Pb、La单一及复合污染对黑土氮循环的影响

来源 :东北农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yeshen
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
铅(Pb)和镧(La)是重金属和稀土中较为常见的两种,被广泛使用在各个领域中,在土壤中经常能检测到它们的残留。人体可以通过多种渠道接触并富集Pb和La,它们能引发生理功能损伤、发育畸形等健康风险。Pb和La在土壤中不仅是单一存在,而常常以复合污染的形式出现。随着近年来工业化不断发展,稀土-重金属污染问题愈发严重,尤其是这些物质不易在环境中分解,会在土壤中不断积累,而稀土-重金属复合污染带来的影响还不明确,尤其是对土壤营养物质循环的影响。本文以Pb和La为污染物,通过测定土壤无机氮和酶活的变化来明确宏观上Pb、La对氮循环的影响,借助宏基因组测序技术,利用NR数据库和KEGG数据库对Pb及Pb-La复合污染情况下,对黑土微生物群落多样性及功能分布进行深入的分析研究,以探究微生物在不同的污染条件下的变化情况。本研究主要结果如下:(1)单一和复合的Pb、La污染对三种无机氮及脲酶、蛋白酶和羟胺还原酶的影响都体现为浓度剂量效应,即低浓度(50 mg·kg-1)Pb、La对其没有显著影响,但是中高浓度(200mg·kg-1和500 mg·kg-1)Pb、La有强烈的抑制作用。Pb-La低浓度复合污染与单一污染相比,对其的负面影响更小,但是高浓度复合污染的抑制作用更强烈。(2)土壤氮循环微生物物种数在高浓度Pb的胁迫下明显减少,La和Pb复合后,物种数有所升高。放线菌门和变形菌门是本试验的优势菌群,相对丰度分别为49.09%-57.77%和20.08%-29.64%。在500 mg·kg-1的Pb污染下诺卡氏菌属、鞘氨醇单胞菌属、固氮弧菌属和海藻球菌属的相对丰度上升,绿弯菌门、酸杆菌门、奇古菌门、硝化螺菌门的相对丰度下降。50 mg·kg-1的La和500 mg·kg-1的Pb复合污染会增加诺卡氏菌属和Rhodococcus_f__Nocardiaceae的相对丰度,200 mg·kg-1的La和500 mg·kg-1的Pb复合污染会提高诺卡氏菌属、unclassified_p__Chloroflexi和固氮弧菌属的相对丰度,降低酸杆菌门的相对丰度。高浓度的Pb对土壤氮循环微生物影响最大,而低浓度的La和高浓度的Pb复合污染后对微生物多样性的影响较小。(3)高浓度Pb及Pb-La复合污染会刺激土壤氮循环功能基因的表达,编码硝酸还原酶的功能基因nar B的表达丰度在Pb500处理组中下降,在Pb500La50和Pb500La200复合污染处理组中上升;功能基因nap A的表达丰度在Pb500和Pb500La50处理组中下降;功能基因nar G、nar Z、nar I和nar V的表达丰度在三种处理组中都上升,且Pb500处理组的上升幅度最大。编码亚硝酸还原酶的功能基因nir B的表达丰度在Pb500处理组中上升,在Pb500La50处理组下降,功能基因nir S的表达丰度在Pb500La200处理组增加。在Pb500和Pb500La200处理组中谷氨酸脱氢酶基因gdh A、谷氨酸合成酶基因glt B和glt D、固氮酶基因nif D表达量上升。三种处理组都降低了氨氧化过程pmo C-amo C功能基因的表达量。(4)整个氮转化过程在Pb及Pb-La复合污染的影响下发生改变,Pb500、Pb500La50和Pb500La200处理组促进了反硝化作用和硝酸盐异化还原成铵作用、抑制了硝化作用,Pb500和Pb500La200处理组促进了固氮作用,导致硝化途径向反硝化途径转移,硝酸盐同化还原成铵向硝酸盐异化还原成铵途径转移,且在三种处理组中,Pb的影响最大,低浓度La和Pb复合后能降低其对土壤氮循环的影响。综上所述,黑土受到Pb和La的污染后,土壤氮循环微生物的结构和功能发生变化。低浓度的La和高浓度的Pb复合污染后能够削弱高浓度的Pb对土壤微生物的胁迫作用,而中等浓度的La和高浓度的Pb复合污染后会加剧高浓度的Pb对土壤微生物的不利影响。本研究为稀土-重金属复合污染的环境风险提供了有效的科学依据。
其他文献
青藏高原平均海拔4000 m以上,植被稀疏,空气稀薄,天然草地的牧草生长缓慢产草量低,牧草供给不足,草畜供给不平衡的现状抑制了当地畜牧业的发展。因此,青藏高原发展优质高产的人工草地是缓解草畜矛盾,保持当地经济发展和生态建设可持续发展的有效途径。目前西藏地区的人工草地种植品种较为单一,多为禾本科牧草,蛋白质含量较高的豆科牧草种类很少。秣食豆(Glycine max)是豆科一年生草本植物,是大豆属的一
学位
硒(Se)是动物和人类必需的微量营养素,同时也是植物的有益元素。当生物体缺硒时会出现克山病等病症,由于人类只能通过食物链摄入硒,因此采用人工施硒获得富硒植物产品,是人畜安全摄硒的根本途径之一。油莎豆(Cyperus esculentus)是莎草科植物,其抗逆性强、适应性广,其地上茎叶是良好饲草,地下球茎可以榨油。本试验以油莎豆为材料分别在分蘖期(T1)、结粒期(T2)、块茎膨大期(T3)三个时期,
学位
微塑料体积小、污染范围广,对动植物的健康和环境的稳定有直接影响。同时,抗生素作为环境污染物,会对动植物产生负面影响,产生抗药性、抑制生长发育,甚至有毒害作用。微塑料在水环境中会为抗生素提供载体,抗生素在环境中会附着在微塑料的表面,与微塑料形成复合污染,在环境中迁移转化,最终进入生物体内,引发环境污染和生物毒性,造成严重危害。微塑料受到学者们受到广泛的关注,但对于其载体效应引发的复合污染的研究较少,
学位
随着工矿企业的发展和生产过程中“三废”排放及污水灌溉,全国耕地土壤重金属污染形势总体不容乐观,特别是土壤镉污染问题尤为突出。镉(Cd),一种生物毒性强、化学活性大、难降解的重金属,可通过食物链在人体内富集,长期积累可严重损害人类健康。水稻对土壤Cd有较强的富集能力和向稻米转运的能力。因此,Cd已成为威胁粮食安全生产的主要无机污染物。本文选取云南昆明和楚雄、江西新余、福建南平和三明,五个不同Cd污染
学位
土壤污染防治是全球范围内亟待解决的科学问题,其中重金属铅(Pb)和雌激素双酚A(BPA)是土壤污染中常见的两种污染物,其存在会对土壤和人类健康造成严重的威胁,因而探索修复Pb及BPA污染的方法迫在眉睫。在众多修复材料中,生物炭和海藻酸钠因其绿色环保的特性被广泛应用于Pb及BPA污染的修复过程。然而,未经改性的生物炭和海藻酸钠对于污染物的去除效果并不理想。β-环糊精由于其特殊的空腔结构被视为理想的改
学位
断奶犊牛的腹泻在奶牛养殖业中广泛存在,这不仅会影响犊牛的生长性能,而且会带来严重的经济损失。在我国全面禁抗的环境下,开发高效、安全、无污染、无药物残留的新型添加剂以促进犊牛健康养殖将是畜牧业研究的热点。酚类化合物具有抗氧化和抗菌特性,并能够改善健康,因此其具有应用于奶牛生产中替代抗生素的潜力。没食子酸(Gallic acid,GA)是一种天然存在于植物中的含酚有机酸,从植物提纯的没食子酸具有抗氧化
学位
阿特拉津是一种典型的三嗪类除草剂,长期使用已经导致其在环境中残留。尽管在一些国家和地区已经被禁用,然而在我国东北地区仍然应用广泛。作为一种典型的持久性有机污染物,阿特拉津以其中等水溶性、难降解、迁移性快等特点,对环境造成了严重的危害,威胁到人类的身体健康。近年来,基于纳米零价铁(nZVI)活化过硫酸盐的高级氧化技术的开发及其在有机污染修复领域的应用研究备受关注。然而纳米零价铁(nZVI)颗粒存在自
学位
镉是一种对环境和人体健康有着严重危害作用的重金属。吸附和钝化是用于处理镉污染水体和土壤的常用方法。为修复镉污染土壤及实现农业废弃物的资源化利用,本研究以平菇菌糠为原材料,经高温热解和化学改性,制备了菌糠(P)、硫改性菌糠(SP)、菌糠生物炭(PB)和硫改性菌糠生物炭(SPB)四种吸附材料。利用BET、SEM、FTIR、XPS等多种方式探究了四种材料的表面特征;结合分批吸附试验,揭示了其对镉的吸附潜
学位
为系统地从玉米叶面积指数和根系生长动态的变化来揭示覆膜的调控效应,本研究以“宁吉198”为供试材料,设置覆膜滴灌不同施氮水平(0、90、180、270、360 kg/hm2)和对照(CK,不施氮与不覆膜),测定玉米叶面积指数、根系各项指标及产量,构建不同施氮量对滴灌玉米LAI模型和根长密度模型,分析不同施氮量对覆膜滴灌玉米叶面积指数、根系生长发育及产量的影响,揭示覆膜滴灌玉米在玉米叶面积指数、根系
学位
近几年我国水环境保护意识不断加强,国家对污水中氮排放标准要求也不断提高,传统生物脱氮方法因其运行费用高、构筑物占地面积大等原因,而已无法满足国家环境保护总体发展需求。同步硝化反硝化(SND)过程因可在同一反应器内实现氮素的去除受到广泛关注,但其去除氮素效果有限阻碍了该技术的发展。本研究利用分区设计的序批式反应器(SBR)处理人工模拟生活污水,通过采取分段进水协同混合碳源(易降解与难降解碳源混合)策
学位