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臭氧浓度升高,会导致环境更加污染吗?大数据分析告诉你答案

由于人类活动,对流层CO2和O3的浓度一直在上升。这些不断上升的浓度可能会对土壤功能产生强烈的影响,因为植物生理学的变化可能导致植物土壤相互作用的改变。因此,科学家研究了eCO2和eO3对草原土壤中多环芳烃污染物去除的影响。这种影响与土壤微生物群落结构通过结构方程模型的变化有关。高浓度的CO2
和O3降低了革兰氏阳性细菌的丰度,这与土壤酶产生和PAH降解密切相关。尽管植物多样性不能缓冲CO2和O3效应,但某些土壤微生物菌落和功能受到其影响,表明可能采取较长期的植物修复方法。本研究结果表明,CO2和O3浓度升高可能会使土壤降解有机污染物的能力降低。另一方面,本研究还表明,在不断变化的世界中,植物菌落的目标组装可能成为有机污染物降解土壤微生物群落的有力工具。

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全球工业化导致增加对流层的二氧化碳(从工业化前大约280 ppm增至约380
ppm的)浓度时下,并预期到在未来继续增加。除此之外,北半球中纬度地区的平均地表臭氧浓度已从估计的工业化前值10
ppb增加到20-45
ppb。工业化进一步导致全球性的有机污染物污染,包括多环芳烃。多环芳烃具有诱变和致癌性,并且在环境中显示出高持久性。

基于此,中国科学院沈阳应用生态研究所土壤污染生态组研究员巩宗强带领郭美霞等采用化学法和生物法评价农田及焦化厂污染土壤中PAHs的生物有效性,分析各方法的适用性及相关关系;并向不同污染微宇宙中添加不同TOC浓度的玉米(Zea
mays
L.)和大豆(Glycine max
L.)根系分泌物,研究不同浓度、不同种类的根系分泌物对PAHs的降解及细菌群落结构的影响。结果表明蚯蚓(Eisenia
fetida
)蓄积实验不能用于焦化厂土壤甚至是稀释后的焦化厂土壤的PAHs生物有效性评价;固相微萃取和Tenax-TA提取都可以预测农田土壤PAHs在蚯蚓体内的生物有效性,但后者比前者更准确灵敏;分支杆菌(Mycobacterium
sp.)和根系分泌物协同作用通过改变细菌群落结构和提高PAHs生物可利用性等方式促进PAHs的降解;不同植物种类的根系分泌物及相同植物种类不同剂量的根系分泌物对PAHs的降解效果均不同,农田土壤中玉米根系处理组总PAHs的去除率(69.2%–78.4%)高于大豆根系分泌物处理组(66.8%–74.5%),但前者的细菌香农维纳多样性指数小于后者,表明微生物群落的功能而非多样性指数在PAHs降解中起到重要作用。

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该研究得到了国家自然科学基金(41271336和41673132)、中科院污染生态与环境工程重点实验室项目(Y3ZDS111YC)的支持。

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植物-微生物联合修复是治理PAHs污染有效的生物方法。根系分泌物可以提高微生物降解污染物的能力,但也有研究报道其对PAHs的去除存在抑制作用。目前植物在PAHs污染土壤修复中的作用尚不明确,针对不同总有机碳浓度的根系分泌物对污染物降解的影响和细菌群落结构的研究较少,深入研究并利用根际效应是PAHs污染土壤植物-微生物联合修复中的重要内容。

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研究结果分别以Polycyclic aromatic hydrocarbons bioavailability in
industrial and agricultural soils: Linking SPME and Tenax extraction
with bioassays
The influence of root exudates of maize and soybean
on polycyclic aromatic hydrocarbons degradation and soil bacterial
community structure
为题发表在《生态毒理学和环境安全》(Ecotoxicology
and Environmental
Safety,
doi:10.1016/j.ecoenv.2017.02.044)和《生态工程》(Ecological
Engineering,
doi:10.1016/j.ecoleng.2016.11.018)杂志上。

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