【摘 要】
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近年来,我国土壤镉砷复合污染以及粮食作物可食部位镉砷超标等问题日益受到关注。本研究以镉砷复合污染石灰性农田土壤为研究对象,在田块尺度上分析了土壤中镉、砷分布特征并评价了其污染状况,对影响石灰性农田土壤中镉砷有效性的相关因素进行了探究,并对小麦可食部位镉砷的污染状况和人体健康风险进行了初步评价;在此基础上,选取该田块分别代表重、中、轻镉砷污染程度的土壤,通过Illumina MiSeq平台对其中细菌
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近年来,我国土壤镉砷复合污染以及粮食作物可食部位镉砷超标等问题日益受到关注。本研究以镉砷复合污染石灰性农田土壤为研究对象,在田块尺度上分析了土壤中镉、砷分布特征并评价了其污染状况,对影响石灰性农田土壤中镉砷有效性的相关因素进行了探究,并对小麦可食部位镉砷的污染状况和人体健康风险进行了初步评价;在此基础上,选取该田块分别代表重、中、轻镉砷污染程度的土壤,通过Illumina MiSeq平台对其中细菌和真菌群落进行高通量测序,以探明该石灰性农田土壤中微生物群落的多样性和组成结构是否因镉砷的污染程度不同而发生改变,以期为农田土壤重金属污染的防控与修复提供数据支持。主要研究结果如下:(1)探明了田块尺度上农田石灰性土壤镉砷分布特征在田块尺度上,石灰性农田土壤表层镉砷平均含量分别为1.41 mg/kg和56.66 mg/kg,下层土壤镉砷平均含量分别为0.57mg/kg和19.54mg/kg;表层土壤中镉砷含量显著高于下层土壤,高低分布与污染源的距离密切相关,空间差异较大,呈现出表聚特征;镉在土壤中具有较高的有效性,有效镉与总镉的比值最高可达0.6,与镉相比,有效砷与总砷的比值最高为0.28,其中有效磷、有效硅及有机质是该石灰性土壤中镉有效性的主要影响因素,而有效磷和有机质是土壤中砷有效性的主要影响因素;内梅罗综合污染指数显示该区域各点位土壤分别达到轻度、中度和重度污染水平,具有高生态风险,主要作物小麦可食部位累积的砷具有显著的致癌风险,且对儿童的致癌风险显著大于成人。(2)明确了石灰性土壤镉砷污染程度对微生物群落特征的影响效应土壤中镉砷污染程度没有显著影响细菌群落的多样性,但显著降低了真菌群落的多样性;不同镉砷污染程度农田土壤中细菌的优势群落为变形菌门、酸杆菌门、放线菌门和绿弯菌门,占总群落丰度的70%以上,真菌的优势群落为子囊菌门、接合菌门和担子菌门,占总群落丰度的90%以上,镉砷污染显著降低了子囊菌门的丰度但增加了接合菌门的丰度;PCoA及Adonis分析表明不同镉砷污染水平土壤中的微生物群落结构具有显著性差异,且不同环境因子在两个土层对微生物群落结构的影响程度存在差异,有机质、有效镉及总镉显著影响了下层土壤细菌群落结构的变化,镉砷总量及有效态含量显著影响了表层土壤真菌群落结构的变化;细菌群落中的菌属Candidatus_Solibacter、norank_f Nitrosomonadaceae、norank_o_Xanthomonadales、Haliangium 和真菌群落中的菌属 Rozellomycota、Stachybotrys、Chaetomium、Zygopleurage、Periconia等差异指示物种与镉砷污染土壤的环境因子显著相关,对该石灰性农田土壤的镉砷污染有着显著响应。综上所述,本研究在田块尺度上明确了石灰性农田土壤中镉砷的分布、有效性、污染程度及小麦可食部位镉砷的健康风险,探明了石灰性农田土壤中镉砷污染程度对细菌、真菌群落特征的影响效应。
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