外加功能菌/菌群-芒草联合修复土壤重金属镉污染

来源 :湖南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sweetorange888
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工农业的快速发展导致重金属向农田生态系统的排放增加,并在此环境中不断积累,从而对植物、动物、微生物以及人类产生严重危害,污染土壤的修复迫在眉睫。芒草是一种具有一定经济效益且生物量巨大的能源植物,对重金属有很强的耐性,是与植物促生细菌联合修复金属污染土壤的理想植物之一。本研究从湖南省花垣县铅锌矿区生长的优势植物艾草(Artemisia argyi Levl.),唐菖蒲(Gladiolus gandavensis Vaniot Houtt),苎麻(Boehmeria nivea L.),婆婆纳(Veronica didyma Tenore)和五节芒(Miscanthus floridulus(Lab.))的根际土壤分离出23株细菌,根内分离出18株细菌。通过植物促生长特性、产酸能力、镉(Cd)最大耐受浓度对41株菌进行复筛,最终筛选并确定功能性最优的根际土壤菌株以及根内菌株;研究筛选的植物促生菌(Plant growth promoting bacteria,PGPB)对五节芒土壤镉污染修复的影响。主要结果如下:(1)功能菌株筛选实验:我们首先通过吲哚乙酸(Indole-3-acetic acid,IAA)、铁载体的产生能力以及氨基环丙烷羧酸(1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid,ACC)脱氨酶活性实验的筛选,确定了10株菌株高效菌种,在此基础上我们补充了固氮、溶磷和解钾实验,菌株MR2和TS8展现出较全面的PGP特性,经鉴定分别为Lelliottia jeotgali MR2和Klebsiella michiganensis TS8。L.jeotgali MR2对Cd的抗性较强,而K.michiganensis TS8对Cd胁迫较为敏感。(2)人工添加10 mg/kg Cd污染土壤盆栽实验:接种K.michiganensis TS8对五节芒根、茎、叶中Cd的积累无显著影响,但株高和叶片干重分别增加了39.87%和98.58%,根际土壤总镉减少49.23%,接种L.jeotgali MR2对植物修复效率无显著影响,但显著增加了镉从根向地上的转移。(3)矿区农田重金属污染土壤盆栽实验:L.jeotgali MR2和K.michiganensis TS8均具有促进植物株高生长的作用,且K.michiganensis TS8对五节芒地上部和地下部植物鲜重分别提升了58.35%和176.28%,干重提升了167.86%和115.79%。与对照组相比,TS8使五节芒地上部对Cd的富集量增加了324.24%,MR2使五节芒地上部和地下部对Cd的富集量分别增加454.55%和55.88%。MR2和TS8的接种均能显著提升五节芒的植物萃取能力,并且对五节芒的生物富集能力提升显著,土壤修复效率分别提升了18.37%和9.46%。混合菌群的处理对五节芒株高和生物量均无积极影响,但是地下部Cd浓度有显著提升。PGPB的接种对土壤养分有效磷、速效钾和有机质的含量有积极意义。在修复过程中,土壤酸可提取态Cd浓度呈减少趋势,可氧化态、可还原态和残余态Cd浓度呈增加趋势。(4)根据土壤微生物群落结构分析,L.jeotgali MR2、K.michiganensis TS8以及混合菌液的接种虽然降低了土壤微生物群落多样性,但是增加了根围土中变形菌门和放线菌门细菌的丰度,并改变了主要微生物群落黄单胞菌科、鞘脂单胞菌科、微单孢菌科、生丝微菌科、诺卡氏菌科和微球菌科的丰度。综上所述,两种土壤的盆栽实验的结果存在差异是因为人为添加Cd土壤的形态为酸可提取态,而矿区土壤盆栽实验的存在多种形态,但是均证实了K.michiganensis TS8和M.floridulus(Lab.)联合五节芒修复Cd污染可能是一种有效的方法。而L.jeotgali MR2的接种为PGPB增强植物提取和减少植物受Cd胁迫提供了新的选择。从经济效益和环境效益的角度选择了能源植物五节芒修复Cd污染土壤,为今后植物和微生物联合修复Cd污染土壤提供了新的组合方式和一定的科学依据。
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