生物炭复合青霉菌修复砷污染土壤对其微生物群落功能多样性的影响

ｅｘｐｌｏｒｅ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｂｉｏｃｈａｒ ａｎｄ ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ ｏｎ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ａｃｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄ ｓｏｉｌꎬ ３ × ３ ｒａｎｄｏｍｉｚｅｄ ｂｌｏｃｋ
ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ( ｂｉｏｃｈａｒ ｇｒａｄｉｅｎｔｓ ｗａｓ ０％ꎬ ２％ꎬ ４％ꎬ ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ ｇｒａｄｉｅｎｔｓ ｗａｓ ０％ꎬ １０％ꎬ ２０％) ｗｅｒｅ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｓｏｉｌ
第 ３３ 卷 第 ４ 期
环 境 科 学 研 究
２０２０ 年 ４ 月
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ
Ｖｏｌ.３３ꎬＮｏ.４
Ａｐｒ.ꎬ２０２０
生物炭复合青霉菌修复砷污染土壤对其微生物
群落功能多样性的影响
段靖禹１ꎬ２ ꎬ 周长志１ ꎬ 曹 柳３ ꎬ 吴志豪１ ꎬ 侯 红１∗ ꎬ 马学文２∗
研究显示ꎬ低浓度生物炭可增加砷污染土壤中微生物群落多样性ꎬ生物炭含量的继续增加会对微生物产生抑制作用ꎻ青霉菌添加
到砷污染土壤后ꎬ会显著提升砷污染土壤中微生物的群落功能多样性ꎬ改善砷污染土壤中微生的物群落结构ꎻ青霉菌的优势碳源
大多为植物根系分泌物ꎬ可为后续青霉菌与超积累植物复合修复砷污染土壤提供参考.
ｍｉｃｒｏｂｅｓ ｏｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ ｖａｒｉｏｕｓ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｉｎｄｅｘｅｓ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｕｓｉｎｇ Ｂｉｏｌｏｇ ｍｅｔｈｏｄ ｕｎｄｅｒ ｉｎｄｏｏｒ ｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ
收稿日期: ２０１９￣０５￣０６ 修订日期: ２０１９￣０９￣１６
１.中国环境科学研究院ꎬ 环境基准与风险评估国家重点实验室ꎬ 北京 １０００１２
２.山西大学环境科学研究所ꎬ 山西 太原 ０３００３２
３.济源市环境科学研究所ꎬ 河南 济源 ４５４６５０
摘要: 真菌修复砷污染土壤是一种能够有效吸附固化环境中砷的重要措施. 生物炭作为目前修复重金属的热点ꎬ其多空疏松的
作者简介: 段靖禹(１９９５￣) ꎬ男ꎬ山西朔州人ꎬ１５２３７６９０９＠ ｑｑ.ｃｏｍ.
∗责任作者:①侯红(１９６３￣) ꎬ女ꎬ山西太原人ꎬ教授ꎬ博士ꎬ博导ꎬ主要从事环境基准风险评估及土壤修复研究ꎬｈｏｕｈｏｎｇ＠ ｃｒａｅｓ. ｏｒｇ. ｃｎꎻ②马学文
Ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ ｉｎ Ａｒｓｅｎｉｃ￣Ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄ Ｓｏｉｌ
ＤＵＡＮ Ｊｉｎｇｙｕ １ꎬ２ ꎬ ＺＨＯＵ Ｃｈａｎｇｚｈｉ １ ꎬ ＣＡＯ Ｌｉｕ ３ ꎬ ＷＵ Ｚｈｉｈａｏ １ ꎬ ＨＯＵ Ｈｏｎｇ １∗ ꎬ ＭＡ Ｘｕｅｗｅｎ ２∗
１.Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｃｒｉｔｅｒｉａ ａｎｄ Ｒｉｓｋ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔꎬ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓꎬ Ｂｅｉｊｉｎｇ
关键词: Ｂｉｏｌｏｇ 法ꎻ ＡＷＣＤꎻ 青霉菌ꎻ 生物炭ꎻ 碳源
中图分类号: Ｘ１７２ 文章编号: １００１￣６９２９(２０２０)０４￣１０３７￣０８
文献标志码: Ａ
ＤＯＩ: １０ １３１９８∕ｊ ｉｓｓｎ １００１￣６９２９ ２０１９ １０ ０３
Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ Ｂｉｏｃｈａｒ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ ｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｂｉａｌ
结果表明:①添加青霉菌与生物炭后ꎬ土壤中有效砷含量较对照组显著下降ꎬ从而影响其微生物群落功能多样性. ②砷污染土壤
中微生物群落功能多样性、碳源利用丰富度随生物炭浓度梯度的升高呈先升后降的趋势. ③高接菌量( ２０％) 与低接菌量( １０％)
对砷污染土壤中微生物群落功能多样性的影响没有显著性差异. ④２％生物炭与 １０％青霉菌处理土壤中微生物群落功能多样性、
碳源利用丰度最高. ⑤青霉菌对胺类及少部分酸类碳源的利用能力较弱( ＡＷＣＤ<０ ５ꎬＡＷＣＤ 为 Ｂｉｏｌｏｇ 微平板孔中溶液吸光值平
均颜色变化率) ꎬ对氨基酸类中大部分碳源以及脂类碳源的代谢能力较强( ＡＷＣＤ>１ ０) ꎬ对糖类、酚酸类的代谢能力稍弱( ＡＷＣＤ
为 ０ ３ ~ １ ０) ꎬ青霉菌对 Ｄ￣半乳糖醛酸、Ｌ￣天冬酰胺酸、Ｌ￣丝氨酸、Ｌ￣精氨酸、ｒ￣羟基丁酸这 ５ 种碳源的利用率最高( ＡＷＣＤ>１ ２) .
结构、较高的离子交换量、丰富的有机碳含量等都说明了其在土壤修复中的地位. 为了探究生物炭与青霉菌在修复砷污染土壤的
同时对土壤中微生物活性及其多样性的影响ꎬ在室内孵育条件下ꎬ运用 Ｂｉｏｌｏｇ 法研究了 ３×３ 随机区组试验( ３ 个生物炭梯度分别
为 ０％、２％、４％ꎬ３ 个青霉菌梯度分别为 ０％、１０％、２０％) 下土壤微生物对不同类型碳源的利用能力以及多种功能性指数的影响.
１０００１２ꎬ Ｃｈｉｎａ
２.Ｉｎｓｎｘｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ Ｔａｉｙｕａｎ ０３００３２ꎬ Ｃｈｉｎａ
３.Ｊｉｙｕａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅꎬ Ｊｉｙｕａｎ ４５４６５０ꎬ Ｃｈｉｎａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｆｕｎｇａｌ ｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ ｏｆ ａｒｓｅｎｉｃ￣ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄ ｓｏｉｌ ｉｓ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ｔｏ ｂｅ ａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ａｄｓｏｒｂ ａｎｄ ｓｏｌｉｄｉｆｙ ａｒｓｅｎｉｃ. Ｔｈｅ
ｐｏｒｏｕｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅꎬ ｈｉｇｈ ｉｏｎ ｅｘｃｈａｎｇｅ ｃａｐａｃｉｔｙ ａｎｄ ａｂｕｎｄａｎｔ ｏｒｇａｎｉｃ ｃａｒｂｏｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｂｉｏｃｈａｒ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｉｔｓ ｒｏｌｅ ｉｎ ｓｏｉｌ ｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ. Ｔｏ