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土壤多环芳烃(PAHs)污染对氨氧化菌及微生物群落结构的影响研究

刘杰  
【摘要】:氨氧化是硝化作用的第一个反应步骤,也是限速步骤,是全球氮循环的中心环节。对氨氧化细菌和氨氧化古菌组成、数量和生态特征的认识,将为理解全球氮循环过程、提高氮素利用效率、减轻氮素环境危害提供重要依据。 本实验首先采用人工添加芘模拟PAHs污染的方式,研究了土壤微生物群落数量、群落结构及氨氧化微生物活性指标PNR与芘含量的剂量-效应关系;然后以长时间PAHs污染的焦化厂土样为研究对象,测定分析了氨氧化微生物物种变量与环境变量之间的关系,以期从研究中发现规律,明确各相关因素,尤其是PAHs对氨氧化微生物及氨氧化过程的影响。人工添加芘模拟PAHs污染实验 1)可培养微生物数量:放线菌末受到显著影响;细菌随着芘浓度的增加及处理时间的增长而表现出了减少的趋势;真菌数量在芘浓度为40μg/g时有弱减少,在芘浓度为100μg/g时却相对于空白对照有显著增加。 2)土壤PLFA分析:中低浓度芘处理的土壤PLFA均表现出了随着处理时间的增长而减少的趋势,且抑制作用随芘浓度的增大而变强;而高浓度芘处理的土壤PLFA始终维持在一个较低的水平,抑制率约为75%左右。主成分分析揭示的土壤微生物群落结构发生的变化跟PLFA丰度数据相对应。 3)中等浓度的芘对PNR影响显著,第1、7、15、35天的EC50值分别为72.2μg/g、73.4μg/g、99.57μg/g、101.8μg/g,表明中等浓度的芘可以严重影响微生物氨氧化作用的活性,且EC50值随着处理时间的延长而增大。中高浓度的芘处理可以对土壤表现出急性毒性,低浓度芘处理的急性毒性不明显;芘对PNR慢性毒性影响在经过7天处理后即可表现出来,经过15天或更长时间处理可以达到稳定状态,并且芘的慢性毒性影响随着芘浓度的增大而加强。 4)qAOA比qAOB约高出1个数量级,但在本研究条件下芘的添加并没有显著改变氨氧化微生物的群落丰度,即短期内PAHs可能作为AMO的竞争性或非竞争性抑制物对PNR产生影响的。 综合分析上述结果,发现土壤PNR对ⅠPAHs的响应较为敏感,且可以作为一种亚致死效应指标反映PAHs的毒性,同时与其他土壤生物学指标的变化存在一致性,并反映了对PAHs的抗性或适应性,所以认为PNR在土壤PAHs毒性研究中具有独到的优势,而且有必要结合长期PAHs土壤的分析完善相关研究。北京焦化厂长期PAHs污染土样实验 1)氨氧化微生物物种变量与各土壤因子环境变量的关系:土样pH值与土壤PNR有较弱的正相关关系,SMC与土壤PNR无相关关系。SMC和pH值对qAOB均无显著相关关系,SMC与qAOA负相关,pH值与qAOA正相关关系显著。PNR与NH4+、NO2-及NO3-的关系,主要是反应了物种数据对环境因素的影响,即土壤PNR对NH4+NO2-及NO3-的影响。 2)氨氧化微生物物种变量之间的关系:多数采样点qAOA高于qAOB约高出1-3个数量级,但发现高浓度PAHs可以使qAOB在土壤微环境中高于qAOA。qAOA、qAOB与土壤PNR的关系曲线符合Logarithm双参数曲线,且qAOB与PNR拟合的曲线(R=0.59;P0.05)比qAOA与PNR拟合的曲线(R=0.35;P0.05)具有更显著的相关性,表明土壤PNR受AOB的影响更大。 3) PAHs残余与土壤PNR之间的关系:中低浓度PAHs(以75μg/g为分界线)对土壤PNR的影响效果与高浓度PAHs对土壤PNR的影响效果是不同的两种模式;土壤PNR在PAHs75μg/g的土壤环境中是随着PAHs的增加而增加。并且PAHs与qAOA和(?)qAOB之间存在正相关关系。而在PAHs75μg/g的土壤环境中,大部分PAHs与PNR无相关性,少数如萘与PNR表现出了弱正相关关系,苊烯、芴、菲则与PNR表现出了负相关关系。


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