黑麦草对复合污染农田重金属的吸收及根际土壤细菌群落变化

发布时间：2020-03-21 04:26

【摘要】：矿区周边农田土壤受重金属复合污染严重,在复合污染重金属胁迫下,土壤微生物群落结构会作出复杂的响应。植物根际微生物会促进植物对重金属的吸收,是重金属从土壤向植物转移的关键影响因素。深入研究重金属复合污染农田土壤中植物对多种金属的吸收作用,尤其是修复过程中根际微生物群落结构变化,对于揭示土壤微生物对污染程度的指示作用,推动植物修复技术在重金属复合污染农田土壤修复的实际应用具有重要的理论与现实意义。本研究选用铜陵狮子山矿区周边重金属复合污染农田土壤,评价重金属复合污染程度,分析该地区农田土壤细菌群落结构及其优势菌种。在不添加任何外源重金属的条件下,采用盆栽实验,选用黑麦草为修复植物,选取安徽农业大学农萃园清洁土壤作为对照,研究黑麦草对矿区复合污染农田土壤中不同重金属的修复效果,并采用16s rDNA Illumina高通量测序技术分析种植黑麦草前后根际土壤的细菌群落结构及其优势菌种,判断土壤清洁程度,探索植物根际细菌群落对植物富集土壤重金属的潜在作用,为筛选具有重金属指示性的细菌提供依据。由于矿区附近土壤长期受重金属污染,土壤微生物可能对一种或多种重金属产生了抗性,与对照组清洁土壤相比,对筛选出具有重金属抗性的细菌具有重要意义。主要研究结论如下:1.采用单因子指数法和尼梅罗综合污染指数法对供试土壤重金属污染进行评价,其中铜陵矿区附近农田土壤中Cu、Zn、As、Cd均超过《土壤环境质量标准》二级标准,其属于复合重金属严重污染;对照组安农大农萃园土壤中所测重金属元素均未超标,属于清洁土壤。2.黑麦草对Cu、Zn、As、Cd 4种重金属均有一定的吸收,地上部分重金属最大含量分别为:Cu 589.62mg/kg,Zn 412.25mg/kg,As 34.18mg/kg,Cd 4.25mg/kg。黑麦草可作为重金属复合污染土壤有效修复的植物。3.供试重金属复合污染农田土壤中细菌类群丰富,其优势细菌门为:Proteobacteria、Actinobacteria、Acidobacteria、Chloroflexi,优势菌属为:Gemmatimonas、Arthrobacter、Nocardioides、Sphingomonas。对照组清洁土壤其优势菌门为Proteobacteria、Actinobacteria、Acidobacteria、Gemmatimonadetes、Saccharibacteria;优势细菌属为Gemmatimonas、Arthrobacter、Nocardioides、Sphingomonas、OM43-clade、Pseudomonas。在黑麦草的活化作用下,两种土壤中优势菌门数和优势菌属数均有增加,但对照清洁组土壤在种植黑麦草后土壤OTUs增加的幅度大于复合污染土壤。在种植黑麦草60d后,土壤重金属含量和黑麦草地上部分重金属含量以及根际土壤微生物结构较30d无明显变化。4.重金属与不同细菌之间的相关性不同,但同一种金属全量和有效态与细菌之间的相关性是一致的。在细菌门水平,Gemmatimonadetes与土壤Cu、Zn、As、Cd全量及有效态均有极显著负相关性,Chloroflexi与土壤Cu、Zn、As、Cd全量及有效态均有极显著正相关性;在细菌属水平,Arthrobacter与土壤Cu、Zn、As、Cd全量及有效态均有极显著正相关性。
【图文】：

黑麦草,根际土壤,总量,土壤

黑麦草根际土壤重金属总量变化特征T 和 SN 两种土壤在黑麦草种植前后及对照不种植黑麦草的土壤中 C下图 3.1 所示。结果显示，，两种土壤在黑麦草种植 30d 后，均有一其中 ST 土壤中 Cu 的浓度在黑麦草种植 30d 后由原土的 556.76m0mg/kg，降低了 16.1%，变化较明显，可能与 ST 原土土壤中 Cu 浓度在种植 30d 后仅由原土的 40.69mg/kg 降至 37.27mg/kg，降低了 8.4小，可能是由于 SN 原土较清洁。在黑麦草种植 60d 后，两种土壤 30d 减少不明显，其中 ST 较种植 30d 减少了 3.2%，SN 减少了 3.8黑麦草根际土壤重金属含量变化特征

总量,根际土壤,黑麦草

图 3.2 黑麦草根际土壤中金属锌的总量变化Fig 3.2 Change of total Zn content in rhizosphere soil of Ryegrass图 3.3 为盆栽根际土壤中 As 的总量变化特征。由图可以看出：在后，ST 土壤中 As 的总量由原土的 180.68mg/kg 降至 134.27mg/kg；的总量由原土的 21.02mg/kg 减少至 19.04mg/kg。黑麦草种植 60d 后，的总量较种植 30d 时减少了 5.2%；SN 土壤中 As 的总量降至 18.57m
【学位授予单位】：安徽农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X53;X17

【参考文献】