设施菜地土壤中邻苯二甲酸酯的微生物生态毒理效应与阈值研究

Facility vegetable soil phthalate acid esters (PAEs) pollution and its ecological risks have been attracted public concern. This study will conduct by laboratory cultivation and in-situ microcosmic simulation tests with the higher detection rate & residual concentration of PAEs and facility vegetable soils in different climate conditions as the research object and medium, respectively. By traditional eco-toxicology experiment method and Illumina Hiseq high-throughput sequencing technologies and soil metagenomic library of modern molecular biology technique, such as systematic research the effects on microbial toxicology indexes such as microorganism quantity, enzyme activity, microbial diversity of in facility vegetable soils which exposure to PAEs long-term and composite with low concentration.And illustrate the relationships among soil types, soil organic matter, particle composition, types of PAEs to soil microbial eco-toxicology effect, constructing the equation of dose-response and derived the soil ecological toxicology threshold and the key influencing factors, then reveal the mechanism and sensitivity index of microbial eco-toxicity in PAEs polluted facility vegetable soils. The results of this study will provide scientific basis and theoretical guidance for the development of ecological risk assessment criteria for PAEs in farmland soils.

设施菜地土壤邻苯二甲酸酯（PAEs）污染及其生态风险已经受到日益广泛关注。本研究以土壤中检出率及残留浓度较高的PAEs为研究对象，以不同气候带下设施菜地土壤为研究介质，开展实验室培养和原位微宇宙模拟试验。通过传统的生态毒理学实验方法和Illumina Hiseq高通量测序技术和土壤宏基因组文库等现代分子生物学技术方法，系统研究PAEs长期低浓度暴露与复合对设施菜地土壤微生物量、酶活性、微生物多样性等微生物毒理指标的影响，阐明土壤类型、土壤有机质、颗粒组成、PAEs种类等与土壤微生物生态毒理效应关系，构建剂量-效应关系方程并推导土壤生态毒理阈值和关键影响因子，揭示PAEs污染对的设施菜地土壤微生物生态毒性机制与敏感性指标。本研究的成果为制订农田土壤PAEs的生态风险评价标准提供科学依据和理论指导。

设施菜地土壤邻苯二甲酸酯（PAEs）的污染、生态风险及去除机制日益受到关注。本研究以DBP、DEHP、DOP单体为目标，进行低剂量、高剂量、单一和复合污染处理，采用GC-MS测定PAEs在土壤中残留动态，明确其半衰期和降解机制。采用高通量测序研究了PAEs对微生物群落多样性、结构和功能的生态毒理效应，并筛选合适的生物标志物探寻其剂量-效应关系和安全阈值。研究结果发现：1）不同污染方式下PAEs各组分的降解动态均符合一级降解动力学模型，降解速率因土壤性质、初始浓度、污染方式以及污染物本身而产生较大差异，整体上降解速率快慢依次为DBP、DOP、DEHP。2）PAEs污染会显著改变土壤pH、DOC等性质，PAEs降解也受pH、DOC的影响，DOC中的大分子量腐殖酸会显著抑制PAEs的降解速率。3）微生物多样性指数和羧酸酯酶活性对PAEs污染的响应十分敏感，利用多样性指数探寻PAEs的毒性阈值，求得了紫色土荒地中DBP的EC50为3.5~33.8mg/kg，DEHP的EC50为4.2~35.7mg/kg；黄棕壤荒地中PAEs的EC50为3.5~23.0mg/kg，黄棕壤菜地中PAEs的EC50为2.3~45.1mg/kg。4）不同类型土壤微生物群落结构差异显著，但不同的PAEs污染处理均会显著提升放线菌门、厚壁菌门等相对丰度，以及芽孢杆菌、链霉菌、类诺卡氏菌等细菌的相对丰度。5）影响PAEs对土壤微生态毒理效应差异的主要原因可能是土地利用类型（土壤性质）>PAEs含量>PAEs类型。土壤总有机质含量和pH是主导不同类型土壤微生物群落结构差异的关键土壤性质。6）PAEs污染与多环芳烃降解、苯甲酸降解、双酚降解、硝基甲苯降解等代谢途径显著正相关，芽孢杆菌、链霉菌、类诺卡氏菌等细菌中包含了PAEs好氧完全降解的基因。7）三种类型PAEs对土壤微生物群落多样性、组成和功能的作用机制类似，节杆菌、类诺卡氏菌可能分别是DBP和DEHP降解机制差异的特征菌。本研究的成果为制订农田土壤PAEs的生态风险评价标准提供科学依据和理论指导，为农田土壤及设施农业PAEs污染防治及修复提供了新的解决思路。