【摘要】：我國(guó)礦產(chǎn)資源豐富,隨著工業(yè)化、城市化與現(xiàn)代化的快速發(fā)展,大量的冶煉與礦床開采廢料等重金屬污染物進(jìn)入土壤環(huán)境中,對(duì)我們的人身安全造成了極大的威脅,因此尋求高效的修復(fù)方法解決土壤重金屬污染問(wèn)題具有重要的意義。常規(guī)的植物修復(fù)技術(shù)操作簡(jiǎn)易且不易造成二次污染,但受限于生物量與土壤條件等因素,修復(fù)效率并不穩(wěn)定。在本研究中,我們以耐銅作物孔雀草為修復(fù)植物,深入探討了利用蚯蚓與叢枝菌根真菌輔助植物對(duì)Cu污染土壤進(jìn)行聯(lián)合修復(fù)的可行性,具體結(jié)果如下:為了研究Cu污染對(duì)土壤大型動(dòng)物群落分布的影響,對(duì)江蘇省南京市湯山鎮(zhèn)伏牛山銅尾礦區(qū)周邊的土壤進(jìn)行調(diào)查,通過(guò)對(duì)采集的42個(gè)樣點(diǎn)的土壤樣品與土壤動(dòng)物分析發(fā)現(xiàn):該區(qū)域的土壤Cu污染情況嚴(yán)重且伴隨輕度Zn污染;利用手撿法與過(guò)篩法共獲得3門4綱9目共2062只土壤動(dòng)物,其中優(yōu)勢(shì)類群為膜翅目、寡毛綱、直翅目,分別占土壤動(dòng)物總個(gè)體數(shù)的16.78%、14.26%、13.82%,常見(jiàn)類群為等足目、鞘翅目、革翅目等6種,等翅目與唇足綱等4種類群較為少見(jiàn)。對(duì)0-5 cm、5-10 cm與10-20cm三個(gè)土層的土壤動(dòng)物總量進(jìn)行分析后可知,不同土層的土壤動(dòng)物數(shù)量由高至低分別為0-5 cm 土層5-10 cm 土層10-20 cm 土層。該區(qū)域土壤動(dòng)物的數(shù)量與多樣性與土壤Cu污染濃度呈顯著負(fù)相關(guān)性,尤其是鞘翅目、革翅目、寡毛綱與膜翅目四類動(dòng)物在低濃度Cu污染土壤中的數(shù)量顯著高于重度與中度Cu污染土壤,且分析發(fā)現(xiàn)寡毛綱和膜翅目動(dòng)物對(duì)土壤銅毒害最為敏感。結(jié)合各采樣點(diǎn)環(huán)境因子分析進(jìn)一步確認(rèn)土壤Cu污染是導(dǎo)致該區(qū)域土壤大型動(dòng)物分布差異的最關(guān)鍵因素。采用水培方法,以未接種為對(duì)照處理,研究了預(yù)先接種叢枝菌根真菌(Glomus coronatum)的孔雀草(TagetespatulaL.)幼苗對(duì)Cu脅迫耐性的影響。不同濃度Cu處理下,孔雀草地下部分Cu含量均顯著高于地上部。非接種植株在50 μMCu處理下已出現(xiàn)生物量降低,100 μMCu處理下已基本死亡,接種植株則直到Cu濃度超過(guò)100μM時(shí)才出現(xiàn)顯著的Cu毒害現(xiàn)象。對(duì)Cu的時(shí)間動(dòng)態(tài)積累分析可以看出,在長(zhǎng)時(shí)間的Cu脅迫下,接種植株較非接種植株一方面降低了地下部對(duì)Cu的吸收與積累,另一方面顯著減少了 Cu向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)量,7天后接種植株地上部與地下部Cu含量分別為非接種植株的72.18%與72.82%。對(duì)50 μM Cu處理下根尖伸長(zhǎng)量、根尖數(shù)量、根系活力與植物光合作用等指標(biāo)的分析可知,與非接種植株相比,AMF (Arbuscular mycorrhizalfungi)的接種顯著降低宿主植株對(duì)過(guò)量Cu的吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)量,有效緩解了Cu脅迫對(duì)植物根系活力、光合作用強(qiáng)度、礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)吸收的毒害作用。根尖橫切面能譜分析結(jié)果表明AMF與植物在內(nèi)皮層處形成的共生結(jié)構(gòu)積累了大量的Cu,這表明AMF菌絲的屏障與吸附機(jī)制顯著地降低了 Cu對(duì)孔雀草根部的毒害,提高了孔雀草的耐Cu性。通過(guò)土培試驗(yàn),設(shè)置了多種添加蚯蚓的方式,研究了蚯蚓活動(dòng)對(duì)叢枝菌根真菌在時(shí)間與空間上對(duì)植物侵染的影響。我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)土壤體系中蚯蚓與蚯蚓糞數(shù)量過(guò)多時(shí)會(huì)顯著降低AMF的侵染率,蚯蚓的合適投放量為每千克土壤4-8條蚯蚓;孔雀草長(zhǎng)至兩葉一心期為最佳的蚯蚓投放時(shí)間,過(guò)早投放會(huì)顯著抑制菌根侵染速率;蚯蚓內(nèi)吞至腸道內(nèi)的AMF孢子具有較高生物活性且具備侵染植物根系的能力。橫向土柱實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明,蚯蚓的活動(dòng)能夠顯著擴(kuò)大AMF的侵染范圍:在投放蚯蚓后,距離AMF投放位點(diǎn)60cm以內(nèi)的孔雀草根部均發(fā)現(xiàn)有50%以上的侵染率,未投放蚯蚓組中,最遠(yuǎn)在距離AMF投放位點(diǎn)30 cm處發(fā)現(xiàn)侵染率達(dá)到50%的孔雀草植株,即蚯蚓的添加將AMF的侵染范圍擴(kuò)大了 1倍。通過(guò)AMF對(duì)植物生物量與銅耐性的提高,投放蚯蚓處理組孔雀草的總生物量與Cu總提取量達(dá)到了 54.31 g與2462μg,分別為未投放蚯蚓組的1.39與1.46倍。以上結(jié)果表明,蚯蚓與AMF的聯(lián)合處理可以顯著提高孔雀草在Cu污染土壤中的修復(fù)效率。采用土培試驗(yàn),綜合考慮植物-動(dòng)物-微生物三要素,研究了“孔雀草-蚯蚓-叢枝菌根真菌”聯(lián)合修復(fù)對(duì)銅污染土壤的重金屬元素含量、理化性質(zhì)、酶活性與微生物群落等指標(biāo)的影響。結(jié)果表明,單一施加叢枝菌根真菌可以顯著提高植物生物量,改善土壤營(yíng)養(yǎng)水平并增強(qiáng)植物的銅耐性。單獨(dú)添加蚯蚓對(duì)土壤中Cu元素有顯著的活化作用,且對(duì)土壤中過(guò)氧化氫酶與脲酶的酶活有一定的提高,但對(duì)植物生物量的影響不顯著。同時(shí)添加叢枝菌根真菌與蚯蚓處理顯著提高了孔雀草的修復(fù)效率,植物的生物量、銅積累量與土壤酶活性均顯著提高,土壤的理化性質(zhì)與營(yíng)養(yǎng)水平也得到顯著改善。另一方面,采用Miseq高通量測(cè)序技術(shù)分析土壤微生物群落結(jié)構(gòu)。在相似度97 %水平以上,共獲得15299個(gè)細(xì)菌OTU,1494個(gè)真菌OTU,所有樣品的覆蓋度均大于0.91。蚯蚓處理顯著提高了土壤中微生物群落豐度與多樣性,而叢枝菌根真菌處理降低了微生物群落中細(xì)菌的比例,但整體對(duì)土壤微生物群落的豐度與多樣性指數(shù)影響較小。在“孔雀草-蚯蚓-AMF”聯(lián)合修復(fù)體系的土壤中,微生物的豐富度指數(shù)Chao、ACE和多樣性指數(shù)Shannon均極顯著上調(diào),在增強(qiáng)群落抗逆性與保持土壤環(huán)境健康等幾方面表現(xiàn)出積極的作用。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：X17;X53

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本文編號(hào)：2309600