狼尾草修复阿特拉津污染土壤的根际微生态特征研究

来源 :东北农业大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:faith661
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阿特拉津以其良好的除草效能以及低廉的成本在全世界很多国家得到了广泛应用。然而,近年来的研究发现:阿特拉津对水环境、土壤及生物均有危害。植物修复具有成本低、节约土地资源和无二次污染等优势,被认为是土壤有机污染修复的经济、有效途径之一。相关研究表明:狼尾草对阿特拉津有一定抗性,具有修复阿特拉津污染土壤的潜能。植物修复有机污染土壤过程中,植物根系与根际土壤以及土壤微生物之间的交互作用被认为是实现最终污染物去除的关键驱动机制。然而当前关于狼尾草修复阿特拉津污染土壤过程中根际土壤理化性质以及根际微生物的变化特征尚不明晰。因此,本项目以阿特拉津为污染物,狼尾草为修复植物,在实验室条件下开展在低浓度(20 mg·kg-1)和高浓度(100 mg·kg-1)阿特拉津胁迫下,狼尾草修复阿特拉津污染土壤过程中根际微生态特性研究,着重探讨土壤典型理化性质、微生物功能多样性、微生物群落结构在狼尾草根际与非根际的土壤的差异及其变化规律,以期为提高植物修复效率提供理论依据。主要研究结果如下:土壤典型理化性质对修复植物狼尾草的响应特征:在试验初期,低浓度阿特拉津的添加提高了土壤pH,对土壤氧化还原电位(Eh)无显著影响,而高浓度阿特拉津的添加则降低了土壤pH、提高了土壤氧化还原电位;在试验末期第28 d,低浓度阿特拉津污染土壤的pH、过氧化氢酶活性、脲酶活性高于高浓度阿特拉津污染土壤的上述指标,而低浓度阿特拉津污染土壤的Eh低于高浓度阿特拉津污染土壤的Eh。在上述两个阿特拉津浓度胁迫水平条件下,狼尾草能够明显地改变其根际土壤的理化性质。在修复的第28 d,根际处理的pH、过氧化氢酶活性、脲酶活性显著高于其他处理的上述指标;而在修复末期第28 d,低浓度和高浓度阿特拉津胁迫下的狼尾草根际土壤的典型理化性质是没有显著差异的。土壤微生物功能多样性对修复植物狼尾草的响应特征:初期低浓度阿特拉津的添加显著提高了土壤微生物的AWCD以及代谢多样性指数,而高浓度阿特拉津则对上述指标表现出明显的抑制;在试验末期第28 d,在上述两种浓度阿特拉津胁迫下,污染土壤的AWCD以及代谢多样性指数无显著性差异。在修复末期第28 d,在上述两种污染水平条件下,狼尾草根际土壤的AWCD、代谢多样性指数均显著高于其他处理(对照处理,污染处理以及修复处理中的非根际土壤);在修复末期第28 d,低浓度阿特拉津胁迫下的狼尾草根际土壤的AWCD和Mc Intosh指数高于高浓度阿特拉津胁迫下的狼尾草根际土壤的上述指数。主成分分析结果进一步证实:狼尾草能够明显提升其根系微生物群落的代谢功能,同时与高浓度阿特拉津胁迫下的狼尾草根际土壤相比,低浓度阿特拉津胁迫下的狼尾草根际土壤的微生物群落的代谢多样性更大一些。土壤微生物群落结构对修复植物狼尾草的响应特征:在起始阶段,低浓度与高浓度阿特拉津胁迫下的污染土壤的细菌群落结构多样性指数Chao、ACE、Shannon指数均小于对照处理的上述指数,说明阿特拉津胁迫能够降低土壤微生物的结构多样性;在试验末期第28 d,低浓度阿特拉津胁迫下的污染土壤细菌群落结构Chao、ACE、Simpson指数低于高浓度阿特拉津胁迫下的污染土壤上述指数。在修复结束时,狼尾草根际土壤细菌的Chao、ACE、Simpson指数低于其他处理;同时,低浓度阿特拉津胁迫下的狼尾草根际土壤细菌群落结构Chao指数高于高浓度阿特拉津胁迫下的狼尾草根际土壤细菌群落结构Chao指数。上述结果说明狼尾草明显改变了土壤微生物群落结构,降低了其根系细菌群落的多样性,与高浓度阿特拉津胁迫下的狼尾草根际土壤相比,低浓度阿特拉津胁迫下的狼尾草根际土壤的细菌群落的多样性更高一些。属分类水平物种聚类热图及OTU venn图也证实了根际环境的微生物结构和其他处理有着明显的差别,根际土壤具有独特的OTU。这些OTU中包含一些能够参与土壤养分循环的微生物种类,还包含一些能够参与有机污染物的降解的微生物种类。借助主成分分析结果进一步证实:在上述两种阿特拉津胁迫下,经过28 d的植物修复后,根际土壤细菌群落结构多样性与其他处理相比明显不同;高低不同浓度阿特拉津胁迫下,狼尾草根际土壤细菌群落结构是有差异的。
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