孔雀草--蚯蚓--叢枝菌根真菌聯(lián)合修復Cu污染土壤的研究.pdf

1、我國礦產(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入土壤環(huán)境中，對我們的人身安全造成了極大的威脅，因此尋求高效的修復方法解決土壤重金屬污染問題具有重要的意義。常規(guī)的植物修復技術(shù)操作簡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植物，深入探討了利用蚯蚓與叢枝菌根真菌輔助植物對Cu污染土壤進行聯(lián)合修復的可行性，具體結(jié)果如下:

2、>　　為了研究Cu污染對土壤大型動物群落分布的影響，對江蘇省南京市湯山鎮(zhèn)伏牛山銅尾礦區(qū)周邊的土壤進行調(diào)查，通過對采集的42個樣點的土壤樣品與土壤動物分析發(fā)現(xiàn):該區(qū)域的土壤Cu污染情況嚴重且伴隨輕度Zn污染;利用手撿法與過篩法共獲得3門4綱9目共2062只土壤動物，其中優(yōu)勢類群為膜翅目、寡毛綱、直翅目，分別占土壤動物總個體數(shù)的16.78％、14.26％、13.82％，常見類群為等足目、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

3、。對0-5 cm、5-10 cm與10-20 cm三個土層的土壤動物總量進行分析后可知，不同土層的土壤動物數(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)域土壤動物的數(shù)量與多樣性與土壤Cu污染濃度呈顯著負相關(guān)性，尤其是鞘翅目、革翅目、寡毛綱與膜翅目四類動物在低濃度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)寡毛綱和膜翅目動物對土壤銅毒害最為敏感。結(jié)合各采樣點環(huán)境因子分析進一步確認土壤C

4、u污染是導致該區(qū)域土壤大型動物分布差異的最關(guān)鍵因素。
　　采用水培方法，以未接種為對照處理，研究了預先接種叢枝菌根真菌（Glomuscoronatum）的孔雀草（Tagetes patulaL）幼苗對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50μM Cu處理下已出現(xiàn)生物量降低，100μM Cu處理下已基本死亡，接種植株則直到Cu濃度超過100μM時才出現(xiàn)顯著的Cu毒害現(xiàn)象。對Cu

5、的時間動態(tài)積累分析可以看出，在長時間的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50μM Cu處理下根尖伸長量、根尖數(shù)量、根系活力與植物光合作用等指標的分析可知，與非接種植株相比，AMF(Arbuscularmycorrhizal fungi）的接種顯著降低宿主植株對過量Cu的吸收與轉(zhuǎn)運

6、量，有效緩解了Cu脅迫對植物根系活力、光合作用強度、礦質(zhì)營養(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制顯著地降低了Cu對孔雀草根部的毒害，提高了孔雀草的耐Cu性。
　　通過土培試驗，設(shè)置了多種添加蚯蚓的方式，研究了蚯蚓活動對叢枝菌根真菌在時間與空間上對植物侵染的影響。我們發(fā)現(xiàn)當土壤體系中蚯蚓與蚯蚓糞數(shù)量過多時會顯著降低AMF的侵染率，蚯蚓的合適投

7、放量為每千克土壤4-8條蚯蚓;孔雀草長至兩葉一心期為最佳的蚯蚓投放時間，過早投放會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。橫向土柱實驗結(jié)果說明，蚯蚓的活動能夠顯著擴大AMF的侵柒范圍:在投放蚯蚓后，距離AMF投放位點60 cm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，最遠在距離AMF投放位點30 cm處發(fā)現(xiàn)侵染率達到50％的孔雀草植株，即蚯蚓的添加將AMF的侵染范圍擴

8、大了1倍。通過AMF對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污染土壤中的修復效率。
　　采用土培試驗，綜合考慮植物-動物-微生物三要素，研究了“孔雀草-蚯蚓-叢枝菌根真菌”聯(lián)合修復對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的影響。結(jié)果表明，單

9、一施加叢枝菌根真菌可以顯著提高植物生物量，改善土壤營養(yǎng)水平并增強植物的銅耐性。單獨添加蚯蚓對土壤中Cu元素有顯著的活化作用，且對土壤中過氧化氫酶與脲酶的酶活有一定的提高，但對植物生物量的影響不顯著。同時添加叢枝菌根真菌與蚯蚓處理顯著提高了孔雀草的修復效率，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)與營養(yǎng)水平也得到顯著改善。另一方面，采用Miseq高通量測序技術(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152