锰污染土壤有机菌肥改良效应及根际菌群的特性研究

摘要

本文以湘潭锰矿废弃地矿渣为植物生长基质，抗重金属污染专用有机菌肥为改良剂，构建了植物修复中试模拟场地试验装置，对比了使用改良剂后单一植物（栾树，Koelreuteria paniculata）与复合植物（栾树Koelreuteria paniculata，泡桐Paulownia，小叶女贞Ligustrum quihoui Carr，夹竹桃Nerium indicum Mill,商陆Phytolacca acinosa Roxb）模式的修复效应，分析了不同模式中植物对重金属（锰、铅、铜、锌、镉）的吸收与积累特点。并借助于高通量的微生物组学手段16S rRNA和18s rRNA基因扩增子测序技术确定在不同模式中植物根际土壤微生物的群落结构，揭示影响土壤微生物群落结构的主要因素，为发掘在植物萃取重金属过程中起关键作用的特异根际微生物提供参考数据。主要研究结果如下: (1)中试模拟试验中，单一植物模式的生物量最大，测试植物中，栾树的生物量最大，其次是泡桐、小叶女贞、商陆和夹竹桃。复合植物模式重金属的积累量最大，其中复合植物模式的Mn积累量是单一植物模式的2.7倍。测试植物中泡桐的Mn积累量最大，其次是栾树、商陆、小叶女贞和夹竹桃。试验结果表明，结合有机菌肥的应用，栾树和泡桐可以作为锰污染土壤修复的木本植物。 (2)与对照相比，有机菌肥的应用提高了土壤水溶性Mn含量，但显著降低了土壤络合性重金属含量。试验结果表明，有机菌肥的应用能显著促进植物生长，提高植物重金属吸收总量和向地上部转运量，同时增强基质的保水能力，降低重金属污染的扩散量。在检测的模式中，复合植物群落—有机菌肥处理的植物覆盖度最大，生物多样性指数最高，生态修复效果最好。 (3)有机菌肥应用提高了单一和复合植物模式根际细菌的多样性和丰富度。根际的优势细菌门为变形菌门，优势细菌纲为变形菌纲、酸酐菌纲。施用有机菌肥引入了一定数量的细菌，因此丰富了根际细菌的多样性，另外，根际微生物群落结构的差异还归结于有机菌肥对土壤重金属毒性，pH，水分和养分条件等因子的改良效应。有机菌肥处理后不同植物群落模式中土壤细菌群落结构组成和特异细菌种类的差异较小，说明测试的植物种类对根际细菌生物特异性影响小于菌肥的影响。 (4)有机菌肥应用也提高了单一和复合植物模式根际真菌的多样性和丰富度，其中子囊菌门，担子菌纲的相对丰度显著高于对照。与根际细菌观察到的状况不同，单一和复合植物模式根际真菌的丰富度差异显著，说明植物多样性对土壤真菌遗传多样性有直接的影响，而有机菌肥的改良效应进一步增强了这一影响。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 植物-微生物联合修复研究进展

1．2．1 植物与细菌的联合修复

1．2．2 植物与真菌的联合修复

1．2．3 植物与有机菌肥的联合修复

1．3 植物-微生物联合修复体系的主要影响因素

1．3．1 土壤中重金属污染特性

1．3．2 土壤理化性质

1．3．3 其他因素

1．4 研究意义及内容

1．4．1 课题来源

1．4．2 研究意义

1．4．3 研究内容

第二章 锰矿渣有机菌肥改良中试系统的植物修复效应

2．1 材料与方法

2．1．1 设置中试模拟装置

2．1．2 中试系统基质与植物配比

2．1．3 样品采集

2．1．4 样品测定

2．1．5 主要仪器设备

2．2 结果与分析

2．2．1 植物生长状况

2．2．2 植物重金属吸收特性

2．2．3 土壤重金属含量和理化性质

2．3 讨论

2．4 小结

第三章 中试系统植物根际土壤细菌群落结构与多样性分析

3．1 材料与方法

3．1．1 样本采集

3．1．2 高通量测序

3．1．3 测序数据的处理

3．2 结果与分析

3．2．1 样本测序结果及取样深度验证

3．2．2 样本细菌群落丰富度和多样性分析

3．2．3 细菌群落组成

3．2．4 各样本细菌群落间的关系

3．2．5 细菌群落与环境因子的关系

3．3 讨论

3．4 小结

第四章 中试系统植物根际土壤真菌群落结构与多样性分析

4．1 材料与方法

4．1．1 样本采集

4．1．2 高通量测序

4．1．3 测序数据的处理

4．2 结果与分析

4．2．1 样本测序结果及取样深度验证

4．2．2 样本群落丰富度和多样性分析

4．2．3 真菌群落组成

4．2．4 各样本真菌群落间的关系

4．2．5 真菌群落与环境因子的关系

4．3 讨论

4．4 小结

5．1 结论

5．2 创新点

5．3 不足与建议

参考文献

附录攻读硕士学位期间主要研究成果

致谢