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1、土壤学专业优秀论文土壤学专业优秀论文 铅铅- -苄嘧磺隆苄嘧磺隆/ /甲磺隆复合污染的土壤微生物甲磺隆复合污染的土壤微生物生态效应的研究生态效应的研究关键词：复合污染关键词：复合污染 微生物生物量微生物生物量 磷脂脂肪酸磷脂脂肪酸 交互作用交互作用 拮抗效应拮抗效应 生态效应生态效应摘要：在土、水环境中，单一污染是很少的，绝大多数污染是多种污染物质共 存所造成的复合污染。由于根据单一污染物质制定的有关环境容量和环境评价 标准无法真实地反映实际状况，因此复合污染的研究已引起国内外科技工作者 的高度重视，并成为当前环境科学领域的研究热点。开展土壤复合污染这一领 域的研究，对深入理解复合污染条件下各
2、种污染物质在土壤环境中的物理、化 学和生物学归宿及其生态效应具有重要的理论意义，对提高土壤和水环境质量 及保障农产品安全等有重要的现实意义，更能为环保决策部门制定切实可行的 环境标准提供理论依据。本研究以黄筋泥、青紫泥、淡涂泥等 3 种不同的水稻 土为材料，研究了 Pb 胁迫条件下土壤中除草剂甲磺隆的降解和残留特征；同时， 选择目前稻田的一种当家除草剂一苄嘧磺隆作为有机污染物，研究其与 Pb 复合 污染对土壤中微生物及其活性的影响规律，并揭示 Pb 和苄嘧磺隆交互作用对土 壤环境质量的影响及其意义。主要研究结果如下： (1)运用 lt;#39;14gt;C 同位素示踪技术，系统研究了控制条件下
3、 lt;#39;14gt;C-甲磺隆在 Pb 污染的 3 种不同性质土壤中的降 解和残留特性。结果表明：可提态甲磺隆母体在土壤中的降解符合一级反应动 力学方程(rgt;0.923)，重金属 Pb 的存在抑制了土壤中甲磺隆的降解，使 得可提态甲磺隆母体的降解半衰期延长 15 天。但发现本研究最高 Pb 浓度 (1000 mg kglt;#39;-1gt;)处理时，对甲磺隆降解的抑制率并 不是最大的。Pb 对lt;#39;14gt;C-甲磺隆矿化的影响因土壤 不同而差异较大，在青紫泥和黄筋泥中，随着 Pb 浓度的升高，对 1mg kglt;#39;-1gt;的lt;#39;14gt;C-甲磺隆矿
4、化的抑制作用增强，而对 10 mg kglt;#39;-1gt;的 lt;#39;14gt;C-甲磺隆矿化的刺激作用也增强。在淡涂泥中， 则是 Pb 刺激低浓度lt;#39;14gt;C-甲磺隆的矿化，而抑制高 浓度lt;#39;14gt;C-甲磺隆的矿化。 lt;#39;14gt;C-甲磺隆母体及其降解中间产物的结合态残留率 呈先快速增加后缓慢减少的趋势。Pb 处理中，低浓度甲磺隆 lt;#39;14gt;C-残留物的结合残留率有所降低；而对高浓度甲 磺隆的lt;#39;14gt;C-残留物的结合残留率的影响不明显。 (2)以土壤微生物生物量、微生物代谢熵、土壤基础呼吸等为生物学表征指标，
5、探讨了 Pb-苄嘧磺隆复合污染下土壤微生物量碳的响应。结果表明：培养第 7 天时，Pb 和苄嘧磺隆处理能使土壤微生物量碳降低 165和 171，一般 来说，污染物的浓度越高，抑制效应越大，其中在黄筋泥中尤为明显。在整个 培养过程中，Pb 或苄嘧磺隆处理的微生物量碳随时间变化表现出先降低后升高 的趋势，在第 7-30 天降到最低点，之后略有回升，并趋于平稳。Pb-苄嘧磺隆 的复合处理亦有相日趋势，且两种污染物的互作效应达显著水平。一般地，Pb- 苄嘧磺隆的联合效应对微生物量碳的影响小于二者在相应浓度单一污染所产生 的效应之和，交互作用弱化了 Pb 和苄嘧磺隆对微生物量碳的作用，表现为拮抗效应。在
6、培养初期，Pb 或苄嘧磺隆污染土壤的微生物代谢熵随污染物浓度的升 高而上升，Pb 和苄嘧磺隆复合处理亦使得土壤微生物代谢熵增加，表明土壤微 生物处于胁迫状态，但随着污染物毒性减小和微生物抗性增强，这种影响逐渐 减小至对照水平。代谢熵的变化较之土壤呼吸对污染物更为敏感，应是评价污 染土壤微生物效应的良好指标。 (3)土壤酶活性的变化也在一定程度上反映 了单一或复合污染的影响效应。结果表明，较低浓度 Pb 对土壤过氧化氢酶、酸 性磷酸酶和脲酶有刺激作用，而高浓度 Pb 对酶活性有抑制作用；培养初期，苄 嘧磺隆对土壤过氧化氢酶、酸性磷酸酶和脲酶活性具有抑制作用，在培养后期 对土壤酶活性的抑制作用有所
7、缓解或在一定程度上对酶活性产生刺激作用。Pb- 苄嘧磺隆复合污染的交互作用类型和强度与污染物持留时间、浓度及土壤性质 等密切相关，使得利用土壤酶活性来定量评价 Pb-苄嘧磺隆复合污染存在一定 难度。 (4)运用 PLFA 谱图分析法，研究了 Pb-苄嘧磺隆污染条件下土壤微生 物群落结构的变化特征及其主要的影响因素。结果表明：在 Pb、苄嘧磺隆单一 及其复合污染条件下，土壤微生物群落结构发生明显的变化。土壤中革兰氏阳 性细菌(如 i15:0，a15:0，i17:0)、革兰氏阴性细菌(如 cy17:0、18:7c)、丛 枝菌根真菌(16:15c)、真菌(18:26,9e)及放线菌(10Me16:0
8、、10Me17:0 和 10Me18:0)等的变化是微生物群落结构变化的主导因子。污染物浓度是影响青紫 泥中微生物群落结构变化的主要因素，高、低浓度的单一或复合处理可以大致 的归为两类，浓度不同掩盖了污染物性质的差异：苄嘧磺隆是黄筋泥和淡涂泥 中微生物群落结构变化的主要影响因素，苄嘧磺隆掩盖了 Pb 的影响，在淡涂泥 中尤为明显。 (5)运用正交旋转组合设计方法建立数学模型，并结合 lt;#39;14gt;C 同位素示踪技术研究了 Pb-苄嘧磺隆复合污染 体系中外源葡萄糖的降解特征。结果表明：土壤中 Pb 和苄嘧磺隆对外源 lt;#39;14gt;C-葡萄糖矿化速率的影响达显著水平，Pb 的效
9、 应大于苄嘧磺隆。污染物在培养初期对lt;#39;14gt;C-葡萄糖 矿化起抑制作用，两者的交互作用表现为拮抗效应，浓度越高拮抗效应越大； 之后，两者的交互作用又转变为协同效应，刺激 lt;#39;14gt;C-葡萄糖的矿化。污染物浓度是影响交互作用的 重要因子之一。正文内容正文内容在土、水环境中，单一污染是很少的，绝大多数污染是多种污染物质共存 所造成的复合污染。由于根据单一污染物质制定的有关环境容量和环境评价标 准无法真实地反映实际状况，因此复合污染的研究已引起国内外科技工作者的 高度重视，并成为当前环境科学领域的研究热点。开展土壤复合污染这一领域 的研究，对深入理解复合污染条件下各种污
10、染物质在土壤环境中的物理、化学 和生物学归宿及其生态效应具有重要的理论意义，对提高土壤和水环境质量及 保障农产品安全等有重要的现实意义，更能为环保决策部门制定切实可行的环 境标准提供理论依据。本研究以黄筋泥、青紫泥、淡涂泥等 3 种不同的水稻土 为材料，研究了 Pb 胁迫条件下土壤中除草剂甲磺隆的降解和残留特征；同时， 选择目前稻田的一种当家除草剂一苄嘧磺隆作为有机污染物，研究其与 Pb 复合 污染对土壤中微生物及其活性的影响规律，并揭示 Pb 和苄嘧磺隆交互作用对土 壤环境质量的影响及其意义。主要研究结果如下： (1)运用 lt;#39;14gt;C 同位素示踪技术，系统研究了控制条件下 l
11、t;#39;14gt;C-甲磺隆在 Pb 污染的 3 种不同性质土壤中的降 解和残留特性。结果表明：可提态甲磺隆母体在土壤中的降解符合一级反应动 力学方程(rgt;0.923)，重金属 Pb 的存在抑制了土壤中甲磺隆的降解，使 得可提态甲磺隆母体的降解半衰期延长 15 天。但发现本研究最高 Pb 浓度 (1000 mg kglt;#39;-1gt;)处理时，对甲磺隆降解的抑制率并 不是最大的。Pb 对lt;#39;14gt;C-甲磺隆矿化的影响因土壤 不同而差异较大，在青紫泥和黄筋泥中，随着 Pb 浓度的升高，对 1mg kglt;#39;-1gt;的lt;#39;14gt;C-甲磺隆矿 化的
12、抑制作用增强，而对 10 mg kglt;#39;-1gt;的 lt;#39;14gt;C-甲磺隆矿化的刺激作用也增强。在淡涂泥中， 则是 Pb 刺激低浓度lt;#39;14gt;C-甲磺隆的矿化，而抑制高 浓度lt;#39;14gt;C-甲磺隆的矿化。 lt;#39;14gt;C-甲磺隆母体及其降解中间产物的结合态残留率 呈先快速增加后缓慢减少的趋势。Pb 处理中，低浓度甲磺隆 lt;#39;14gt;C-残留物的结合残留率有所降低；而对高浓度甲 磺隆的lt;#39;14gt;C-残留物的结合残留率的影响不明显。 (2)以土壤微生物生物量、微生物代谢熵、土壤基础呼吸等为生物学表征指标， 探讨
13、了 Pb-苄嘧磺隆复合污染下土壤微生物量碳的响应。结果表明：培养第 7 天时，Pb 和苄嘧磺隆处理能使土壤微生物量碳降低 165和 171，一般 来说，污染物的浓度越高，抑制效应越大，其中在黄筋泥中尤为明显。在整个 培养过程中，Pb 或苄嘧磺隆处理的微生物量碳随时间变化表现出先降低后升高 的趋势，在第 7-30 天降到最低点，之后略有回升，并趋于平稳。Pb-苄嘧磺隆 的复合处理亦有相日趋势，且两种污染物的互作效应达显著水平。一般地，Pb- 苄嘧磺隆的联合效应对微生物量碳的影响小于二者在相应浓度单一污染所产生 的效应之和，交互作用弱化了 Pb 和苄嘧磺隆对微生物量碳的作用，表现为拮抗 效应。在培
14、养初期，Pb 或苄嘧磺隆污染土壤的微生物代谢熵随污染物浓度的升 高而上升，Pb 和苄嘧磺隆复合处理亦使得土壤微生物代谢熵增加，表明土壤微 生物处于胁迫状态，但随着污染物毒性减小和微生物抗性增强，这种影响逐渐 减小至对照水平。代谢熵的变化较之土壤呼吸对污染物更为敏感，应是评价污染土壤微生物效应的良好指标。 (3)土壤酶活性的变化也在一定程度上反映 了单一或复合污染的影响效应。结果表明，较低浓度 Pb 对土壤过氧化氢酶、酸 性磷酸酶和脲酶有刺激作用，而高浓度 Pb 对酶活性有抑制作用；培养初期，苄 嘧磺隆对土壤过氧化氢酶、酸性磷酸酶和脲酶活性具有抑制作用，在培养后期 对土壤酶活性的抑制作用有所缓解
15、或在一定程度上对酶活性产生刺激作用。Pb- 苄嘧磺隆复合污染的交互作用类型和强度与污染物持留时间、浓度及土壤性质 等密切相关，使得利用土壤酶活性来定量评价 Pb-苄嘧磺隆复合污染存在一定 难度。 (4)运用 PLFA 谱图分析法，研究了 Pb-苄嘧磺隆污染条件下土壤微生 物群落结构的变化特征及其主要的影响因素。结果表明：在 Pb、苄嘧磺隆单一 及其复合污染条件下，土壤微生物群落结构发生明显的变化。土壤中革兰氏阳 性细菌(如 i15:0，a15:0，i17:0)、革兰氏阴性细菌(如 cy17:0、18:7c)、丛 枝菌根真菌(16:15c)、真菌(18:26,9e)及放线菌(10Me16:0、1
16、0Me17:0 和 10Me18:0)等的变化是微生物群落结构变化的主导因子。污染物浓度是影响青紫 泥中微生物群落结构变化的主要因素，高、低浓度的单一或复合处理可以大致 的归为两类，浓度不同掩盖了污染物性质的差异：苄嘧磺隆是黄筋泥和淡涂泥 中微生物群落结构变化的主要影响因素，苄嘧磺隆掩盖了 Pb 的影响，在淡涂泥 中尤为明显。 (5)运用正交旋转组合设计方法建立数学模型，并结合 lt;#39;14gt;C 同位素示踪技术研究了 Pb-苄嘧磺隆复合污染 体系中外源葡萄糖的降解特征。结果表明：土壤中 Pb 和苄嘧磺隆对外源 lt;#39;14gt;C-葡萄糖矿化速率的影响达显著水平，Pb 的效 应大于苄嘧磺隆。污染物在培养初期对lt;#39;14gt;C-葡萄糖 矿化起抑制作用，两者的交互作用表现为拮抗效应，浓度越高拮抗效应越大； 之后，两者的交互作用又转变为协同效应，刺激 lt;#39;14gt;C-葡萄糖的矿化。污染物浓度是影响交互作用的 重要因子之一。 在土、水环境中，单一污染是很少的，绝
