蚯蚓和堆肥对五氯酚污染土壤细菌和真菌群落结构的影响

来源 :华南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jiangyingzhou
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五氯酚(Pentachlorophenol,PCP)作为一种全球性的持久难降解的有机污染物,在长期的使用中,广泛、长久地残留在农田坡地土壤中,严重威胁到了农业产地环境和农产品质量安全,进而对人体健康构成了威胁。因此,修复污染的土壤生态环境、保持农业的清洁生产、实现土壤资源的可持续利用,成为我国急需解决的重大农业、环境与食品安全问题之一。根据五氯酚大面积、低浓度残留的污染特点,寻找一种经济高效、环境友好的污染修复方法,具有迫切的社会和环境意义。  本研究以五氯酚为研究对象,选用旱地土和水稻土两种不同土地利用类型的土壤,设置人工污染控制实验,同时选取蚯蚓作为工程生物,在土壤添加堆肥作为有机代谢底物,黑暗条件下,25℃恒温培养42天。分别在第0、14、28、42天进行动态观测,探明蚯蚓和堆肥联合作用对土壤五氯酚降解的强化驱动效应。同时利用聚合酶链反应变性梯度凝胶电泳技术(PCR-DGGE)在第14、28、42天监测PCP污染土壤各处理细菌和真菌的多样性,揭示在两种典型的土壤类型中,土壤微生物群落多样性的变化规律,寻找蚯蚓和堆肥联合作用促进PCP微生物降解的机理。本研究所取得的结果和结论如下:  (1)培养42天后,PCP在水稻土中的自然消解率为33.79%,显著高于果园土的25.75%(P<0.05)。果园土中,只添加堆肥的2个处理PCP消解率分别为26.61%和60.12%,其中加自然堆肥的处理降解率显著高于对照(P<0.05);水稻土中,只添加堆肥的2个处理PCP消解率分别为41.81%和65.54%,均显著高于对照(P<0.05)。在2种土壤中,添加蚯蚓的3个处理PCP消解率分别为果园土62.08%~85.69%和水稻土68.05~92.61%,均显著高于对照(P<0.05),其中添加蚯蚓和自然堆肥的处理降解效率最高,显著高于对照和其他处理(P<0.05)。两种土壤相同处理间比较,水稻土中PCP消解率均高于果园土处理,除添加灭菌堆肥和蚯蚓处理外,均达到显著。结果表明,在2种土壤中,添加蚯蚓和堆肥都对PCP的降解起强化作用。  (2)蚯蚓和堆肥联合作用在一定程度上提高了土壤基础呼吸、微生物量以及土壤细菌群落结构多样性。其中,添加堆肥和接种蚯蚓的处理土壤基础呼吸在整个培养过程中都高于对照;培养42天后,微生物碳、氮也显著高于对照;通过DGGE指纹图谱分析,接种蚯蚓的处理土壤细菌多样性指数(Shanon指数)高于自然土壤和对照,说明接种蚯蚓提高了微生物量、活性和种群多样性,进而促进了PCP的微生物降解。  (3)通过DGGE图谱,与水稻土相比,果园土细菌和真菌都分离出数量较多的条带,显示出较高的微生物种群丰富度和多样性;而水稻土中,真菌的丰富度低于果园土。随着时间的推移,土壤细菌和真菌群落结构发生一定的更替,部分新的种类出现而另一些种类则消失或减少;在培养的不同时期(14、28、42天)细菌群落结构的更替更频繁,真菌群落结构变化相对稳定。聚类分析结果表明,三个时间段里,添加蚯蚓的3个处理细菌和真菌的群落结构都比较相似,聚为了一个大类,其他处理聚到了另一个大类,说明添加蚯蚓的强化作用明显,优化了土壤结构使土壤微生物群落结构变化较大。
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