东部平原采煤沉陷区降污固碳协同修复机制与关键技术

东部平原采煤沉陷区水体污染严重,极大地限制了湿地自净和碳汇功能的形成。为此,从东部平原采煤沉陷区积水污染成因着手,阐明降污固碳协同修复的现实需求,剖析新成湿地降污固碳的关键过程及碳汇形成机制,估算协同修复的潜力,提出协同修复的适应性管理方法和关键技术体系。结果表明:(1)复杂来水、多样化污染源和生态系统转换失稳是引发东部平原矿区采煤沉陷新成湿地水污染的主因,氮、磷、有机物降解和重金属移除过程中可以实现降污固碳协同修复,光合固碳、碳分配、碳沉积和碳损失等关键过程影响新成湿地的碳汇形成;(2)采煤沉陷新成湿地的碳库稳定性与植物根系分泌物、植物死亡残体、湿地水文过程、活性有机碳组分以及微生物群落结构显著相关;(3)东部平原采煤沉陷新成湿地现有碳汇潜力为4.43×10^(6) t/a,至2060年可达3.27×10^(7) t/a。新成湿地人工修复后可以分别提升氮、磷污染修复能力32.7倍和42.5倍;(4)构建资源与保护统筹立标、治污与固碳协同和效果与方案动态调整的适应性管理策略是落实东部平原采煤沉陷区固碳降污协同修复的重要保障;(5)未来应逐步形成环境材料强化微生物恢复技术、优势植被/功能菌筛选技术和固碳微生物定向增殖关键技术体系,为东部平原采煤沉陷区生态修复、耕地保护和高质量发展提供科学支撑。

石油污染胁迫下土壤潜在降污固碳微生物互作关系研究

为探究石油污染土壤潜在降污固碳微生物关键类群及其互作响应关系,采集华北某油田开发井场表层(0~20 cm)土壤,利用荧光定量PCR及高通量测序技术开展石油污染土壤潜在降污固碳微生物群落结构及代谢功能研究.结果表明:①石油污染胁迫下土壤微生物优势菌门为变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteriota)、绿弯菌门(Chloroflexi)、厚壁菌门(Firmicutes)、酸杆菌门(Acidobacteriota)和拟杆菌门(Bacteroidota).②相关性网络分析表明,类诺卡氏菌属(Nocardioides)、链霉菌属(Streptomyces)、假单胞菌属(Pseudomonas)及鞘脂单胞菌属(Sphingomonas)是石油污染土壤降污固碳关键属.同时,假单胞菌属与链霉菌属(r=−0.818,p=0.001)、类诺卡氏菌属(r=−0.811,p=0.001)以竞争关系共存;鞘脂单胞菌属与链霉菌属(r=0.895,p<0.001)、类诺卡氏菌属(r=0.916,p<0.001)以互利共生关系共存,链霉菌属与类诺卡氏菌属(r=0.895,p<0.001)以互利共生关系共存.③Spearman相关性分析表明,烷烃降解功能基因alkB丰度与固碳功能基因cbbL(r=0.846,p=0.001)、aclB(r=0.825,p=0.001)、fhs(r=0.853,p<0.001)丰度均呈极显著正相关;芳烃降解功能基因PAH-RHDαGP丰度与固碳功能基因cbbL丰度(r=0.825,p=0.001)呈极显著正相关,与fhs(r=0.706,p=0.010)、aclB(r=0.650,p=0.022)的丰度均呈显著正相关.④KEGG数据库功能注释结果表明,石油污染土壤中同时存在石油烃降解和固碳代谢通路,且固碳代谢通路相对丰度显著高于石油烃降解代谢通路.研究显示,石油污染土壤中存在潜在降污固碳微生物且多为互利共生关系,石油污染胁迫下土壤微生物群落降污固碳作用可能存在协同关系.

耕地系统增产—降污—固碳多效协同:机制、潜力及技术路径

研究目的:阐释耕地系统增产—降污—固碳多效协同的科学内涵与提升机制,系统评估增产—降污—固碳潜力,拓新多效协同的技术路径。研究方法:理论分析法,归纳演绎法。研究结果:(1)增产—降污—固碳多效协同是新时代耕地系统健康、永续利用的客观要求,增产为主导,降污—增汇共同发挥生态系统多功能协同潜力;(2)耕地系统增产—降污—固碳具有高度的协同性和一致性。土壤碳汇形成中物质与能源转化,既是降污自净过程,也是土壤肥力提升过程;(3)耕地系统增产—降污—固碳多效协同潜力巨大,分别可达1.40亿t/a、720.0万t/a和1.49亿t/a,但多效协同应因地制宜、突出重点,满足适应性管理和永续利用准则;(4)未来应充分利用生产障碍消减技术、农艺管理革新技术和环境材料交互微生物强化技术,稳妥推进多效协同。研究结论:耕地系统增产—降污—固碳多效协同,既夯实自主粮食增产,又促进生态健康与固碳,有力推动耕地保护转型和技术创新。