油污胁迫下土壤微生物群落结构对外源施用玉米秸秆生物质炭的响应
发布时间：2021-02-17 04:17
[目的]分析外源施用玉米秸秆生物质炭对石油污染土壤酶活性和微生物群落结构的影响方式,旨在为黄土高原陇东地区油污土壤生态修复提供新的土壤调理剂。[方法]对轻度（5%）和重度（20%）油污土壤分别实施了玉米秸秆生物炭（B）、金盏菊（J）和金盏菊+玉米秸秆生物炭（JB）3种处理方式,采用常规方法测定了不同处理组间土壤总石油烃（TPH）去除率、酶活性和土壤微生物群落结构。[结果]①轻度污染时土壤总石油烃（TPH）去除率为JB5（61.95±1.39%）最高,重度污染时为JB20（56.44±1.89%）最高（p<0.05）;②外源施用玉米秸秆生物质炭能有效增加轻重两种油污浓度的土壤脱氢酶和多酚氧化酶活性;③油污浓度由5%增至20%,两种生物质炭参与的处理组(JB20和B20)土壤微生物群落结构组成差异相对较小（p<0.05）;④非度量多维尺度（NMDS）分析结果显示,土壤脱氢酶、多酚氧化酶、Chao1指数和Shannon指数是驱动J5,B5,B
【文章来源】：水土保持通报. 2020,40(03)北大核心
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
轻重两种油污浓度胁迫下不同处理组 土壤总石油烃(TPH)去除率变化情况
土壤多酚氧化酶活性方面,与CK5相比,JB5处理组土壤多酚氧化酶活性增加了5.97倍,而B5和J5处理组分别增加了2.45倍和2.66倍,说明金盏菊+玉米秸秆生物质炭处理方式在轻度污染组对土壤多酚氧化酶活性的促进作用相对较大。而重度污染时该酶活性高低依次为:JB20>B20>J20>CK20(p<0.05),表明重度污染对金盏菊单独处理组(J20)土壤多酚氧化酶活性有明显抑制作用,这可能与重度污染对金盏菊生长产生了抑制作用有关。此外,重度污染时B20处理组土壤多酚氧化酶活性与轻度污染时B5和J5处理组无显著差异则体现出生物质炭在改善土壤酶活性方面优势明显。综上所述,金盏菊+玉米秸秆生物质炭(JB)处理组土壤脱氢酶和多酚氧化酶活性在两种油污浓度胁迫下均远高于其他处理组(见图2),因此陇东黄土高原地区实施油污土壤植物修复时可通过外源施用玉米秸秆生物质炭的来提高土壤脱氢酶和多酚氧化酶活性,进而加速土壤TPH的生物降解效率。2.3 轻重两种油污浓度胁迫下金盏菊根际土壤微生物群落多样性对施用玉米秸秆生物质炭的响应
此外,F检验结果显示,上述14个优势菌门相对丰度在不同处理间均存在极显著差异(F变形菌门=35.184,F拟杆菌门=621.831,F酸杆菌门=453.569,F放线菌门=856.196,F绿弯菌门=922.821,F迷踪菌门=17 040.240,F芽单胞菌门=6 083.961,F疣微菌门=6 384.355,F浮霉菌门=9 767.236,FSaccharibacteria门=4 251.712,F硝化螺旋菌门=31 698.331,F厚壁菌门=7 593.169,F蓝细菌门=16 264.231,FArmatimonadetes门=187 653.106,p<0.01)。当油污浓度由轻度(5%)增至重度(20%)时,生物质炭处理方式(B)的变形菌门和厚壁菌门相对丰度分别降低了1.94%和4.51%(p<0.05),但酸杆菌门和放线菌门相对丰度却显著增加了2.83%和2.56%(p<0.05);金盏菊处理组(J)的变形菌门、迷踪菌门、芽单胞菌门、硝化螺旋菌门和Armatimonadetes门分别降低了3.48%,3.17%,3.61%,1.45%和1.16%(p<0.05),而拟杆菌门和酸杆菌门相对丰度却显著增加了2.10%和4.33%(p<0.05);金盏菊+生物质炭处理组(JB)中仅变形菌门相对丰度下降了2.70%(p<0.05),而拟杆菌门则显著增加了1.08%(p<0.05)。上述结果中,除J20处理组与J5相比有5个优势菌门相对丰度显著降低外,生物质炭处理组的变形菌门和厚壁菌门以及金盏菊+生物质炭处理组的变形菌门相对丰度显著降低,而酸杆菌门、放线菌门和拟杆菌门的相对丰度也随之增加,且上述优势菌门中存在大量的原油降解功能菌[11],结合土壤TPH去除率变化情况来看(见图1),油污浓度的增加土壤微生物在门分类水平的相对丰度并不能简单的理解为抑制作用,即随着油污浓度增加土壤微生物群落结构会做出响应,各处理方式通过群落结构组成和数量变化来适应和消除土壤TPH的生态毒性,由此推测外源施用玉米秸秆生物质炭削弱了重度污染土壤石油污染物的生态毒性,进而驱动了土壤微生物群落结构发生改变,促进土壤石油污染物的生物降解。在属分类水平上,对所有供试土壤样品相对丰度>1%的优势菌属分析结果如图4所示,其中主要包括鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas),Saccharibacteria属,赤杆菌属(Erythrobacter),厌氧绳菌属(Anaerolineaceae),黄色单胞菌属(Xanthomonadales)和志津氏菌属(Simiduia)等28种优势菌群。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Combination of rhamnolipid and biochar in assisting phytoremediation of petroleum hydrocarbon contaminated soil using Spartina anglica[J]. Meinan Zhen,Hongkun Chen,Qinglong Liu,Benru Song,Yizhi Wang,Jingchun Tang. Journal of Environmental Sciences. 2019(11)
[2]石油烃类污染对青藏高原北麓河地区冻区土壤微生物多样性的影响[J]. 王宝山,温成成,孙秦川,赵峰德. 环境工程学报. 2018(10)
[3]石油烃污染对陇东黄土高原土壤生物学及非生物学特性的影响[J]. 王金成,井明博,段春燕,王国锋,石国玺,周天林. 水土保持通报. 2017(01)
[4]陇东黄土高原石油污染土壤环境因子对金盏菊（Calendula officinalis）-微生物联合修复的响应[J]. 王金成,井明博,段春燕,张希彪,刘建新,肖朝霞,周天林. 环境科学学报. 2015(09)
[5]小麦秸秆生物炭对石油烃污染土壤的修复作用[J]. 朱文英,唐景春. 农业资源与环境学报. 2014(03)
[6]泥炭保护紫花苜蓿根系对柴油污染土壤修复的研究[J]. 王忠强,刘婷婷,孟宪民,王升忠,吴良欢. 环境科学学报. 2007(03)
本文编号：3037419
【文章来源】：水土保持通报. 2020,40(03)北大核心
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
轻重两种油污浓度胁迫下不同处理组 土壤总石油烃(TPH)去除率变化情况
土壤多酚氧化酶活性方面,与CK5相比,JB5处理组土壤多酚氧化酶活性增加了5.97倍,而B5和J5处理组分别增加了2.45倍和2.66倍,说明金盏菊+玉米秸秆生物质炭处理方式在轻度污染组对土壤多酚氧化酶活性的促进作用相对较大。而重度污染时该酶活性高低依次为:JB20>B20>J20>CK20(p<0.05),表明重度污染对金盏菊单独处理组(J20)土壤多酚氧化酶活性有明显抑制作用,这可能与重度污染对金盏菊生长产生了抑制作用有关。此外,重度污染时B20处理组土壤多酚氧化酶活性与轻度污染时B5和J5处理组无显著差异则体现出生物质炭在改善土壤酶活性方面优势明显。综上所述,金盏菊+玉米秸秆生物质炭(JB)处理组土壤脱氢酶和多酚氧化酶活性在两种油污浓度胁迫下均远高于其他处理组(见图2),因此陇东黄土高原地区实施油污土壤植物修复时可通过外源施用玉米秸秆生物质炭的来提高土壤脱氢酶和多酚氧化酶活性,进而加速土壤TPH的生物降解效率。2.3 轻重两种油污浓度胁迫下金盏菊根际土壤微生物群落多样性对施用玉米秸秆生物质炭的响应
此外,F检验结果显示,上述14个优势菌门相对丰度在不同处理间均存在极显著差异(F变形菌门=35.184,F拟杆菌门=621.831,F酸杆菌门=453.569,F放线菌门=856.196,F绿弯菌门=922.821,F迷踪菌门=17 040.240,F芽单胞菌门=6 083.961,F疣微菌门=6 384.355,F浮霉菌门=9 767.236,FSaccharibacteria门=4 251.712,F硝化螺旋菌门=31 698.331,F厚壁菌门=7 593.169,F蓝细菌门=16 264.231,FArmatimonadetes门=187 653.106,p<0.01)。当油污浓度由轻度(5%)增至重度(20%)时,生物质炭处理方式(B)的变形菌门和厚壁菌门相对丰度分别降低了1.94%和4.51%(p<0.05),但酸杆菌门和放线菌门相对丰度却显著增加了2.83%和2.56%(p<0.05);金盏菊处理组(J)的变形菌门、迷踪菌门、芽单胞菌门、硝化螺旋菌门和Armatimonadetes门分别降低了3.48%,3.17%,3.61%,1.45%和1.16%(p<0.05),而拟杆菌门和酸杆菌门相对丰度却显著增加了2.10%和4.33%(p<0.05);金盏菊+生物质炭处理组(JB)中仅变形菌门相对丰度下降了2.70%(p<0.05),而拟杆菌门则显著增加了1.08%(p<0.05)。上述结果中,除J20处理组与J5相比有5个优势菌门相对丰度显著降低外,生物质炭处理组的变形菌门和厚壁菌门以及金盏菊+生物质炭处理组的变形菌门相对丰度显著降低,而酸杆菌门、放线菌门和拟杆菌门的相对丰度也随之增加,且上述优势菌门中存在大量的原油降解功能菌[11],结合土壤TPH去除率变化情况来看(见图1),油污浓度的增加土壤微生物在门分类水平的相对丰度并不能简单的理解为抑制作用,即随着油污浓度增加土壤微生物群落结构会做出响应,各处理方式通过群落结构组成和数量变化来适应和消除土壤TPH的生态毒性,由此推测外源施用玉米秸秆生物质炭削弱了重度污染土壤石油污染物的生态毒性,进而驱动了土壤微生物群落结构发生改变,促进土壤石油污染物的生物降解。在属分类水平上,对所有供试土壤样品相对丰度>1%的优势菌属分析结果如图4所示,其中主要包括鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas),Saccharibacteria属,赤杆菌属(Erythrobacter),厌氧绳菌属(Anaerolineaceae),黄色单胞菌属(Xanthomonadales)和志津氏菌属(Simiduia)等28种优势菌群。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Combination of rhamnolipid and biochar in assisting phytoremediation of petroleum hydrocarbon contaminated soil using Spartina anglica[J]. Meinan Zhen,Hongkun Chen,Qinglong Liu,Benru Song,Yizhi Wang,Jingchun Tang. Journal of Environmental Sciences. 2019(11)
[2]石油烃类污染对青藏高原北麓河地区冻区土壤微生物多样性的影响[J]. 王宝山,温成成,孙秦川,赵峰德. 环境工程学报. 2018(10)
[3]石油烃污染对陇东黄土高原土壤生物学及非生物学特性的影响[J]. 王金成,井明博,段春燕,王国锋,石国玺,周天林. 水土保持通报. 2017(01)
[4]陇东黄土高原石油污染土壤环境因子对金盏菊（Calendula officinalis）-微生物联合修复的响应[J]. 王金成,井明博,段春燕,张希彪,刘建新,肖朝霞,周天林. 环境科学学报. 2015(09)
[5]小麦秸秆生物炭对石油烃污染土壤的修复作用[J]. 朱文英,唐景春. 农业资源与环境学报. 2014(03)
[6]泥炭保护紫花苜蓿根系对柴油污染土壤修复的研究[J]. 王忠强,刘婷婷,孟宪民,王升忠,吴良欢. 环境科学学报. 2007(03)
本文编号：3037419
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/nykj/3037419.html
