【摘 要】
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砷是最早被确认的一类致癌物质,美国疾病控制中心(CDC)和国际癌症研究机构(IARC)都将其确列为致癌物。随着工农业的迅速发展,化工、矿石燃料燃烧及含砷农药的过量使用,含砷化合物逐渐在土壤中累积,造成不同程度的砷污染。有机物料中含有大量作物生长所需的营养物质以及有益微生物和酶,施入土壤后可以提高土壤肥力,增加作物产量,也是重要的土壤改良剂,对土壤质量有重要的影响。但目前有机肥的输入对土壤砷形态转化
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砷是最早被确认的一类致癌物质,美国疾病控制中心(CDC)和国际癌症研究机构(IARC)都将其确列为致癌物。随着工农业的迅速发展,化工、矿石燃料燃烧及含砷农药的过量使用,含砷化合物逐渐在土壤中累积,造成不同程度的砷污染。有机物料中含有大量作物生长所需的营养物质以及有益微生物和酶,施入土壤后可以提高土壤肥力,增加作物产量,也是重要的土壤改良剂,对土壤质量有重要的影响。但目前有机肥的输入对土壤砷形态转化的影响及其作用机制尚不清楚。碳源不仅是有机质的重要组成成分,同时也是土壤的重要组成部分,碳源对土壤中的微生物也有显著的影响,外源碳输入对土壤碳源可利用性的改变不仅直接影响着稻田土壤中微生物参与的碳循环过程,影响土壤中温室气体二氧化碳(CO2)及甲烷(CH4)的排放,而且也制约着土壤对其它营养元素的需求。同时碳源也更容易被土壤微生物利用,不同的碳源对土壤砷形态转化的影响规律也不同,有机物料的输入可以为土壤产甲烷菌提供充足的能源和底物基质,有利于促进甲烷的排放和砷的甲基化。本文研究有机肥和碳源的输入以及产甲烷过程对土壤砷形态转化的影响,旨在为减少土壤砷污染提供理论基础及参考。本论文选取不同的砷污染稻田土壤为研究对象,首先添加有机肥进行土壤培养试验,研究有机肥施用对不同砷污染稻田土壤中砷的释放和甲基化的影响;进一步研究添加不同碳源对土壤中砷形态转化的影响;最后通过添加产甲烷抑制剂以及辅酶M对土壤进行厌氧培养实验,研究稻田土壤产甲烷过程对土壤中砷形态转化的影响及机制。并采用实时荧光定量PCR(qPCR),高通量测序技术,分析土壤中产甲烷功能微生物及砷功能微生物的多样性与丰度,研究土壤产甲烷过程驱动土壤砷迁移转化的微生物机制。主要研究结果如下:1.添加有机肥会影响土壤溶液中总砷的含量,其主要受到土壤本底砷含量的影响。有机肥的添加显著增加了较高砷含量土壤(>30mg kg-1)中砷的移动性;土壤总铁和总锰的含量也是影响土壤溶液总砷的主要因素。添加有机肥促进了 土壤中砷的甲基化。2.添加碳源后显著提高了土壤中溶解性有机碳(DOC)的含量,以葡萄糖为碳源的处理效果最显著;添加碳源后会显著提高CH4和CO2的释放;培养过程中微生物优先利用丙酮酸进行对Fe(Ⅲ)的还原过程,土壤溶液中砷的形态主要是以As(Ⅲ)为主,其次是As(Ⅴ)。葡萄糖处理主要通过增加土壤溶液中DOC的含量促进砷的释放。3.发现添加辅酶M同时促进了甲烷的释放和砷甲基化,添加产甲烷抑制剂明显抑制了甲烷的释放;添加辅酶M增加了 DOC和Fe(Ⅲ)的浓度。添加辅酶M可能通过增加Rhodomicrobium,Gaiella和Bellilinea等砷甲基化微生物和含有arsM基因的Methanbacterium,Methanosarcina等产甲烷菌促进土壤产甲烷及砷的甲基化。
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