论文部分内容阅读
2014年4月,国家环境保护部和国土资源部发布了《全国土壤污染状况调查公报》,从调查结果来看,全国土壤环境状况不容乐观,部分地区土壤污染较重,耕地土壤环境质量堪忧。其中,土壤重金属Cd污染最为严重,点位超标率达7.0%,耕地土壤Cd污染亟待修复治理。当前,土壤重金属污染的微生物修复研究,主要集中在筛选耐性菌株,有关功能微生物影响土壤重金属活性的研究至今鲜有试验。枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)作为微生物菌剂,已被广泛用于生产实践,其生防及促腐作用已被普遍认可,但其作为微生物修复的功能菌种,应用于土壤重金属污染修复方面的研究较少。在前期研究的基础上,本文重点研究了枯草芽孢杆菌对土壤Cd的钝化作用。通过土壤培养试验,探究了枯草芽孢杆菌对土壤Cd的钝化效应,揭示了枯草芽孢杆菌对土壤Cd污染的修复效果,探讨了枯草芽孢杆菌钝化土壤Cd的作用机理,为指导土壤Cd污染的微生物修复提供科学依据。主要研究结果如下: (1)探明了枯草芽孢杆菌对土壤Cd的钝化修复效应。土壤培养试验结果表明,枯草芽孢杆菌可显著降低土壤有效态Cd含量,对土壤Cd具有钝化作用。短期培养试验表明,接种枯草芽孢杆菌可降低土壤有效态Cd含量高达42.63%;长期培养试验结果表明,接种枯草芽孢杆菌可降低土壤有效态Cd含量,且随着培养时间的延长钝化效果发生显著变化。在Cd污染含量为5mg/kg的土壤种植油菜,接种枯草芽孢杆菌5mL(5.7×1010cfu/kg)处理20d,油菜Cd含量可比对照降低63.99%。 (2)明确了枯草芽孢杆菌对Cd的吸附钝化作用。当培养基的pH保持自然值、培养时间为24h时,枯草芽孢杆菌对土壤Cd的吸附率高达58.22%,随着培养时间的延长吸附率呈下降趋势;枯草芽孢杆菌对Cd的吸附率受Cd浓度的显著影响,Cd浓度越高枯草芽孢杆菌对其吸附率越低。当Cd浓度为1mg/kg,培养24 h时,枯草芽孢杆菌对Cd的吸附率最高,可达69.32%。一般吸附钝化以Cd浓度<3mg/kg为宜。 (3)说明了枯草芽孢杆菌影响土壤pH的钝化机理。长期培养中土壤有效态Cd的含量与土壤pH值呈显著负相关关系,r=-0.625(P<0.05)。并且,在盆栽试验前期(30d内),枯草芽孢杆菌对土壤pH具有显著影响,接种枯草芽孢杆菌20d时,均可显著提高种植油菜与未种油菜处理的土壤pH。枯草芽孢杆菌对土壤Cd的钝化效应显著,种植油菜接菌量25mL(2.85×1011cfu/kg)的处理,接种20d时的钝化效果最为显著,土壤有效态Cd含量比对照降低30.62%。综上所述,枯草芽孢杆菌可通过提高土壤pH值产生钝化土壤Cd的作用。接种枯草芽孢杆菌对土壤Cd的钝化作用时间一般可达30d。 (4)揭示了枯草芽孢杆菌提高油菜生物量降低其Cd含量。盆栽试验结果表明,接种枯草芽孢杆菌可显著增加油菜地上部生物量,接菌量25mL(2.85×1011cfu/kg)处理30d,油菜地上部生物量较对照提高42.41%;同时,油菜叶绿素含量较对照增加29.42%,而油菜Cd含量较对照降低42.18%。说明在土壤Cd污染含量一定的情况下,枯草芽孢杆菌可通过增强光合作用促进生物量增加,从而降低油菜Cd含量,起到一定控制污染的作用。 (5)分析了Cd胁迫下枯草芽孢杆菌外在形态及表面基团的变化。经对TEM和FTIR图谱分析得知,在Cd胁迫下培养的枯草芽孢杆菌菌体表面附着有大量的Cd2+。同时,枯草芽孢杆菌细胞表面的-OH,-CO,-NH等主要基团对Cd2+起到了吸附作用。