长期重金属污染对水稻土微生物群落结构的影响
摘要：本实验利用PCR-DGGE法来分析重金属污染下的土壤微生物群落结构的多样性和功能多样性。以苏南宜兴地区某金属冶炼厂和加工产业区的Pb-Cd污染水稻土，在污染源的下风向根据距污染源的距离，距污染源10m,30m,60m.80m,120m距离的样品代表不同污染程度的土壤为试验土壤，并选择邻近农作相同的未污染田块作对照。对不同程度重金属污染下水稻土微生物群落的PCR-DGGE分析表明，重金属污染浓度可以较为显著影响和改变微生物群落多样性，伴随着重金属浓度的降低，微生物生物群落多样性明显增加。
目录
摘要 1
关键词 1
Abstract 1
Key words 1
引言 1
1 材料与方法 2
1．1 采集地自然概况 2
1．2 样品采集与处理 3
1．3 土壤样品分析法 3
1．3．1 土壤DNA提取与聚合酶链反应（PCR） 3
1．3．2 DEEG分析 4
1．4 数据处理 4
2 结果与分析 4
2．1 土壤原土重金属全量 4
2．2 重金属污染对微生物群落的影响 5
2. 2. 1 DGGE分析 5
3 讨论 6
4 结论 7
致谢 7
参考文献 7
长期重金属污染对水稻土微生物群落结构的影响
引言
引言
随着人类社会的发展,土壤污染己经成为全球化的环境问题,土壤重金属污染是其中最严重的生态问题之一。重金属作为一类重要的土壤污染物,在土壤中不为微生物所分解,当超过一定限度时便对植物和土壤微生物产生不可逆毒害作用[1]。稻田是我国重要的农业生态系统。近年来,随着采矿、冶金业的迅速发展,污水灌溉以及农药、化肥的大量使用,我国稻田土壤重金属污染已日趋严重[2]。
土壤作为环境主要载体之一受重金属污染越来越严重,日本污染稻田土壤中Cd含量竟达446 mg/ kg [3];德国已有10 000公顷污染农田无法用于粮食生产[4];西欧约140万个污染土壤样点中重金属污染占绝大多数;比利时的
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重金属污染总面积(共28 000公顷)占其国土总面积的1.4%[5]。并且,Glass (1999)报道欧美市场大约投入360540亿美元用于污染修复工作,其中1214亿美元用于土壤重金属的清除。环保部公布中国近250万公顷的耕地已被重金属污染[6],这会造成中国粮食生产每年减产1 000多万吨[7],合计经济损失至少200亿元[8]。农业部环保监测系统通过对全国24省、市的320个严重污染区的土壤进行调查,指出大田类农产品超标面积占污染区农田土壤面积的20%,其中重金属超标占80%。农业部调查表明,我国污灌区面积约为140X104hm2,其中重金属污染土壤面积占污染总面积的64.8%,而属于轻度污染的土壤面积占46.7%,中度污染和严重污染分别占9.7%与8.4%。
Cd,一种银白色有光泽的软金属,是冶炼Zn与Pb过程中不可避免的副产物。Cd没有任何必需的生物学功能,会影响人体多种酶的活性,在人体肾中积累可导致肾衰竭。日本报告的“痛痛病”即为长期饮用cdsa污染水源而导致的一种慢性Cd 中毒疾病。Pb, 一种自然发生的灰白色软金属,在地壳中的含量为0.16%,在世界表土中的平均浓度为 32 mg/kg,变化范围为 1067 mg/kg 。其多数以硫化物(PbS, PbS04)或氧化物(PbC03)等状态存在于自然界。Pb不是生命必需元素,主要以无机Pb中毒为多见,主要损害消化系统、神经系统、造血系统和肾脏等器官。
由于土壤微生物的种类、数量及生理活性等对重金属污染的响应比同一环境中的动物和植物更灵敏[9]，因而微生物能够及时准确地预测土壤养分及环境质量的变化，反映土壤的污染状况，是最有潜力的评价土壤环境质量的指标。目前国内相关复合污染的研究主要通过人工大剂量添加重金属,由此带来的由于重金属一次性大量施入对土壤微生物产生的短期“触杀”和吸附效应,使这些人为试验结果与“自然”污染土壤结果存在较大差异。
土壤微生物生物量能代表参与调控土壤中能量和养分循环以及有机质转化的对应微生物的数量，是评价重金属污染程度的敏感生物学指标[10]。很多研究表明土壤微生物量受到随着重金属污染浓度的递增逐渐降低[11][12]。但亦有研究表明重金属污染程度对水稻土微生物生物量的影响没有表现出一致的趋势，这可能与土壤的污染程度和主要污染因子相关[13]，甚至有研究表明低浓度重金属能增加微生物量碳的含量，并刺激微生物的生长，高浓度重金属才会降低土壤微生物生物量，这可能会直接导致微生物分解有机碳的能力降低[14]。这样的研究结果亦体现在对土壤有机碳矿化影响的研究上。如较多的研究表明重金属污染可降低土壤有机碳的矿化速率，从而更利于土壤有机质的积累[15]，也有研究表明，土壤中重金属的累积在较低浓度时可刺激微生物活动并提高土壤呼吸强度[16][17]。微生物多样性是指土壤微生物群落的种内和种间差异性，包括生理功能多样性、细胞组成多样性及遗传物质多样性等.。微生物群落结构的变化能较早地预测土壤养分及土壤环境质量的后续变化，被认为是最具潜力的敏感的生物指标[18]。随着微生物实验方法的发展，研究者利用PLFA 图谱分析方法、PCRDGGE、BIOLOG 微平板法等各种技术手段就重金属污染对微生物多样性的影响进行了大量研究，结果均显示微生物多样性随重金属浓度的增大而降低，且重金属浓度会影响优势微生物的种类。
1 材料与方法
1．1 采集地自然概况
宜兴地处江苏省南端、沪宁杭三角中心，东面太湖水面与苏州太湖水面相连，东南临浙江长兴，西南界安徽广德，西接溧阳，西北毗连金坛，北与武进相傍。宜兴市全年温暖湿润，热量条件好，降水丰沛，全年有雨，春夏雨水集中。地面水、地下水丰富。改革开放以来,宜兴已经从一个封闭小城发展成为以轻工业为主的新兴城市[19]。宜兴市兴作为苏南经济快速发展的区域,?城市化、工业化进程,土地利用变化方式具有典型特征。因此,本研究在沿宜城的主要扩张(北偏东30°)方向上,?选取宜兴市城乡交错区作为研究区域,该区域的农用地土壤的主要类型为水稻土,水稻土类型为太湖地区典型脱潜型水稻土乌泥土。蒋定安等指出江苏宜兴污染区的水稻糙米中Pb平均含量为0.79 mg/kg,是国家食品卫生标准值(0.20mg/kg)的近4倍。
1．2 样品采集与处理
选取苏南宜兴地区某金属冶炼厂和加工产业区的PbCd污染水稻土，在污染源的下风向根据距污染源的距离，分别采集距污染源10m、30m、60m,80m,120m的距离的样品代表不同污染程度的土壤，并选择邻近农作相同的未污染田块作对照。（分别采集水稻季和小麦季土壤）
土壤理化性质及重金属含量测定参照《土壤农化分析》(鲁如坤, 2000)。土壤酸碱度用pH计按1:2.5土水比浸提测定。CEC按乙酸铵交换法测定；TOC按重铬酸钾容量法 测定；容重采用环刀法测定；全N按半微量开氏定氮—蒸馏法测定；全P按HClO4消煮钼锑抗比色法测定；土壤总Pb、Cd、Cu和Zn采用HFHNO3HClO4(10:2.5:2.5, V/V/V) 消煮，CaCl2有效态 Pb、Cd、Cu和Zn采用0.01 mol/L CaCl2浸提，然后分别用原子吸 收分光光度法测定，其中Pb、Cu和Zn采用火焰原子吸收分光光度法(FFAAS,TAS986, China)，Cd采用石墨炉原子吸收分光光度(GFAAS,SpectrAA220Z,Varian,USA)。
目录
摘要 1
关键词 1
Abstract 1
Key words 1
引言 1
1 材料与方法 2
1．1 采集地自然概况 2
1．2 样品采集与处理 3
1．3 土壤样品分析法 3
1．3．1 土壤DNA提取与聚合酶链反应（PCR） 3
1．3．2 DEEG分析 4
1．4 数据处理 4
2 结果与分析 4
2．1 土壤原土重金属全量 4
2．2 重金属污染对微生物群落的影响 5
2. 2. 1 DGGE分析 5
3 讨论 6
4 结论 7
致谢 7
参考文献 7
长期重金属污染对水稻土微生物群落结构的影响
引言
引言
随着人类社会的发展,土壤污染己经成为全球化的环境问题,土壤重金属污染是其中最严重的生态问题之一。重金属作为一类重要的土壤污染物,在土壤中不为微生物所分解,当超过一定限度时便对植物和土壤微生物产生不可逆毒害作用[1]。稻田是我国重要的农业生态系统。近年来,随着采矿、冶金业的迅速发展,污水灌溉以及农药、化肥的大量使用,我国稻田土壤重金属污染已日趋严重[2]。
土壤作为环境主要载体之一受重金属污染越来越严重,日本污染稻田土壤中Cd含量竟达446 mg/ kg [3];德国已有10 000公顷污染农田无法用于粮食生产[4];西欧约140万个污染土壤样点中重金属污染占绝大多数;比利时的
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
重金属污染总面积(共28 000公顷)占其国土总面积的1.4%[5]。并且,Glass (1999)报道欧美市场大约投入360540亿美元用于污染修复工作,其中1214亿美元用于土壤重金属的清除。环保部公布中国近250万公顷的耕地已被重金属污染[6],这会造成中国粮食生产每年减产1 000多万吨[7],合计经济损失至少200亿元[8]。农业部环保监测系统通过对全国24省、市的320个严重污染区的土壤进行调查,指出大田类农产品超标面积占污染区农田土壤面积的20%,其中重金属超标占80%。农业部调查表明,我国污灌区面积约为140X104hm2,其中重金属污染土壤面积占污染总面积的64.8%,而属于轻度污染的土壤面积占46.7%,中度污染和严重污染分别占9.7%与8.4%。
Cd,一种银白色有光泽的软金属,是冶炼Zn与Pb过程中不可避免的副产物。Cd没有任何必需的生物学功能,会影响人体多种酶的活性,在人体肾中积累可导致肾衰竭。日本报告的“痛痛病”即为长期饮用cdsa污染水源而导致的一种慢性Cd 中毒疾病。Pb, 一种自然发生的灰白色软金属,在地壳中的含量为0.16%,在世界表土中的平均浓度为 32 mg/kg,变化范围为 1067 mg/kg 。其多数以硫化物(PbS, PbS04)或氧化物(PbC03)等状态存在于自然界。Pb不是生命必需元素,主要以无机Pb中毒为多见,主要损害消化系统、神经系统、造血系统和肾脏等器官。
由于土壤微生物的种类、数量及生理活性等对重金属污染的响应比同一环境中的动物和植物更灵敏[9]，因而微生物能够及时准确地预测土壤养分及环境质量的变化，反映土壤的污染状况，是最有潜力的评价土壤环境质量的指标。目前国内相关复合污染的研究主要通过人工大剂量添加重金属,由此带来的由于重金属一次性大量施入对土壤微生物产生的短期“触杀”和吸附效应,使这些人为试验结果与“自然”污染土壤结果存在较大差异。
土壤微生物生物量能代表参与调控土壤中能量和养分循环以及有机质转化的对应微生物的数量，是评价重金属污染程度的敏感生物学指标[10]。很多研究表明土壤微生物量受到随着重金属污染浓度的递增逐渐降低[11][12]。但亦有研究表明重金属污染程度对水稻土微生物生物量的影响没有表现出一致的趋势，这可能与土壤的污染程度和主要污染因子相关[13]，甚至有研究表明低浓度重金属能增加微生物量碳的含量，并刺激微生物的生长，高浓度重金属才会降低土壤微生物生物量，这可能会直接导致微生物分解有机碳的能力降低[14]。这样的研究结果亦体现在对土壤有机碳矿化影响的研究上。如较多的研究表明重金属污染可降低土壤有机碳的矿化速率，从而更利于土壤有机质的积累[15]，也有研究表明，土壤中重金属的累积在较低浓度时可刺激微生物活动并提高土壤呼吸强度[16][17]。微生物多样性是指土壤微生物群落的种内和种间差异性，包括生理功能多样性、细胞组成多样性及遗传物质多样性等.。微生物群落结构的变化能较早地预测土壤养分及土壤环境质量的后续变化，被认为是最具潜力的敏感的生物指标[18]。随着微生物实验方法的发展，研究者利用PLFA 图谱分析方法、PCRDGGE、BIOLOG 微平板法等各种技术手段就重金属污染对微生物多样性的影响进行了大量研究，结果均显示微生物多样性随重金属浓度的增大而降低，且重金属浓度会影响优势微生物的种类。
1 材料与方法
1．1 采集地自然概况
宜兴地处江苏省南端、沪宁杭三角中心，东面太湖水面与苏州太湖水面相连，东南临浙江长兴，西南界安徽广德，西接溧阳，西北毗连金坛，北与武进相傍。宜兴市全年温暖湿润，热量条件好，降水丰沛，全年有雨，春夏雨水集中。地面水、地下水丰富。改革开放以来,宜兴已经从一个封闭小城发展成为以轻工业为主的新兴城市[19]。宜兴市兴作为苏南经济快速发展的区域,?城市化、工业化进程,土地利用变化方式具有典型特征。因此,本研究在沿宜城的主要扩张(北偏东30°)方向上,?选取宜兴市城乡交错区作为研究区域,该区域的农用地土壤的主要类型为水稻土,水稻土类型为太湖地区典型脱潜型水稻土乌泥土。蒋定安等指出江苏宜兴污染区的水稻糙米中Pb平均含量为0.79 mg/kg,是国家食品卫生标准值(0.20mg/kg)的近4倍。
1．2 样品采集与处理
选取苏南宜兴地区某金属冶炼厂和加工产业区的PbCd污染水稻土，在污染源的下风向根据距污染源的距离，分别采集距污染源10m、30m、60m,80m,120m的距离的样品代表不同污染程度的土壤，并选择邻近农作相同的未污染田块作对照。（分别采集水稻季和小麦季土壤）
土壤理化性质及重金属含量测定参照《土壤农化分析》(鲁如坤, 2000)。土壤酸碱度用pH计按1:2.5土水比浸提测定。CEC按乙酸铵交换法测定；TOC按重铬酸钾容量法 测定；容重采用环刀法测定；全N按半微量开氏定氮—蒸馏法测定；全P按HClO4消煮钼锑抗比色法测定；土壤总Pb、Cd、Cu和Zn采用HFHNO3HClO4(10:2.5:2.5, V/V/V) 消煮，CaCl2有效态 Pb、Cd、Cu和Zn采用0.01 mol/L CaCl2浸提，然后分别用原子吸 收分光光度法测定，其中Pb、Cu和Zn采用火焰原子吸收分光光度法(FFAAS,TAS986, China)，Cd采用石墨炉原子吸收分光光度(GFAAS,SpectrAA220Z,Varian,USA)。
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