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重金属Cd、Pb、Hg污染对土壤微生物及其活性影响研究

陈承利  
【摘要】:本论文采用网室盆栽试验和室内培养实验相结合的研究方法,探讨了重金属镉、铅、汞污染对土壤微生物及其活性的影响,为重金属污染土壤的修复、环境质量评价,尤其为土壤重金属复合污染预警指标提供有益的参考。本项目研究取得如下一些结果: 1.以长江三角洲常见的两种不同类型的人为污染土,即黄松田(the marine sediment silty loam soil)和黄红壤土(the yellowish red soil)作为供试土壤,采用网室盆栽试验方法,研究了青菜种植条件下外源Cd、Pb不同处理对这两种土壤的微生物生物量碳、生理生态参数(微生物商和微生物代谢熵)的影响。结果表明,较低浓度Cd(15mg.kg~(-1))、Pb(500mg.kg~(-1))离子有利于提高土壤微生物活性,高浓度Cd、Pb离子则会对土壤微生物活性产生严重的抑制作用。当外源Cd、Pb的浓度分别大于15mg.kg~(-1)和500mg.kg~(-1)时两供试土壤微生物生物量碳、微生物商(C_(mic)/C_(org))开始逐渐下降,而微生物代谢熵(qCO_2)明显上升,表明土壤微生物群落处于胁迫状态。相关性分析结果表明,土壤微生物生物量碳、微生物商与土壤中有效态Cd、Pb含量呈极显著负相关性,而微生物熵与土壤中有效态Cd、Pb含量呈现极显著正相关关系。由此可见,土壤微生物生物量碳、微生物商、微生物代谢熵是能反映重金属污染状况的灵敏生物学指标。结果还显示,Cd、Pb污染对土壤微生物活性的影响与不同的管理方式(青菜种植情况)以及土壤中有机质、粘粒含量等有关,在种植青菜、有机质和粘粒含量高的土壤中,土壤微生物各项参数变化要小。本研究也可推测知,在种植小白菜的情况下,Cd、Pb对这两种土壤微生物活性产生胁迫效应的可能临界浓度分别为15mg.kg~(-1)和500mg.kg~(-1)。这一结果可为重金属污染农业用地环境质量评价提供一定的生物学依据。 同时,我们结合碳素利用法(BIOLOG)和磷脂脂肪酸(PLFA)图谱分析法,探讨了重金属Cd、Pb污染条件下,两供试土壤的微生物群落结构及其组成的变化情况。结果亦表明Cd、Pb严重污染破坏了土壤微生物区系组成。用BIOLOG ECO微平板测试Cd、Pb污染两供试土壤的微生物碳源利用的功能多样性结果显示,污染土壤的微生物群落结构发生了相应变化,微生物群落代谢剖面(AWCD)及群落丰富度、Shannon指数、均匀度指数均显著低于无污染对照土壤,表明重金属Cd、Pb污染引起了两供试土壤微生物群落功能多样性的下降,减少了能利用有关碳源底物的微生物数量、降低了微生物对单一碳源底物的利用能力,最终导致土壤微生物群落功能结构多样性发生变化。通过磷脂脂肪酸(PLFA)图谱分析,结果表明,受重金属Cd、Pb污染土壤的微生物群落结构组成伴随着功能参数的变化而发生了相应改变,随着Cd、Pb污染程度增强,指示真菌和放射菌类特征脂肪酸的相对含量增加,而革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌脂肪酸比值逐渐上升,说明了外源Cd、Pb使两种


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