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富里酸驱动发酵梭菌砷甲基化的代谢机制解析

环境科学学报 2024年第6期44卷 404-413页

作者：梁永美陈冠虹朱潇方利平李晓敏 Hemmat-Jou Mohammad Hossein 李芳柏华南师范大学环境研究院广东省化学品污染与环境安全重点实验室环境理论化学教育部重点实验室广州510006 广东省科学院生态环境与土壤研究所广东省农业环境综合治理重点实验室广州510650 华南师范大学环境学院广州510006 中国科学院广州地球化学研究所广州510640

微生物介导砷甲基化是砷生物地球化学循环中的重要过程.已有研究表明,腐殖质添加能促进稻田土壤厌氧微生物砷甲基化,但其关键机制尚不明确.本研究以砷污染稻田土壤中分离的一株砷甲基化功能厌氧发酵梭菌Clostridium sporogenes LHA6为对... 详细信息

微生物介导砷甲基化是砷生物地球化学循环中的重要过程.已有研究表明,腐殖质添加能促进稻田土壤厌氧微生物砷甲基化,但其关键机制尚不明确.本研究以砷污染稻田土壤中分离的一株砷甲基化功能厌氧发酵梭菌Clostridium sporogenes LHA6为对象,探究富里酸对梭菌细胞代谢活性的影响,并解析其与砷甲基化效率的内在关系.结果表明,相比对照处理,特定浓度(0.5~2 g·L^(-1))富里酸处理中菌株LHA6的水溶态和细胞结合态甲基砷生成量分别增加25.7%~84.4%和39.8%~60.4%,挥发性甲基砷产物增加0.68~1.86倍,主要产物形态为二甲基砷及其氢化物.综合电化学、代谢物和基因表达定量等方法证实:富里酸可作为胞外电子受体,抑制梭菌胞内发酵产氢活性,增加NADH/NAD+比率;同时,富里酸存在时梭菌显著上调S-腺苷甲硫氨酸(SAM)合成相关基因转录活性,增强SAM合成代谢通量,很可能是富里酸促进梭菌产生甲基砷及其氢化物的关键机制.本研究系统揭示了富里酸调控梭菌细胞代谢,进而强化其砷甲基化及挥发的砷解毒机制,获得了对砷的生物地球化学循环的新认知,有望为土壤砷污染控制提供新思路.

关键词：砷甲基化砷挥发发酵梭菌富里酸产氢

基于机器学习的广东省县域农业碳排放时空演变及驱动因素研究

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中国生态农业学报(中英文) 2024年

作者：章楠楠徐皓帆李志文李婷谢邵文刘淑娟徐丹周衍波周红艺佛山大学环境与化学工程学院岭南现代农业科学与技术广东省实验室广东省科学院生态环境与土壤研究所/华南土壤污染控制与修复国家地方联合工程研究中心/广东省农业环境综合治理重点实验室

县域是深入剖析农业碳排放和城镇化关系的基本地域单元，研究县域尺度农业碳排放的时空演变趋势和驱动机制对农村绿色低碳发展和乡村振兴具有重要指导意义。为明确广东省县域尺度农业碳排放的时空演变规律及其驱动机制，本文基于最新... 详细信息

县域是深入剖析农业碳排放和城镇化关系的基本地域单元，研究县域尺度农业碳排放的时空演变趋势和驱动机制对农村绿色低碳发展和乡村振兴具有重要指导意义。为明确广东省县域尺度农业碳排放的时空演变规律及其驱动机制，本文基于最新排放清单系统测算了2000—2022年广东省124个县域(市、区)农业碳排放量，并结合GIS局部空间自相关和随机森林(RF)机器学习算法协同识别了县域农业碳排放的时空演变格局及其核心驱动因素。结果表明: 1)广东省农业碳排放量整体呈波动下降趋势，在县域尺度下具有明显的时空异质性，且珠三角地区>粤西地区>粤东地区>粤北地区; 2) GIS局部空间自相关揭示了广东省县域农业碳排放的空间集聚特征，高值聚类区出现在粤西地区，低值聚类区集中于珠三角核心区域，各区域内部集聚程度呈持续上升趋势; 3)人均农业碳排放和总量具有明显区别，高值聚类区主要出现在粤北地区，低值聚类区集中在珠三角地区，具有“空间溢出”效应; 4)基于Pearson相关性分析筛选后的农业指标所构建的RF模型的变量重要性排名表明，土地翻耕、化肥和农药使用量以及农业机械总动力是广东省农业碳排放的主要来源，其中化肥和农药使用量的负向贡献比逐步降低，而农业机械化程度的提高则是广东省农业碳排放减少的正向驱动因素。本研究结果可为区域农业碳减排和绿色低碳发展提供政策依据和定量研究工具。

关键词：县域尺度农业碳排放时空演变驱动因素广东省机器学习

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南方库区生态农业小流域面源污染特征

中国农业科技导报 2024年第3期26卷 134-145页

作者：张思毅李晓涛贺斌郝贝贝吕德鹏梁鑫根广东省科学院生态环境与土壤研究所华南土壤污染控制与修复国家地方联合工程研究中心广东省农业环境综合治理重点实验室广州510650 河南农业大学林学院郑州450002

为研究生态农业小流域的氮、磷减排效果,以广东省英德市大站镇长湖水库粉洞生态小流域为研究对象,通过野外监测和实验室分析等方法研究小流域面源氮、磷污染物含量和污染负荷输出特征,确定关键源区,评价生态农业的减排效果。结果表明,... 详细信息

为研究生态农业小流域的氮、磷减排效果,以广东省英德市大站镇长湖水库粉洞生态小流域为研究对象,通过野外监测和实验室分析等方法研究小流域面源氮、磷污染物含量和污染负荷输出特征,确定关键源区,评价生态农业的减排效果。结果表明,流域内水体受污染程度低,大部分都在Ⅲ类水质范围内;总氮、总磷是流域内主要污染负荷;流域地表水氮素组成主要以溶解态氮为主(>50%),溶解态氮以硝态氮为主;关键源区有水土流失、养鹅场、居民点、养猪场、耕地。研究期间流域总氮负荷为345.22 kg,总磷负荷为69.47 kg,入河污染负荷强度低,总氮和总磷的入河系数分别为0.16和0.63。以上结果表明,生态农业小流域氮、磷减排效果显著,且流域氮、磷消纳能力强,使得流域内氮、磷污染负荷较低,水质较好,生态农业具有推广价值。

关键词：面源污染污染通量污染负荷生态农业小流域

基于多源模型的粤北山区县域地质灾害危险性评价与驱动力分析

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地球与环境 2024年第3期52卷 330-342页

作者：李亚邓南荣陈朝陈进栋王琦李冠虹广东省科学院生态环境与土壤研究所、华南土壤污染控制与修复国家地方联合工程研究中心、广东省农业环境综合治理重点实验室广州510650 福建师范大学地理科学学院福州350007

地质灾害危险性评价对降低地质灾害发生的不确定性及区域防灾减灾至关重要。本研究以粤北山区翁源县为例,选取与地质灾害密切相关的自然环境、区位距离与人类活动方面共13个评价指标,并基于皮尔逊相关系数进行评价指标相关性验证。采用... 详细信息

地质灾害危险性评价对降低地质灾害发生的不确定性及区域防灾减灾至关重要。本研究以粤北山区翁源县为例,选取与地质灾害密切相关的自然环境、区位距离与人类活动方面共13个评价指标,并基于皮尔逊相关系数进行评价指标相关性验证。采用信息量-随机森林耦合模型(Information-Random forest model,I-RF)对研究区地质灾害危险性进行评价,并结合地理探测器(Geodetector,GD)对地质灾害危险性驱动因子进行分析。研究结果显示:ROC曲线验证AUC值达到0.890,表明I-RF耦合模型可以较好地分析刻画研究区地质灾害危险性格局;研究区较高、高易发区主要分布河谷平原区和丘陵区,占比49.85%,中低易发区主要分布低山丘陵区,占比50.15%。县域中心龙仙镇遭受地质灾害的危险性较大,铁龙镇地质灾害危险性较低;因子探测结果显示高程、人口足迹和地质岩组是研究区崩塌、滑坡和泥石流三种主要地质灾害共有的诱发因子,交互探测结果显示高程是研究区地质灾害发生首要驱动因子,崩塌和滑坡主要受高程与距河流距离、地形起伏度和暴雨雨量交互驱动影响,泥石流则主要受高程与地形地貌、地质构造、水文气象和人类活动等方面评价指标交互驱动影响。总体来看,研究区地质灾害危险程度较高,应针对不同的地质灾害危险区和地灾类型,实施差异化的地质灾害防治措施。

关键词：地质灾害危险性评价随机森林模型信息量模型地理探测器

光合细菌Rhodopseudomonas faecalis JS提升细菌抑藻能力的机制研究

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环境科学研究 2024年

作者：林帼英罗智伟谢章彰林炜铁罗剑飞华南理工大学生物科学与工程学院广东省科学院生态环境与土壤研究所华南土壤污染控制与修复国家地方联合工程研究中心广东省农业环境综合治理重点实验室

抑藻细菌在蓝藻水华的发展及消亡过程中起着重要的调节作用。增强抑藻细菌的抑藻能力将有助于加速蓝藻水华的消散，然后目前尚缺乏有效的原位调控手段。为了探究光合细菌Rhodopseudomonas faecalis JS对抑藻细菌抑藻作用的促进作用及其... 详细信息

抑藻细菌在蓝藻水华的发展及消亡过程中起着重要的调节作用。增强抑藻细菌的抑藻能力将有助于加速蓝藻水华的消散，然后目前尚缺乏有效的原位调控手段。为了探究光合细菌Rhodopseudomonas faecalis JS对抑藻细菌抑藻作用的促进作用及其机理，本研究首先进行富营养化水体土著细菌的抑藻实验，研究光合细菌R. faecalis JS对原位菌群抑藻能力的促进作用；通过对原位菌群中纯菌的分离与鉴定，进一步研究R. faecalis JS对不同种属细菌抑藻能力的促进作用；通过乙醇提取、HPLC及液质联用技术，对R. faecalis JS促进细菌抑藻作用的活性物质进行分离鉴定，探究R. faecalis JS对抑藻细菌抑藻能力的促进机理。结果表明：①光合细菌R. faecalis JS的发酵液能够增强富营养化水体原位菌群的抑藻效果。②从原位混合菌群中分离得到38株纯菌，有6株细菌(AB-3、AB-6、AB-13、AB-26、AB-31、AB-38)的抑藻率在添加R. faecalis JS发酵液后出现显著性提升，其中P. putida AB-31菌抑藻能力的增幅最大，其抑藻率由13.59%升至81.70%。这些细菌的系统分类学鉴定结果显示，R. faecalis JS发酵液能够提升抑藻作用的抑藻细菌都属于Pseudomonadota假单胞菌门，表明R. faecalis JS提升细菌抑藻能力具有门水平上的特异性。③对R. faecalis JS发酵液中的活性物质进行分离，得到22种潜在的活性代谢物，验证发现代谢物中的N-己酰基-DL-高丝氨酸内脂和N-丁酰基-DL-高丝氨酸内脂能够显著提升AB-31菌的抑藻作用，说明光合细菌R. faecalis JS可能通过释放群体感应信号分子的方式，提升抑藻细菌的抑藻作用。研究显示，光合细菌R. faecalis JS具有原位提升细菌抑藻作用的潜力，这将为蓝藻水华的治理提供新的方法和思路。

关键词：蓝藻水华抑藻细菌光合细菌Rhodopseudomonas faecalis JS 高丝氨酸内脂群体感应

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电子穿梭体介导土壤锑还原成矿的微生物机制

生态环境学报 2024年第2期33卷 272-281页

作者：蓝浚陈冠虹张俊涛 Hemmat-Jou Mohammad Hossein 舒小华方利平李芳柏桂林理工大学环境科学与工程学院广西桂林541000 广东省科学院生态环境与土壤研究所/广东省农业环境综合治理重点实验室广东广州510650 广州市林业和园林科学研究院广东广州510405

微生物锑还原成矿有助于降低土壤锑的生物有效性和移动性,是土壤锑污染修复的重要策略之一。电子穿梭体AQDS能够加速土壤富集菌群锑还原速率,可能与其促进微生物呼吸及细胞生长有关。理解电子穿梭体(ES)介导微生物锑还原过程与机制可为... 详细信息

微生物锑还原成矿有助于降低土壤锑的生物有效性和移动性,是土壤锑污染修复的重要策略之一。电子穿梭体AQDS能够加速土壤富集菌群锑还原速率,可能与其促进微生物呼吸及细胞生长有关。理解电子穿梭体(ES)介导微生物锑还原过程与机制可为土壤锑污染控制提供关键理论支撑。醌类和黄素类电子穿梭体(AQDS和FMN)存在时可能改变微生物呼吸代谢中的电子传递过程,然而ES介导下的微生物锑还原过程及转录响应机制尚不清楚。利用锑污染稻田土壤分离的兼性厌氧锑还原细菌Mesobacillus jeotgali PS1作为研究对象,探究醌类和黄素类电子穿梭体(AQDS和FMN)对菌株PS1锑还原过程及关键功能基因转录活性的影响。结果表明,菌株PS1驱动Sb(Ⅴ)还原为Sb(Ⅲ)过程中水溶态Sb(Ⅲ)随培养时间先累积后下降,培养72 h后水溶态锑去除率为64%,生成十四面体方锑矿,表明菌株PS1驱动锑还原成矿有助于锑的钝化。两种ES能够加速细菌锑还原反应,而对胞外生成的方锑矿晶型没有影响。通过定量分析菌株PS1潜在功能基因转录表达活性,结果表明AQDS相比FMN更能促进菌株PS1细胞膜二甲基亚砜还原酶(DMSOR)基因和胞内解毒型砷还原基因(arsC)转录活性,有助于增加菌株PS1呼吸代谢活性和胞内锑解毒从而加速锑还原,所以AQDS可能在强化微生物锑还原钝化中更具有优势。该研究揭示了不同电子穿梭体介导锑还原的微生物机制,为锑污染土壤生物修复提供重要理论支撑。

关键词：锑还原细菌电子穿梭体方锑矿锑解毒转录响应二甲基亚砜还原酶

新型污染物氯代消毒副产物的生态环境及人体健康毒性效应研究进展

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环境化学 2024年

作者：叶璟王照洋田富箱孙丽娟刘超男陶建伟许文武吕亚辉广东省科学院生态环境与土壤研究所广东省农业环境综合治理重点实验室华南土壤污染控制与修复国家地方联合工程研究中心上海市农业科学院生态环境保护研究所上海应用技术大学化学与环境工程学院

水消毒是保护人体健康免受病原体侵害并防止病原体在水中传播的基本策略，已被广泛应用于水质净化中.在水消毒过程中，消毒剂易与天然存在的有机物（如腐殖酸和富里酸）、无机物、污染物以及原水中存在的游离氯、溴或碘反应，生成新型... 详细信息

水消毒是保护人体健康免受病原体侵害并防止病原体在水中传播的基本策略，已被广泛应用于水质净化中.在水消毒过程中，消毒剂易与天然存在的有机物（如腐殖酸和富里酸）、无机物、污染物以及原水中存在的游离氯、溴或碘反应，生成新型污染物（emerging contaminants,ECs）消毒副产物（disinfection by-products,DBPs），其中氯代消毒副产物（chlorinated disinfection byproducts,Cl-DBPs）是检出率和浓度水平最高的一类. Cl-DBPs可引发内分泌紊乱及“三致”效应，对生态环境和人体健康均构成了一定的威胁，然而造成这些不良影响的毒性机制在很大程度上尚不清楚.因此，全面了解ClDBPs的毒性效应对保护生态环境和人体健康至关重要.本文综述了目前已发现的Cl-DBPs的种类和来源，探讨了Cl-DBPs及其混合物对水生生物、陆生生物、人体健康的毒性效应，为评价Cl-DBPs的环境风险提供科学依据.

关键词：水消毒氯代消毒副产物生态环境毒性效应

微塑料和菲对土壤化学性质、酶活性及微生物群落的影响

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环境科学 2024年第1期45卷 496-507页

作者：刘沙沙秦建桥吴贤格肇庆学院环境与化学工程学院广东省环境健康与资源利用重点实验室肇庆526061

微塑料和多环芳烃(PAHs)因在土壤环境中广泛存在及其潜在生态风险而受到越来越多的关注.然而,关于微塑料-PAHs复合污染对土壤生态系统的影响鲜有报道.选用聚乙烯(PE)/聚丙烯(PP)和菲(PHE)作为微塑料和PAHs的代表,进行为期300d的微宇宙... 详细信息

微塑料和多环芳烃(PAHs)因在土壤环境中广泛存在及其潜在生态风险而受到越来越多的关注.然而,关于微塑料-PAHs复合污染对土壤生态系统的影响鲜有报道.选用聚乙烯(PE)/聚丙烯(PP)和菲(PHE)作为微塑料和PAHs的代表,进行为期300d的微宇宙培养实验,利用土壤农业化学分析方法和16S扩增子测序技术研究PE/PP和PHE的单一和复合污染对土壤化学特性、酶活性和微生物群落(数量、结构、功能)的影响,分析PE/PP和PHE存在下土壤性质、酶活性和菌群的互作关系.结果表明,PE/PP和PHE的单一和复合污染对土壤pH值、有效磷(AP)和微生物(细菌、放线菌、霉菌)数量没有产生明显影响,但显著提高了荧光素二乙酸酯酶(FDAse)活性;PE、PP、PHE-PE和PHE-PP的添加显著增加了土壤有机质(SOM)含量和脲酶活性,PHE、PHEPE和PHE-PP显著增强了脱氢酶和磷酸酶活性及速效氮(AN)含量;PHE的添加对微生物群落影响不大,PE、PP、PHE-PE和PHE-PP对群落产生了一定的影响.PE/PP和PHE能够促进微生物产生能量、生长和繁殖,加快污染物的代谢/降解和细胞膜转运等功能.PE/PP和PHE引起的AN和SOM变化是影响土壤酶活性的关键因子,AN、AP和pH的改变是微生物数量增加的主要原因;微生物群落结构的改变与土壤化学性质、酶活性具有一定的相关性,其中SOM对菌群的影响达到了显著水平,土壤中不同碳源(PE/PP和PHE)的存在及菌与菌之间的互作关系也会影响微生物群落的组成.综上,PE/PP和PHE通过改变土壤化学性质、酶活性和微生物群落及其互作过程来促进菌群适应污染物胁迫.

关键词：微塑料菲(PHE) 土壤性质酶活性微生物群落

微塑料与农田土壤中典型污染物的复合污染研究进展

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环境科学 2024年第2期45卷 1196-1209页

作者：侯宇晴李冰王金花宋文慧王兰君王军朱鲁生山东农业大学资源与环境学院山东省高校农业环境重点实验室泰安271018

作为一种新型环境持久性污染物,微塑料除自身能够对生态系统产生不良影响外,其也可与周围环境中的共存污染物形成复合污染,从而产生更高的生态风险和健康风险.基于农业生态系统视角,聚焦重金属、农药和抗生素这3种农田土壤典型污染物与... 详细信息

作为一种新型环境持久性污染物,微塑料除自身能够对生态系统产生不良影响外,其也可与周围环境中的共存污染物形成复合污染,从而产生更高的生态风险和健康风险.基于农业生态系统视角,聚焦重金属、农药和抗生素这3种农田土壤典型污染物与微塑料的复合污染,综述了重金属、农药和抗生素在微塑料上的吸附-解吸行为,探讨了微塑料的结构与性质、污染物的理化性质以及环境条件对重金属、农药和抗生素在微塑料上吸附-解吸行为的影响,阐述了微塑料对农田土壤中重金属、农药和抗生素生物有效性的影响及内在机制,指出了当前研究存在的问题和不足并对未来研究方向进行了展望,可为微塑料与农田土壤典型污染物复合污染的生态风险评估提供科学参考.

关键词：土壤微塑料复合污染吸附-解吸生物有效性