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环境工程技术学报 2024年第1期14卷 148-157页

作者：童彤纪荣婷许秋瑾王建国李小鸥张悦湖泊水污染治理与生态修复技术国家工程实验室中国环境科学研究院生态环境部南京环境科学研究所中农国盛(北京)环境生态工程科技有限公司中国土木工程学会水工业分会

通过根箱试验,从土壤根际微生物角度揭示活性污泥萃取液(简称萃取液)调控水稻苗期生长和改良土壤理化性质的机理。试验设计不同萃取液配施减氮处理(T1,空白对照;T2,常规施肥对照;T3,减氮30%配施0.2 g/kg萃取液;T4,减氮30%配施0.4 g/kg... 详细信息

通过根箱试验,从土壤根际微生物角度揭示活性污泥萃取液(简称萃取液)调控水稻苗期生长和改良土壤理化性质的机理。试验设计不同萃取液配施减氮处理(T1,空白对照;T2,常规施肥对照;T3,减氮30%配施0.2 g/kg萃取液;T4,减氮30%配施0.4 g/kg萃取液;T5,施用8 g/kg萃取液全量替代化肥氮,即减氮75%),研究萃取液配合氮肥减施对水稻根际土壤理化性质和微生物群落结构的影响。结果表明:配施萃取液可显著增加水稻幼苗的叶面积、生物量和叶绿素含量;与常规施肥相比,配施萃取液可以显著提高土壤p H,降低土壤电导率,增加可溶性有机碳含量,降低硝态氮和铵态氮含量。β多样性结果显示,萃取液对土壤微生物性质的影响主要作用在根际及近根际土壤中,不同萃取液处理组与空白及常规施肥对照组间细菌群落结构及多样性存在显著性差异(P萃取液的施用可增加有机污染物降解和碳水化合物代谢相关微生物的相对丰度,如黄色土源菌、Candidatus_Udaeobacter、鞘氨醇单胞菌属,相对丰度分别增加151%~541%、26%~320%和55%~364%。采用FAPROTAX土壤功能预测分析发现,施用萃取液后土壤菌群主要增加的功能为化能异养、有氧化能异养、硝酸盐还原、固氮作用、硝化作用和芳香化合物降解等,这类功能与土壤碳源物质代谢、氮循环及有机污染物降解等行为相关。萃取液施用可通过改善土壤根际及近根际微生物群落结构,增加相关菌群丰度,调控土壤根际及近根际碳、氮循环,进而达到促进水稻幼苗生长和土壤改良的效果。研究结果可为活性污泥的资源化提供新路径。

关键词：活性污泥萃取液根际微生物 β多样性微生物丰度微生物功能预测

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活性污泥萃取液的安全性及对水稻苗期生长和土壤环境的影响

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环境科学研究 2022年第11期35卷 2568-2577页

作者：童彤纪荣婷许秋瑾宋永会李小鸥张悦中国环境科学研究院湖泊水污染治理与生态修复技术国家工程实验室北京100012 生态环境部南京环境科学研究所江苏南京210042 中农国盛(北京)环境生态工程有限公司北京101500 中国土木工程学会水工业分会北京100835

为进一步探讨活性污泥萃取液的农用安全性及应用效果,以水稻为试验材料,开展活性污泥萃取液安全性及与化肥不同配施量处理试验,通过设置5个处理组(CK,空白对照;CF,常规施肥对照;LMF,化肥减氮30%配施低量萃取液;HMF,化肥减氮30%配施高量... 详细信息

为进一步探讨活性污泥萃取液的农用安全性及应用效果,以水稻为试验材料,开展活性污泥萃取液安全性及与化肥不同配施量处理试验,通过设置5个处理组(CK,空白对照;CF,常规施肥对照;LMF,化肥减氮30%配施低量萃取液;HMF,化肥减氮30%配施高量萃取液;MF,化肥减氮100%配施全量萃取液),分析萃取液对水稻苗期生长性状、土壤理化性质和土壤微生物群落的影响.结果表明:活性污泥萃取液中的重金属元素含量符合《含氨基酸水溶肥料》(NY 1429—2010)农用标准,0.33%~10%浓度的萃取液浸种可促进水稻种子萌发.施用萃取液可促进水稻幼苗株高、茎宽、叶面积、地上部生物量与地下部生物量等生长指标的增加.与常规施肥相比,配施萃取液后,土壤pH显著提高0.51%~13.8%,土壤电导率显著降低14.3%~66.3%,可溶性有机碳含量最高可显著增加68.0%.高通量测序分析结果显示,相对丰度位于前10位的细菌门类在各处理土壤中均有分布,施用活性污泥萃取液改变了菌群分布比例,且对近根际土壤中菌群结构的影响最大.施用活性污泥萃取液后,与碳循环相关的门类菌群显著增加,如变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、疣微菌门(Verrucomicrobia)等;常见于胁迫环境的厚壁菌门(Firmicutes)显著减少.研究显示,活性污泥萃取液具有农用安全性,配施高量萃取液能显著促进水稻幼苗生长,改善土壤理化性质,优化土壤菌群结构,可与有机肥施用效能相当.

关键词：活性污泥萃取液种子发芽水稻幼苗土壤理化性质土壤微生物

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活性污泥萃取液的安全性及对水稻生长和土壤性质的影响

活性污泥萃取液的安全性及对水稻生长和土壤性质的影响

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作者：童彤中国环境科学研究院

学位级别：硕士

针对我国城市生活污泥产生量大、处理处置困难、资源化利用不足以及水稻种植过程中农药、化肥用量大带来的农业面源污染等问题,通过安全性试验评估活性污泥萃取液的农用安全性,水培试验研究活性污泥萃取液促进水稻幼苗和根系生长的作用... 详细信息

针对我国城市生活污泥产生量大、处理处置困难、资源化利用不足以及水稻种植过程中农药、化肥用量大带来的农业面源污染等问题,通过安全性试验评估活性污泥萃取液的农用安全性,水培试验研究活性污泥萃取液促进水稻幼苗和根系生长的作用效果,根箱试验研究活性污泥萃取液促进水稻生长和改良土壤的作用及机理,大田试验研究活性污泥萃取液配合化肥减施对水稻生长性状、产量、土壤性质和消减稻田氮磷残留的影响。主要研究结果如下:1.安全性试验结果显示,萃取液中Hg、As、Cd、Pb和Zn重金属含量值仅为0.01、0.53、0.05、3.07和1.44 mg/L,远低于《含氨基酸水溶肥料》中相应5、10、10、50和50 mg/L标准限值。0.33～10%的萃取液对水稻种子萌发和根伸长有显著促进作用,其中3.3%萃取液促进作用最显著。蚯蚓毒性试验结果表明萃取液的实际生产施用浓度为2.13 mg/kg,远低于赤子爱胜蚓14d的LC>5000mg/kg。2.水培试验结果显示,0.04～0.11%萃取液可显著促进水稻根系的生长,提高水稻幼苗根系活力和水稻幼苗氧化酶活性,提升谷胱甘肽含量,并显著降低水稻幼苗丙二醛含量,其中0.11%萃取液效果最显著。3.根箱试验结果显示,与常规施肥相比,施用萃取液可显著促进水稻苗期生长,其中减氮30%配施高量萃取液组效果最好,最高可增加20%分蘖数、8.60%株高、40.54%地上干重、48.00%地下干重、19.25%叶面积和28.57%叶绿素含量;同时施用萃取液可提高土壤pH和可溶性有机碳含量,降低土壤电导率。土壤微生物属水平细菌群落结构分析结果显示,施用萃取液后,处理组土壤中与碳代谢及植物根际促生菌相关的黄色土源菌、Candidatus＿Udaeobacter、鞘氨醇单胞菌属菌群相对丰度分别增加138～320%、38～321%和88～123%。功能预测分析结果显示土壤中表达化能异养、有氧化能异养、固氮作用、芳香烃类化合物降解等功能表达显著加强。4.大田试验结果显示,萃取液配合化肥减施与对照田相比,亩产不存在显著性差异。萃取液配合化肥减施可显著降低成熟期各深度土壤总氮、总磷含量,增加土壤中变形菌门、硝化螺旋菌门和疣微菌门等菌群丰度,其中变形菌门是植物益生菌,硝化螺旋菌门是亚硝化反应的主要微生物,疣微菌门丰度和C循环相关基因的表达呈正相关,它们丰度的增加有助于优化稻田土壤微生物群落结构。综上,在水稻生长发育过程中,配施一定浓度的活性污泥萃取液可以促进水稻根系生长、提高水稻酶活性和根系活力、改善土壤理化性质,优化土壤微生物群落结构,保证产量的同时减少化肥的施入,从而降低成熟期土壤氮磷含量,能在一定程度上起到从源头上消减农田面源污染的效果。研究结果可为污泥资源化和农业生产的循环利用提供理论依据和数据支撑。

关键词：活性污泥萃取液水稻生长性状土壤理化指标土壤微生物

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