As污染农田土壤的微生物—蚯蚓—植物联合修复研究

来源 :中国科学院南京土壤研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:turtle0906
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As污染土壤的生物修复受到了国内外学者的广泛关注,但对自然As污染土壤进行生物修复的效率有待进一步提高。本研究以超富集As的蜈蚣草和农田生物量较大的玉米为供试植物,采集3种浓度As污染土壤,接种优选的细菌、腐生真菌、AM真菌及蚯蚓等,并施用秸秆,在温室盆栽条件下,系统研究它们对植物生长和对As、P、Fe等元素吸收的影响,同时关注根际土壤中As、P、Fe、Al、Ca形态的转化与植物吸收这些元素的关系,以期找到能高效修复As污染土壤的微生物—蚯蚓—植物组合。   在纯培养条件下,单接或联合接种两株细菌B1、B2、两株真菌F1、F2于液体培养基中,加入60Co灭菌的含As土壤,研究菌株对土壤As形态的影响。结果表明,接种菌株均显著增加了土壤中非专性和专性吸附态As的含量;接种处理的培养液pH值由酸性变为弱碱性,并与非专性吸附态As和专性吸附态As含量显著相关。此外,筛选出的两株细菌、两株真菌都能产生IAA,可以应用于微生物—植物修复系统。   把上述四株菌株接种于As污染土壤中,种植玉米。结果表明,不论土壤As浓度高低,接种B1和F2菌株对玉米吸收As的促进作用分别优于B2和F1。从玉米吸收As、P与土壤中As、P、Ca、Fe、Al形态转化之间的关系看,接种细菌和真菌菌株改变了土壤中的As形态,同时也改变了三种浓度As土壤中活性态Al、Fe、Ca与As、P之间的吸附作用,从而影响玉米对土壤中As、P的吸收。   分别接种土著和非土著AM真菌于As污染土壤中,研究它们对玉米吸收As、P及根际As、P形态转化的影响。结果表明土著AM真菌对玉米的侵染能力强于非土著AM真菌;土著AM真菌对玉米生长和吸收As、P的促进作用在高浓度As污染土壤中更显著。接种AM真菌对As、P形态的影响不完全相同,土著AM真菌活化土壤中As、P的能力高于非土著AM真菌,而非土著AM真菌可能是通过稳定土壤中P的方式控制土壤中As的活性。   在As污染土壤中,施用不同量的秸秆,研究接种蚯蚓对土壤中酶活性和P养分的变化。结果表明接种蚯蚓及施加秸秆,能有效提高脱氢酶、酸性磷酸酶的活性,有利于土壤中有效P的释放,削弱As对土壤的消极影响。蚯蚓在施加209秸秆/kg土壤中存活率最高。   设计了接种蚯蚓和施用秸秆对玉米在As污染土壤中吸收As、P及其根际As、P形态转化的影响试验,结果表明,接种蚯蚓或施用秸秆,利于提高玉米生物量和地下部As累积量。在较高浓度As土壤中,单接蚯蚓比单施秸秆更能促进玉米向地上部转移As。接种蚯蚓或施用秸秆均利于玉米从土壤中吸收更多的P,但单接蚯蚓比单施秸秆更能促进玉米吸收P。接种蚯蚓或施加秸秆能促进土壤中活性态的、Fe和Al结合的As形态含量以及O-P含量升高,尤其在中、高As土壤中效果更明显。   同时研究了接种蚯蚓和施用秸秆对蜈蚣草吸收As、P、Fe、Al、Ca和根际土壤中这些元素形态转化的影响。不论土壤As浓度的高低,接种蚯蚓或/和施用秸秆均能提高蜈蚣草地上部的生物量,施用秸秆处理的地上部As、P、Al、Fe、Ca浓度和含量均高于对照和单接蚯蚓处理,蚯蚓十秸秆处理中最高。在三种浓度As土壤中,蜈蚣草吸收土壤中的As、P与其吸收土壤中的Fe、Al、Ca都密切相关,且蜈蚣草向地上部转运这些元素的能力影响着其吸收As的量。   以上述微生物和蚯蚓试验为基础,开展了综合处理试验。该试验选用了B1、F2、土著AM真菌、蚯蚓和秸秆,研究联合接种土壤微生物—蚯蚓对玉米和蜈蚣草吸收As、P、Fe、Al、Ca及根际土壤中这些元素形态转化的影响。结果表明,接种AM真菌处理的玉米和蜈蚣草菌根侵染率显著高于其它非接种AM真菌处理,且接种B1、F2和蚯蚓亦对AM真菌侵染植物有一定的促进作用。单接微生物菌剂、蚯蚓或联合接种微生物—蚯蚓增加了玉米和蜈蚣草地上部生物量,并促进其吸收更多的As、P,且对蜈蚣草的促进作用更显著,其它影响因土壤含As水平的不同而异。在低As土壤中,蜈蚣草从土壤中吸收P的能力高于玉米,相同处理的地上部和地下部P浓度均高于玉米,在中As土壤中结果正好与之相反。通过对蜈蚣草和玉米地上部和地下部吸收As、P、A1、Fe、Ca的相关性分析表明,蜈蚣草和玉米对土壤中As与P的吸收存在竞争关系。玉米和蜈蚣草对As、P的吸收,受土壤中生物可利用性Al、Fe、Ca含量的影响,尤其是土壤中活性态Fe、Al含量还将影响着蜈蚣草从土壤中吸收As的能力和效率。   从蜈蚣草修复As污染土壤效果看,最好的接种组合是土著AM真菌+细菌+真菌+蚯蚓,并施用秸秆;对玉米而言,蚯蚓+土著AM真菌+秸秆处理不利于玉米向地上部转运As,但能促进玉米吸收更多的P,可能有利于玉米农产品安全。因而,在进行As污染土壤的生物修复时,有必要考虑选用的植物与接种的根际生物之间是否存在协同作用,进而形成高效的修复组合。
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