胶质芽孢杆菌促进印度芥菜富集土壤镉的效应研究
目前，随着污灌、工业三废以及重金属冶炼废水的任意排放，导致大量重金属以不同方式进入土壤，那些生物毒性显著的重金属(Cd、Pb、As、Hg、Zn)通过食物链严重危害到人类健康。其中，Cd以移动性大、毒性高、污染面积较广，被称为“五毒之首”。鉴于此，对Cd污染土壤的修复问题就成为环境科学日益活跃的领域。传统的物理化学修复方法由于具有污染物去除不彻底以及存在二次污染的缺点，生物修复技术成为大家公认的绿色修复方法。本文针对单一植物修复或者微生物修复自身的局限性，以超富集植物-印度芥菜为研究对象，利用在土壤中接种不同浓度胶质芽孢杆菌为调控手段，根据植物和土壤中Cd含量、土壤酶活性、土壤pH、有机酸等影响因子随时间变化情况，分析讨论胶质芽孢杆菌在土壤、植物根系、重金属之间的作用效果及影响因子。从提高超富集植物印度芥菜的富集效果出发，阐述胶质芽孢杆菌对土壤镉的活化情况和植物的修复效果，为该菌促进印度芥菜富集土壤Cd的修复手段提供试验指导，也为重金属污染土壤的微生物辅助植物修复技术提供科学的理论依据和技术支持。主要研究结果如下:
(1)胶质芽孢杆菌的接种浓度显著影响印度芥菜对镉的富集效果。加菌量为2×1010cfu·kg-1土的处理中，印度芥菜地上、地下部分生物富集系数可分别达到5.66、2.35，同时土壤净化率为4.43％，显著高于其它各处理。由此可见，在接入胶质芽孢杆菌促进印度芥菜对土壤Cd吸收的过程中，菌液的接种量对辅助修复效果影响很大，过高或过低的接种量都不利于微生物在根际的活化作用，因此，本研究选择2×1010cfu·kg-1土的菌液接种浓度为最佳接种量。
(2)胶质芽孢杆菌的接种浓度显著影响土壤镉的去除率。收获时，不同处理土壤中Cd含量降幅分别为9.3％、9.1％、20.9％、13.2％、2.8％、4.7％，其中接种浓度为2×1010cfu·kg-1土的处理降幅最大(20.9％)，该处理对土壤Cd的去除率分别是其它处理的2.25、2.29、1.58、7.51、4.44倍。而且当接种菌液浓度达到4×1010、5×1010cfu·kg-1土时，其活化土壤Cd的作用效果已基本不明显。
(3)胶质芽孢杆菌对土壤酶的活性影响较大。随着时间的延长土壤磷酸酶活性单调递增，脲酶、脱氢酶和过氧化氢酶活性均呈现先升高后降低的变化趋势。过氧化氢酶和脱氢酶均在接种菌液后20天左右酶活性达到最高值，而这个最高点对于土壤脲酶来说发生在接种菌液后30天左右。相关分析表明，对照组中土壤镉含量与脲酶、磷酸酶呈显著负相关(p＜0.05)，而经过最佳接种量的菌液处理后土壤镉含量与脲酶、磷酸酶呈极显著负相关(p＜0.01)。
(4)胶质芽孢杆菌能够显著提高重金属Cd的生物有效性。对照组(CK)中土壤有效态Cd含量随着植物生长时间的延长而单调递减，根际、非根际土壤有效态Cd含量分别降低32.93％和45.54％。经过菌液处理后土壤有效态Cd含量随时间的延长逐渐升高。收获时，A处理（加菌量为1×1010cfu·kg-1土）根际、非根际土壤有效态Cd含量分别提高15.15％、31.73％;C处理（加菌量为2×1010cfu·kg-1土）根际、非根际土壤有效态Cd含量分别提高36.54％、45.28％。这可能是由于根际中微生物的作用更加活跃，菌株与植物根系的相互作用导致了土壤Cd的活化效果更加明显。
(5)胶质芽孢杆菌可以有效地降低土壤pH。收获时，处理A、C组根际土壤pH降低率分别是对照的1.08、1.10倍;非根际土壤pH降低率分别是对照的3.30、3.65倍。充分表明，经菌液处理后土壤pH会有大幅度降低，而且不同处理间降低程度也有差异。相关分析表明，根际与非根际土壤有效态Cd含量与土壤pH间均存在显著或极显著的负线性关系(p＜0.05)。
(6)胶质芽孢杆菌对土壤有机酸种类和含量的影响。本试验选取土壤-植物体系中具有代表性的几种低分子有机酸进行分析测定。乳酸含量在不同采样时期比较稳定，均没有大幅度变化。丙二酸、苹果酸和酒石酸的变化规律较为相似，其含量随着时间的延长均有不同程度的增加。在接种菌液的土壤中还检测到对照组中没有的草酸、丁二酸和柠檬酸，并且随着接种菌液浓度的增加此三种酸的含量均有显著提高。以上说明，胶质芽孢杆菌在根际通过与根系的相互作用，明显提高了根系周围低分子有机酸的种类和含量。
印度芥菜;胶质芽孢杆菌;土壤酶;生物修复技术
河北农业大学
硕士
环境科学
李博文
2013
中文
X53;X172
69
2013-12-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）