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农田土壤中邻苯二甲酸酯降解功能细菌及其应用

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中国环境科学 2024年第3期44卷 1542-1553页

作者：李鹏飞周贤王建高彦征南京农业大学土壤有机污染控制与修复研究所江苏南京210095

本文综述了我国农田土壤PAEs污染特征,重点概述了PAEs降解功能菌株筛选、菌群构建及其应用策略.详细分析了细菌介导的PAEs降解的水解和开环裂解两个途径及参与其中的关键功能基因和酶,讨论了PAEs降解功能细菌在污染土壤中的应用、影响... 详细信息

本文综述了我国农田土壤PAEs污染特征,重点概述了PAEs降解功能菌株筛选、菌群构建及其应用策略.详细分析了细菌介导的PAEs降解的水解和开环裂解两个途径及参与其中的关键功能基因和酶,讨论了PAEs降解功能细菌在污染土壤中的应用、影响因素及可能存在的问题,并对该技术在消减农田土壤PAEs污染中的应用进行展望,以期为我国PAEs污染农田土壤功能细菌修复及农业生产安全提供理论和技术参考.

关键词：邻苯二甲酸酯农田土壤微生物修复降解功能细菌

畜禽粪便中雌激素污染特征与控制技术研究进展

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中国环境科学 2024年第3期44卷 1602-1612页

作者：王俊跃桑煜龙王贺飞凌婉婷南京农业大学土壤有机污染控制与修复研究所江苏南京210095

本文对国内外报道过的畜禽粪便中常见雌激素的结构与性质、种类与含量、迁移特点和控制技术进行了总结归纳,对比不同种类、生长阶段畜禽粪便中雌激素的含量,发现动物类型、粪便特性、生理状态等因素导致雌激素含量存在较大差异,应根据... 详细信息

本文对国内外报道过的畜禽粪便中常见雌激素的结构与性质、种类与含量、迁移特点和控制技术进行了总结归纳,对比不同种类、生长阶段畜禽粪便中雌激素的含量,发现动物类型、粪便特性、生理状态等因素导致雌激素含量存在较大差异,应根据不同雌激素的污染特征进行针对性治理.大量文献报道畜禽养殖场周围环境中检测出不同种类的雌激素,表明雌激素存在环境迁移风险,亟需建立风险评估体系以确保生态安全和人类健康.畜禽粪便中雌激素的控制技术有好氧堆肥、高级氧化和微生物降解,大量雌激素降解菌株已从不同环境中被分离并应用,而雌激素降解功能菌群和固定化菌剂在应对不同的环境压力、抵御污染物胁迫方面更具备应用潜力,菌群间的互作机制和雌激素的降解机制未来仍需深入探索和研究.

关键词：畜禽粪便雌激素污染特征控制技术雌激素降解功能菌

邻苯二甲酸酯降解功能内生菌群的筛选及定殖效能

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中国环境科学 2024年第3期44卷 1554-1561页

作者：张帅王建马俊超高彦征左翔之凌婉婷南京农业大学土壤有机污染控制与修复研究所江苏南京210095

为降低邻苯二甲酸酯(PAEs)污染作物对人体健康的威胁,从PAEs污染蔬菜中富集驯化具有PAEs降解高效性和广谱性的功能内生菌群,解析菌群群落组成并优化其降解条件,借助水培体系研究了功能内生菌群在作物体内的定殖效能.高通量测序结果表明... 详细信息

为降低邻苯二甲酸酯(PAEs)污染作物对人体健康的威胁,从PAEs污染蔬菜中富集驯化具有PAEs降解高效性和广谱性的功能内生菌群,解析菌群群落组成并优化其降解条件,借助水培体系研究了功能内生菌群在作物体内的定殖效能.高通量测序结果表明,从门的分类水平看,菌群主要由变形菌门(Proteobacteria,76.57%)、拟杆菌门(Bacteroidetes,21.04%)和放线菌门(Actinobacteria,2.37%)组成;从属的分类水平看,菌群主要由鞘氨醇杆菌属(Sphingobacterium,33.03%)、代尔夫特菌属(Delftia,40.61%)、假单胞菌属(Pseudomonas,11.70%)、无色杆菌属(Achromobacter,3.04%)和根瘤菌属(Rhizobium,6.90%)组成.在无机盐纯培养体系中,该菌群在7d内对5mg/L的邻苯二甲酸二甲酯(DMP)、邻苯二甲酸二乙酯(DEP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)和邻苯二甲酸丁基苄基酯(BBP)降解率分别为97.08%、94.47%、98.02%和44.82%.单因素试验结果表明,菌群降解PAEs的最佳条件为:pH值7、25℃、盐度1%、底物浓度5mg/L.水稻水培试验表明,菌群可以定殖到水稻体内并有效促进PAEs的去除,与对照组相比,处理15d后水稻体内DMP、DEP、DBP和∑PAEs含量分别降低了41.09%、45.33%、63.06%和32.3%.菌群的定殖还能够提高水稻根长、株高和生物量,促进水稻的生长.该菌群在降低作物PAEs积累、保障PAEs污染地区农产品质量安全方面具有良好的应用前景,能有效降低作物PAEs污染对人体健康的威胁.

关键词：功能内生菌群邻苯二甲酸酯降解特性定殖

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水合氧化物对抗生素抗性基因水平转移的影响

中国环境科学 2024年第3期44卷 1622-1629页

作者：李晓佳刘思王婷婷秦超胡小婕高彦征南京农业大学土壤有机污染控制与修复研究所江苏南京210095

研究了水合氧化铝与水合氧化锰对氨苄青霉素抗性基因(负载于pUC19质粒)向大肠杆菌水平转移(转化)过程的影响.结果表明,2.5~200mg/L浓度水平的水合氧化铝与水合氧化锰均显著抑制了抗生素抗性基因(ARGs)转化,两者对转化频率的抑制率最高... 详细信息

研究了水合氧化铝与水合氧化锰对氨苄青霉素抗性基因(负载于pUC19质粒)向大肠杆菌水平转移(转化)过程的影响.结果表明,2.5~200mg/L浓度水平的水合氧化铝与水合氧化锰均显著抑制了抗生素抗性基因(ARGs)转化,两者对转化频率的抑制率最高分别达79.44%和57.64%.水合氧化铝析出的Al (III)是其导致ARGs转化频率发生变化的原因之一,而水合氧化锰几乎无离子析出.此外,水合氧化铝可与p UC19质粒的磷酸骨架以及碱基腺嘌呤、胸腺嘧啶与鸟嘌呤发生结合,与之形成大尺寸加合物,进而降低ARGs进入胞内的效率.对于水合氧化锰,其暴露后宿主细胞膜通透性显著减小,并且该颗粒也与pUC19质粒交缠形成了大尺寸团聚物,这可能是抑制ARGs转化的主要原因.

关键词：土壤水合氧化物抗生素抗性基因基因水平转移

绿洲农田氮磷利用与生产水平、经济和环境效益的协同效应分析

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农业工程学报 2024年第7期40卷 152-160页

作者：李一鸣任一哲吴湘琳蒲胜海马兴旺楚天舒李晓红中国农业大学资源与环境学院北京100193 新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所/农业农村部西北绿洲农业环境重点实验室乌鲁木齐830091 中国农业大学工学院北京100083 中国农业大学经济管理学院北京100083

提高养分利用效率是西北绿洲农业发展的重要议题之一。该研究以新疆生产建设兵团农业生产系统为研究对象,明晰农田土壤表观氮磷养分流动特征,计算2000—2020年农田氮磷养分盈亏量与利用效率;采用斯皮尔曼相关性分析法探究其养分利用与... 详细信息

提高养分利用效率是西北绿洲农业发展的重要议题之一。该研究以新疆生产建设兵团农业生产系统为研究对象,明晰农田土壤表观氮磷养分流动特征,计算2000—2020年农田氮磷养分盈亏量与利用效率;采用斯皮尔曼相关性分析法探究其养分利用与生产水平、经济效益和环境效益之间的协同效应。结果表明:1)新疆生产建设兵团农田氮、磷输入以化肥为主,而输出以秸秆、籽粒和氨挥发为主。农田氮、磷盈亏量相对较高,2020年分别为147.54和47.61 kg/hm^(2)。农田氮、磷利用效率相对较低,分别在34.33%~44.05%和39.25%~49.54%之间波动。2)新疆生产建设兵团农田养分利用与生产水平、经济效益和环境效益之间存在权衡效应,而生产水平和经济效益存在协同效应。新疆生产建设兵团农业机械化生产获得良好收益,但以养分损失、环境污染为代价。发达国家农田养分利用与生产水平、经济效益协同促进,不牺牲环境效益。因此,建议新疆生产建设兵团优化肥料用量与结构,推广智慧农业技术管控肥水。该研究可为地区农业养分管理与绿色发展提供参考。

关键词：氮磷养分利用率新疆生产建设兵团协同效应

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生物体内全氟和多氟烷基物质迁移转化及毒性

中国环境科学 2024年第3期44卷 1638-1647页

作者：韩淼李泽楷许淋李昭燕文欣雨侍卿胡小婕秦超高彦征南京农业大学土壤有机污染控制与修复研究所江苏南京210095

总结了全氟和多氟烷基物质(PFASs)的来源,综述了PFASs在生物体内的迁移转化行为及影响因素,并利用文献计量学方法对近38年PFASs的毒性研究进行了热点分析.结果表明PFASs的结构、生物组织中的酶活性、蛋白含量以及环境中的有机质含量与PF... 详细信息

总结了全氟和多氟烷基物质(PFASs)的来源,综述了PFASs在生物体内的迁移转化行为及影响因素,并利用文献计量学方法对近38年PFASs的毒性研究进行了热点分析.结果表明PFASs的结构、生物组织中的酶活性、蛋白含量以及环境中的有机质含量与PFASs在生物体内的迁移和富集能力密切相关.PFASs毒性研究主要聚焦于不同环境介质和器官的毒性效应差异,研究方向由对动植物的毒性评价转变为人体健康风险预测.在此基础上,从个体、器官、生化和分子水平总结了PFASs毒性效应,提出关于PFASs的多层级毒性效应研究是未来的发展趋势,尤其是利用定量构效关系阐明生物毒性的层级效应是值得提倡的方法之一.展望了未来有关PFASs研究的发展方向,为阐明新污染物环境行为及开展相关毒理研究提供思路.

关键词：全氟和多氟烷基物质迁移转化毒性

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固定化菌剂对邻苯二甲酸酯的降解效能及途径

中国环境科学 2024年第3期44卷 1584-1591页

作者：陆雯逸王泽铭左翔之刘奕翔武海涛高彦征南京农业大学土壤有机污染控制与修复研究所江苏南京210095

为了提高微生物降解环境中PAEs的效能,采用吸附法对Glutamicibacter sp. A4、Bacillus sp. W34和Rhodococcus sp. 2G 3株具有PAEs降解能力的菌株进行固定化,研究了固定化菌剂降解PAEs的效能及途径.结果表明,复合菌群7d内对总浓度为120m... 详细信息

为了提高微生物降解环境中PAEs的效能,采用吸附法对Glutamicibacter sp. A4、Bacillus sp. W34和Rhodococcus sp. 2G 3株具有PAEs降解能力的菌株进行固定化,研究了固定化菌剂降解PAEs的效能及途径.结果表明,复合菌群7d内对总浓度为120mg/L的6种PAEs降解率为80.04%;固定化菌剂的最优制备条件为:温度30℃、固定化时间2d、菌料比1:30(V/M),制备出的固定化菌剂对总PAEs的降解率可达96.60%,比游离菌提高了16.56%;复合菌群降解DBP和BBP过程中产生了邻苯二甲酸单甲酯(MMP)、邻苯二甲酸单乙酯(MEP)等多种中间产物,推测出酯的水解作用为复合菌群降解PAEs的一个主要途径.

关键词：复合菌群固定化菌剂邻苯二甲酸酯生物降解降解途径

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覆膜年限和有机肥施用对花生田耕层土壤微塑料赋存特征的影响

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环境科学 2024年第3期45卷 1684-1691页

作者：宋宁宁李梦佳王学霞刘君王芳丽宗海英黄小丽王斌梁丽娜青岛农业大学资源与环境学院青岛266109 北京市农林科学院植物营养与资源研究所北京100097 青岛农业大学中心实验室青岛266109 新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所乌鲁木齐830091

地膜和有机肥料的大量投入已导致我国农田土壤微塑料污染日趋严重.为研究调查山东德州花生农田微塑料污染状况,分析了该区域不同覆膜年限(0、3、5和8 a)和有机肥施用对农田土壤中微塑料的丰度、粒径、颜色和形状等赋存特征的影响.结果表... 详细信息

地膜和有机肥料的大量投入已导致我国农田土壤微塑料污染日趋严重.为研究调查山东德州花生农田微塑料污染状况,分析了该区域不同覆膜年限(0、3、5和8 a)和有机肥施用对农田土壤中微塑料的丰度、粒径、颜色和形状等赋存特征的影响.结果表明,覆膜0、3、5和8 a后花生耕层土壤微塑料丰度的平均值分别为65.33、316.00、1 098.67和1 346.34 n·kg^(-1).随着土层深度的增加微塑料丰度降低,0~10、10~20和20~30 cm耕层中的土壤微塑料丰度分别为1 076.00、603.50和440.25 n·kg^(-1),并且增加覆膜年限和施加有机肥都显著增加了微塑料的丰度(P土壤中微塑料的颜色影响不显著(P>0.05),但覆膜年限显著增加了透明微塑料的占比.微塑料类型主要包括纤维类、薄膜类、碎片类、泡沫类和颗粒类,其占比分别为:49.77%、25.41%、19.15%、3.26%和2.41%.耕层土壤微塑料的主要聚合物类型包含聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和聚苯乙烯(PS),分别占总量的21.37%、18.57%和19.77%.由此,山东德州花生田耕层土壤中普遍存在微塑料,且地膜和有机肥施用是其主要来源,这可为花生田耕层土壤微塑料污染物防控提供重要依据.

关键词：农田微塑料赋存特征有机肥覆膜

阴离子对Mo_(2)C/过氧单硫酸盐降解抗生素的影响

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中国环境科学 2024年第3期44卷 1648-1656页

作者：周舟汤磊赵旭强陈旭文王贺飞高彦征南京农业大学土壤有机污染控制与修复研究所江苏南京210095

本文研究了水中典型无机阴离子SO_(4)^(2-)、NO_(3)^(-)、Cl-、HCO_(3)^(-)、CO_(3)^(2-)对层状Mo_(2)C活化过氧单硫酸盐(PMS)氧化降解氯霉素类抗生素的影响.结果表明,5种无机阴离子对3种氯霉素类抗生素(氯霉素、甲砜霉素、氟苯尼考)的... 详细信息

本文研究了水中典型无机阴离子SO_(4)^(2-)、NO_(3)^(-)、Cl-、HCO_(3)^(-)、CO_(3)^(2-)对层状Mo_(2)C活化过氧单硫酸盐(PMS)氧化降解氯霉素类抗生素的影响.结果表明,5种无机阴离子对3种氯霉素类抗生素(氯霉素、甲砜霉素、氟苯尼考)的降解反应均具有抑制作用.其中SO_(4)^(2-)和NO_(3)^(-)主要影响抗生素的反应速率,Cl-、HCO_(3)^(-)、CO_(3)^(2-)既影响其降解率又影响其反应速率.在Cl-、HCO_(3)^(-)和CO_(3)^(2-)浓度分别为20mmol/L时,氯霉素的降解率从100%分别降为59.27%、2.85%、无降解;甲砜霉素的降解率从100%分别降为64.64%、8.54%、无降解;氟苯尼考的降解率从100%分别降为33.23%、1.38%、无降解.其中,CO_(3)^(2-)对抗生素降解具有强抑制作用,在5mmol/L时就可完全抑制3种氯霉素类抗生素降解.5种阴离子对3种氯霉素类抗生素的降解影响具有同样的趋势,表现为CO_(3)^(2-)>HCO_(3)^(-)>Cl->NO_(3)^(-)≈SO_(4)^(2-).此外,3种抗生素的降解率与Cl^(-)浓度之间存在显著负相关关系,而甲砜霉素和氟苯尼考的降解率与HCO_(3)^(-)浓度之间也存在显著负相关关系.

关键词：无机阴离子层状Mo_(2)C 过氧单硫酸盐高级氧化技术氯霉素甲砜霉素氟苯尼考