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近年来,由于我国农业和工业发展总体粗犷,环境中有机污染物和重金属的含量在相当一段时间内会保持在比较高的水平,而土壤污染的严重性和复杂性也会受到越来越多的重视。根据近些年的报道,土壤污染类型也不再是单一的污染物,重金属和有机物复合污染成为当今亟待解决的土壤污染问题。本研究以我国中原某市土壤特征污染物重金属镉(Cd)和多环芳烃芘(Pyrene)为研究对象。通过盆栽实验研究黑麦草、高羊茅、紫花苜蓿、白三叶四种植物在复合污染土壤中生长状况和去除污染物能力,筛选出去除污染物的最优植物。研究了污染物浓度对最优植物去除污染物效果的影响。进行了最优植物联合生物炭去除污染物的试验研究,揭示了植物去除污染物的内部机理。最后通过高通量测量筛选出抗Cd胁迫能力较强和可有效降解芘的微生物群落。取得的主要研究结果如下:(1)研究结果表明:黑麦草对污染物的去除效果较好,选为最优植物进行下一阶段的实验,高温(30℃)对植物去除污染物产生了抑制作用。实验发现黑麦草和高羊茅对复合污染物Cd(16.8 mg/kg)和芘(71.04 mg/kg)的抗性较强,而紫花苜蓿和白三叶对污染物的抗性较差,黑麦草对土壤中Cd和芘的去除率分别为18.73%和65.72%,高羊茅分别为14.69%和50.36%。高温下(30℃)黑麦草对Cd和芘的去除效果不佳,分别为13.03%和55.86%。(2)研究结果表明:随着Cd浓度的上升,植物对污染物的去除会显著下降。而随着芘浓度的上升,植物去除污染物的能力会增强。植物体内的芘会随着时间的上升而下降,Cd相反。实验发现Cd的浓度对污染物的去除影响较大,随着Cd浓度从3.4、16.8、22.5、34mg/kg的梯度上升,植物对Cd和芘的复合污染物去除率均显著下降,而低Cd浓度下(3.4 mg/kg)污染物的去除率最高,高浓度的Cd会抑制植物对污染物的去除。低浓度的芘对Cd和芘去除有着不同的效果,而随着芘浓度的上升,植物去除污染物的能力会增强。随着时间的推移,黑麦草体内的芘会下降,体内的Cd会逐渐升高,并将保持在一个稳定的水平。(3)研究结果表明:生物炭在一定投加量下(1%和3%)可以促进植物的生长,污染物的去除和植物吸收污染物的含量,但5%的生物炭含量会减弱这种促进作用。实验发现适当投加量的生物炭可提高植物的发芽率、生物量以及对污染物的去除,这种效果也会随着生物炭的含量上升而提高,并在生物炭与土壤质量比为3%时达到最高,但是5%的生物炭含量会对植物生长和污染物的去除产生抑制。黑麦草组织中芘含量随着生物炭的施加量升高而升高,但5%的生物炭含量会降低这种促进作用;但黑麦草中的Cd含量与生物炭施加量呈负相关。(4)研究结果表明:种植黑麦草会显著提升微生物多样性和丰富度,添加生物炭则会降低。Lysobacter(溶杆菌属)和Luteimonas(藤黄色单胞菌属)这两个属的微生物不仅对Cd的抗性较强,而且可能对芘有较好的降解效果。实验设置六个不同处理:对不同污染工况的土壤进行高通量测序,发现微生物多样性和丰富度在有种植黑麦草会显著升高,添加生物炭则会降低;此外其受到复合污染物的影响比单一污染严重。筛选出对Cd和芘具有特定反应的微生物:Proteobacteria(变形菌门)和Actinobacteria(放线菌门)微生物在受到Cd污染会显著降低,但是通过芘的添加可以减弱这种毒性胁迫;Gemmatimonadaceae(芽单胞菌科)对Cd有较强的污染抗性;Gemmatimonas(芽单胞菌属)和Gp6两种细菌属对Cd具有很强的耐受性;Lysobacter(溶杆菌属)和Luteimonas(藤黄色单胞菌属)这两个属的微生物不仅对Cd的抗性较强,而且是对芘降解的有效菌种。