长的影响;孔隙水Ca2+、F-、SO42-、HSiO3-、HCO3-、S2-、Fe、Mn含量在两种试验区域(种植和未种植植物)随着采样时间的变化,呈现完全不同的变化趋势。2.通过野外试验和实验室土柱试验模拟,初步揭示酸性矿业废水对土壤孔隙水理化性质的影响过程。酸性矿业废水淋洗降低剖面土壤孔隙水pH值,进而导致孔隙水养分改变和主要矿质元素变化。酸性矿业废水的淋洗会增加土壤环境H+和盐类离子含量,降低孔隙水pH值,增加孔隙水EC。孔隙水NH3-N和K+主要分布在剖面层0-20 cm,其含量随着剖面深度的增加显著降低,且孔隙水NH3-N的降低速率大于K+。孔隙水SO42-含量随酸性矿业废水淋洗时间的增加显著增加,剖面层0-60 cm的孔隙水SO42量较高,且增长速率较大。孔隙水Fe和Mn分别富集在剖面层0-20 cm和20-40 cm,而该剖面范围也是作物根际的主要活动区域。酸性矿业废水淋洗会造成土壤氮素和钾素的淋失,土壤板结严重和土壤养分降低,这与铜陵长期受酸性矿业废水污染的农田土壤表现的特点相同。

关键词：酸性矿业废水土壤孔隙水土柱试验剖面深度采样时间

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酸性矿业废水对土壤剖面中微生物及C、N、S转化功能基因丰度的影响

酸性矿业废水对土壤剖面中微生物及C、N、S转化功能基因丰度的影响

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作者：李慧安徽大学

学位级别：硕士

地球矿产资源丰富,其中矿种之一的硫铁矿在开采过程中产生了低pH、高盐、高重金属的酸性矿业废水(Acid Mine Drainage,AMD),排入周边环境后,通过地表径流及下渗作用侵入土壤给环境和人类造成了困扰。该极端环境下仍有一些微生物群体留... 详细信息

地球矿产资源丰富,其中矿种之一的硫铁矿在开采过程中产生了低pH、高盐、高重金属的酸性矿业废水(Acid Mine Drainage,AMD),排入周边环境后,通过地表径流及下渗作用侵入土壤给环境和人类造成了困扰。该极端环境下仍有一些微生物群体留存于此并驱动土壤中的碳素、氮素、硫素的生物地球化学循环,调控微生物代谢的功能基因起到重要作用,如固氮基因nifH、氨氧化基因amoA-AOA、amoA-AOB,反硝化基因nirS、nirK、nosZ,厌氧氨氧化基因HZO,甲烷氧化基因pmoA、pmoA1、pmoA2,硫还原基因aprA、dsrB,驱动微生物代谢及土壤物质循环。本实验以安徽省铜陵市某处被酸性矿业废水污染的土壤为研究对象,户外采集土样,通过高通量测序技术、聚丙烯酰胺凝胶电泳、实时荧光定量聚合酶链式反应等分子生物技术,分析受酸性矿业废水污染的土壤环境下,微生物及C、N、S(Carbon,Nitrigen and Sulfur)转化功能基因丰度的变化特点,在时间上和空间上探讨研究地土壤中参与C、N、S代谢的微生物多样性、功能基因丰度的动态变化规律,为酸性矿业废水污染的农田土壤的治理提供可参考的理论依据。本实验的研究结果如下:1.与未污染区相比,酸性矿业废水污染的土壤中微生物量减少,微生物量与理化性质之间存在显著的相关性。每克干土细菌和古菌16S丰度拷贝数分别为3.01×1013-5.80×1013、4.30×1011-9.06×1011,土壤中细菌含量高于古菌;在污染和对照的土壤剖面中,剖面深度不同微生物数量不同,0-20 cm表层土壤中细菌的数量均显著高于其他各层(p酸性矿业废水污染的土壤环境下微生物多样性降低,理化性质pH、铁、铬、铅、铜、锌、镍、锰等重金属与微生物群体结构相关性密切,其中S含量与Shannon指数、Simpson指数正相关,而Fe2O3则与之负相关。污染区土壤的微生物多样性指数Chao1指数、Shannon指数、Simpson指数均降低,且表层土壤(0-1Ocm)剖面深度下的物种丰富度相对较高;受污染区土壤放线菌门占比高于未受污染区,高出约10%;3.酸性矿业废水污染区土壤和对照区土壤中参与C、N、S转化的功能基因丰度有随剖面深度的增加而降低的趋势,0-1Ocm剖面深度下最大。AMD对土壤剖面中功能基因nifH、nirS、amo4-AOB和HZO、pmoA、dsrB的影响较为显著,在AMD污染的剖面土中,amo4-AOA和nirK在氨氧化和反硝化过程中扮演着更为重要的角色,AMD污染导致的pH降低以及总硫和总铁含量的增加是导致土壤剖面氨氧化和反硝化作用变化的主要原因;4.酸性矿业废水污染的土壤中微生物量及参与C、N、S转化的功能基因丰度整体上随季度有变化趋势,呈夏低秋冬高的特点。比较7月(夏季)、9月(秋季)、12月(冬季)不同时间条件下相同功能基因的丰度可以看出,参与C、N、S转化的功能基因nifH、nosZ、amoA-AOB、HZO、pmoA、pmoA1、pmoA2、apr4、dsrB的基因丰度整体有随时间变化而增加的趋势;而参与反硝化的功能基因nirS丰度在夏季较高。同时研究也发现夏季、秋季、冬季的土壤中,0-20cm剖面深度中的微生物量及参与C、N、S的功能基因丰度相对较高。

关键词：酸性矿业废水微生物生物技术 C、N、S转化功能基因

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适应于酸性矿业废水污染土壤的低重金属吸收的作物筛选与栽培

适应于酸性矿业废水污染土壤的低重金属吸收的作物筛选与栽培

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作者：鲁潇安徽大学

学位级别：硕士

有色金属作为重要的矿质资源,对我国经济的发展起到了关键的作用,但其开采过程产生的酸性矿业废水(Acid Mine Drainage)往往会引起周围土壤的重金属污染,导致污染地区土壤大面积荒废,农田土壤利用率低下。本文以红豆(Abrus precatorius... 详细信息

有色金属作为重要的矿质资源,对我国经济的发展起到了关键的作用,但其开采过程产生的酸性矿业废水(Acid Mine Drainage)往往会引起周围土壤的重金属污染,导致污染地区土壤大面积荒废,农田土壤利用率低下。本文以红豆(Abrus precatorius)、魔芋(Amorphophallus rivieri)、黄秋葵(Abelmoschus esculentus)、莲藕(Nelumbo nucifera)和茭白(Zizania latifolia)为研究对象,以铜陵市矿区污染农田为种植地,研究5种农作物的重金属吸收特性,以期获得适合在该类污染农田上种植的低重金属吸收农作物,同时研究不同土壤改良方式和不同施肥水平下农作物中重金属含量和农作物产量的变化,以期为有色金属矿区农田土壤的高效合理利用提供科学依据。相关研究结果如下:(1)低重金属农作物的筛选:所选择的5种农作物均能够在土壤养分、pH值低,Cd污染严重的农田上正常生长,对该类污染的环境存在一定的耐性;红豆可食用部分存在一定的Zn污染,其对Zn的转运系数(TF)达到16.22%;魔芋和黄秋葵可食用部分Cd含量严重超标,均达到国家食品安全标准限值的3.5倍以上,对Cd的转运系数则分别达到47.79%和90.33%;莲藕和茭白可食用部分Cu、Zn、As、Cd、Pb均远低于国家食品安全标准限值,且其转运系数也均低于2%;不同农作物对Cu、Zn、As、Cd、Pb的富集部位不同,红豆根叶部分重金属高于果实,魔芋茎对Zn、Cd的富集较其他部位更高,黄秋葵根茎部分对Cu、Zn、Cd存在自下向上运输的趋势,莲藕中Cd含量存在从第一节到第四节逐步降低的趋势,茭白叶中的As、Cd、Pb含量均比茭白笋中含量高;五种农作物中莲藕和茭白单一元素目标风险指数(THQ)和总目标风险指数(TTHQ)均较低,且均小于1,食用健康风险较小,为低重金属吸收农作物。(2)施肥措施的影响:复合肥的施用提高了低重金属吸收作物莲藕和茭白农田土壤氮磷含量,其中追肥处理(基肥750 kg/hm,追肥375 kg/hm)提高了至少30%;施加复合肥可提高在污染土壤上生长的莲藕和茭白的生物量、产量以及经济收益,其中以追肥处理组效果最佳;三种施肥处理条件下,莲藕和茭白的可食用部分淀粉、粗蛋白、还原糖、总氮以及总磷含量大小顺序均为追肥>常规施肥(基肥750 kg/hm)>不施肥处理组;不同施肥处理对莲藕和茭白可食用部分重金属含量影响较小,其重金属含量均低于国家食品安全标准限值;(3)土壤改良的影响:施加改良剂能够显著影响重金属污染土壤的理化性质以及魔芋和黄秋葵可食用部分重金属的含量;未经改良的魔芋和黄秋葵土壤pH值仅5.49-5.55,且可食用部分存在严重的Cd污染;C2(稻壳炭32g/kg土)和P2(磷矿粉8g/kg土)改良后魔芋和黄秋葵土壤pH值得到提升,土壤有效态Cd含量降低了29%-40%,可食用部分Cd含量降低了33%-45%;C2P2(稻壳炭32g/kg土+磷矿粉8 g/kg土)改良后土壤pH值为5.90-6.01,土壤有效态Cd含量降低了50%-53%,可食用部分Cd含量降低了41%-53%,混合配施改良剂的效果较单施更好;改良后的魔芋和黄秋葵可食用部分Cd含量均未降低至食品安全标准限值(0.2 mg/kg)之内,暂不建议在该类污染农田上种植。

关键词：酸性矿业废水重金属农作物健康风险土壤改良

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安徽铜陵铜尾矿硫形态及硫同位素分布特征

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中国环境科学 2019年第4期39卷 1664-1671页

作者：王小芳李方晓黄涛孙庆业安徽大学资源与环境工程学院湿地生态保护与修复安徽省重点实验室安徽合肥230601

分析讨论了安徽铜陵水木冲S和SP剖面尾矿砂的理化指标、硫形态变化和硫酸根硫同位素组成与分布特征.结果显示:S和SP剖面整体呈酸性,pH值为2.59～6.12和3.50～6.27,由下而上有明显的降低趋势;Eh随剖面由下至上明显升高,范围为66～457和-3... 详细信息

分析讨论了安徽铜陵水木冲S和SP剖面尾矿砂的理化指标、硫形态变化和硫酸根硫同位素组成与分布特征.结果显示:S和SP剖面整体呈酸性,pH值为2.59～6.12和3.50～6.27,由下而上有明显的降低趋势;Eh随剖面由下至上明显升高,范围为66～457和-37～307mV;酸可挥发性硫(AVS)含量为0～62.36和0～3.44mg/g,黄铁矿硫(CRS)含量为0.70～32.30mg/g和0.17～5.39mg/g;AVS与CRS的变化趋势基本一致,随剖面自下而上减少,且AVS先于CRS被氧化.2个剖面元素硫(ES)含量为0～8.83和0～3.62mg/g,随深度变化无明显规律.硫酸根硫(SO_4^(2-)-S)含量为8.44～66.34和8.48～29.87mg/g,自下而上呈降低趋势,且分别在剖面的氢氧化物薄膜层(11.5～16.5cm和18～54cm)出现高值区.2个剖面总硫(TS)含量为9.18～109.69和12.38～37.72mg/g,表层由于淋滤含量较低,底层变化则不大.位于斜坡上的SP剖面TS及各形态硫含量均低于S剖面,表明淋滤对硫含量影响更明显.硫酸根硫同位素δ^(34)S为-3.32‰～13.43‰和-3.08‰～1.80‰,S-9硫酸根δ^(34)S为13.43‰,指示其来自于伴生硬石膏,其余层位δ34S偏负且变幅较小,指示其硫酸根主要来源于硫化物的氧化.

关键词：酸性矿业废水铜尾矿氧化层硫形态硫同位素

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铜陵水木冲铜尾矿剖面硫形态及硫同位素分布特征

铜陵水木冲铜尾矿剖面硫形态及硫同位素分布特征

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中国土壤学会土壤环境专业委员会第二十次会议暨农田土壤污染与修复研讨会

作者：王小芳黄涛孙庆业安徽大学资源与环境工程学院

对铜陵水木冲铜尾矿剖面(S和SP)开展理化性质、硫形态含量及硫酸根硫同位素组成分析,讨论了尾矿不同氧化层硫形态变化及其硫酸盐硫同位素特征。结果显示:S和SP剖面整体呈酸性,pH值分别为2.59.12和3.5.27,由下而上有明显的降低趋势;而Eh... 详细信息

对铜陵水木冲铜尾矿剖面(S和SP)开展理化性质、硫形态含量及硫酸根硫同位素组成分析,讨论了尾矿不同氧化层硫形态变化及其硫酸盐硫同位素特征。结果显示:S和SP剖面整体呈酸性,pH值分别为2.59.12和3.5.27,由下而上有明显的降低趋势;而Eh随剖面由下而上则有明显升高,范围分别为6657mV和-3707mV;酸可挥发性硫(AVS)含量分别为02.36 mg/g和0.44 mg/g,黄铁矿硫(CRS)分别为0.72.30 mg/g和0.17.39 mg/g;AVS与CRS的剖面变化趋势基本一致,随剖面自下而上减少,AVS先于CRS被氧化。两个剖面单质硫(ES)含量分别为0.83 mg/g和0.62 mg/g,剖面变化无明显规律。硫酸根含量分别为8.446.34 mg/g和8.489.87 mg/g,自下而上呈降低趋势,分别在剖面的中部101.5cm和184cm处出现铁的氢氧化物薄膜层,减缓了硫化物的继续氧化,硫酸根含量出现最高值。两个剖面的总硫(TS)含量分别为9.1809.69mg/g和12.387.72mg/g,表层由于淋滤导致含量较低,底层变化不大。位于斜坡上的SP剖面的总硫以及各硫形态含量均低于S剖面,表明淋滤、吸附作用对于硫形态含量有明显影响。硫酸根硫同位素δS组成分别为-3.32‰3.43‰和-3.08‰.78‰,S剖面底层硫酸根δS为13.43‰,指示其来自于原始矿物中的伴生硬石膏,其余层位δS偏负且变幅较小,指示其硫酸根主要来源于硫化物的氧化。

关键词：酸性矿业废水硫化物尾矿氧化无机硫形态硫同位素

来源： cnki会议评论

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