重金屬污染對水稻土有機碳穩定性的影響機制研究

《重金屬污染對水稻土有機碳穩定性的影響機制研究》是張旭輝為項目負責人，南京農業大學為依託單位的面上項目。

基本介紹

• 中文名：重金屬污染對水稻土有機碳穩定性的影響機制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張旭輝
• 依託單位：南京農業大學

項目摘要

水稻土作為我國有機碳密度最高的農田土壤，其有機碳的穩定性則關係到農田生態系統的碳庫儲存及大氣溫室氣體濃度。水稻土有機碳的穩定性主要來源於土壤團聚體的物理保護、氧化鐵鋁的化學鍵合及微生物穩定性，在我國農田土壤重金屬污染日趨嚴重的背景下，本申請項目提出以長期重金屬（Pb/Cd）污染的南方代表性地區的典型水稻土為研究對象，以重金屬污染對土壤有機碳的團聚體物理保護、化學穩定性及微生物穩定性的影響機制為主要研究內容，利用團聚體分組、有機碳庫分析、穩定性13C同位素示蹤、微生物群落結構分析（PCR-DGGE-高通量測序，PLFA）等技術，通過探討重金屬污染下水稻土有機碳不同穩定性的變化，理定重金屬污染影響水稻土有機碳穩定性的途徑和機制，從而為進一步認識生境改變下的土壤微生物生態過程和污染環境下農田土壤的碳評估和管理提供參考。

結題摘要

水稻土有機碳的穩定性主要來源於土壤團聚體的物理保護、氧化鐵鋁的化學鍵合及微生物穩定性，在我國農田土壤重金屬污染日趨嚴重的背景下，本以長期重金屬（Pb/Cd）污染的南方代表性地區的典型水稻土為研究對象，利用團聚體分組、有機碳庫分析、穩定性13C同位素示蹤、微生物群落結構分析（高通量測序）等技術，分析了重金屬污染對土壤有機碳的團聚體物理保護、化學穩定性及微生物穩定性的影響，主要結果如下：隨著污染程度的增加,重金屬污染增加了小粒級團聚體的含量，降低了大團聚體的含量；重度污染降低了微生物碳的含量，而中度及輕度污染可以增加微生物碳的含量，刺激微生物的生長。新鮮有機碳的添加均能促進長期不同程度重金屬污染水稻土有機碳礦化，顯著提高了土壤有機碳的累積礦化量。在長期重金屬污染的水稻土中，低污染能夠顯著促進對水稻土總有機碳的礦化，尤其是新碳。重金屬複合污染對細菌和真菌群落結構具有顯著的影響，在長期重金屬脅迫的水稻土中，不同重金屬污染元素對細菌和真菌群落結構的影響呈現協同作用，受重金屬影響最大的細菌門類為厚壁菌門和放線菌門。通過對微生物群落結構組成與環境因子的冗餘分析（RDA）和非度量多維尺度分析（NMDS）發現，對細菌而言，各種形態重金屬含量之間的關係是正相關，環境中的鉛鎘銅鋅對細菌群落組成的影響是協同作用，其中影響程度最大的是全量鉛，其次是有效態鎘和全量銅，鋅的影響最小；對真菌而言，重金屬污染對真菌群落結構的影響顯著，影響程度最大的環境因子是全量Pb和全量Cu，其次是有效態Cu和Pb，且高中低程度重金屬污染樣品的群落結構組成出現顯著差異。重金屬污染水稻土中，土壤微生物群落的重金屬敏感菌的相對豐度降低，耐性菌增加，從而提高了微生物對環境中重金屬污染脅迫的適應能力，進而維持生態系統的平衡和穩定。