造纸废水尾水胁迫下湿地土壤微生物与酶的响应

摘要

首先研究造纸废水尾水胁迫下芦苇湿地土壤微生物群落及酶活的响应过程，然后构建室内小型模拟人工芦苇湿地，重点研究以有机氯为特征污染物的纸浆氯漂废水胁迫下人工湿地土壤理化性质、有机氯化物含量和土壤酶活的变化过程，并运用PCR-DGGE技术分析纸浆氯漂废水胁迫下湿地土壤微生物响应和群落结构变化过程。
　　在受造纸废水尾水长期胁迫芦苇湿地采集土壤样品，分析土壤理化性质和酶活变化，同时采用BIO LOG Eco微平板分析土壤微生物碳源利用多样性以及群落结构多样性。结果表明造纸废水尾水长期胁迫增加了芦苇土壤中有机质、总氮和总磷含量，导致土壤pH、Na+浓度和电导率增加，显著提高了芦苇湿地土壤转化酶、多酚氧化酶和脲酶活性（P<0.05），而对过氧化氢酶没有明显影响；湿地受胁迫时间越长，土壤微生物群落微平板每孔平均颜色变化值越高，这说明造纸废水尾水胁迫对土壤微生物活性有显著的促进作用。废水胁迫提高了土壤微生物Sha nno n指数和S impso n指数，对P ie lo u指数影响不大，说明造纸废水长期胁迫能够有效提高土壤微生物新陈代谢能力。
　　构建小型模拟人工湿地进一步研究纸浆漂白废水胁迫对湿地土壤理化性质、有机氯化物含量、酶活和微生物多样性的影响。由于氯漂废水周期性的灌溉，导致土壤 Na+含量、阳离子交换量和电导率值分别从118.41 mg/kg、8.31 cmol/kg和479.0μs/c m持续增加至155.97 mg/k g、14.71 c mo l/k g和582.3μs/c m，废水中COD、NH3-N和磷等物质在土壤中不断积累导致了土壤养分物质含量的增加，土壤有机质、总氮和总磷含量分别从1.51％、0.826 g/k g和514.65 mg/k g增加至1.82%、1.020 g/k g和553.93 mg/k g，废水中有机氯化物的积累导致土壤可吸附有机氯化物和总氯化物分别从11.3 mg/k g和388.9 mg/k g持续增加至17.9 mg/k g和490.0 mg/k g，土壤中有机氯化物的增加势必会对湿地土壤中微生物和其它有机体造成影响；氯漂废水胁迫对湿地土壤不同酶活性的影响不同，对纤维素酶、多酚氧化酶和转化酶活性具有明显促进作用（P<0.05），对脲酶活性有一定程度抑制，对磷酸酶活性具有明显抑制作用（P<0.05）。
　　通过土壤微生物总DNA提取、PCR扩增及DGGE电泳，获得湿地土壤细菌16S rDNA和真菌18S rDNA序列分布，分析湿地土壤微生物群落结构多样性变化。结果表明氯漂废水胁迫下苇田土壤细菌群落多样性经历了明显的演变过程，与不受胁迫的对照田存在明显差异。氯漂废水胁迫会明显抑制细菌活性，降低土壤细菌多样性，Shannon指数从2.372降低至1.541，DGGE图谱中主要条带通过克隆测序和Blast比对鉴定为梭形赖氨酸芽孢杆菌（Lysinibacillus fusiformis）、马阔里类芽孢杆菌（Paenisporosarcina quisquiliarum）、黄色赤杆菌（Erythrobacter flavus）和其他不可培养细菌（Uncultured bacterium）。氯漂废水胁迫初期，土壤真菌生长代谢活性受到抑制，数量减少，但随着胁迫时间延长，由于废水提供了丰富的营养物质而增加了土壤中真菌的新陈代谢活性，提高了土壤真菌群落多样性，DGGE图谱中主要条带通过克隆测序和Blast比对鉴定为短帚霉菌（Scopulariopsis brevicaulis）、黄化粉孔菌（Amyloporia xantha）和其他不可培养真菌（Uncultured fungus）。

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第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 制浆造纸废水中主要污染物

1.3 人工湿地处理废水研究进展

1.4 湿地土壤酶在去除污染物中的作用

1.5 湿地土壤微生物在去除污染物中的作用

1.6 土壤微生物的研究方法

1.7 本课题研究内容和意义

第二章 造纸废水尾水胁迫对湿地土壤酶和微生物多样性的影响

2.1 实验材料和研究区域概况

2.2 实验方法

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第三章 造纸厂纸浆氯漂废水胁迫对湿地土壤酶活的影响

3.1 实验材料

3.2 实验方法

3.3 实验结果与分析

3.4 本章小结

第四章 P CR-DGGE技术研究氯漂废水胁迫对湿地土壤微生物多样性的影响

4.1 实验材料

4.2 实验方法

4.3 实验结果与分析

4.4 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

在读期间发表的研究论文