土壤反硝化对磺胺嘧啶及抗性基因消减的影响

农田土壤中抗生素及抗性基因的复合污染已给生态环境安全和人体健康带来了全新隐患。针对厌氧条件下,反硝化作用过程对土壤抗生素乃至抗性基因消减影响的研究一直相对较少。因而,本研究采集牛粪堆积池塘周边底层农田土壤作为目标污染土壤,重点研究反硝化作用过程对土壤磺胺嘧啶及抗性基因消减动态的影响。结果表明:相较于原始污染土壤处理(T1),添加了NO_3~–-N的处理(T2)可以显著强化土壤和水相中反硝化速率,提升N_2O的产气速率,促进土壤中磺胺嘧啶浓度和抗性基因丰度的快速降低;同时发现土壤反硝化基因(nir K、nir S和nos Z)与磺胺类抗性基因(sul Ⅰ和sul Ⅱ)呈显著负相关(P<0.05),说明当NO_3~–-N底物越充足,土壤反硝化细菌活性往往被激活,其反硝化功能基因表达就越活跃,土壤反硝化作用过程就越强烈,从而反馈作用促进磺胺嘧啶抗生素的厌氧消减,进而有助于sul系列抗性基因丰度的显著衰减;同时通过高通量测序技术及对反硝化细菌的分离筛选后,发现变形菌门(Proteobacteria)赖氨酸芽胞杆菌属(Lysinibacillus)的细菌是土壤厌氧反应前后的主导优势菌群,对于强化反硝化过程和促进磺胺嘧啶及sul抗性基因的消减发挥了潜在的积极作用。本研究结果可为探明土壤中抗生素的厌氧消减过程和缓解抗性基因的扩散传播提供新颖的认知基础。

四环素对芘污染农田土壤微生物修复的影响及响应过程

针对城郊农田土壤中多环芳烃和抗生素复合污染的新特征,通过室内模拟土培实验,研究四环素(Tetracycline,TC)胁迫下,降解菌Sphingobium sp.PHE3对长三角典型农田土壤中芘的降解效果和影响机制。研究表明,接种降解菌处理(B)能明显促进土壤中芘的降解,TC的引入可显著抑制土壤中芘的深度降解过程(P<0.05)。经过90天培养后,B处理与接菌+添加TC处理(BTC)的降解率分别为40.1%、25.7%,较对照分别提高了23.0倍、14.1倍。通过土壤微生物群落结构多样性分析发现,降解菌数量在经历90天的土壤环境适应期后逐渐快速增加,其数量变化与污染物芘在土壤中含量消减趋势呈负相关;引入芘和四环素对土壤细菌群落结构多样性和功能稳定性具有显著影响(P<0.05),然而对土壤真菌群落影响不显著(P>0.05)。此外,B和BTC处理条件下,土壤过氧化氢酶活性、荧光素二乙酸酯酶活性和土壤微生物生物量碳氮值显著高于单独添加芘处理(P)和单独添加TC处理(TC),但P处理与TC处理之间无显著差异(P>0.05),说明外源污染物(芘或四环素)对于土壤酶活性和微生物生物量碳氮具有显著抑制作用(P<0.05),致使降解菌功能作用受到抑制。综上研究结果表明TC可明显抑制土壤中典型四环多环芳烃的微生物降解过程,针对多环芳烃与抗生素复合有机污染农田土壤的微生物强化修复技术有待深入研究。

石灰石耦合AMD内源铁氧化物去除重金属的机制

该文通过添加石灰石中和分别来源铜矿和煤矿的3种酸性矿山废水(AMD),研究石灰石耦合AMD-Ⅰ(铜矿)、AMD-Ⅱ(煤矿)和AMD-Ⅲ(煤矿)中内源Fe对Cu、As、Zn的去除效果。选取富含Fe^(2+)和Fe^(2+)的同一地区废水(AMD-Ⅱ和AMD-Ⅲ),设计温度、时间和温度+时间因素,阐明时间条件对不同Fe^(2+)/Fe^(2+)AMD沉积物中铁氧化物形貌与晶型的变化,同时用高温加速反应进程,推演石灰石耦合内源铁氧化物对Cu、As、Zn去除的稳定化机制。结果表明,室温条件下,石灰石处理后3种AMD中Cu和As随着Fe的沉降同步去除,在2 h时去除率已经达到94.53%~99.99%,而Zn的去除均相对滞后,2 h的去除率仅为5.06%、54.09%和26.71%,说明Zn的去除方式受来源、水质特性影响较大。随着时间的增加(90 d),AMD-Ⅲ(Fe^(2+)含量85.24%)产生的沉积物中铁氧化物由最初的水铁矿向纤铁矿转变,AMD-Ⅰ中铁氧化物向纤铁矿和针铁矿转变,而AMD-Ⅱ(Fe^(2+)含量47.75%)中在整个培养期内仍为最初的水铁矿。因此,AMD的初始pH、内源Fe^(2+)/Fe^(2+)的比例是决定石灰石处理后沉积物中铁氧化物的组成与形貌的主要因素。随着温度、时间或温度+时间的增加,在AMD-Ⅲ(Fe^(2+)含量85.24%)的最终沉积物中铁氧化物主要表现为针铁矿和磁铁矿,AMD-Ⅱ(Fe^(2+)含量21.62%)主要为赤铁矿。而且,整体变化过程中供试的AMD-Ⅱ和AMD-Ⅲ中Cu、As、Zn均没有重新释放至液相,且其变化规律与室温一致。研究结果对正确处理和处置石灰石中和AMD后产生的沉积物有一定的指导意义。