土壤硫循環(huán)對重金屬有效性及微生物群落結(jié)構(gòu)的影響.pdf

1、重金屬的有效性及形態(tài)變化是一個物理、化學(xué)和微生物聯(lián)合作用的過程。土壤中硫的形態(tài)轉(zhuǎn)化可通過直接氧化和間接釋放金屬配位體的方式影響重金屬的有效性和植物吸收累積量。深入了解土壤硫循環(huán)對重金屬形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響，揭示不同形態(tài)硫化物、微生物和植物對重金屬有效性和植物吸收累積的機理，并開發(fā)出高效的聯(lián)合修復(fù)技術(shù)，對于重金屬的修復(fù)研究具有重要意義。本試驗將實驗室孵化，溫室培養(yǎng)和分子生物學(xué)技術(shù)(PCR-DGGE)相結(jié)合，研究了不同形態(tài)無機硫?qū)χ亟饘傩螒B(tài)轉(zhuǎn)換、

2、有效性以及植物吸收累積的影響，從土壤微生物群落結(jié)構(gòu)方面闡明了土壤硫素循環(huán)對重金屬形態(tài)轉(zhuǎn)變的作用。主要研究結(jié)論如下： 以硫桿菌活性污泥培養(yǎng)物為菌源，分離純化得到硫氧化菌(SOB)。該硫氧化菌對重金屬Cu、Zn有較好的耐受性和吸附能力。菌濃度為14.4mg/kg時對Cu2+和Zn2+的吸附效率最高，分別為2.8mg/kg和1.4mg/kg。pH值為5時，SOB對重金屬離子有最佳的吸附性。 土壤硫循環(huán)對重金屬有效性的影響集中在

3、硫磺的氧化和硫代硫酸鈉轉(zhuǎn)化為亞硫酸鈉兩個過程。硫磺可促進土壤中土著硫氧化還原菌的生長，從而降低土壤pH值并提高Cu、Zn的有效性。處理兩個月后體系pH值由空白對照的8.0降低到4.5；硝酸銨提取態(tài)的銅、鋅分別為空白對照的5.1和9.4倍，但反應(yīng)存在30天的滯后期；將硫磺與SOB聯(lián)合反應(yīng)速度加快。硫代硫酸鈉在土壤中的硫氧化菌的作用下發(fā)生氧化反應(yīng)，土壤的pH值和重金屬Cu的有效性均升高。與空白對照相比，硝酸銨提取態(tài)銅的濃度增加了20倍；但受

4、體系pH值的影響，Zn的有效性無明顯變化。亞硫酸鈉和硫酸鈉處理不改變重金屬的化學(xué)形態(tài)。 利用PCR-DGGE技術(shù)對不同形態(tài)硫處理土壤體系中微生物多樣性的研究發(fā)現(xiàn)，微生物DGGE圖譜顯示出明顯的差異性。硫素的加入對土壤中硫氧化還原菌的生長有促進作用，改變了微生物原有的群落結(jié)構(gòu)，從而使其微生物多樣性在DGGE膠上表現(xiàn)為條帶數(shù)目的變化。DGGE圖譜分析結(jié)果顯示不同形態(tài)硫處理后，土壤體系中微生物的Shannon指數(shù)都有所降低，硫磺處理土

5、壤中根際微生物多樣性最低為2.17，其次為硫代硫酸鈉處理和亞硫酸鈉處理，其多樣性指數(shù)分別為2.86和3.11。主成分分析(PCA)結(jié)果可以看出主成分分析能夠?qū)⑻幚砗蛯φ辗珠_，并且顯示出不同樣品之間有著差異性。 成功構(gòu)筑了“植物-化學(xué)添加劑-微生物”復(fù)合生物修復(fù)載體。將銅超積累/耐性植物海州香薷、硫磺和SOB相結(jié)合，極大地提高了海州香薷的修復(fù)效率。硫磺和SOB的加入使土壤中重金屬交換態(tài)含量顯著增加，根際土壤中的Cu、Zn得到顯著的