卤代咔唑污染物对土壤微生物的影响及其作用规律

Polyhalogenated carbazoles (PHCs) are a class of emerging contaminant, with similar molecular structures as polychlorinated dibenzofurans (PCDFs). More than 20 PHCs have been detected in soil and sediment samples from all over the world in the past 5 years. Ecological and environmental risks of PHCs are entirely unknown. Since PHCs have been detected with high concentration in soils, ecological risks of PHCs in soil environment need to be addressed first. In this project, we plan to chose 4 PHCs with high detection rate, study their biological effects on soil microorganisms, including effects on biomass, diversity, community structure and fonctions of soil microorganisms, using plate counting, biolog, Miseq, quantitative PCR, etc. The project will provide important data for ecological and environmental risks evaluation of PHCs.

卤代咔唑（PHCs）是一类与二噁英类物质多氯二苯并呋喃（PCDFs）分子结构相似的新型有机污染物。近年来有20余种PHCs在土壤及沉积物中被普遍检出，但PHCs对生物的毒性效应及作用机制鲜有报道，无法准确评价此类污染物的环境生态风险。鉴于PHCs在土壤环境中有较高的检出浓度，其土壤生态风险亟待明确，本项目拟以土壤微生物为研究对象，选择环境浓度较高的4种PHCs为代表，研究典型PHCs对土壤微生物群落结构及功能的影响。通过平板计数、熏蒸浸提技术明确PHCs与土壤微生物量的剂量-效应关系，明确PHCs对土壤微生物的毒性作用水平；通过Biolog微平板技术及Miseq测序技术明确PHCs暴露后土壤微生物多样性变化及微生物群落结构的演替规律；通过土酶活性的测定及功能基因丰度测定明确PHCs对土壤营养元素循环相关生物过程的影响。该研究将为PHCs的生态风险评价提供有力的数据支持。

卤代咔唑作为一类新型有机污染物，生态风险尚不明确，鉴于其在土壤环境中有较高的检出浓度，本项目以环境中检出频率及浓度较高的3,6-二氯咔唑（36-DCCZ）、3,6-二溴咔唑（36-DBCZ）、1,3,6,8-四溴咔唑（1368-TBCZ）、3-溴咔唑（3-BCZ）为代表，以土壤微生物数量、多样性、群落结构、土壤酶活性、功能基因丰度为评价指标，研究了卤代咔唑对土壤微生物生态环境的影响。主要结果如下：① 36-DCCZ、36-DBCZ对土壤细菌、真菌数量具有一定诱导作用，但随时间延长诱导效应逐渐消失；相反，1368-TBCZ、3-BCZ对土壤细菌、真菌数量有轻微抑制作用，随着暴露时间延长影响逐渐降低。② 在实验浓度下四种卤代咔唑对物种多样性无明显影响，但一定程度上提高了物种的均一度。③ 四种卤代咔唑在实验浓度下均能够导致土壤微生物群落结构发生显著变化；其中36-DCCZ、36-DBCZ、1368-TBCZ处理后80d，微生物群落结构与对照组仍存在明显差异，影响持续时间较长，而3-BCZ处理土壤后80d，其微生物群落结构与对照组无明显差异。Sphingomonas、AKYG587、Azoarcus在不同卤代咔唑处理后丰度变化较显著且变化趋势一致，可作为卤代咔唑污染土壤的指示菌属。④ 36-DCCZ、36-DBCZ对碳循环过程特别是芳烃降解具有显著的诱导效应，而对关键氮循环过程可能存在一定的抑制；1368-TBCZ、3-BCZ处理后土壤微生物发酵、硝酸盐还原、亚硝酸盐氧化等过程被促进， 此外1368-TBCZ处理组土壤纤维素降解功能有一定提升。总体而言，在实验浓度下各卤代咔唑对土壤微生物群落结构及功能均有一定影响，但并未造成微生物大量死亡、多样性下降、关键功能缺失等严重影响。研究中报道的的污染浓度要低于本研究设置浓度，目前环境中卤代咔唑污染不会对土壤微生物生态造成严重破坏。该研究为明确卤代咔唑污染物的生态风险提供了数据支持。