【摘 要】
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我国大面积的农田土壤受镉(Cd)污染,Cd容易在农作物体内积累并通过食物链对人体健康产生危害。风化煤是钝化土壤Cd的潜在有效材料,而钝化后Cd的稳定性是否受土壤中大量存在的根际促生溶磷菌影响尚不清楚。本研究从课题组前期获得的根际促生溶磷菌中筛选出一株具有Cd活化功能的芽孢杆菌TH-35,并以此为材料,采用在苋菜根际接种促生溶磷菌的方式研究该菌株对风化煤钝化的土壤Cd稳定性的影响,为风化煤钝化土壤C
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我国大面积的农田土壤受镉(Cd)污染,Cd容易在农作物体内积累并通过食物链对人体健康产生危害。风化煤是钝化土壤Cd的潜在有效材料,而钝化后Cd的稳定性是否受土壤中大量存在的根际促生溶磷菌影响尚不清楚。本研究从课题组前期获得的根际促生溶磷菌中筛选出一株具有Cd活化功能的芽孢杆菌TH-35,并以此为材料,采用在苋菜根际接种促生溶磷菌的方式研究该菌株对风化煤钝化的土壤Cd稳定性的影响,为风化煤钝化土壤Cd技术的研发提供依据。主要研究内容和结论包括以下方面:(1)对10株溶磷菌进行耐Cd性能实验,各菌株耐Cd浓度在300~400 mg·L-1之间。挑选耐镉性能相对较好的芽孢杆菌TH-32,TH-35和TB-44进行Ca3(PO4)2和Cd CO3的活化试验,结果表明,接种TH-32、TH-35和TB-44处理培养基中可溶性磷浓度与未接种(ck)相比分别上升111%、293%和281%(p<0.05),可溶性Cd浓度分别上升50%、115%和108%(p<0.05),且各接菌处理培养基中均检测出低分子有机酸、氨基酸、糖类等代谢产物。挑选溶磷溶镉能力相对较强的TH-35进行革兰氏染色和生理生化反应测定,鉴定其为蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)。(2)采用受Cd污染的土壤设计盆栽实验,评估风化煤钝化修复土壤Cd的效果。结果表明,土壤添加风化煤处理的苋菜根、茎叶Cd浓度及根际土壤溶液Cd浓度均显著下降(根Cd浓度降低26.1%-27.5%;茎叶Cd浓度降低21.2%-32.6%;根际土壤溶液Cd浓度降低13.5%-39.9%)(p<0.05),且根际土壤溶液Cd浓度与根、茎叶Cd浓度均呈极显著正相关(p<0.01),说明风化煤可以通过有效降低根际土壤Cd浓度,从而减少植物吸收累积土壤Cd。(3)通过设置Cd污染土壤盆栽实验,研究菌株TH-35对土壤Cd的活化性能。结果发现,单独接种菌株TH-35处理(T3)苋菜根、茎叶Cd浓度显著上升25.8%和18.8%(p<0.05);添加2‰、3‰风化煤同时接种菌株TH-35处理(T4,T5)与单独添加风化煤处理(T1,T2)相比苋菜根、茎叶Cd浓度也显著上升(T4、T5根Cd浓度分别上升20.7%、34.8%;茎叶Cd浓度分别上升36.3%、26.1%)(p<0.05)。即无论土壤中是否添加风化煤,根际接种菌株TH-35均显著促进了苋菜对土壤Cd的吸收(p<0.05)。土壤Cd形态分析表明添加风化煤处理促进土壤可交换态Cd向有机结合态转化,但单独接种TH-35处理导致可交换态Cd含量增加19.3%(p<0.05),碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态Cd分别降低29.1%和8.73%(p<0.05),表明溶磷菌增强了土壤Cd生物有效性。(4)采用砂培方式设计盆栽实验,探讨菌株TH-35对风化煤结合态Cd植物有效性的影响。结果表明,砂培中添加风化煤后根际接种菌株TH-35对苋菜吸收Cd没有显著影响。扫描电子显微镜(SEM)、Zeta电位测试仪及傅里叶红外光谱仪(FT-IR)分析结果显示,风化煤钝化Cd后再接种菌株TH-35没有显著改变它的表面微观结构,表面所带负电荷量和表面官能团种类与含量(p>0.05),意味着风化煤有机结合态Cd稳定性不受溶磷菌的影响,即溶磷菌不会显著活化风化煤钝化的土壤Cd。
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