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三峡水库汉丰湖溶解态硅、氮、磷浓度及生态化学计量时空变化特征

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长江流域资源与环境 2024年第1期33卷 163-174页

作者：朱舜垚梁珂何丙辉李天阳赵秀兰吴浩晨西南大学资源环境学院重庆400715

明确水体中典型营养盐成分如硅(Si)、氮(N)、磷(P)及其生态化学计量时空变化特征,将有助于探究水体富营养化程度及浮游植物营养限制状态。在三峡水库汉丰湖设7个采样点,于2020年5月~2021年4月取样后测定可溶性硅酸盐(DSi)、可溶性总氮(... 详细信息

明确水体中典型营养盐成分如硅(Si)、氮(N)、磷(P)及其生态化学计量时空变化特征,将有助于探究水体富营养化程度及浮游植物营养限制状态。在三峡水库汉丰湖设7个采样点,于2020年5月~2021年4月取样后测定可溶性硅酸盐(DSi)、可溶性总氮(DN)、可溶性总磷(DP)、叶绿素a(Chl-a)等指标的浓度时空变化特征,通过Si、N、P的生态化学计量关系,评估水体浮游植物养分限制状态。结果表明:在时间变化上,水体中DSi月平均浓度为18.80 mg·L^(-1),8月最低,11月最高,在季节上呈现夏季最低,秋季最高的特征。DN、DP月平均浓度分别为1.57 mg·L^(-1)、0.09 mg·L^(-1),两者季节变化相似,均呈现冬春季高,夏秋季低的特点。Chl-a月平均浓度为4.48μg·L^(-1),夏季最高,秋季最低,与DSi浓度的季节变化正好相反,且二者呈显著负相关。在空间上,位于南河断面的DSi、DN、DP浓度均大于其它断面,DSi可能少部分来自沉积物的分解释放,大部分通过地表径流的形式,由陆地向水体进行补充。DSi/DN全年均值为6.47,2月最低,11月最高。DN/DP在1月最低,7月最高,全年均值为47.76。研究结果表明汉丰湖浮游植物生长的主要限制因素是P元素。

关键词：汉丰湖浮游植物生态化学计量养分限制水环境富营养化

两种母质的红壤性水稻土中微生物硫循环代谢途径特征

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土壤学报 2024年第2期61卷 562-572页

作者：李致同亢宗静王智慧赵永鹏余子洁蒋先军西南大学资源环境学院重庆400715

水稻土氧化还原交替频繁,使不同形态的硫元素转化的生物化学反应活跃,对水稻生产影响显著。以花岗岩和第四纪红色黏土母质发育的红壤性水稻土为研究对象,通过宏基因组测序以及生物信息学分析,研究红壤性水稻土硫循环途径相关功能微生物... 详细信息

水稻土氧化还原交替频繁,使不同形态的硫元素转化的生物化学反应活跃,对水稻生产影响显著。以花岗岩和第四纪红色黏土母质发育的红壤性水稻土为研究对象,通过宏基因组测序以及生物信息学分析,研究红壤性水稻土硫循环途径相关功能微生物特征,包括有机硫转化途径、其他(转运)途径、同化硫酸盐还原途径、硫氧化途径、异化硫酸盐还原途径以及硫歧化途径。结果表明:两种母质发育的红壤性水稻土具有相同的硫循环途径特征,即有机硫转化途径微生物功能基因丰度的发生频率最高,每百万个带注释的细菌序列平均检测到16000个有机硫转化的功能基因;硫歧化途径微生物功能基因丰度的发生频率最低,每百万个带注释的细菌序列平均仅检测到116个硫歧化途径功能基因。两种母质发育的红壤性水稻土中主导硫循环的微生物,在门分类水平上,微生物组成没有显著差异,均以变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)为优势菌门,占比分别为55.19%、10.61%、7.18%。在种水平分类上则差异显著,花岗岩母质发育的水稻土中硫循环途径微生物相对丰度更高,且所有途径的优势菌种均为Deltaproteobacteria、Acidobacteria、Betaproteobacteria,其丰度占花岗岩母质水稻土硫循环微生物丰度的40%以上;而在第四纪红色黏土母质发育的水稻土中参与硫循环每条途径的优势功能微生物更加丰富,如在有机硫转化途径中Gemmatirosa kalamazoonesis丰度最高,在其他(转运)途径Azoarcus sp.丰度最高,在同化硫酸盐还原途径丰度最高的微生物是Anaeromyxobacter sp.。综上,两种不同母质发育的红壤性水稻土中存在相同的硫循环途径特征,两种母质发育的红壤性水稻土中主导硫循环的微生物在门水平上没有显著差异,但在种水平分类上差异显著,表明不同母质中会存在着独特的优势硫转化功能菌群。

关键词：红壤性水稻土硫循环途径微生物群落结构宏基因组

微生物胞外多糖的合成及其在重金属修复中的作用机制与应用

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微生物学报 2024年第3期64卷 701-719页

作者：马莹姜岸石孝均李振轮陈新平西南大学资源环境学院重庆400716

重金属的生物不可降解性使其在环境中长期存在,导致严重的环境污染,对人类健康和生态系统构成威胁。与传统的物化修复技术相比,微生物修复具有成本低廉、环境友好和高效等特点。在面对重金属胁迫或营养不均衡时,微生物会被激发以分泌合... 详细信息

重金属的生物不可降解性使其在环境中长期存在,导致严重的环境污染,对人类健康和生态系统构成威胁。与传统的物化修复技术相比,微生物修复具有成本低廉、环境友好和高效等特点。在面对重金属胁迫或营养不均衡时,微生物会被激发以分泌合成胞外多糖(exopolysaccharides,EPS)。由此可见,EPS的产生是微生物对抗重金属胁迫的重要策略之一。EPS不仅能保护微生物在低温、高温、高盐等极端环境或受毒性化合物胁迫的条件下存活,并且在细胞内外进行信息和物质的交流与传递,既作为保护屏障限制重金属离子进入细胞,又作为介质进行交流。EPS结构中含有多个带负电荷的官能团,能够与重金属离子发生络合、离子交换、氧化还原等反应,从而降低重金属的生物有效性并减轻其毒性。微生物EPS在重金属胁迫环境中的修复具有重要意义。然而,目前缺乏关于微生物EPS合成过程、与重金属互作机制及其在重金属胁迫环境中应用现状的系统综述。本文概述了微生物EPS及其分类,详细阐述了细菌EPS胞内及胞外的生物合成机制,并探讨了微生物EPS与重金属互作机制,以及微生物EPS修复水、土环境中重金属污染方面的研究进展。最后,展望了EPS合成及其在重金属修复中的作用机制研究,可为微生物EPS进一步应用于环境重金属污染修复提供支持。

关键词：胞外多糖重金属生物修复合成途径

撕裂蜡孔菌活化土壤氮磷及其对豆科作物生长的影响

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微生物学报 2024年第8期64卷 3047-3058页

作者：宁诗琪隋宗明袁玲杨红军西南大学资源环境学院重庆400715

【目的】利用微生物活化土壤中的原本无效养分种植豆科作物,有益于土地资源的长期可持续利用。【方法】利用自主分离的白腐真菌撕裂蜡孔菌新株(Ceriporia lacerata)HG2011,通过培养和田间微区试验,研究***的分泌作用、土壤氮磷活化以及... 详细信息

【目的】利用微生物活化土壤中的原本无效养分种植豆科作物,有益于土地资源的长期可持续利用。【方法】利用自主分离的白腐真菌撕裂蜡孔菌新株(Ceriporia lacerata)HG2011,通过培养和田间微区试验,研究***的分泌作用、土壤氮磷活化以及对绿豆和光叶紫花苕养分吸收、生长和产量的影响。【结果】***能分泌纤维素酶、几丁质酶、β-l,3-葡聚糖酶、蛋白酶、磷酸酶和铁载体,溶解Ca_(3)(PO_(4))_(2);在土壤表面,***形成菌落,其菌丝伸入土壤,降低土壤pH,提高有效氮磷含量,进而增强蛋白酶和磷酸酶活性;接种***改善了土壤氮磷供应能力,增强根系活力,促进根系生长、根瘤形成和发育,提高作物养分积累量,增加绿豆籽粒产量和苕子生物量。【结论】***能在土壤中定殖,活化土壤氮磷,提高肥料利用率,促进绿豆和苕子生长。***以木屑、秸秆和谷壳等农林有机废弃物为基质,容易培养,菌剂生产成本低廉。本研究为活化土壤养分,促进绿豆和苕子等豆科作物生长,保育耕地提供了新策略。

关键词：撕裂蜡孔菌土壤氮磷豆科作物

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生物合成FeS及其稳定性柱迁移研究

岩石矿物学杂志 2024年第1期43卷 117-124页

作者：任霞严宁珍刘璟西南大学资源环境学院重庆400716

金属纳米硫化亚铁(FeS)在重/类金属修复上具有广阔的应用前景。使用嗜酸性铁还原菌(JF-5)和硫酸盐还原菌(SRB)合成生物纳米FeS,探讨其自然沉降规律,并使用羧甲基纤维素钠(CMC)作为稳定剂,探讨CMC-FeS在石英砂柱中的迁移特性。结果表明,... 详细信息

金属纳米硫化亚铁(FeS)在重/类金属修复上具有广阔的应用前景。使用嗜酸性铁还原菌(JF-5)和硫酸盐还原菌(SRB)合成生物纳米FeS,探讨其自然沉降规律,并使用羧甲基纤维素钠(CMC)作为稳定剂,探讨CMC-FeS在石英砂柱中的迁移特性。结果表明,SRB和JF-5菌液在一定比例下混合即能生成纳米FeS,且当混合菌液中n(Fe)/n(S)=0.2时FeS生成量最多,颗粒物浓度达2400 mg/L;FeS的自然沉降速率在0.1%CMC溶液中得到有效减缓。对流扩散模型能很好地描述CMC-FeS悬浮颗粒在石英砂柱中的迁移行为,相比于纯水-FeS体系(R^(2)=0.20),其模型相关性最高达0.85;在90、180和360 mL/h这3种输入流速下,中等流速180 mL/h能够获得最佳渗透性,其渗透系数平均值为243.97 cm/h。实验结果表明,CMC-FeS的稳定性和迁移性较纯水-FeS均得到加强,可为土壤污染修复提供理论参考。

关键词：生物合成FeS 沉降柱迁移

富里酸改性FeMnNi-LDH对砷镉污染土壤的钝化修复

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中国环境科学 2024年第4期44卷 2184-2197页

作者：何雅馨魏世强蒋珍茂西南大学资源环境学院重庆市农业资源与环境研究重点实验室重庆400715

选用腐殖质活性组分富里酸(FA)作为铁锰镍层状双氢氧化物(FeMnNi-LDH)的修饰物,采用共沉淀法制备出稳定层状FA@FeMnNi-LDH复合材料,并运用于As(Ⅲ)和Cd(Ⅱ)复合污染土壤的钝化修复.通过小白菜盆栽实验研究了在不同砷镉复合污染水平及不... 详细信息

选用腐殖质活性组分富里酸(FA)作为铁锰镍层状双氢氧化物(FeMnNi-LDH)的修饰物,采用共沉淀法制备出稳定层状FA@FeMnNi-LDH复合材料,并运用于As(Ⅲ)和Cd(Ⅱ)复合污染土壤的钝化修复.通过小白菜盆栽实验研究了在不同砷镉复合污染水平及不同初始土壤pH值条件下,复合材料对土壤As(Ⅲ)和Cd(Ⅱ)的钝化效果、各形态含量变化及对小白菜根部和地上部As(Ⅲ)和Cd(Ⅱ)转运、富集系数的影响,并进行相关性分析.结果表明,FA@FeMnNi-LDH复合材料对As和Cd具有显著的同步钝化效果.当复合材料添加量由0%增加到1.0%,促进了土壤非专性吸附态和结晶铁铝氧化物结合态As向专性吸附态、无定型铁铝氧化物结合态和残渣态As转化,土壤可交换态Cd主要向残渣态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态和有机结合态Cd转化;土壤初始pH对As和Cd的钝化效果影响明显,酸性和中性土壤的pH分别增加了1.65和0.64个pH单位,土壤有效态As的降低率分别达到69.74%和63.31%,有效态Cd的降低率分别为60.25%和61.78%;小白菜的鲜重和株高随复合材料添加量的增加而提高,并且复合材料添加量的增加降低了小白菜各部位对As和Cd的转运和富集系数,使小白菜地上部As、Cd的浓度均低于国家食品安全标准限值.相关性分析显示,非专性吸附态As、可交换态Cd与土壤pH值呈极显著负相关性,残渣态As和Cd与土壤pH呈现极显著正相关,小白菜地上部分和根部中As和Cd的含量与土壤残渣态As和Cd呈极显著负相关关系.FA@FeMnNi-LDH复合材料能提高土壤pH值,促进土壤As和Cd向残渣态的转化,从而降低土壤As和Cd生物有效性和在小白菜植株中的累积,为土壤中As(Ⅲ)和Cd(Ⅱ)复合污染的同步修复提供了新的参考.

关键词：层状双金属氢氧化物(LDH) 富里酸(FA) 改性砷镉复合污染土壤钝化修复

腐殖质活性组分对土壤镉有效性的调控效应与水稻安全临界阈值

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环境科学 2024年第1期45卷 439-449页

作者：胡秀芝宋毅王天雨蒋珍茂魏世强西南大学资源环境学院重庆400715 重庆市农业资源与环境研究重点实验室重庆400715

有机物料对于土壤中镉(Cd)的有效性和作物Cd累积具有重要影响.通过田间小区试验,结合化学连续提取形态分级方法,探讨了有机物料中的主要活性组分胡敏酸(HA)和富里酸(FA)及其不同比例组合(HA/FA)对于水稻吸收累积Cd的影响及其与水稻土中C... 详细信息

有机物料对于土壤中镉(Cd)的有效性和作物Cd累积具有重要影响.通过田间小区试验,结合化学连续提取形态分级方法,探讨了有机物料中的主要活性组分胡敏酸(HA)和富里酸(FA)及其不同比例组合(HA/FA)对于水稻吸收累积Cd的影响及其与水稻土中Cd赋存形态和有效性变化的关系.结果表明,腐殖酸(HAs)对土壤Cd有效性和水稻籽粒Cd累积的影响受其活性组分含量比例制约.HA/FA≥4/6处理对土壤Cd起钝化作用,Cd有效性明显降低,水稻籽粒Cd含量相较于对照CK降低了15.2%~33.3%.HA/FA≤2/8处理对土壤Cd起活化作用,Cd有效性明显增加,水稻籽粒Cd含量相较于CK提高了24.2%~42.4%.HAs活性组分含量比例影响土壤Cd的形态转化,与CK处理相比,HA/FA≥4/6处理使土壤Cd由活性高的EX-Cd向活性低的CA-Cd和FM-Cd转化,而HA/FA≤2/8处理则相反.HAs对土壤pH和有效硫含量的影响随其活性组分的不同而异,水稻分蘖期土壤中pH与HA添加量呈显著正相关,而与FA添加量呈显著负相关,土壤有效硫含量与FA添加量呈显著正相关.因此,为保障水稻品质安全,应选择配比HA/FA≥4/6的有机物料.研究结果为含腐殖酸类有机物料的定向利用提供了科学依据.

关键词：腐殖酸(HAs) 胡富比(HA/FA) 水稻Cd 有效态Cd Cd赋存形态临界阈值

紫色土坡耕地耕层持水抗旱性能及生产力对侵蚀程度的响应

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中国农业科学 2024年第7期57卷 1350-1362页

作者：倪书辉史东梅盘礼东叶青伍俊豪西南大学资源环境学院

【目的】分析侵蚀条件下紫色土坡耕地耕层持水性能与产量响应特征，为调控坡耕地季节性干旱及水分利用效率、提升侵蚀条件下坡耕地玉米产量提供理论依据。【方法】采用铲土侵蚀模拟法，以未侵蚀地块为对照组（S-0），对比分析5 cm(S-5)... 详细信息

【目的】分析侵蚀条件下紫色土坡耕地耕层持水性能与产量响应特征，为调控坡耕地季节性干旱及水分利用效率、提升侵蚀条件下坡耕地玉米产量提供理论依据。【方法】采用铲土侵蚀模拟法，以未侵蚀地块为对照组（S-0），对比分析5 cm(S-5)、10 cm(S-10)、15 cm(S-15)、20 cm(S-20)侵蚀程度和3种管理措施下（不施肥（CK）、施化肥（F）、生物炭+化肥（BF）），坡耕地耕层持水抗旱性能和玉米产量的年际变化特征及对侵蚀程度的响应。【结果】（1）坡耕地心土层土壤持水性能更强。在相同水平土壤水吸力下，耕作层土壤容积含水量降低幅度（13.9%—18.2%）较心土层更大（9.8%）；随年际变化，土壤容积含水量在S-5时增幅最大为耕作层（14.2%），而心土层表现为在S-15最大（33.2%）。（2）坡耕地土壤总库容、兴利库容、最大有效库容及有效水分含量，随侵蚀加剧呈开口朝下的抛物线变化规律。随年际变化，各侵蚀程度下土壤最大有效库容最大增幅（44.7%）处于较强烈侵蚀程度（S-15），而有效水分含量、最大储水量及单次接纳最大降雨量在微弱侵蚀程度下（S-0至S-10）提升幅度最大。（3）坡耕地玉米产量随侵蚀加剧总体呈降低趋势，且与土壤最大有效库容、田间持水量有正相关关系；随年际变化，各侵蚀程度下坡耕地减产效果降低，且产量变化随侵蚀加剧呈一定滞后性，即侵蚀发生年产量无明显减产。（4）侵蚀条件下坡耕地土壤最大有效库容主要受土壤质地中黏粒含量、毛管孔隙度和有机质含量显著影响（P<0.01）；而田间持水量与土层深度、有机质、粉粒及孔隙度呈极显著关系（P<0.01）。【结论】土壤持水抗旱性能的强弱主要受土壤结构优劣的影响。对坡耕地侵蚀耕层辅以深翻耕作和生物炭+化肥管理措施改善土壤结构，可有效调控坡耕地侵蚀性耕层持水抗旱性能，提升侵蚀条件下坡耕地作物产量。

关键词：紫色土坡耕地持水性能抗旱性能土壤侵蚀土壤库容玉米

重庆某铁矿区周边耕地土壤重金属污染评价及来源解析

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环境科学 2024年第4期45卷 2450-2460页

作者：廖泽源李杰芹沈智杰李彩霞罗程钟梅楠张成王定勇西南大学资源环境学院重庆400715 重庆市固体废物管理中心重庆401147

为了解重庆市南部某历史遗留铁矿区周边耕地土壤重金属污染状况及污染来源,在铁矿渣场周边采集了34个耕地表层土壤样品,分析了重金属Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Ni和Zn的含量,采用地累积指数和潜在生态风险指数对铁矿渣场周边耕地土壤污... 详细信息

为了解重庆市南部某历史遗留铁矿区周边耕地土壤重金属污染状况及污染来源,在铁矿渣场周边采集了34个耕地表层土壤样品,分析了重金属Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Ni和Zn的含量,采用地累积指数和潜在生态风险指数对铁矿渣场周边耕地土壤污染进行评价,并利用主成分分析(PCA)和绝对主成分得分多元线性回归受体模型(APCS-MLR)识别铁矿区周边耕地土壤重金属的污染来源及贡献率.结果表明,研究区土壤除Cr外,其余重金属含量平均值均超过重庆市土壤背景值,且有20.6%的土壤点位Cd以及2.94%的土壤点位Hg、Cu和Ni超过《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB15618-2018)风险筛选值;地累积污染指数评价结果显示研究区土壤主要受Cd和Hg污染,呈现无污染到中度污染等级,并且Cd与Hg对潜在生态污染指数(RI)贡献率分别达到24.47%和60.33%.相关性分析与主成分/绝对主成分(PCA/APCS)受体模型分析结果表明,Cr、Cu、Ni和Zn主要来源于成土母质,Hg和Pb来源主要为化石燃料燃烧及交通运输,Cd和As主要来源于采矿冶炼、施用化肥等采矿工业活动及农业活动.研究区土壤重金属主要影响途径为大气沉降和河流洪水淹没及灌溉,土壤重金属的高值区主要集中在受大气沉降途径污染区域.

关键词：铁矿区土壤重金属风险评价源解析