模拟不同降雨条件下壤土淋溶特征和细菌多样性变化研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ahdx2009
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降雨淋溶作用是土壤养分流失的重要途径,也是导致水体富营养化和农业面源污染的主要原因,需要得到人们的正确认识。本文选取粉质壤土,利用室内模拟土柱,设计了300、600、900和1200 mm的年降雨量条件。通过统计对比各组淋溶液中氮磷元素浓度以及累计淋失量,分析不同条件下的土壤氮磷溶出特征和淋失风险,并且从土壤细菌多样性和酶活性等角度评价淋溶作用对土壤环境改变的影响。最后,抗生素抗性基因(Antibiotic Resistance Genes,ARGs)作为新型污染物对生态环境有很大危害,借助土柱淋溶实验,研究不同水合条件下土壤ARGs含量变化,为制定措施防治土壤ARGs污染提供科学依据。主要结论如下:(1)淋溶作用与氮磷元素损失具有极显著相关性(P<0.01)。土壤中硝态氮(NO3--N)容易随孔隙水溶出,是土壤氮素淋失的主要形式,淋溶水量较低时对土壤中NO3--N和总氮(TN)的溶出有较大影响。增加淋溶量对NO3--N和TN的影响逐渐减小,氨氮(NH4+-N)和总磷(TP)的淋失风险逐渐加大。对本次实验所用土样来说,NH4+-N和TP在淋溶过程中淋失规律近似对数关系,NO3--N的淋失表现出线性增长,而TN则与二次方程的拟合效果最好。(2)淋溶过程导致土壤含水率的变化,改变基质吸力,影响土壤中的细菌运动。高通量测序的结果表明,变形菌门(Proteobacteria)是本次实验土样的优势菌门,不同处理下的土柱中变形菌门数量均占总量的35%以上。淋溶水量增加改善了土壤水环境,细菌运动范围因此扩大,加剧了微生物之间的合作与竞争作用,最终导致了土壤中细菌多样性的减少。其中主要优势菌门受影响较小,在土壤细菌群落间的变化不大。但是占比较低的细菌门种群数量会因此减少甚至消失。(3)淋溶作用对土壤孔隙结构、含水率和氧气含量等条件的改变显著影响土壤中脲酶、酸性磷酸酶和蔗糖酶活性。随着实验中淋溶水量的增加,土壤养分的淋失和土壤环境变化导致了各组土柱中脲酶、酸性磷酸酶和蔗糖酶活性的显著降低(P<0.05),但是过氧化氢酶活性基本没有改变。此外,相同的功能类型的土壤酶之间针对外界条件会表现出相似特征。(4)抗生素抗性基因由于本身的生物学属性,导致了其在淋溶过程中进一步扩散。淋溶作用改善了土壤水环境,促进微生物生长,间接促进ARGs的传播与扩散。相较于空白对照,各处理土柱中的ARGs含量均出现了不同程度的增加。但是当淋溶水量超过一定范围时,土壤处于饱和状态的时间增长,ARGs会随着孔隙水向深层扩散,在某方面降低了原区域中抗性基因含量。
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