含鎘堆肥施用對(duì)紅壤微生物量、酶活性及微生物多樣性的影響.pdf

1、堆肥是我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要肥源,施用堆肥對(duì)于提供作物養(yǎng)分,維持土壤肥力發(fā)揮了重要作用。長(zhǎng)期以來(lái)堆肥一直被認(rèn)為是一種安全肥料,在無(wú)公害食品、綠色食品、有機(jī)食品等安全農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)中,均強(qiáng)調(diào)堆肥的施用。然而,堆肥的重要作用是以其本身無(wú)污染為前提。近年來(lái),隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和環(huán)境壓力的日益增加,城市生活垃圾、畜禽糞便等堆肥原料的重金屬污染問題已經(jīng)非常普遍,堆肥重金屬污染問題日益突出。而重金屬鎘在土壤中又具有較強(qiáng)的生物活性,容易被植物根系吸收而進(jìn)入人

2、類食物鏈,危害人體健康。迄今,關(guān)于含重金屬的堆肥對(duì)土壤環(huán)境的污染研究較少。因此,研究重金屬污染堆肥施用后對(duì)土壤微生物量、酶活性及微生物多樣性的影響具有重要的意義。
　　 本文選取了我國(guó)南方廣泛分布的旱地紅壤為供試材料,通過室內(nèi)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn),采用連續(xù)提取法、PCR-DGGE技術(shù)等,探討含Cd堆肥施用后,對(duì)紅壤中微生物量(C、P)、酶活性(脲酶、過氧化氫酶、脫氫酶和酸性磷酸酶活性)、微生物多樣性的影響,以及Cd在紅壤中的賦存形態(tài)(可交換

3、態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)、Fe-Mn氧化態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài))的遷移轉(zhuǎn)化及生物有效性。在理論上,進(jìn)一步完善并豐富堆肥中重金屬的基礎(chǔ)研究；在實(shí)踐上,為生產(chǎn)中堆肥的合理安全使用提供科學(xué)參考。
　　 使用化學(xué)分析方法分析施用含Cd堆肥(濃度分別為7.8 mg/kg、8.8mg/kg、12.8mg/kg、17.8mg/kg、27.8mg/kg、67.8 mg/kg、107.8 mg/kg)對(duì)紅壤微生物量、及酶活性的影響。研究結(jié)果表明:施用含C

4、d堆肥使紅壤微生物量C、微生物量P、以及脫氫酶、過氧化氫酶、酸性磷酸酶的活性隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷降低。相同培養(yǎng)時(shí)間,與對(duì)照相比,含Cd堆肥對(duì)微生物生物量P、酸性磷酸酶活性有抑制作用。然而,Cd濃度小于27.8 mg/kg堆肥,對(duì)微生物生物量C有激活作用,其激活率為0.26～98.46％；Cd濃度小于12.8 mg/kg堆肥,對(duì)過氧化氫酶活性有激活作用,其激活率為0.17～4.49％；含Cd濃度為8.8 mg/kg堆肥使紅壤脫氫酶活性

5、增加1.6～16.1％；脲酶活性在Cd濃度小于17.8 mg/kg堆肥時(shí),其活性隨著Cd濃度的增加而增加；然而,第20天時(shí),Cd濃度大于27.8 mg/kg的堆肥對(duì)脲酶活性有抑制作用,其抑制率為0.81～2.65％。
　　 應(yīng)用連續(xù)提取法和PCR-DGGE技術(shù),探討了含Cd堆肥(濃度分別為7.8mg/kg、12.8 mg/kg、107.8 mg/kg)施用后,Cd在紅壤中各賦存形態(tài)的遷移轉(zhuǎn)化以及對(duì)微生物多樣性的影響。研究發(fā)現(xiàn):相

6、同培養(yǎng)時(shí)間內(nèi),12.8 mg/kg Cd和107.8mg/kg Cd堆肥處理中可交換態(tài)Cd、碳酸鹽結(jié)合態(tài)Cd、鐵錳氧化態(tài)Cd含量均大于對(duì)照處理,其含量分別增加0.88～10.12 mg/kg、0.19～2.58 mg/kg、0.47～1.9 mg/kg；而有機(jī)結(jié)合態(tài)Cd隨著堆肥中Cd濃度的增加而逐漸減少,其降低了0.05～0.34mg/kg；殘?jiān)鼞B(tài)Cd變化不明顯。DGGE指紋圖譜表明:含Cd堆肥對(duì)紅壤微生物有一定程度的影響。相同培養(yǎng)時(shí)間

7、時(shí),含Cd堆肥對(duì)微生物多樣性影響小。隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng),微生物多樣性發(fā)生變化,培養(yǎng)前14天,DGGE指紋圖譜中的條帶如e、g、1、n亮度增強(qiáng),且在培養(yǎng)第7天,出現(xiàn)新增條帶(h、r、A、B、C、D)；培養(yǎng)28天后,A、B、C等條帶逐漸消失,說明含Cd堆肥對(duì)微生物種群有毒害作用。各泳道條帶進(jìn)行相似性(Cs)分析發(fā)現(xiàn),培養(yǎng)前期不同處理中微生物DNA基因相似性逐漸增加,最大值為94％；而培養(yǎng)后期不同處理之間紅壤微生物DNA基因型相似性不斷減低,

8、減低到76.4％。Shannon指數(shù)和Cd賦存各形態(tài)之間的相關(guān)系數(shù)表明,對(duì)照處理對(duì)微生物多樣性的影響不明顯；12.8 mg/kg Cd堆肥處理中,碳酸鹽結(jié)合態(tài)Cd對(duì)微生物有激活作用；107.8 mg/kg Cd堆肥處理中,可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)對(duì)微生物有抑制作用。
　　 綜上所述,含Cd堆肥對(duì)微生物生物量P、酸性磷酸酶活性有抑制作用；小于27.8 mg/kg Cd堆肥對(duì)微生物生物量C有激活作用:小于12.8 mg/kg Cd堆肥