水分管理联合钝化剂修复对Cd-Pb-Zn污染土壤水稻根际细菌群落结构的影响

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针对镉-铅-锌复合污染的农田土壤,利用水分管理联合钝化剂修复措施,结合16S rRNA测序技术,探究水稻从分蘖到成熟期根际区的生物化学过程。本研究选择两种水稻(常规稻:台粳9号和杂交稻:特优009)设计盆栽试验,设定连续淹水和干湿交替两种水分条件,分别联合生物炭或石灰修复对水稻根际区重金属有效性和细菌群落结构及多样性的影响,主要的研究结果如下:(1)两种水分条件对根际区细菌群落α多样性影响不显著,但是对细菌群落的结构和相对丰度影响明显。在门分类单元,水分管理对土壤主要细菌群落结构无明显影响;在纲分类单元,δ变形菌纲(Deltaproteobacteria)相对丰度受到水分管理影响差异显著,淹水条件能够维持粘液球菌科(Myxococcaceae),地杆菌科(Geobacteraceae)和脱硫弧菌科(Desulfovibrionaceae)群落较高的相对丰度。(2)通过分析发现,水分管理对水稻根系Cd、Pb和Ni的富集主要受到土壤无机离子特征和微生物群落活性共同作用的影响;无机离子主要是调控有效P特性降低土壤Pb和Ni移动性,进而抑制水稻吸收富集,使得Cd活化促进根系的富集。微生物方面发现,长期淹水有助于提高铁还原菌和硫酸盐还原菌群落相对丰度,功能性细菌群落生理代谢过程中影响重金属的释放和固定,从而影响根系对重金属的吸收。(3)在0.25%生物炭或0.4%石灰添加量下,两种钝化剂添加对细菌群落α多样性影响差异不显著。而对细菌群落相对丰度受到钝化剂处理影响差异较大,在门类单元,添加钝化剂处理对细菌主要群落结构无明显影响,在纲分类单元酸杆菌纲(Acidobacteria)的相对丰度受到石灰添加处理影响显著,主要是来自Acidobacteriaceae 和 Koribacteraceae 群落的相对丰度。(4)水分管理联合钝化剂改良修复措施下,土壤pH值和磷的有效性是影响水稻重金属富集的关键因子,与此同时,水稻根际区铁还原菌和硫酸盐还原菌群落的相对丰度对水稻根系重金属含量有显著相关性,细菌群落的活性同样是影响根系重金属吸收的重要因素。(5)水分管理对水稻根系重金属富集影响显著,连续淹水处理可以显著降低水稻根系对Cd富集,而干湿交替处理能够显著降低水稻根系对Pb和Ni富集。通过添加生物炭或石灰处理处理结果发现,在淹水条件下,土壤中有效Cd,Zn和Ni含量抑制效果:生物炭≈石灰>对照;而在干湿条件下,石灰>生物炭>对照。而就水稻根系富集重金属结果可知,对于Cd元素污染,在单一淹水处理下水稻根系富集Cd含量最低;对于Pb元素污染,干湿交替联合生物炭修复对根系富集最低;对于Zn元素污染,石灰添加效果最明显;对于Ni元素,干湿交替联合生物炭修复对根系富集最低。
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