邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯对东北地区黑土/褐土团聚体特性的影响

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土壤团聚体能够调节土壤中水、肥、气、热的比例,抵御多种外界环境冲击,为各种生物的生存提供重要的物质基础。有机污染物可以与土壤黏粒结合形成有机复合物质,干扰土壤团聚过程,使土壤养分含量和微生物群落结构发生改变。邻苯二甲酸二乙基己基酯(DEHP)是塑料农膜中主要的增塑剂,且具有“致癌、致畸、致突变”效应。设施农业中塑料薄膜的大量使用会在土壤中积累较高浓度的有机污染物DEHP,影响土壤理化和生物学性质,甚至会引发一系列的农业生态问题。深入研究DEHP对土壤团聚体特性的影响,对研究增塑剂在土壤中的环境行为具有一定的理论和实践意义。本研究以我国东北地区的两种典型设施农业土壤——黑土和褐土为研究对象,采用室内模拟培养的方法,比对分析了浓度为0、5、10、20、40、60mg/kg的DEHP对黑土和褐土各粒级团聚体组成和稳定性、团聚体内有机碳与氮组分含量的影响。在此基础上选取浓度在0、20、40、60mg/kg的DEHP处理下20μm-5mm粒级黑土团聚体,进一步分析DEHP对微生物群落结构的影响。研究取得主要结果与结论如下:(1)DEHP改变了黑土和褐土的团聚体组成。干筛法得到DEHP对土壤团聚体组成分布变化,结果表明,DEHP使黑土250μm-5mm和褐土1-5mm粒级的团聚体比例升高,改变了黑土优势团聚体组成。通过对团聚体的稳定性评价发现DEHP对黑土和褐土团聚体的平均重量直径(MWD)与几何平均直径(GMD)有提高作用,并降低了其分型维数(D),表现出“促进”团聚体稳定性作用,且DEHP浓度越高,“促进”作用越明显。(2)DEHP通过胶结剂影响团聚体团聚过程。采用通径分析的方法对DEHP与团聚体胶结剂的关系进行分析,结果显示DEHP对黑土250μm-2mm粒级团聚体含量有直接效应,并有助于有机碳、氧化铝和氧化铁的胶结。DEHP对褐土1-5mm粒级团聚体含量的促进作用较为显著。结合团聚体微观形貌表征,进一步解释了DEHP对团聚体的稳定性的“促进”作用导致了团聚体胶结过于紧密,使团聚体表面的孔隙率降低,呈现“假砂”现象,不利于土壤的保水储肥。(3)DEHP对团聚体中有机碳和氮素的转化有显著的干扰作用。结果表明,DEHP会显著影响黑土250μm-2mm、褐土250μm-5mm粒级团聚体内有机碳、氮组分的转化,降低土壤质量。团聚体内可溶性有机碳(DOC)和易氧化有机碳(ROC)含量随DEHP浓度升高而迅速下降。较高浓度DEHP会显著降低硝态氮(NO3--N)的含量。(4)DEHP改变了团聚体中微生物群落构成。采用高通量测序的方法研究了DEHP对黑土团聚体微生物群落的影响,结果显示DEHP主要干扰了黑土250μm-2mm粒级团聚体的微生物群落结构。DEHP浓度为40mg/kg时,真菌群落多样性受到抑制,60mg/kg时,真菌群落结构发生改变。冗余分析表明DEHP和总有机碳(TOC)在细菌群落结构变化中起主导作用,DEHP是真菌群落结构变化的关键驱动因素。
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