桔梗种植基地土壤污染特征及微生物群落相关性研究

论文摘要

目前,种植基地已成为我国主要农产品生产模式,但由于人为干扰作用较大,周围环境的恶化,使得大量有害物质进入土壤,造成了土壤质量下降,影响了作物生长与品质,间接危害了人类健康。本文以沈阳市4大桔梗种植基地（团结村、造化镇、平罗镇、道义镇）土壤为研究对象,首次对其土壤养分、重金属含量、有机磷农药残留量及微生物群落多样性进行测定与分析,初步确定了沈阳市桔梗种植基地的土壤质量现状,探索了土壤重金属含量与有机磷农药残留量对土壤中微生物群落的影响,为确保桔梗种植基地土壤的生态安全及受污染土壤的生物防治提供理论依据。获得如下研究成果：（1）开展了桔梗种植基地土壤养分的丰缺状况评价及各养分元素的相关性分析。研究结果表明：4个基地土壤均属中性偏酸的非盐渍化土壤；有机质（17.6-31.3g/kg）含量基本属中等偏下水平,全N（1.34-2.76g/kg）、全P（0.49-0.94g/kg）含量均属中等偏上水平,全K（14.7-21.6g/kg）均处于中等水平；速效P（30.57-109.65mg/kg）含量丰富,但普遍缺乏碱解N（51.57-112.36mg/kg）与速效K（60.58-142.84mg/kg）；微量元素Fe、Mn、Cu、Zn、B属中等偏上水平。初步确定有机质与速效磷P、碱解N、全N呈显著正相关；碱解N、全P及速效P之间呈显著正相关；全K与速效K只与有效Zn、B呈较好的正相关。微量元素中,有效Cu与有效Mn、有效Fe呈显著正相关。（2）对种植基地土壤重金属污染水平进行评价及全量重金属元素的相关性与主成分分析。在4个基地土壤中,8种重金属元素[As（7.36-14.6mg/L）、Cd（0.11-0.21mg/L）、Cr（44-70mg/L）、Pb（24.4-97.1mg/L）、Hg（0.09-0.12mg/L）、Ni（25.8-41.2mg/L）、Cu（22.8-35.9mg/L）、Zn（57.3-86.1mg/L）]含量均达到污染水平,污染程度依次是Pb>Hg>Zn>Ni=Cu>As>Cd>Cr。平罗镇和团结村属于轻度污染,道义镇属于中度污染,造化镇属于重污染。从潜在生态危害来看,除了造化地区处于中等生态危害外,其余3个基地都处于强生态危害的程度。其中重金属Cd-As、Cd-Pb、Cu-Pb、Cu-Ni、Hg-Cr之间存在显著相关性,Zn-Cu之间存在极显著相关性。主成分分析中确定,第一主因子为Cd、Pb、Cu和Zn,第二主因子为Ni和Hg,第三主因子为As和Cr。（3）进行了重金属有效态含量、有效系数与相关性分析。结果表明：造化、平罗、团结基地土壤中重金属有效态含量差异不明显,而道义基地的含量明显偏低。7个重金属有效系数从大到小的顺序为Cd>Pb>Cu>Zn>Ni>As>Cr,其中Cd、Pb与Cu表现出了较好的可给性。性质相似的元素Fe与Ni、Cu与Fe、Zn与Cd在该地区的土壤中的相关系数达到了显著或极显著的水平。（4）检测与分析了土壤中不同剖面重金属的分布特征。其中,重金属全量Cu、Zn与Ni在土壤中表层土（5～15cm）的含量明显大于与中层土（15-35cm）的含量,而下层土（35～50cm）的含量与中层土的含量相比变化不大；As在3个土样中下层土的含量高于中层土的含量；Pb在3个土壤样品中呈下降的趋势；Hg、Cd、Cr的变化无规律性。有效态重金属主要存在于表层土与中层土（5）检测了土壤中有机磷农药的残留。从预检常见的9种有机磷农药（甲拌磷、乐果、对硫磷、二嗪农、甲基异柳磷、毒死蜱、敌百虫、敌敌畏、异稻瘟净）,结果共检出其中5种,其残留总量从大到小依次为乐果（0.7672μg/g）>甲基异柳磷（0.6177μg/g）>毒死蜱（0.3188μg/g）>二嗪农（0.1234gg/g）>甲拌磷（0.0523μg/g）。其中道义、造化、平罗基地土壤有机磷农药残留量介于0.3188～0.7421μg/g,而团结基地土壤有机磷农药残留含量最低（0.1822μg/g）。根据美国、加拿大土壤农药残留标准,4个种植基地土壤均受到不同程度的农药污染。土壤中有机磷农药残留的纵向分布4个基地呈现出一致规律：即在中层土壤中有机磷农药残留量最大。（6）开展了土壤中微生物群落数量及多样性与污染因子的相关性分析,利用PCR技术对污染土壤中的耐受菌种进行鉴定。确定4个基地中,细菌是优势种群。放线菌的数量与重金属污染呈现一定的负相关。微生物总量与有机磷农药残留总量呈负相关,其中与真菌相关系数最高。细菌、真菌及放线菌的多样性与As、Cd全量呈正相关,与其余元素全量呈负相关；与元素有效态呈正相关,其中Zn达到了显著水平。有机磷农药残留量与细菌、真菌及放线菌的Shannon指数相关系数分别为-0.849、-0.947、0.547,不同种农药对于不同菌群多样性的作用各异。通过DNA测序鉴定,4种污染耐受细菌分别为葡萄球菌（staphyococcussp.）、鲍曼不动杆菌（acinetobacter baumannii）、蜡样芽孢杆菌（bacillus cereus）和蕈状芽孢杆菌（bacillus mycoides）。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 土壤养分
• 1.1.1 土壤养分简介
• 1.1.2 土壤养分的来源
• 1.1.3 我国土壤养分现状
• 1.2 土壤重金属简介
• 1.2.1 土壤的重金属来源
• 1.2.2 士壤重金属污染的特点及危害
• 1.2.3 农用土壤重金属污染现状
• 1.3 我国农药的生产使用状况
• 1.3.1 有机磷农药的简介
• 1.3.2 土壤中有机磷农药残留的研究进展
• 1.4 土壤微生物多样性的研究进展
• 1.4.1 土壤微生物多样性概念
• 1.4.2 土壤微生物多样性研究内容
• 1.4.3 土壤微生物多样性的测试方法
• 1.4.4 农药对于土壤微生物多样性的影响
• 1.4.5 重金属对于微生物多样性的影响
• 1.5 本研究的内容和意义
• 第2章 研究材料与方法
• 2.1 研究区域与作物概况
• 2.1.1 自然地理概况
• 2.1.2 桔梗生长习性简介
• 2.2 试验材料
• 2.2.1 样品采集与处理
• 2.2.2 化学试剂
• 2.2.3 实验器材
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 土壤养分测定方法
• 2.3.2 重金属含量（全量、有效态）测定方法
• 2.3.3 有机磷农药测定方法
• 2.3.4 微生物的测定
• 2.4 数据处理
• 第3章 研究结果与分析
• 3.1 土壤养分检测与分析
• 3.1.1 土壤养分含量分析
• 3.1.2 土壤养分相关性分析
• 3.1.3 土壤盐分含量
• 3.2 土壤重金属污染评价与分析
• 3.2.1 土壤重金属污染现状评价
• 3.2.2 潜在生态风险分析
• 3.2.3 土壤中重金属元素的相关性
• 3.2.4 土壤中重金属元素的主因子分析
• 3.2.5 剖面土壤重金属全量分布特征
• 3.2.6 土壤重金属有效态分析
• 3.3 有机磷农药的污染现状
• 3.3.1 有机磷农药残留量特征
• 3.3.2 土壤有机磷农药残留量纵向分布特征
• 3.4 土壤微生物群落数量与多样性分析
• 3.4.1 土壤微生物数量与多样性结果
• 3.4.2 土壤重金属与微生物群落相关性
• 3.4.3 有机磷农药残留与微生物群落相关性
• 3.4.4 桔梗种植基地优势菌株的初步确定
• 第4章 结论
• 4.1 结论
• 4.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的论著
• 作者从事科学研究和学习经历的简历