典型有机氯农药污染土壤修复后的生物学响应效应

来源 :河北农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yinxiaoyi5858
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有机氯农药(OCPs)具有高毒性、持久性、强脂溶性特征,对人和动物有三致效应。六六六作为持久性有机污染物,与滴滴涕(DDTs)等其他持久性有机氯农药相比,具有更高的挥发性、水溶性和较长距离的大气输送能力,因此更容易进入各种环境之间。我国自1983年起禁止使用六六六,虽然已禁用40年,但由于其难降解至今在土壤中仍有残留,尤其是污染场地周边的农田土壤由于距离场地较近,所以农田土壤中的残留环境风险同样不容忽视,因此对污染土壤修复势在必行。而修复后土壤的生态特性与正常土壤存在显著差异,其中土壤微生物对土壤理化性质变化可快速作出,响应,土壤酶是生物体分泌的活性物质,也可用以指示土壤健康状况,基于此,本研究选择土壤微生物和酶活性来表征污染土壤修复前后的生物响应,探究经修复后土壤放置不同时间土壤生物学指标的响应,并在修复后土壤种植植物后,基于土壤微生物和酶活性对土壤生态风险的进行了初步评估。主要的研究结果如下:1.明确了六六六污染土壤对土壤微生物和酶活性的生物响应。选取六六六污染土壤为主要研究对象,随着污染浓度的增加,浓度最高的(345.60 mg/kg)表层土壤中,土壤变形菌门和假单胞菌属富集明显,相比对照增幅分别为168.10%和1033.06%(P<0.05),土壤Methylomirabilota、硝化螺旋菌门和浮霉菌门平均相对丰度显著降低,它们的相对丰度在污染最终的土壤中为0,对六六六污染敏感,可以作为六六六污染敏感指示物种。土壤酶活性在不同六六六污染浓度均为抑制作用,蔗糖酶、过氧化氢酶、酸性和碱性磷酸酶、脱氢酶和β-葡萄糖苷酶的活性显著受到抑制,抑制率在54.37%~96.96%,其中蔗糖酶、碱性磷酸酶、β-葡萄糖苷酶、脱氢酶和酸性磷酸酶随着污染浓度增加抑制率增大,分别是95.67%、84.18%、96.96%、93.56%和 60.01%。2.阐明了六六六污染土壤修复后土壤微生物和酶活性的生物响应。以六六六污染土壤热脱附后1、5、10个月的土壤为研究对象,基于土壤微生物区系和酶活性评价热脱附后土壤的微生态变化趋势。结果表明,热脱附后,土壤中细菌、真菌和放线菌的数量逐渐恢复,细菌数量从AR1的1×106 CFU/g变为AR10的117×106CFU/g,是AR1的117倍(P<0.05);真菌数量从AR1未培养出来变为AR10的44×103CFU/g;放线菌数量从AR1未培养出来变为AR10的110×105 CFU/g;修复后土壤酶活性均低于对照,土壤脲酶、β-葡萄糖苷酶、酸性和碱性磷酸酶、蔗糖酶、过氧化氢酶和脱氢酶的活性抑制率在54.37%~100.00%(P<0.05)。土壤酸性磷酸酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性逐渐恢复,AR10分别是AR1的1.99倍、5.43倍和1.41倍(P<0.05),脱氢酶从AR1活性为0上升到AR10的0.031 μg/g/24h。以上结果表明热脱附后经过1~10个月的放置后土壤中微生物数量、酶活性均逐渐恢复,土壤微生态环境得到改善。3.明确了修复后土壤种植植物后土壤微生物和酶活性的生物响应。采用修复后土壤以及无污染土壤进行土培试验,结果表明,修复后土壤显著抑制了小麦和高羊茅生长,修复土中小麦和高羊茅的平均茎粗分别较正常土壤低44.21%和69.69%(P<0.05),小麦地上部鲜重和干重分别较正常土壤低55.34%和43.40%(P<0.05),高羊茅地上部鲜重和干重分别较正常土壤低75.50%和77.78%(P<0.05);修复土种植作物后变形菌门、放线菌门和厚壁菌门是优势菌门,且修复土壤和正常土壤中细菌群落结构具有显著差异(P<0.05)。种植小麦和高羊茅后正常土中放线菌数量分别是修复土中的1465倍和1600倍(P<0.05),正常土中脱氢酶活性分别是修复土中的13倍和47倍(P<0.05)。以上结果表明修复土并不利于作物生长。综上所述,六六六污染土壤显著降低土壤细菌多样性和酶活性,土壤Methylomirabilota、硝化螺旋菌门、浮霉菌门、β-葡萄糖苷酶、酸性和碱性磷酸酶、蔗糖酶、过氧化氢酶和脱氢酶活性是敏感的生物指标,在污染土中的相对丰度和酶活性降低。经修复后的土壤微生态环境会逐渐恢复,在10个月后,土壤微生物数量高于对照,土壤蔗糖酶、过氧化氢酶、酸性磷酸酶和脱氢酶的活性有恢复趋势,其中土壤脲酶、β-葡萄糖苷酶和碱性磷酸酶活性没有恢复趋势,表明这三种土壤酶对热脱附后的土壤敏感。修复后基本理化性质的破坏导致土壤酶活性低和土壤养分循环过慢,表明短时间内修复土不利于植株生长。
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