【摘 要】
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汞(Hg)是一种全球性污染物,进入到土壤中的Hg可能被特定的厌氧微生物转化为强神经毒性甲基汞(MeHg),而土壤环境条件的改变可能会影响这些功能微生物的多样性与活性。土壤水分条件的改变会影响土壤的氧气状况和氧化还原过程,改变微生物群落组成,进而可能会影响MeHg的生成。旱地土壤是一种典型的好氧环境,不利于厌氧微生物的生存,但是农业水分管理或自然降雨等因素会改变旱地土壤的瞬时水分条件,其是否会影响M
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汞(Hg)是一种全球性污染物,进入到土壤中的Hg可能被特定的厌氧微生物转化为强神经毒性甲基汞(MeHg),而土壤环境条件的改变可能会影响这些功能微生物的多样性与活性。土壤水分条件的改变会影响土壤的氧气状况和氧化还原过程,改变微生物群落组成,进而可能会影响MeHg的生成。旱地土壤是一种典型的好氧环境,不利于厌氧微生物的生存,但是农业水分管理或自然降雨等因素会改变旱地土壤的瞬时水分条件,其是否会影响MeHg的积累尚不清楚。本研究以两种典型旱地土壤(铜仁黄壤和咸宁红壤)和长期淹水农田土壤为试验对象,分析水分变化对土壤MeHg积累的影响。采用高通量测序技术,分析Hg甲基化微生物和细菌群落组成与MeHg积累的关联,探究水分管理对土壤MeHg积累影响的微生物生态机制。取得的主要结果如下:(1)水分管理影响了旱地土壤MeHg的积累和汞甲基化基因(hgc A)的丰度。25%的含水率未改变旱地黄壤和红壤MeHg的含量。60%的含水率增加了旱地黄壤MeHg的含量,但未影响旱地红壤MeHg的含量。淹水均增加了两种旱地土壤MeHg的含量,且增温进一步促进了其MeHg的生成。水分和温度升高增加了红壤中hgc A的丰度,但在25%含水率的条件下未检测到hgc A。淹水和增温均未影响黄壤中hgc A的丰度。(2)试验土壤中主要的Hg甲基化微生物为铁还原菌(Geobacter)、产甲烷菌(methanogens)和硫酸盐还原菌(SRB),其相对丰度受到水分和温度变化的影响。随着水分含量增加,黄壤中Geobacter的相对丰度先增加后降低,methanogens的相对丰度呈下降趋势,而SRB的相对丰度无显著变化。增温对黄壤中Geobacter的相对丰度无影响,但增加了methanogens和SRB的相对丰度。水分含量升高增加了红壤中Geobacter和SRB的相对丰度,但降低了methanogens的相对丰度。随着温度升高,红壤中Geobacter和methanogens的相对丰度呈上升趋势,而SRB的相对丰度先增加后降低。(3)长期淹水土壤MeHg的浓度为0.85μg/kg,而MeHg占总汞的百分比(%MeHg)为1.44%;对照(间歇淹水)土壤MeHg的浓度为0.78μg/kg,%MeHg为1.33%。在所采的131个样品中,长期淹水处理中有44.3%样品的%MeHg与对照相比具有显著性差异。这些差异可能与土壤细菌群落组成不同有关。本研究发现了24个潜在Hg甲基化微生物,其中Geobacteraceae和Desulfobulbaceae与%MeHg呈显著正相关。此外,研究发现非甲基化微生物Christensenellaceae,Desulfocapsaceae和Prolixibacteraceae与%MeHg呈极显著线性正相关。
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