微塑料复合污染对高原典型农田土壤关键菌群及其功能的影响
文献类型：学位论文
| 作者 | 汪永禄 |
| 答辩日期 | 2025-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 晏维金 ; 张丰松 |
| 关键词 | 青藏高原 塑料 养分循环 微生物菌群 微量金属元素 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 环境科学 |
| 英文摘要 | 微塑料与金属元素复合污染深刻影响高原农田土壤菌群变化和养分循环功能表达。然而，由于受到农田土壤性质的空间异质性的影响，流域尺度上土壤关键菌群及其功能对微塑料-金属复合污染的响应不清。本论文以青藏高原受人类活动影响的典型流域农田表层土壤为研究对象，首先结合地统计和多元统计分析手段阐明了土壤微塑料（包括其增塑剂组分邻苯二甲酸酯类物质）与镉的空间分异特性和潜在来源，利用相关性分析、Mantel test 分析和敏感性分析厘清农田土壤关键菌群及其功能对目标污染物的特征响应，再通过随机森林模型和因子探测器识别影响关键菌群及其功能变化的主控因子，最后根据冗余分析、交互作用探测器和结构方程模型揭示微塑料复合污染对高原典型农田土壤关键菌群及其功能的影响及潜在路径。主要研究结果与结论如下： （1） 微塑料在湟水河、巴音河和拉萨河流域农田土壤中平均丰度分别为18,106.25、6123.04 和488.53 item kg−1。微塑料以碎片状为主，其次是纤维状、薄膜状和泡沫状。邻苯二甲酸酯类物质在湟水河、巴音河和拉萨河流域土壤样品中的总浓度范围分别为193.99-4019.35 μg kg−1 、351.21-5617.89 μg kg−1 和11.96-963.34 μg kg−1。镉在湟水河流域的含量最高，其范围为0.20-0.57 mg kg−1，而在巴音河和拉萨河流域分别为0.08-0.19 mg kg−1 和0.05-0.11 mg kg−1。农田土壤中微塑料和邻苯二甲酸酯类物质具有同源性，潜在来源为地膜覆盖、农用化学品包装袋和河水灌溉等。湟水河流域中镉含量远高于背景值（0.081 mg kg−1），主要来源于废水排放、农用化学品和河水灌溉等。青藏高原典型人类活动区农田土壤已形成了以微塑料为典型代表的复合污染体系。 （2） 湟水河、巴音河和拉萨河流域农田土壤的关键菌群结构具有差异性，且目标污染物对菌群具有显著影响。纤维状、薄膜状和碎片状微塑料丰度与放线菌门丰度呈显著正相关（p < 0.05；p < 0.001；p < 0.001）。邻苯二甲酸二正辛酯、邻苯二甲酸二甲酯和邻苯二甲酸二丁酯浓度与假单胞菌门等多数菌门丰度呈显著负相关性。微塑料及其增塑剂组分和镉与菌群多样性呈显著负相关性，且铜、碎片状微塑料、锌和邻苯二甲酸二丁酯等物质被确定为影响菌群多样性空间分异的主控因子。此外，在三个流域中，微塑料及其增塑剂组分与镉之间存在双因子和非线性增强作用，加强了对菌群多样性空间分异的解释程度。综上，微塑料复合污染显著扰动了青藏高原典型人类活动区农田土壤关键菌群结构和多样性。（3） 在湟水河流域，土壤纤维状微塑料丰度和邻苯二甲酸二甲酯浓度与主要碳（cbbL）、氮（nirS）和磷（phoC/phoD）循环功能基因丰度呈显著正相关性。而在巴音河和拉萨河流域，泡沫状微塑料丰度和邻苯二甲酸二正辛酯浓度与“几丁质溶解”、“硝酸盐还原”、“好氧氨氧化”和“硝化”等养分循环功能注释丰度均呈显著负相关，即抑制了土壤养分循环功能表达。与微塑料丰度相比，邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二甲酯和邻苯二甲酸二正辛酯浓度显著影响了湟水河流域硝化（AOB）、反硝化（nirK）和固碳（cbbL、cbbM）基因丰度变化。此外，在三个流域中，微塑料及其增塑剂组分与镉之间存在协同作用，进一步影响了土壤养分循环功能的变化。因此，青藏高原典型人类活动区农田土壤碳、氮和磷功能对目标污染物的响应具有空间异质性，且微塑料复合污染显著影响了养分循环主要功能的表达。 （4） 氮和磷循环功能菌与固碳功能菌之间存在显著相关性，且养分循环主要功能，尤其是固碳功能，显著影响了农田土壤菌群多样性变化。微塑料及其增塑剂组分和营养微量金属元素首先影响了土壤氮和磷循环功能基因，随后影响了固碳基因的表达，并最终影响了土壤细菌群落β-多样性的变化。其中，营养微量金属元素铁和铜含量与菌群β-多样性呈现显著正相关关系。综上，镉的存在强化了微塑料及其增塑剂组分对农田土壤菌群多样性的抑制；而铁和铜则能通过影响养分循环功能缓解目标污染物对菌群多样性的胁迫作用。 |
| 学科主题 | 环境科学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 138 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/217219]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 汪永禄. 微塑料复合污染对高原典型农田土壤关键菌群及其功能的影响[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2025. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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