重金属污染对水稻土团聚体可矿化有机碳稳定性的影响机制研究

当前农田土壤重金属污染日趋严重，导致土壤微生物区系的构成及碳源利用性发生改变，从而影响有机碳的形态转化及矿化过程，这些影响在土壤微生物的团聚体微域生境中如何体现则是目前水稻土碳稳定性研究中值得关注的问题。本项目以太湖地区代表性水稻土为研究对象，采用野外重金属污染土壤，利用团聚体分级和室内培养实验以及土壤碳库形态分组、PCR-DGGE、PFLA等技术手段，以土壤团聚体及其可矿化有机碳与微生物和酶活性的关系为主要研究内容，分析重金属（Pb、Cd）污染下不同团聚体粒组中可矿化有机碳与微生物区系和酶活性的变化特点，阐明重金属污染对水稻土团聚体可矿化有机碳稳定性的微生物学影响机制，为进一步认识环境污染下的农田土壤碳的稳定性及固碳效应提供科学依据。

本项目利用土壤团聚体分级、室内培养、土壤碳库形态分组、变性梯度凝胶电泳(DGGE)、定量PCR(qPCR)等技术，研究了高浓度重金属污染对稻田耕层土壤不同粒组团聚体中有机碳矿化和微生物区系的影响，探讨了重金属污染对水稻土不同粒组团聚体有机碳矿化稳定性的微生物学影响机制。主要研究认识如下：长期高浓度重金属污染条件会导致土壤各粒组团聚体有机碳矿化速率降低、代谢熵升高、微生物熵降低；非污染和污染土壤微生物多样性和活性在2000-200μm团聚体中最高，在<2μm团聚体中最低，可能源于2000-200μm团聚体新鲜可利用性有机碳含量较高，而<2μm团聚体有机碳可利用性较低，且细菌的16S rRNA基因和真菌的18rRNA基因DGGE图谱显示微生物群落结构多样性随团聚体粒径的减小而降低；DGGE条带测序揭示酸杆菌门(Acidobacteria)，衣原体门(Chlamydiae)和TM7的部分细菌在大团聚中相对富集；与非污染土壤相比，污染土壤本土轻组有机碳、微生物生物量碳、脱氢酶活性显著降低，团聚体中微生物量碳、脱氢酶活性亦显著降低（<2μm团聚体除外）；真菌对重金属污染较细菌敏感，与非污染土壤相比，污染土壤本土及不同团聚体真菌多样性及丰度均显著降低；不同团聚体内占优势的微生物不同，定量PCR显示真菌主要存在于大团聚体中，而细菌主要存在于微团聚体中。.综上所述，高浓度重金属污染可能通过抑制土壤微生物群落结构多样性尤其是土壤大团聚体中真菌群落组成（如Ascomycota和Chytridiomycota）从而降低了水稻土各粒组团聚体中的微生物量及其活性，而这些又与土壤各粒组团聚体中有机碳活性密切相关。