【摘 要】
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我国农田普遍存在重金属污染,同时畜禽养殖废物的肥料化使用也给农田带来抗生素残留问题,使农田土壤中存在重金属与抗生素复合污染。在污染土壤中生长的植物可以通过调节根际微生物群落结构来应对污染胁迫,但重金属-抗生素复合污染使污染物的环境行为及生态效应发生改变,植物根际应对复合污染的微生态策略尚不清楚。水稻具有发达的根系,在其全生长周期中分蘖期的根系生长最旺盛。在这个时期,水稻通过根系大量吸收营养物质,复
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（No.41773107）； 广东省基础与应用基础研究基金项目（No.2020A1515011560）； 广州市科技计划项目（No.202002030297）；
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我国农田普遍存在重金属污染,同时畜禽养殖废物的肥料化使用也给农田带来抗生素残留问题,使农田土壤中存在重金属与抗生素复合污染。在污染土壤中生长的植物可以通过调节根际微生物群落结构来应对污染胁迫,但重金属-抗生素复合污染使污染物的环境行为及生态效应发生改变,植物根际应对复合污染的微生态策略尚不清楚。水稻具有发达的根系,在其全生长周期中分蘖期的根系生长最旺盛。在这个时期,水稻通过根系大量吸收营养物质,复合污染物也随之通过根系对水稻产生影响,因此,考察复合污染条件下的水稻分蘖期根际微生态效应具有重要意义。本文利用镉（Cd）污染稻田土壤,通过盆栽种植水稻至分蘖期,研究磺胺二甲基嘧啶（SM2）与Cd复合污染对水稻根际微生态以及污染物吸收积累的影响,为明确重金属与抗生素复合污染对植物根际微环境的影响提供理论参考。主要研究发现如下:（1）SM2存在条件下,水稻根系的生长受到抑制,SM2浓度为2.0、7.0、20.0 mg/kg时,水稻的根伸长量分别下降10.12%,56.20%,82.35%;在低中浓度SM2处理下,水稻的植株高度变化不明显,而在高浓度SM2处理下,植株高度显著减少了55.48%;水稻叶片叶绿素含量表现出低促高抑的规律,在低中浓度SM2胁迫下,水稻叶片叶绿素含量分别增加12.52%、17.26%,在高浓度SM2处理下,水稻叶片叶绿素含量减少26.11%;水稻地下部和地上部的生物量同样呈现出低促高抑的规律,SM2浓度为2 mg/kg时,地下部生物量增加11.98%,SM2浓度为7.0、20.0 mg/kg时,地下部生物量减少27.03%和82.93%。同样地,SM2浓度为2 mg/kg时,地上部生物量增加17.59%,SM2浓度为7.0、20.0 mg/kg时,地上部生物量减少19.53%和85.26%。这可能是由于低浓度时,SM2与Cd络合减缓Cd的毒性,同时SM2充当氮素促进根系生长及叶绿素合成,但当SM2含量超过一定浓度时,络合物形态以外的SM2和Cd各自的毒性导致水稻叶绿素含量降低,从而影响水稻的光合作用。（2）根际土壤中Cd的形态分析结果表明:加入中高浓度SM2,种植水稻前土壤中有效态Cd明显减少,SM2为7.0、20.0 mg/kg时,土壤Cd含量分别减少了18.76%和28.49%,这可能与SM2和Cd之间络合作用有关。种植水稻可在根际分泌的有机酸等物质作用下,抑制这种络合作用,使有效Cd含量在一定程度上有所增加,但高浓度SM2处理下,有效Cd含量下降,表明高浓度SM2与Cd复合污染的毒性效应抑制了水稻根际有机酸的分泌。地上部Cd的积累量显著低于根部,这可能与植物吸收Cd机制有关。SM2存在条件下,水稻地下部和地上部对Cd的积累均减少,添加SM2为2.0、7.0、20.0mg/kg时,地下部Cd含量分别减少了53.22%、34.93%和59.18%,而地上部Cd含量则分别减少了21.43%、10.35%和34.04%,但是转运系数则随着SM2浓度增加而增大,表明SM2对Cd的络合作用可抑制水稻根部对Cd的吸收,但促进了转运。（3）土壤微生物群落结构分析结果表明,随着SM2浓度增大,古菌、细菌?多样性减少,真菌则是低促高抑,而且群落物种组成的差异明显,说明Cd与SM2复合污染能显著改变土壤的微生物群落结构。根际土壤,古菌、细菌、真菌的群落?多样性大于非根际土壤,随着SM2浓度升高,根际微生物群落的?多样性降低,这种根际和非根际土壤中微生物群落结构多样性的差异与复合污染条件下根际分泌物有关。进一步分析发现,复合污染条件下,Candisatus＿Nitrososphaera、Candisatus＿Nitrocosmicus、Bacillus、RB41、MND1和Gemmatimonas的相对丰度增加,表明这些菌属是SM2和Cd的共抗性菌属。古菌中Candisatus＿Nitrososphaer、Candisatus＿Nitrocosmicus,细菌中Bacillus,真菌中Pseudallescheria、Angulomyces与土壤中SM2和有效Cd含量呈正相关,可能是由于SM2存在条件下,这些菌属的增加改变了根际微环境,使有效Cd含量增加。其中Candisatus＿Nitrososphaera、Candisatus＿Nitrocosmicus、MND1是与氮循环有关的菌属;Gemmatimonas是与复杂有机物的分解和土壤碳、氮和磷循环有关的菌属;RB41是与碳循环有关的菌属;而Candisatus＿Nitrososphaera、Candisatus＿Nitrocosmicus、Bacillus、Pseudallescheria、Angulomyces则是Cd的耐性菌属。在抗生素和重金属污染条件下,水稻根际微域受络合作用影响,重金属形态和根际微生物群落结构发生改变,影响根际微环境,进而改变水稻对重金属的吸收与转运,因此,在正确评估农田重金属的环境风险时,抗生素带来复合污染不容忽视。
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