有机肥影响六价铬污染土壤微生物群落结构和缓解对红苋菜毒害的机理研究

论文摘要

Cr（Ⅵ）是高毒高污染风险化学元素,当其浓度在土壤中到达一定程度后,对土壤微生物、植物、动物都能产生强烈毒害作用,同时通过食物链或其他途径造成一系列人类健康问题。由于玄武岩成土母质影响,造成雷州半岛砖红壤中铬元素含量普遍较高,其背景值远超广东省和全国水平,且地处热带北缘和南亚热带季风气候区,瓜果蔬菜、水稻广泛种植,叶类蔬菜对铬等重金属的富集能力较强,当地农产品对人体存在潜在的健康风险。以往研究已证实,有机肥在一定程度上可降低土壤重金属污染风险,能缓解重金属对土壤微生物、植物的毒害,作为一种经济有效、环境友好的土壤重金属污染修复材料受到广泛关注。砖红壤是一种强富铁铝化的酸性土壤,在该类土壤和其它类型土壤中Cr（Ⅵ）的环境行为存在差异。但目前,有关有机肥降低砖红壤外源Cr（Ⅵ）污染效果和机理还未明确,对有机肥如何影响外源Cr（Ⅵ）污染砖红壤中微生物群落结构也知之甚少。因此,本文着力比较了有机肥施入外源Cr（Ⅵ）污染砖红壤前后,土壤中Cr（Ⅵ）形态转化、土壤酶活性、微生物群落结构以及红苋菜生长状况的变化,深入探讨了相关机理,由此明确有机肥在降低砖红壤外源Cr（Ⅵ）污染中的作用。主要研究结果如下:（1）砖红壤中加入Cr（Ⅵ）前期以吸附作用为主,后期有一定量Cr（Ⅵ）还原成Cr（III）;施入有机肥后Cr（Ⅵ）还原Cr（III）的效果显著加强。有机肥能促进玄武岩母质砖红壤中Cr（Ⅵ）的还原。（2）土壤脲酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶和脱氢酶活性随外源Cr（Ⅵ）质量浓度的升高而降低,蔗糖酶活性则呈现先升高后下降趋势;土壤中水溶态Cr（Ⅵ）浓度与土壤过氧化氢酶、脲酶呈显著负相关,与土壤酸性磷酸酶、脱氢酶呈极显著负相关;土壤施有机肥后,脲酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶和脱氢酶活性均有不同程度的升高,蔗糖酶活性则出现先下降后升高的现象。（3）所有处理土壤样品中丰度占主要优势的菌门是厚壁菌门（Firmicutes）、放线菌门（Actinobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）、变形菌门（Proteobacteria）。放线菌门、绿弯菌门、酸杆菌门（Acidobacteria）等菌门相对丰度随外源Cr（Ⅵ）污染加剧而降低,有机肥对样品群落结构和多样性有不同程度的影响;外源50和150 mg·kg-1Cr（Ⅵ）质量浓度处理土壤中的微生物群落结构在施有机肥前后存在明显差异。环境因子与多数菌门之间存在显著相关性。（4）Cr（Ⅵ）污染土壤中施有机肥能促进红苋菜生物量增加,使其根长和株高增长,降低对红苋菜生理损害,使红苋菜地上部和地下部铬累积量降低,有效缓解Cr（Ⅵ）对红苋菜的毒害。土壤重金属铬可交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态含量随有机肥施用量增加而减少,有机结合态和残渣态含量则随之增加。以上结果表明:有机肥对玄武岩母质砖红壤中Cr（Ⅵ）有明显的还原效果;可提高Cr（Ⅵ）污染土壤中微生物群落的丰度及多样性;有效缓解Cr（Ⅵ）对农作物的毒害,降低农产品中铬含量。这一结论可为雷州半岛玄武岩母质砖红壤外源Cr（Ⅵ）污染土壤的治理修复提供科学依据。

论文目录

摘要

Abstract

1 文献综述

1.1 研究现状

1.1.1 土壤铬污染及其危害

1.1.2 六价铬特性及污染现状

1.1.3 铬污染对植物的毒害

1.1.4 重金属污染对土壤酶的毒害

1.1.5 重金属污染对土壤微生物的影响

1.1.6 有机肥修复土壤重金属污染研究

1.2 研究目的和意义

1.3 技术路线

2 材料与方法

2.1 试验材料

2.2 试验设计

2.2.1 试验一:有机肥对土壤吸附-还原Cr（VI）动力学

2.2.2 试验二:有机肥对六价铬污染土壤中土壤酶和土壤微生物群落结构的影响

2.2.3 试验三:有机肥缓解六价铬对红苋菜毒害效应研究

2.3 测定项目及方法

2.3.1 土壤基本理化性质及总铬的测定

2.3.2 红苋菜生长、生理指标及铬累积量的测定

2.3.3 土壤中水溶态六价铬、总铬及铬形态的测定

2.3.4 土壤酶活性的测定

2.3.5 土壤中微生物多样性的测定

2.4 数据处理

3 结果分析

3.1 施加有机肥对砖红壤吸附-还原Cr（VI）作用

3.2 有机肥对六价铬污染土壤理化性质和土壤酶活性的影响

3.2.1 Cr（VI）污染土壤施加有机肥前后水溶态Cr（VI）含量变化

3.2.2 Cr（VI）污染土壤施加有机肥前后土壤理化性质变化及其相关性

3.2.3 Cr（VI）污染土壤施加有机肥前后土壤酶活性变化

3.2.4 土壤水溶态Cr（VI）含量与土壤酶活性相关性分析

3.3 有机肥对六价铬污染土壤微生物群落结构的影响

3.3.1 土壤细菌Alpha多样性分析

3.3.2 Cr（VI）污染土壤在施加有机肥前后门水平上微生物群落结构分析

3.3.3 Cr（VI）污染土壤在施加有机肥前后纲水平上微生物群落结构分析

3.3.4 土壤样品细菌群落相似性分析

3.3.5 环境因子与样品微生物之间的相关性分析

3.4 有机肥缓解红苋菜六价铬毒害效应研究

3.4.1 有机肥对六价铬胁迫下红苋菜生物量、株高和根长的影响

3.4.2 有机肥对六价铬胁迫下红苋菜中游离脯氨酸和丙二醛含量的影响

3.4.3 有机肥对六价铬胁迫下红苋菜体内抗氧化酶的影响

3.4.4 有机肥对六价铬胁迫下红苋菜铬累积的影响

3.4.5 有机肥对Cr（VI）污染土壤中铬赋存形态的影响

3.4.6 红苋菜铬累积量与土壤中铬形态的相关性分析

4 讨论

4.1 有机肥能促进玄武岩成土母质砖红壤中Cr（VI）的还原

4.2 有机肥对六价铬污染土壤酶的影响

4.3 有机肥对六价铬污染土壤微生物群落结构的影响

4.4 有机肥对红苋菜六价铬毒害的缓解作用

4.5 有机肥对土壤重金属铬形态的影响

5 结论

参考文献

致谢

作者简介

导师简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘叶

导师: 钟来元

关键词: 有机肥,红苋菜,土壤酶,微生物

来源: 广东海洋大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,农业科技

专业: 生物学,环境科学与资源利用,环境科学与资源利用,农业基础科学,农艺学

单位: 广东海洋大学

分类号: X53;X17;S141

DOI: 10.27788/d.cnki.ggdhy.2019.000155

总页数: 58

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有机肥影响六价铬污染土壤微生物群落结构和缓解对红苋菜毒害的机理研究

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