两种生态型蚯蚓对四环素污染土壤中酶活性和细菌群落结构的影响

摘要

土壤酶和微生物可参与土壤中诸多复杂生物化学过程,是指示土壤自净能力和土壤肥力的关键生物学指标.本试验以赤子爱胜蚓(表层种)和壮伟环毛蚓(内层种)为工程生物,研究两种不同生态习性的蚯蚓在不同时间段(0、10、20、30 d和40 d)对四环素污染土壤酶活性的影响,以期明确蚯蚓对四环素污染土壤的自净能力和土壤肥力的影响程度.利用冗余分析明确蚯蚓通过改变何种环境因子影响四环素污染土壤的酶活性,利用高通量测序分析蚯蚓对四环素污染土壤细菌群落结构的影响.结果显示,试验结束时(40 d),添加蚯蚓的土壤中蔗糖酶(2.15～4.98 mg·g-1·d-1)、脲酶(0.55～1.70 mg·g-1·d-1)、过氧化氢酶(0.54～1.08 mL·g-1·20 min-1)和脱氢酶活性(0.78～5.14μg·g-1·d-1),显著高于自然土壤(3.24 mg·g-1·d-1、0.66 mg·g-1·d-1、0.89 mL·g-1·20 min-1和2.03μg·g-1·d-1)和灭菌土壤(0.70 mg·g-1·d-1、0.23 mg·g-1·d-1、0.24 mL·g-1·20 min-1和0.21μg·g-1·d-1),但添加蚯蚓中酸性磷酸酶活性(0.02～0.15 mg·g-1·d-1)显著低于自然土壤(0.17 mg·g-1·d-1)和灭菌土壤(0.04 mg·g-1·d-1).添加蚯蚓显著改变了土壤原有的细菌群落结构,提高了四环素污染土壤中的变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和厚壁菌门(Firmicutes)的微生物群落丰度,降低了绿弯菌门(Chloroflexi)、放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)和芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)中的微生物群落丰度.冗余分析表明,两种生态型蚯蚓主要通过影响土壤pH值、有机质、胡敏酸和胡敏素等环境因子,提高土壤蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶和脱氢酶活性,抑制土壤酸性磷酸酶活性.赤子爱胜蚓对土壤蔗糖酶促进作用显著优于壮伟环毛蚓,而壮伟环毛蚓对脲酶和过氧化氢酶的促进作用优于赤子爱胜蚓.