土壤微生态对镉和二氯喹啉酸污染及Enterobacter ludwigii EM1修复的响应

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随着农业现代化进程的加速发展,农田土壤污染日益加剧,其中重金属和有机农药是两类主要的污染物。镉是土壤中残留较普遍、较严重的重金属之一,且毒性强、迁移风险大、可通过食物链累积。尤其在我国南方水稻受镉污染严重,大米中的镉污染具有高隐蔽性。二氯喹啉酸是防除稻田稗草的特效选择性除草剂,在土壤中残留量较大,使后茬作物产生药害,且往往与土壤中的重金属镉形成复合污染的状况。微生物修复技术是解决土壤污染有效手段之一。本研究从土壤可培养微生物、土壤酶活性及细菌群落多样性三个方面研究镉和二氯喹啉酸单一、复合污染及降解菌EM1修复对土壤微生态的影响,探究单一及复合污染的生态毒性机制,为确立相关污染土壤的早期预警指标提供理论支持。主要结果如下:(1)镉单一和复合污染土壤的细菌、真菌数量与对照相比均呈现增加,放线菌的数量有所减少。添加EM1后,污染处理土壤的细菌数量均高于对照。二氯喹啉酸单一污染土壤中添加镉后,细菌、放线菌的数量减少。镉单一污染土壤中加入二氯喹啉酸,细菌数量减少,真菌、放线菌数量增加。(2)镉单一污染及二氯喹啉酸单一污染土壤中的酶活性与对照相比分别表现为降低和升高的规律。添加EM1后,镉单一污染土壤的脲酶、磷酸酶活性升高,二氯喹啉酸单一污染土壤的脲酶活性降低。镉的添加使二氯喹啉酸单一污染土壤的酶活性降低,二氯喹啉酸则使镉单一污染土壤脲酶活性降低,蔗糖酶活性升高。(3)复合污染与单一污染相比,土壤中二氯喹啉酸残留浓度在第5 d快速下降至0.10 mg·L-1,35 d内镉残留浓度均高于单一污染。添加EM1后,复合污染情况下,二氯喹啉酸的降解速度显著高于单一污染的情况。在15-35 d,复合污染土壤中镉的残留显著低于单一镉污染的情况。(4)土壤细菌群落的多样性分析表明,各处理在Alpha多样性、Beta多样性、物种组成和群落结构相似度上均有明显差异。与对照相比,各处理的chaol指数和shannon指数均有不同程度的增加。二氯喹啉酸单一污染土壤在添加EM1前后的群落多样性指数的差异尤为显著。各处理相对丰富度最高的优势菌门为变形菌门。与对照相比,镉和二氯喹啉酸单一污染土壤中都出现了新的优势菌门(疣微菌门和浮霉菌门),单一及复合污染土壤的优势菌门螺旋体菌门消失。经EM1修复后,镉和二氯喹啉酸单一污染土壤中的优势菌门疣微菌门、硝化螺旋菌门和浮霉菌门消失。在添加EM1的所有处理中均出现新的优势菌门螺旋体菌门。主成分分析结果表明,EM1修复后,细菌群落结构出现显著变化。EM1修复的复合污染处理与对照的离散距离最近,表明EM1能有效修复镉和二氯喹啉酸复合污染的土壤。细菌群落间的相互作用在单一污染中更为密切,添加EM1后,细菌之间的正相关增多,负相关减少。
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