有机－重金属复合污染根际微生物生态效应

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1、 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 有机重金属复合污染根际微生物生态效应有机重金属复合污染根际微生物生态效应 姓 名 王兆炜 指 导 教 师 林 琦 副教授 陈英旭 教授 学科、专业 环境工程 所 在 学 院 环境与资源学院 提 交 日 期 二五年五月 分类号 密级 UDC 编号 学 位 论 文 有机重金属复合污染根际微生物生态效应有机重金属复合污染根际微生物生态效应 指导教师姓名、职称 林林 琦琦 副教授 副教授 陈英旭陈英旭 教授 教授 指导教师单位地址 浙江大学环境与资源学院环境工程系浙江大学环境与资源学院环境工程系 杭州杭州 华家池华家池 申请学位级别 硕硕 士士 专业名称 环境工程

2、环境工程 论文提交日期 2005 年年 5 月月 论文答辩日期 学位授予单位和日期 答辩委员会主席 评阅人 二零零五年五月二十日 Dissertation submitted to Zhejiang University for the Degree of M.Sci（Environmental Engineering） Effect of organic-heavy metal combined pollution on rhizosphere microbial ecology M.Sci. Canadiate: Wang Zhaowei Superviser: Associate Pro

3、fessor Lin Qi Professor Chen Yingxu Department of Environmental Engineering, Colleage of Resource and Environmental Science, Zhejiang University Hangzhou, P. R. China May 2005 本研究由国家高新技术（本研究由国家高新技术（863）青年基金有机无机复合 污染土壤的植物修复技术（ ）青年基金有机无机复合 污染土壤的植物修复技术（2002AA69200）提供资助）提供资助 致 谢 在导师林琦副教授和陈英旭教授的悉心指导下，我顺利

4、地完成了这篇学位论 文。两位导师在研究工作中所体现出的渊博的学识、严谨的治学态度和一丝不苟 的作风，生活中所具有的睿智、热情、勤奋、求实及创新的精神时刻教育着我、 影响着我，使我在三年的研究生生活中收益良多，这些宝贵的精神财富将在今后 的工作、生活中不断鞭策、激励我进步。 三年的研究生生活是短暂的，但这短暂的三年是不断收获并进步的三年，它 为我未来的人生打下了坚实的基础。三年中，点点滴滴进步的取得都凝聚了导师 们大量的心血。在此，谨向两位恩师致以我最衷心的感谢和最崇高的敬意。因为 有你们的耐心教导，我得以豪情满怀并信心倍增，我相信我的明天会因你们今日 的悉心指导和谆谆教诲而更加精彩。 同时，感

5、谢环境工程系郑平教授、田光明教授、徐向阳教授、沈东升教授、 王凯雄教授、吴伟祥副教授、施积炎老师、楼莉萍老师、李文红老师、王飞儿老 师、吴坚阳老师等在平时的学习、工作中给予的指导、关心和帮助。感谢学院朱 利中教授、钱秀萍老师等在学业和生活上的关心和支持。 特别感谢杨强师兄在实验过程中给予的无私帮助和全力合作。感谢课题组王 远鹏、薛生国、沈超峰、陈新才、武贝、徐向华、徐圣友、李锋、金海峰、王冬 等同学对我的支持和帮助。感谢梁新强、王宇峰、陶星名、丁晔、许云苔、丁颖、 詹晓燕、朱亮、王志荣、申震、沈小星等同学平时在科研上的相互交流、生活中 的热心帮助，与你们一起度过的美好时光令我难以忘怀。 感谢我

6、的父母和亲人， 感谢你们一直以来对我的严格要求和全力支持与鼓励， 是你们给了我在困难面前永不低头的信念与力量。 最后，祝所有曾经帮助、关心和支持我的人一生平安，一路好走！ 王兆炜 二五月二十日于浙大华家池 浙江大学硕士学位论文 有机重金属复合污染根际微生物生态效应 i 目 录 摘摘 要要III ABSTRACTV 第一部分第一部分 文献综述文献综述 . 1 1 引言引言 .1 2 有机有机-重金属复合污染重金属复合污染.2 2.1 复合污染的概念及类型.2 2.2 有机重金属复合污染.2 3 根际与根际微生物生态根际与根际微生物生态.4 3.1 根际与根系分泌物4 3.2 根际微生物生态4 3

7、.3 根际微生物生态研究方法及其进展.5 4 污染胁迫下的根际微生物生态效应污染胁迫下的根际微生物生态效应.13 4.1 重金属污染下的根际微生物生态效应 .13 4.2 有机污染物胁迫下的根际微生物生态效应14 4.3 有机重金属复合污染胁迫下的根际微生物生态效应17 5 论文的研究目标、研究内容和创新点论文的研究目标、研究内容和创新点.19 5.1 研究目标.19 5.2 研究内容.19 5.3 研究的创新之处19 第二部分第二部分 材料与方法材料与方法.20 1 仪器与试剂仪器与试剂.20 2 供试植物供试植物 20 3 供试土壤供试土壤 20 4 实验设计实验设计 21 4.1 土样的

8、采集与预处理.21 4.1 植物种植处理实验22 5 实验方法实验方法 23 5.1 根际土壤样品的采集.23 5.2 根际土壤基础呼吸强度的测定24 5.3 根际土壤微生物量的测定 .24 5.4 根际微生物耐性群落结构分析24 5.5 根际微生物降解菌降解实验25 6 数据统计与处理数据统计与处理 .26 浙江大学硕士学位论文 有机重金属复合污染根际微生物生态效应 ii 第三部分第三部分 结果与讨论结果与讨论.27 1 有机有机-重金属复合污染下根际土壤微生物活性的变化重金属复合污染下根际土壤微生物活性的变化27 1.1 有机污染对根际土壤微生物活性的影响27 1.1.1 有机污染对根际土

9、壤呼吸作用的影响.27 1.1.2 有机污染对根际土壤微生物生物量的影响 .31 1.1.3 有机污染对根际土壤代谢熵的影响35 1.2 重金属污染对根际土壤微生物活性的影响38 1.2.1 重金属污染对根际土壤呼吸作用的影响.38 1.2.2 重金属污染对根际土壤微生物生物量的影响40 1.2.3 重金属污染对根际土壤代谢熵的影响.41 1.3 有机-重金属复合污染下根际土壤微生物活性的变化.43 1.3.1 有机重金属复合污染下根际土壤呼吸作用的变化.43 1.3.2 有机重金属复合污染下根际土壤微生物生物量的变化46 1.3.3 有机重金属复合污染下根际土壤代谢熵的变化.50 1.4 小

10、结52 2 有机重金属复合污染下根际土壤微生物群落结构变化有机重金属复合污染下根际土壤微生物群落结构变化54 2.1 有机-重金属(PCPCu)复合污染根际土壤耐性菌落变活情况 54 2.2 有机-重金属(PCPCu)复合污染根际耐性菌落生理生态指数 57 2.3 小结59 3 有机有机-重金属复合污染土壤根际微生物对有机物的降解重金属复合污染土壤根际微生物对有机物的降解 60 3.1 不同植物根际土壤微生物对有机物（Pyrene）的降解情况 60 3.2 小结62 第四部分 全文研究结论与展望第四部分 全文研究结论与展望.64 1 研究结论研究结论 64 1.1 有机-重金属复合污染下根际土

11、壤微生物活性的变化.54 1.2 有机-重金属复合污染下根际土壤微生物群落结构的变化 .657 1.1 有机-重金属复合污染土壤根际微生物对有机物的降解. 54 2 研究展望研究展望 65 参考文献：参考文献：.67 攻读硕士期间发表以及撰写的论文攻读硕士期间发表以及撰写的论文.73 浙江大学硕士学位论文 有机重金属复合污染根际微生物生态效应 iii 摘 要 近年来，我国部分农业土壤环境日趋恶化，土壤污染表现出由一般性单一污 染向复杂性、复合型污染转变。进入土壤环境的污染物在植物根际会产生一定的 根际微生物生态效应，根际微生物生态系统又影响着各种污染物质在土壤环境中 的迁移、转化，某种程度上决

12、定着污染物质在环境中的归趋。本文以根际土壤微 生物活性和微生物群落结构作为主要研究内容，研究在有机重金属复合污染 （PCPCu、PyreneCu）胁迫下不同植物（黑麦草、番薯、水稻等）的根际微生 物生态效应。主要结论如下： （）在 PCP 污染胁迫下， 土壤的呼吸作用和微生物生物量都较对照无污染 土壤有明显降低。随着 PCP 初始添加浓度的增大微生物生物量碳降低程度更大， 但根际缓解了这种降低。 同浓度的 Pyrene 污染， 黑麦草和萝卜根际以及非根际对 照土壤呼吸强度、微生物生物量碳都较没有污染时有所增强，而且在植物根际增 加更大。PCP、Pyrene 污染对黑麦草和萝卜及其他植物根际以及

13、非根际土壤代谢 熵的影响随不同污染和植物根际不同。 （）在 Cu 污染下， 污染对非根际土壤呼吸强度表现出了一定的刺激作用。 在 Cu 150mgkg -1和 300mgkg-1两个污染水平下， 黑麦草和萝卜根际都减弱了污 染对土壤呼吸强度的刺激。当 Cu 300mgkg -1时，Cu 污染抑制了微生物量碳。不 同植物根际表现出一定的对 Cu 污染的根际作用， 根际缓解了重金属对微生物的毒 害作用，根际微生物生物量碳较非根际土壤的下降程度有明显的减缓。 （）PCPCu 复合污染对黑麦草根际和萝卜根际及对照非根际土壤呼吸强 度的影响有所不同，变化表现出一定的复杂性。随着复合污染的加重，根际和非

14、根际微生物生物量都有明显的下降，但在根际中的下降程度较非根际小，根际作 用缓解了复合污染对根际微生物活性的毒害。PyreneCu 复合污染下，根际及非 根际对照土壤的呼吸强度都有所增强，而且呼吸强度随着复合污染（水平）浓度 的增大而增大。随着复合污染的加重，根际和非根际微生物生物量都有降低，与 PCP-Cu 不同的是 PyreneCu 复合污染下微生物生物量降低程度小，而且个别情 况下还会出现根际微生物生物量的增大。 PCPCu以及PyreneCu进入土壤环境， 由于有机、 重金属及其复合时对土壤中微生物造成毒性， 引起土壤代谢熵的变化。 当 PCPCu 以及 PyreneCu 以高浓度复合存

15、在时， 非根际及根际土壤代谢熵都较 浙江大学硕士学位论文 有机重金属复合污染根际微生物生态效应 iv 空白对照有不同的升高。 （）重金属污染土壤中，黑麦草根际 Cu 铜耐性菌落有着最大的生理生态 指数和稳定性，相反黑麦草根面耐性细菌生理生态指数最小、菌落稳定性最差。 对于未添加外源 PCP 污染物的重金属污染黑麦草根际土壤、非根际土壤中照样存 在 PCP 耐性菌落。添加了外源 PCP 污染物的有机重金属复合污染土壤中非根际 对照土壤中 PCP 耐性菌落较早出现，而且 PCP 耐性菌落生理生态指数和稳定性高 于根际和根面中 PCP 耐性菌。 （）来自 Pyrene 及 PyreneCu 复合污染处理过的黑麦草、 萝卜根际土壤 中都存在能够利用 Pyrene 生长的微生物。在经过 15 天后，这些微生物都可实现 对 80mgL -1的 Pyrene 的完全降解。 由于污染胁迫和植物根际作用的不同使得微生 物存在差异，表现出其对 Pyrene 的利用和降解能力有所不同。由于 PyreneCu 复合污染的协同作用使得对有机污染物 Pyrene 有降解和去除能力的微生物的存 在和生长受到抑制。 关键词：五氯酚，芘，铜，复合污染，根际，微生物生态 浙江大学硕士学位论文 有机重金属复合污染根际