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季铵盐类物质(Quaternary Ammonium Compounds,QACs)是一类由带正电的中心离子N+和其连接的4个烷基或芳香基团以及带负电的卤素离子构成的阳离子抗菌剂。由于其良好的杀菌效果,被大量应用于农业、工业、食品和医护行业。因其广泛应用性和传统污水处理技术的局限性,QACs在各种环境介质中被普遍检出。土壤是QACs重要的赋存介质,分析QACs在土壤中的吸附降解行为及其对土壤微生物群落结构和功能的影响特征,对于了解此类物质的环境风险和维持土壤健康有重要意义。本研究以一种典型QACs-苯扎氯铵(Benzalkonium chloride,BAC(C12))为目标污染物,探究其在两种不同性质的表层土壤(碱性农田土壤-HN和酸性森林土壤-XS)中的吸附降解过程,同时分析了环境浓度下BAC(C12)对土壤微生物群落结构、氮转化能力和抗性基因的影响,进一步探究了在重金属Cd共存条件下,BAC(C12)对土壤微生物群落结构和功能的影响。本文取得的主要结果和结论如下:(1) BAC(C12)在两种土壤中的吸附实验表明:BAC(C12)在HN土壤中达到吸附平衡的时间为30~45 min,在XS土壤中为60~120 min;随着初始浓度的增加,BAC(C12)在两种土壤中的平衡吸附量(qe)上升,而平衡速率常数(k)下降,所有的吸附过程均符合准二级动力学方程,证明其吸附机理主要是化学吸附;相同条件下,BAC(C12)在HN土壤中的qe和有机碳分配系数(Koc)均比XS土壤高;HN土壤对BAC(C12)的吸附性能明显强于XS土壤,可能的原因是HN土壤p H值和CEC浓度较高、铁铝含量较低。(2) BAC(C12)好氧生物降解实验表明:BAC(C12)在灭菌土壤中几乎不降解,未灭菌条件下,在HN和XS土壤中均可被降解,降解过程符合一级动力学方程,降解半衰期分别为4.66天和17.33天,证明好氧微生物降解是其在土壤中的主要消除方式;第203天,BAC(C12)在HN和XS土壤中的降解率分别为95.4%和83.9%,高的QACs降解功能微生物丰度和较低的有机质含量导致BAC(C12)较短的半衰期和较高的降解率;进一步分析CdCl2共存条件下BAC(C12)的降解动力学,结果表明:复合污染下,BAC(C12)在HN和XS土壤中降解半衰期分别为4.63天和8.86天,表明Cd2+存在显著促进了BAC(C12)在酸性XS土壤中的降解,对其在碱性HN土壤的降解未产生显著影响。(3) BAC(C12)负载40天的两种土壤及其对照组的宏基因组测序结果显示:HN土壤中与BAC(C12)降解有关的功能微生物(Pseudomonas等)丰度是XS土壤的2倍多,相比空白土壤,此类功能微生物丰度均显著上升;BAC(C12)导致两种土壤中变形菌门和绿弯菌门等微生物菌群丰度发生显著变化,丰度上升的细菌多为革兰氏阴性菌;进一步分析四类氮转化相关的微生物菌群丰度变化,发现HN土壤中固氮和氨化相关微生物菌群丰度降低,硝化相关微生物菌群丰度略微升高,反硝化相关微生物菌群丰度显著升高;XS土壤中四类微生物菌群丰度均上升;BAC(C12)还可能诱导土壤微生物产生多重抗性,相比空白样品,HN和XS两种负载土壤中抗生素抗性基因(antibiotic resistance gene,ARGs)丰度分别增加了3.3%和6.3%,其中磺胺类ARGs增加36.26%和6.12%,四环素类ARGs增加6.95%和0.63%。(4)进一步追踪60天内BAC(C12)和CdCl2单一以及复合污染对XS土壤微生物群落结构的影响特征,结果表明:负载初期,BAC(C12)和CdCl2单一以及复合污染均降低了土壤微生物群落(如泉古菌门)的多样性和丰富度,与BAC(C12)降解相关的功能微生物丰度均显著上升;三种处理对土壤固氮、硝化、反硝化和氨化相关微生物菌群产生了不同的影响。对土壤脲酶活性的测定和氮转化相关的功能基因(nif H、AOA、AOB和nar G)的定量检测结果发现:三种处理对两种土壤微生物氮转化能力产生了不同影响,BAC(C12)单一污染总体上促进了两种土壤的脲酶活性,增强了两种土壤固氮和氨氧化能力(表现为nif H、AOA和AOB丰度的上升),降低了两种土壤硝酸盐还原能力(nar G丰度下降);CdCl2单独污染总体上增强了XS土壤的氮转化能力(四种功能基因丰度均显著上升)和HN土壤的氨氧化能力,抑制了HN土壤的固氮和硝酸盐还原能力;复合污染对HN土壤的脲酶活性无明显影响,但抑制了其土壤氮转化功能,XS土壤四种功能基因的丰度随时间均显著上升。(5)对土壤中QACs抗性基因(qac EΔ1)、两种ARGs和一种水平转移元件(int I)定量分析显示:BAC(C12)和CdCl2单一污染以及复合污染对两种土壤微生物抗性基因的造成了不同影响,总体上,BAC(C12)单一污染导致两种土壤中的抗性基因丰度均显著增加;CdCl2单一污染时,XS土壤中四种基因丰度均升高,HN土壤中int I和qac EΔ1丰度未发生显著变化,sul1丰度升高,tet M丰度降低;BAC(C12)和CdCl2复合污染时,XS土壤中四种基因丰度均降低,HN土壤中int I、tet M和qac EΔ1丰度升高,sul1丰度降低。这意味着BAC(C12)和CdCl2污染有诱导土壤微生物出现多重抗性以及增加抗性基因水平传播的风险。