工频电场对水稻土理化性质、酶活性及微生物群落的影响

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电力工业是关系国民经济和社会发展的最重要基础产业之一。随着工业化、城市化和信息化的快速发展,能源消耗形式的不断变化和能源需求的不断提高,对电力的需求日趋增大,我国的电网建设步伐也在突飞猛进,高压、超高压输变电工程的规模不断扩大。高压输电线路在传输大量电能满足人民的生产、生活需求的同时,也给线路所经地区的环境带来电场与磁场,并可能对生态环境产生一定的影响。架空输电线路常跨越农田区域,其产生的工频电场可能对土壤生态环境带来一定影响,目前并未见相关研究报道,因此开展高压输电线路建设对土壤生态环境影响的研究极为必要。  本文通过构建室内工频电场模拟装置并对野外采集的水稻土壤进行电场暴露培养实验(50 Hz,8 kV/m)。对工频电场的暴露后的水稻土壤理化参数、土壤酶活性、反硝化功能微生物丰度、微生物群落结构进行分析;利用实时荧光定量PCR(RT-PCR)技术对功能微生物进行定量;采用illumina高通量测序技术分析了土壤样品中微生物多样性和群落结构,以明确高压输电线路对水稻土壤性质的影响及其主要影响因子,为保障土壤生态环境安全提供科学依据。得出以下结论:  (1)总体而言,工频电场(50 Hz,8 kV/m)的暴露难以对水稻土壤的pH值、电导率、总碳、总氮、有效磷、铵态氮、硝态氮产生显著的影响。  (2)在同样的工频电场暴露下第7天土壤脲酶活性显著降低,但随着暴露过程的延续,其与对照组的差异消失。电场暴露未引起土壤蛋白酶、蔗糖酶与过氧化氢活性发生显著变化。  (3)我们的结果显示,工频电场促进土壤N2O的排放且在第7天与第35天达到显著性差异,但此期间的CO2排放并没有受到影响。荧光定量PCR结果表明反硝化基因在DNA与RNA水平也受到了电场的影响:在DNA水平上,工频电场暴露第1天与第35天nirK的基因丰度显著降低;nosZ基因第1天显著降低;电场处理的土壤总细菌丰度高于对照且第35天达到显著性差异;在RNA水平上,在第35天nosZ基因相对丰度受到电场影响显著低于对照。  (4) Illumina高通量测序结果表明,土壤微生物多样性未受到工频电场影响。DNA水平上电场对土壤微生物群落结构影响较小,暴露组放线菌门相对丰度在第7天与第35天有所提高,而第63天暴露组与对照组差异减少。RNA水平上电场降低了拟杆菌门、蓝藻门的相对丰度,而长期暴露则提高了绿弯菌门与酸杆菌门的相对丰度。但在DNA与RNA水平上,这些优势菌门相对丰度的差异均未达到显著水平。Adonis差异性检验结果显示暴露组与对照组中土壤微生物群落结构不存在显著差异。
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