羟基磷灰石-植物联合修复对CuCd污染植物根际土壤微生物.docx

羟基磷灰石-植物联合修复对Cu/ Cd污染植物根际土壤微生物群落的影响 基金项目：中国科学院STS项目(KFJ-EW-STS-016)和国家自然科学基金资助。 * 通讯作者( HYPERLINK mailto:chenyan@ chenyan@) 作者简介：孙婷婷(1990-)，女，安徽安庆人，硕士研究生，主要从事土壤微生物生态学研究。 E-mail：ttsun@ 孙婷婷1, 3，徐磊1, 3，周静1, 2, 4，樊剑波1，陈晏1, 2* 中国科学院南京土壤研究所， 南京 210008；2 中国科学院红壤生态实验站， 鹰潭 335211；3 中国科学院大学， 北京 100049；4 江西省科学院生物资源研究所，南昌 330096) 摘 要：针对江西贵溪铜、镉重金属污染土壤，通过田间实验，比较无机生物材料羟基磷灰石及三种植物（海州香薷、巨菌草、伴矿景天）与羟基磷灰石联合修复对土壤总Cu、Cd的吸收对及活性Cu、Cd的钝化吸收能力差异。采用磷脂脂肪酸（PLFA）分析法，比较不同修复模式对土壤微生物群落结构的影响，以评估土壤微生态环境对不同修复措施的响应。研究结果表明：羟基磷灰石的施加可显著提高土壤pH，并有效钝化土壤活性Cu、Cd含量，但对土壤总Cu、Cd的含量影响较小。植物与羟基磷灰石的联合修复在显著降低土壤活性Cu、Cd (P0.05)的同时，减少了植物根际土壤总Cu、Cd的含量(P0.05)。这主要基于植物组织特别是地上部分对重金属的吸收与固定。不同修复措施对土壤微生物群落组成影响差异明显。单独施加羟基磷灰石与土壤真菌群落呈显著正相关，使土壤真菌生物量提高，从而引起真菌/细菌比值（F/B）的升高。植物与羟基磷灰石的联合修复可有效缓解土壤真菌化的趋势，其中巨菌草与羟基磷灰石的联合修复可有效提高土壤革兰氏阳性、革兰氏阴性细菌生物量及多样性，降低F/B值，从而降低土壤真菌病害的风险。不同植物根系活性代谢引起有机质的积累促进植物与羟基磷灰石处理中根际有机碳含量显著提高。聚类增强树（Aggregated boosted tree，ABT）分析结果表明：不同修复模式是影响土壤微生物群落的重要因素，其次土壤pH和Cu的含量及活性也是改变重金属污染区域微生物群落的因子。该研究从微生物群落结构角度解释了植物与羟基磷灰石联合修复对土壤微生态体系的作用，为开展铜、镉等重金属污染地植物与无机生物材料的联合修复方式的筛选及实施提供可靠的理论依据。 关键词： Cu；Cd；巨菌草；海州香薷；伴矿景天；羟基磷灰石；微生物群落 中图分类号：X53 随着工农业生产和城市化水平的推进，我国土地污染，特别是重金属污染俨然成为危害土壤生态环境和人类健康的关键问题而日益受到关注[1]。以江西省北部贵溪市为例，其冶炼厂周边至少260公顷种植土壤因长期大气沉降、水源灌溉、废渣倾倒而导致铜（Cu）、镉（Cd）等重金属含量严重超标，土壤生态体系遭到严重破坏[2]。因此，选择合理有效的修复措施，降低重金属积累的危害风险，是重金属污染区亟待解决的问题。 相比物理、化学的传统修复技术，近年来，采用超积累植物或耐受性植物的修复技术因其对土壤微生态扰动小，治理成本低，原位治理等优势在国内外许多低、中污染场地得到关注与应用[3]。伴矿景天（Sedum plumbizincicola）、海州香薷（Elsholtzia splendens）是目前国内用于镉与铜污染场地修复的重要超积累植物。然而，由于其生长速度和植物生物量的固有缺陷，使其在应用过程中受限[4]。崔红标等[5]针对江西贵溪地区铜、镉污染片区，使用生物量大且生长快速的重金属耐受性植物巨菌草（Pennisetum sp.），盆栽模式下分析了重金属提取修复效率，发现其对铜、镉的吸收量受到土壤pH的调控。Leitenmaier等[3]发现，多数HM-积累性及HM-耐受性植物的修复效率不同程度地受到土壤环境，如pH、土壤其他重金属含量等的影响。因此，合理优化修复植物生长土壤环境，是促进植物修复的有效途径。 无机生物材料羟基磷灰石(Ca10(PO4)6(OH)2， HAP) 因其高比表面积及优良的生物学特性被广泛应用于医药合成、骨移植作为生物催化剂和吸附剂。基于羟基磷灰石在氧化、还原条件下的高稳定性和对重金属的广泛高吸附量的特性，使其在长期污染水体和土壤中成为理想的重金属治理材料[6]。Cui等[7]研究发现，羟基磷灰石的添加可提高土壤pH，一方面有效钝化有效Cu、Cd含量，另一方面改善土壤功能酶活性，促进耐铜、镉类植物地上生物量的提高，从而提高植物对土壤重金属的吸收量。 作为土壤质量评价不可缺少的生物学指标，土壤微生物维持着土壤生物活性，保证土壤养分循环和土壤结构的形成。微生物群落结构的变化能敏感的反映出土