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西玛津是一种在全球范围内广泛使用的均三氮苯类双子叶杂草除草剂,虽然在日本、欧盟等国家和地区已被限制使用,但在我国依被允许使用。由于其内分泌干扰作用及潜在的毒理效应,已经给环境带来了一定影响。加之农药泄漏事故和蓄意倾排事件的频发,农药污染的应急修复越来越受到重视。因此,如何对土壤中的西玛津污染,特别是高浓度西玛津进行有效修复,成为当前一项重要且亟待解决的环境问题。 本文以土壤为研究对象,通过设立微观模拟试验装置,研究在长期施用西玛津的农田土壤中,西玛津自然降解情况及微生物群落结构变化;在此基础上,通过传统的微生物分离技术,从农土中富集、分离得到能有效降解西玛津的菌株,并开展降解特性研究;此后开展生物强化修复研究,并考察不同种类和浓度的氮源对生物强化修复的影响。本研究使用了荧光定量PCR、末端限制性片段长度多态性和克隆文库等分子生物学技术,揭示土壤中降解功能基因丰度和微生物群落结构的变化。 本论文主要获得如下研究结论: (1)在有长期西玛津施用历史的农田土壤中,外加100 mg/kg的西玛津可在10天之内被土著微生物降解,期间三嗪类污染物降解基因atzC丰度显著增长。农土中西玛津的生物降解改变了土壤中的土著细菌、氨氧化细菌、氨氧化古菌的群落结构,其中氨氧化古菌群落结构变化尤为显著。 (2)分离出西玛津降解菌SD1、SD2、SD3和SD4,均属于节杆菌属(Arthrobacter)。降解菌质粒上携带有trzN、atzB和atzC三种三嗪类化合物降解基因,能将西玛津转化为氰尿酸。在液体培养基中,降解菌SD1对浓度高达500-1000 mg/L的西玛津有50%以上的降解效率。 (3) SD1能有效修复土壤中100-200 mg/kg的西玛津污染,且不受外加无机氮源的强烈抑制。中等浓度的无机氮(200 mg/kg)不会影响降解基因atzC和trzN的相对丰度,而高浓度(1000 mg/kg)的无机氮却导致降解基因增加。 (4)外加尿素对SD1生物强化修复西玛津的影响与无机氮基本一致,但外加尿素能减少土壤中三嗪类污染物降解基因atzC和trzN的相对丰度。 (5)生物强化和外加氮源都能改变土壤微生物群落结构,且在不同外加氮源影响下,改变的情况有所不同。高浓度氮源对于微生物群落的影响程度甚至高于生物强化过程中西玛津负荷对其的影响。