催化剂填料表面微生物对微污染物胁迫的响应

目前复合微污染水源条件下,饮用水中复合微污染物对微生物带来的胁迫效应会引发含氮类消毒副产物生成势(nitrogenous disinfection byproducts formation potential,N-DBPs FP)和抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)水质风险。本研究基于催化剂(HCLL-S8-M)作为新型生物滤料建立反应器处理砂滤后水,考察生物滤池出水N-DBPs FP和ARGs丰度,对滤料胞外聚合物(extracellular polymeric substance,EPS)进行分析,通过宏基因组学分析水体中微生物群落结构和胁迫效应基因表达水平。结果表明,在相同复合微污染物条件下(磺胺嘧啶和2,4-二氯苯氧乙酸各1μg·L^(-1)),HCLL-S8-M滤柱出水中卤代乙腈和卤代硝基甲烷的总生成势为522.30 ng·L^(-1),比椰壳活性炭滤柱出水低171.70 ng·L^(-1),ARGs相对丰度也比椰壳活性炭滤柱出水低约4倍。这得益于HCLL-S8-M滤柱可以高效去除包括微污染物在内的溶解性有机碳、SUVA和高分子质量的有机物。HCLL-S8-M滤柱和出水中微生物分泌更少的EPS,从而减少的N-DBPs前驱体和削弱ARGs的水平转移。宏基因组学分析结果表明,微生物在HCLL-S8-M滤柱出水中的氧化应激反应功能基因表达比椰壳活性炭滤柱下降。HCLL-S8-M滤柱减弱微污染物对微生物的胁迫效应,降低N-DBPs FP和ARGs,有助于控制微生物应激反应造成间接饮用水水质风险。

综合肥料管理对水稻根际微生物群落功能的影响

为考察综合肥料管理(integrated fertilization management,IFM)策略和农民常规处理(farmer’s practice,FP)对微生物群落和土壤功能的影响差异,本研究利用2013-2014年设立的双季稻田间试验包括综合肥料管理(IFM)和农民实践(FP)2种处理,通过在晚稻生长季节的3个时间点采集根际和非根际土壤,调查土壤化学性质和酶活性,使用磷脂脂肪酸(phospholipid fatty acids,PLFA)鉴定微生物生物量和群落组成。结果显示:与FP处理相比,IFM处理降低了根际土壤的革兰氏阳性(Gram-positive bacteria,GP)和阴性细菌(Gram-negative bacteria,GN)的比值(GP/GN)和微生物胁迫指数。IFM处理促进了幼穗分化期和齐穗期根际土壤中蔗糖酶、酸性磷酸酶、芳基硫酸酯酶活性,抑制了成熟期脲酶活性。冗余分析表明,有效氮和总氮可分别解释微生物群落和酶活性变异的15.9%和12.5%,这表明氮的有效性和氮水平分别是影响稻田环境微生物群落和酶功能的关键因素。此外,革兰氏阴性细菌、真菌和丛枝菌根真菌对土壤酶活性改变的解释率分别达到5.39%、3.88%和3.09%。微生物胁迫指数与磷酸酶和蔗糖酶活性呈负相关,这表明细菌和真菌都参与土壤酶功能调节。研究表明,IFM主要通过调控稻田氮投入节奏改变微生物群落组成从而提升成熟期前的土壤酶活性,促进水稻生长过程中的养分循环。

人工模拟降水条件下旱作农田土壤“Birch效应”及其响应机制

降水事件引起干土复湿刺激土壤CO_2,脉冲释放的现象被称为"Birch效应",其作用机制可能是降水刺激土壤"底物供给"增加或引起土壤"微生物胁迫"所致。为深入了解土壤"Birch效应"对降水格局改变的响应过程及内在机制,在冬小麦拔节期和夏闲期分别进行了不同降水量(1-32 mm)人工模拟降水实验,系统观测了降水后0-72 h土壤呼吸及土壤碳组分变化特征,结果表明:土壤呼吸随降水量的增大而增强,1-16 mm降水土壤呼吸峰值出现在降水后4h,而32 mm降水土壤呼吸峰值出现时间滞后了4 h。与较小降水量相比,较大的降水量能增加土壤呼吸但会推迟土壤呼吸峰值出现时间。土壤呼吸速率峰值(SRP)与降水量(P)呈幂相关(拔节期:SR-P=0.97P^(0.09),R^2=0.5,P<0.05;夏闲期:SR-P=1.07P^(0.09),R^2=0.98,P<0.01)。降水后72h累积CO_2释放量(CO_2-P)与降水量呈线性相关(拔节期:CO_2-P=0.03P+5.99,R^2=0.58,P<0.05;夏闲期:CO_2-P=0.11P+6.04,R^2=0.86,P<0.01)。土壤呼吸温度敏感性系数和降水量之间存在二次曲线关系(拔节期:Q_(10)=-0.007P^2+0.2P+0.7,R^2=0.32,R^2<0.05;夏闲期:Q_(10)=-0.01P^2+0.3P+0.2,R^2=0.86,P<0.01)。逐步回归分析表明,冬小麦拔节期所有降水量处理土壤呼吸与土壤微生物量碳相关性均达到显著水平(P<0.05),指示土壤"Birch效应"是由"微生物胁迫"所致。而在夏闲期,当降水量小于8 mm时土壤呼吸与微生物量碳相关性显著,即以微生物胁迫机制占主导;8 mm降水处理下土壤呼吸与氯仿熏蒸-K_2SO_4提取态有机碳相关性达到极显著水平,指示则为两种机制共同起作用,而当降水量大于16 mm时,土壤呼吸主要与可提取态有机碳显著相关,"Birch"效应转为以底物供给机制占主导。与夏闲期相比,冬小麦拔节期作物生长会削弱"Birch效应",并改变其响应机制。