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作者：郝月崎中国农业科学院

学位级别：硕士

乙草胺是一种在全球范围内广泛使用的氯代酰胺类除草剂,因其大量使用和渗透性强的特点在许多天然水体和土壤中都能检测到,对生态环境和人类健康造成威胁。蚯蚓被誉为“土壤生态系统工程师”,具有强化降解土壤中有机污染物的潜能。本实... 详细信息

乙草胺是一种在全球范围内广泛使用的氯代酰胺类除草剂,因其大量使用和渗透性强的特点在许多天然水体和土壤中都能检测到,对生态环境和人类健康造成威胁。蚯蚓被誉为“土壤生态系统工程师”,具有强化降解土壤中有机污染物的潜能。本实验选用赤子爱胜蚓(Eisenia fetida)作为实验生物,通过土壤柱和微宇宙培养实验探究蚯蚓对土壤中乙草胺降解的作用及机理。通过测定土壤柱实验中乙草胺含量的动态变化研究蚯蚓对乙草胺降解的影响;通过微宇宙实验确定蚓触圈基质对乙草胺降解能力的差异;通过测定不同时间点土壤理化性质和微生物指标分析蚯蚓刺激乙草胺降解的化学和生物学机理;通过高通量测序数据分析推测蚯蚓降解乙草胺过程中的功能微生物。主要结果和结论如下:1.通过考察土壤柱实验中自然/灭菌土壤、添加/不添加蚯蚓处理组乙草胺的降解效果可以得出,土著微生物和蚯蚓都对土壤中乙草胺的降解发挥着重要作用。自然土壤中乙草胺降解率显著高于灭菌组土壤(p<0.05),蚯蚓的加入能够使自然和灭菌土壤中乙草胺的降解率分别提高9%和51%。蚓粪是乙草胺降解的热点区域,蚓粪中乙草胺的降解率要高于相应土壤,在培养第14天时,自然/灭菌组蚓粪中乙草胺的浓度分别比相应土壤要低47%和27%。2.通过对土壤柱实验样品土壤理化性质和生物指标的测定发现,蚯蚓主要通过调节土壤pH、提高土壤有机质含量和微生物活性的方式促进乙草胺降解。蚓粪具有更接近中性的pH、较丰富的营养物质和较高的微生物活性,为乙草胺提供了适宜的降解环境。乙草胺对土壤过氧化氢酶、脱氢酶、蔗糖酶的活性具有明显的抑制作用,蚯蚓的加入能够缓解乙草胺造成的微生物毒性,使得这三种酶的活性提高恢复至未污染水平。蚯蚓对土壤碳循环有明显的刺激作用,对氮磷循环没有明显影响。乙草胺对细菌数量的抑制作用主要发生在实验前期(第3天),对真菌的抑制作用持续到了整个培养周期结束(30天),蚯蚓的加入对细菌和真菌数量的恢复都有一定的促进作用,进一步证明蚯蚓对乙草胺造成的生态毒害有明显的缓解和修复作用。3.不同蚓触圈基质(蚓粪、穴壁土、肠道内容物(蚯蚓组织代替))、空白土(蚯蚓处理组中非穴壁土部分)和对照土(未经蚯蚓处理土壤)降解乙草胺的微宇宙实验结果表明,第20天时,蚓粪、穴壁土和空白土处理组中乙草胺的降解率分别74.7%、70.3%和68.7%,均高于对照土61.4%,蚓粪在厌氧环境中显示了更快的乙草胺降解速率(83.4%)。包含肠道内容物的蚯蚓组织对乙草胺的降解能力最强,第4天就达到90%以上,这是因为蚯蚓肠道微生物在富营养条件下大量富集的结果,也说明蚯蚓肠道内容物中含有乙草胺的潜在降解菌;但是模拟实际环境的土壤柱实验结果显示,赤子爱胜蚓短暂的肠道消化过程对土壤中乙草胺降解没有明显的促进作用。4.通过分析土壤柱实验和微宇宙实验样品的高通量测序结果推测出一些已知或新型的乙草胺降解功能菌。通过柱实验样品的高通量分析,推测出15种可能的乙草胺降解细菌和15种可能的乙草胺降解真菌,蚯蚓对其中8种细菌和10种真菌有促进作用。这些降解菌中Sphingomonas、Pseudomonasulva、Methylobacillus、Candidatushlorothrix、Rhodococcusuber和Rhodococcusostii同时也是微宇宙实验中所推测出的乙草胺降解细菌。微宇宙实验中,Sphingomonas、Pseudomonasulva和Methylobacillus在各个基质中的丰度基本一致,说明它们可能是土壤中的乙草胺土著降解菌;Candidatushlorothrix仅出现在蚓粪样品中,说明它可能是来自蚯蚓肠道的降解菌。对真菌而言,柱实验中被蚯蚓促进的降解菌大部分都归属于Mortierellales和Microascales目,Mortierellales出现在微宇宙实验的所有样品中,说明它可能是土壤中的乙草胺土著降解真菌。Microascales在蚓粪样品中具有更高的丰度,可能来自蚯蚓肠道。

关键词：乙草胺蚯蚓微生物降解蚓粪

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赤子爱胜蚓对乙草胺污染土壤微生物群落的影响

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农业环境科学学报 2018年第11期37卷 2456-2466页

作者：郝月崎孙扬李晓晶周斌翁莉萍李永涛赵丽霞农业农村部环境保护科研监测所农田有机污染生物消减创新团队农业农村部产地环境污染防控重点实验室/天津市农业环境与农产品安全重点实验室天津300191 华南农业大学资源环境学院广州510642

为研究赤子爱胜蚓对乙草胺污染土壤微生物群落的影响,本实验通过土壤酶测定法、传统平板计数法以及高通量测序法对自然土壤(S)、乙草胺污染土壤(SA)以及蚯蚓处理乙草胺污染土壤(SAE)的微生物群落进行了分析。研究发现,田间推荐使用剂量... 详细信息

为研究赤子爱胜蚓对乙草胺污染土壤微生物群落的影响,本实验通过土壤酶测定法、传统平板计数法以及高通量测序法对自然土壤(S)、乙草胺污染土壤(SA)以及蚯蚓处理乙草胺污染土壤(SAE)的微生物群落进行了分析。研究发现,田间推荐使用剂量的乙草胺(5 mg·kg^(-1))使SA中过氧化氢酶、脱氢酶和蔗糖酶的活性下降,但可提高土壤脲酶和碱性磷酸酶的活性,蚯蚓对受乙草胺抑制的土壤酶活性有提升作用,这种促进作用在实验中期最为明显,培养第14 d时蚯蚓处理组(SAE)过氧化氢酶、脱氢酶和蔗糖酶的活性相较于SA处理组分别上升了4%、14%和53%。乙草胺对细菌数量的抑制作用主要发生在实验前期(第3 d),对真菌的抑制作用持续到了整个培养周期结束(30 d)。蚯蚓的加入对细菌和真菌数量的恢复都有一定的促进作用,第3 d和第14 d时SAE中细菌和真菌数量分别增加35%和39%。SAE处理组土壤的pH相较于SA处理组更接近于中性,可溶性有机碳含量更高,这些性质都为土壤微生物提供了适宜的生长环境,从而促进乙草胺污染土壤中微生物数量和活性的恢复。对不同处理土壤的高通量测序结果表明,在门水平上,乙草胺主要使Proteobacteria、Actinobacteria以及Chytridiomycota丰度下降,而使Acidobacteria和Zygomycota丰度上升。蚯蚓能够改善乙草胺污染土壤中的微生物物种组成情况,使其更接近于未污染状态,以上实验结果说明蚯蚓对乙草胺造成的微生物毒害有修复作用。在属水平上,少数微生物比如Sphingomonas、Fusarium、Gaertneriomyces和Pyrenula等能够受到乙草胺刺激而丰度增加,这些微生物可能参与到了乙草胺的微生物降解过程中。

关键词：土壤乙草胺蚯蚓微生物群落

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蚯蚓在有机污染土壤生物修复中的作用机理与应用

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生态学杂志 2020年第9期39卷 3108-3117页

作者：潘政郝月崎赵丽霞孙扬李晓晶杨思德翁莉萍李永涛农业农村部环境保护科研监测所农田有机污染生物消减创新团队/农业农村部产地环境污染防控重点实验室/天津市农业环境与农产品安全重点实验室天津300191 南开大学环境科学与工程学院天津300350 华南农业大学资源环境学院广州510642

蚯蚓的各类活动能够改善土壤理化性质,提高土壤微生物活性,引入高效降解菌等,直接或间接地促进有机污染物在土壤中的降解和转化。其中蚓触圈是有机污染物降解的热点区域。此外,生物富集也是蚯蚓修复土壤有机污染的重要机理之一。研究表... 详细信息

蚯蚓的各类活动能够改善土壤理化性质,提高土壤微生物活性,引入高效降解菌等,直接或间接地促进有机污染物在土壤中的降解和转化。其中蚓触圈是有机污染物降解的热点区域。此外,生物富集也是蚯蚓修复土壤有机污染的重要机理之一。研究表明,蚯蚓能够促进土壤中多种有机污染物的降解,在土壤有机污染生物修复方面具有广阔的应用前景。本文综述了蚯蚓在土壤有机污染生物修复中的作用机理及在修复多环芳烃、多氯联苯、农药等污染土壤方面的应用,指出当前研究存在的不足,并对未来研究进行展望,以期为土壤有机污染生物修复提供参考和依据。

关键词：土壤蚯蚓蚓触圈有机污染物生物修复

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