1.本發(fā)明屬于土壤修復(fù)評估技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種重金屬污染土壤修復(fù)效果的生態(tài)評估方法。

背景技術(shù)：

2.近年來，由于工農(nóng)業(yè)的急速發(fā)展，以及產(chǎn)品生產(chǎn)、消費、遺棄過程的加快，導(dǎo)致越來越大面積的土壤受到重金屬及有機污染物的污染。

3.目前，重金屬污染土壤修復(fù)方法主要分為物理化學(xué)修復(fù)及生物修復(fù)兩類。其中：物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)主要是通過添加化學(xué)調(diào)理劑改變cd在土壤中的賦存形態(tài)、降低其生物有效性，從而使農(nóng)產(chǎn)品達到安全生產(chǎn)。生物修復(fù)則是利用微生物群落和其多樣性的變化來實現(xiàn)對重金屬污染土壤的生態(tài)調(diào)節(jié)作用。

4.在現(xiàn)有技術(shù)中，一些發(fā)達國家已經(jīng)建立起各類土壤修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)用于評價土壤修復(fù)效果，然而在國內(nèi)對于重金屬污染土壤修復(fù)效果的評價，仍采用傳統(tǒng)的環(huán)境質(zhì)量風(fēng)險評價模型，存在修復(fù)效果評價結(jié)果不夠全面可信的問題，從而也不利于進行土地利用及土地規(guī)劃決策。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

5.鑒于此，為解決上述背景技術(shù)中所提出的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種重金屬污染土壤修復(fù)效果的生態(tài)評估方法。

6.為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種重金屬污染土壤修復(fù)效果的生態(tài)評估方法，包括：

7.采集樣品，且所述樣品為經(jīng)調(diào)理劑修復(fù)后目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的土壤樣品和農(nóng)作物樣品；

8.獲取所述土壤樣品的理化性質(zhì)評級a、微生物活性評級b及cd含量評級c；獲取所述農(nóng)作物樣品中的cd含量評級d；

9.計算所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的土壤修復(fù)效果p，且p＝ia+jb+kc+sd；式中，i為理化性質(zhì)評級a的權(quán)重，j為微生物活性評級b的權(quán)重，k為cd含量評級c的權(quán)重，s為cd含量評級d的權(quán)重。

10.優(yōu)選的，所述調(diào)理劑采用礦物型調(diào)理劑、有機型調(diào)理劑或微生物型調(diào)理劑。

11.優(yōu)選的，在所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)，所述調(diào)理劑的修復(fù)用量為3t

·

hm-1

。

12.優(yōu)選的，所述礦物型調(diào)理劑至少包括硅酸鈣、熟石灰、硫酸鉀、無水硫酸鎂和九水合硝酸鐵。

13.優(yōu)選的，獲取所述土壤樣品的理化性質(zhì)評級a時，至少獲取所述土壤樣品的：ph值、有機碳含量、堿解氮含量、有效磷含量和速效鉀含量。

14.優(yōu)選的，獲取所述土壤樣品的的cd含量評級c時，采用dtpa浸提法測定所述土壤樣品的的cd含量。

15.優(yōu)選的，獲取所述農(nóng)作物樣品中的cd含量評級d時，采用石墨爐原子吸收光譜儀測定所述農(nóng)作物樣品中cd的含量。

16.優(yōu)選的，采用石墨爐原子吸收光譜儀測定所述農(nóng)作物樣品中cd的含量時包括：

17.將所述農(nóng)作物樣品晾曬至恒重；

18.依次脫粒、脫殼、研磨和消解處理晾曬后的所述農(nóng)作物樣品，獲得消解液；

19.采用石墨爐原子吸收光譜儀測定所述消解液中cd的含量。

20.優(yōu)選的，獲取所述土壤樣品的微生物活性評級b時，至少獲取微生物活力和微生物量。

21.優(yōu)選的，所述微生物活力采用土壤酶活性作為評價指標(biāo)，且所述土壤酶至少包括蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶。

22.本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：

23.在本發(fā)明所提供的評估方法中，不僅考量了土壤與農(nóng)作物中重金屬的含量，還設(shè)計了修復(fù)土壤的理化性質(zhì)及微生物活性的相關(guān)指標(biāo)，由此覆蓋了化學(xué)、微生物及植物方面的評估內(nèi)容，綜合考慮農(nóng)田功能及污染修復(fù)實際情況，適用于全面評價污染修復(fù)工作及大范圍的修復(fù)工作評價，相比于現(xiàn)有的評價方法更加全面、準(zhǔn)確和科學(xué)。

附圖說明

24.圖1為本發(fā)明的四個實驗組中土壤樣品cd和水稻樣品cd含量的示意圖；

25.圖2為本發(fā)明的四個實驗組中土壤酶活性的示意圖；

26.圖3為本發(fā)明的四個實驗組的土壤樣品中細(xì)菌和真菌的群落分布圖；

27.圖4為本發(fā)明的四個實驗的土壤樣品中細(xì)菌和真菌在otu水平上的聚類分析圖；

28.圖5為本發(fā)明的四個實驗的土壤樣品中細(xì)菌和真菌的群落結(jié)構(gòu)的nmds排序圖；

29.圖6為本發(fā)明的四個實驗的土壤樣品中細(xì)菌和真菌的群落結(jié)構(gòu)的rda分析圖；

具體實施方式

30.下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

31.在本發(fā)明中提供了一種重金屬污染土壤修復(fù)效果的生態(tài)評估方法，包括：

32.采集樣品，且所述樣品為經(jīng)調(diào)理劑修復(fù)后目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的土壤樣品和農(nóng)作物樣品；

33.獲取所述土壤樣品的理化性質(zhì)評級a、微生物活性評級b及cd含量評級c；獲取所述農(nóng)作物樣品中的cd含量評級d；

34.計算所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的土壤修復(fù)效果p，且p＝ia+jb+kc+sd；式中，i為理化性質(zhì)評級a的權(quán)重，j為微生物活性評級b的權(quán)重，k為cd含量評級c的權(quán)重，s為cd含量評級d的權(quán)重。

35.基于上述方法，在本發(fā)明中還提供如下試驗：

36.于2020年3月至2020年7月，在廣東省興寧市寺崗村水稻田(24

°

34

′

n，115

°

69

′

e)開展田間試驗。

37.一、實驗組構(gòu)建

38.設(shè)農(nóng)作物為水稻，并且設(shè)置四組實驗組，具體

39.實驗組一為無修復(fù)處理的對照組(ck)。

40.實驗組二為采用礦物型調(diào)理劑修復(fù)處理的試驗組(t1)，具體礦物型調(diào)理劑至少包括硅酸鈣、熟石灰、硫酸鉀、無水硫酸鎂和九水合硝酸鐵等成分。

41.實驗組三為采用有機型調(diào)理劑修復(fù)處理試驗組(t2)，具體有機型調(diào)理劑的主要成分為蠶沙和煙梗(有機質(zhì)含量≥47％)，n+p2o5+k2o≥35％。

42.實驗組四為采用微生物型調(diào)理劑修復(fù)處理試驗組(t3)，具體微生物型調(diào)理劑為復(fù)合微生物肥料，其有效活性菌數(shù)≥0.2億

·

g-1

(枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、米曲霉)，n+p2o5+k2o≥8％。

43.上述四組實驗組均采用相同的處理方式對目標(biāo)區(qū)域內(nèi)土壤進行修復(fù)處理：每個目標(biāo)區(qū)域為5畝，處理時實驗組二至實驗組四中的三種理劑修的修復(fù)用量均為3t

·

hm-1

，且對相應(yīng)的目標(biāo)區(qū)域內(nèi)土壤重復(fù)處理3次。

44.二、樣品采集與分析

45.在水稻成熟期進行樣品采集，具體采用5點取樣法采集上述四個實驗組所對應(yīng)的目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的土壤樣品和水稻樣品。

46.(1)土壤樣品的理化性質(zhì)分析

47.采用電位法測定ph值，采用重鉻酸鉀-油浴法測定有機碳含量，采用堿解擴散法測定堿解氮含量，采用碳酸氫鈉提取-鉬銻抗比色法測定有效磷含量，采用乙酸銨提取-原子吸收法測定速效鉀含量。獲得圖下表的測定結(jié)果：

[0048] ph有機碳g

·

kg-1

堿解氮mg

·

kg-1

有效磷mg

·

kg-1

速效鉀mg

·

kg-1

ck5.20

±

0.03c28.47

±

0.10d204.98

±

0.99d5.53

±

0.00d51.20

±

0.33ct15.44

±

0.02a37.54

±

0.14b235.31

±

1.97b14.04

±

0.00b65.41

±

0.07bt25.31

±

0.01b41.72

±

0.04a257.27

±

3.45a15.91

±

0.00a83.35

±

1.06at35.39

±

0.01a34.49

±

0.14c229.20

±

0.25c12.05

±

0.19c83.49

±

0.21a

[0049]

(2)關(guān)于土壤樣品的微生物活性分析

[0050]

2a)土壤全dna提取及土壤微生物量測定

[0051]

土壤全dna提取采用試劑盒提取方法，主要步驟為細(xì)胞破碎-dna溶出-吸附-純化-洗脫，完成dna提取后進行測序分析。具體，依照如下方式對測序得到的原始數(shù)據(jù)進行質(zhì)控檢測、過濾：

[0052]

去除，i.平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于20分以及長度小于50bp的序列；ii.barcode錯配1個堿基及以上的序列；iii.引物中錯配大于2個堿基的序列；

[0053]

使用flash，并基于重疊序列長度大于10bp、重疊區(qū)域不允許有模糊堿基的標(biāo)準(zhǔn)對序列進行拼接；

[0054]

用mothur去除嵌合體。

[0055]

由上，得到高質(zhì)量序列，并按照97％的相似性閾值劃分otu，同時去除只含有1條序列的otu。為了保證不同樣品測序深度一致，我們對所有樣品的序列按相同的序列數(shù)進行抽平，抽平后的數(shù)據(jù)用于后續(xù)的注釋及統(tǒng)計分析。

[0056]

選取每個otu中最長的序列作為該otu的代表序列，使用blastn在ncbi非冗余數(shù)據(jù)庫中對代表序列進行檢索和比對，以1

×

e-20做為e值的最小閾值，去除e＞1

×

e-20的參考序列，然后從剩下的序列中選取得分最高的參考序列對該otu進行注釋。如果所有檢索到的參考序列所對應(yīng)的e值都大于1

×

e-20，則標(biāo)記該代表序列尚無同源序列。

[0057]

根據(jù)檢索結(jié)果，在t1至t3樣品中，細(xì)菌僅有4.1％～5.5％的序列未檢索到相似序列或相對豐度低于1％，剩下的序列由圖3a所示的放線菌門、變形菌門、氯曲菌門、酸桿菌門、厚壁菌門、硝基螺菌門、脫硫菌門、粘球菌門、類桿菌門、金霉素菌門、扁平菌門、mbnt15、sva0485、疣微菌門組成。真菌一共注釋到6個門，占檢索序列的87％～90％，由圖3b所示的子囊菌門、擔(dān)子菌門、被子菌門、羅茲菌門、壺菌門、球囊菌門組成。

[0058]

2b)土壤微生物活力測定

[0059]

以土壤酶活性作為評價指標(biāo)，且土壤酶至少包括蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶。具體，土壤蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性測定參見吳金水等(2006)的方法，并獲得圖2所示的測定結(jié)果。

[0060]

(3)關(guān)于土壤樣品和水稻樣品的cd含量分析

[0061]

采用dtpa浸提法測定土壤樣品的cd含量，測定結(jié)果如圖1上圖所示；

[0062]

采用石墨爐原子吸收光譜儀測定水稻樣品中cd的含量，具體包括：將水稻樣品晾曬至恒重；依次脫粒、脫殼、研磨和消解處理晾曬后的水稻樣品，獲得消解液；采用石墨爐原子吸收光譜儀測定所述消解液中cd的含量，測定結(jié)果如圖1下圖所示。

[0063]

三、結(jié)果分析

[0064]

(1)關(guān)于理化性質(zhì)的測定結(jié)果分析

[0065]

根據(jù)上述表1可知，不同實驗組通過改變土壤理化性質(zhì)來有效改善肥力和土壤質(zhì)量，從而提高作物產(chǎn)量。從表1中可以看出調(diào)理劑的添加提高了土壤ph值，緩解了土壤酸化的情況；不同調(diào)理劑處理中土壤有機碳的含量分別增加了32％、47％和21％，且較大幅度的提高了土壤堿解氮、有效磷和有效鉀等速效養(yǎng)分的含量，改善了土壤營養(yǎng)狀況，土壤堿解氮、有效磷和速效鉀分別增加了12％～15％、118％～188％和28％～63％。

[0066]

(2)關(guān)于cd含量的測定結(jié)果分析

[0067]

結(jié)合圖1可知，與對照相比，三種調(diào)理劑均顯著降低了土壤樣品dtpa-cd含量，具體降幅分別為13％、48％和28％。對水稻樣品cd含量而言，三種調(diào)理劑均顯著降低了其含量，最大降幅達42％。

[0068]

由上可見，調(diào)理劑施用后土壤樣品cd和水稻樣品cd含量均有明顯下降，其中實驗組三(t2)中土壤樣品cd含量下降最為顯著，但對水稻樣品cd含量的降低效果不佳。

[0069]

(3)關(guān)于土壤樣品的微生物活性的測定結(jié)果分析

[0070]

結(jié)合圖2可知，三種調(diào)理劑均顯著增加了土壤蔗糖酶和脲酶的活性，其中實驗組三(t2)對蔗糖酶活性的提升作用最大，增幅為151％；實驗組四(t3)使脲酶活性增加了80％。對土壤酸性磷酸酶而言，實驗組二(t1)降低了其活性，而實驗組三(t2)增加了其活性。

[0071]

作為土壤的活躍組成成分，微生物區(qū)系組成及微生物數(shù)量與土壤的理化性質(zhì)變化密切相關(guān)。具體，結(jié)合圖3可知，其中放線菌門和變形菌門的相對豐度在所有調(diào)理劑處理中均較高。方差分析表明，調(diào)理劑處理(t1、t2和t3)顯著降低了脫硫菌門和類桿菌門的相對豐度；其中實驗組二(t1)和實驗組三(t2)的調(diào)理劑顯著提高了土壤中放線菌門和金霉素菌門的相對豐度，實驗組四(t3)的調(diào)理劑顯著提高了酸桿菌門的相對豐度。

[0072]

另外，通過對所獲得的otu進行熱圖聚類分析獲得圖4所示的分析結(jié)果，圖中a為細(xì)菌分析結(jié)果，b圖為真菌分析結(jié)果，且由圖4可知，不同調(diào)理劑處理之間其otu的相對豐度明顯不一樣。然而，細(xì)菌的聚類分析和真菌的有相似規(guī)律，即均有分化成礦物型調(diào)理劑和其他

調(diào)理劑兩個類別，然后再進行有機型和微生物型調(diào)理劑處理的分類。這也暗示出施加礦物型調(diào)理劑對細(xì)菌和真菌的物種組成的影響與其他兩種調(diào)理劑處理方式顯著不同。

[0073]

不同調(diào)理劑處理下細(xì)菌和真菌的群落結(jié)構(gòu)的nmds排序圖如圖5所示，在圖5中顯示調(diào)理劑類型對細(xì)菌和真菌這兩類微生物的群落結(jié)構(gòu)的變化都有著顯著影響，樣品均能按照調(diào)理劑類型聚類在一起，而在不同的調(diào)理劑處理之間形成分開。相似性分析是一種非參數(shù)檢驗分析方法，常被用來檢驗兩組或多組間差異是否顯著大于組內(nèi)差異，從而判斷分組類型是否有意義。我們的實驗結(jié)果顯示，細(xì)菌的anosim分析r＝0.929(p＜0.001)，而真菌的anosim分析r＝0.772(p＜0.001)，由此，均可認(rèn)為這四種處理之間的細(xì)菌和真菌的群落結(jié)構(gòu)存在明顯差異。

[0074]

在生態(tài)學(xué)領(lǐng)域中，冗余分析(rda)是常用的進行約束排序分析的方法，其目的是分析“解釋變量(一般為環(huán)境因子矩陣)”對“響應(yīng)變量(一般為物種矩陣)”的影響情況。通過rda分析獲得圖6所示的分析圖，且由圖6發(fā)現(xiàn)所測得的理化因子對細(xì)菌和真菌微生物群落的解釋度分別為73.49％和47.08％，其中軸1分別能解釋65.43％和28.52％。對細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)而言，施用實驗組二(t1)能夠在軸1上與對照顯著分開，在軸2上與另外兩種調(diào)理劑處理分開；另外，實驗組三(t2)及實驗組四(t3)均能夠在軸2上與對照顯著分開。而對真菌的群落結(jié)構(gòu)來說，實驗組三(t2)及實驗組四(t3)均能在軸2上與對照顯著分開。999次蒙特卡洛檢驗顯示全磷是影響細(xì)菌和真菌微生物群落結(jié)構(gòu)共同的主要環(huán)境因子。另外土壤有機碳、全氮、堿解氮、有效磷和全鉀分別是影響細(xì)菌和真菌微生物群落結(jié)構(gòu)的其他環(huán)境因子。土壤全磷與實驗組二(t1)在細(xì)菌群落呈現(xiàn)出明顯的正比關(guān)系，而與實驗組四(t3)處理呈反相關(guān)；土壤中的有機碳、全氮、堿解氮、有效磷含量則明顯與實驗組三(t2)成正相關(guān)關(guān)系。

[0075]

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。技術(shù)特征：

1.一種重金屬污染土壤修復(fù)效果的生態(tài)評估方法，其特征在于，包括：采集樣品，且所述樣品為經(jīng)調(diào)理劑修復(fù)后目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的土壤樣品和農(nóng)作物樣品；獲取所述土壤樣品的理化性質(zhì)評級a、微生物活性評級b及cd含量評級c；獲取所述農(nóng)作物樣品中的cd含量評級d；計算所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的土壤修復(fù)效果p，且p＝ia+jb+kc+sd；式中，i為理化性質(zhì)評級a的權(quán)重，j為微生物活性評級b的權(quán)重，k為cd含量評級c的權(quán)重，s為cd含量評級d的權(quán)重。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種重金屬污染土壤修復(fù)效果的生態(tài)評估方法，其特征在于：所述調(diào)理劑采用礦物型調(diào)理劑、有機型調(diào)理劑或微生物型調(diào)理劑。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種重金屬污染土壤修復(fù)效果的生態(tài)評估方法，其特征在于：在所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)，所述調(diào)理劑的修復(fù)用量為3t

·

hm-1

。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種重金屬污染土壤修復(fù)效果的生態(tài)評估方法，其特征在于：所述礦物型調(diào)理劑至少包括硅酸鈣、熟石灰、硫酸鉀、無水硫酸鎂和九水合硝酸鐵。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種重金屬污染土壤修復(fù)效果的生態(tài)評估方法，其特征在于：獲取所述土壤樣品的理化性質(zhì)評級a時，至少獲取所述土壤樣品的：ph值、有機碳含量、堿解氮含量、有效磷含量和速效鉀含量。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種重金屬污染土壤修復(fù)效果的生態(tài)評估方法，其特征在于：獲取所述土壤樣品的的cd含量評級c時，采用dtpa浸提法測定所述土壤樣品的的cd含量。7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的一種重金屬污染土壤修復(fù)效果的生態(tài)評估方法，其特征在于：獲取所述農(nóng)作物樣品中的cd含量評級d時，采用石墨爐原子吸收光譜儀測定所述農(nóng)作物樣品中cd的含量。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種重金屬污染土壤修復(fù)效果的生態(tài)評估方法，其特征在于，采用石墨爐原子吸收光譜儀測定所述農(nóng)作物樣品中cd的含量時包括：將所述農(nóng)作物樣品晾曬至恒重；依次脫粒、脫殼、研磨和消解處理晾曬后的所述農(nóng)作物樣品，獲得消解液；采用石墨爐原子吸收光譜儀測定所述消解液中cd的含量。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種重金屬污染土壤修復(fù)效果的生態(tài)評估方法，其特征在于：獲取所述土壤樣品的微生物活性評級b時，至少獲取微生物活力和微生物量。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種重金屬污染土壤修復(fù)效果的生態(tài)評估方法，其特征在于：所述微生物活力采用土壤酶活性作為評價指標(biāo)，且所述土壤酶至少包括蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明屬于土壤修復(fù)評估技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種重金屬污染土壤修復(fù)效果的生態(tài)評估方法，包括：采集樣品，且所述樣品為經(jīng)調(diào)理劑修復(fù)后目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的土壤樣品和農(nóng)作物樣品；獲取所述土壤樣品的理化性質(zhì)評級A、微生物活性評級B及Cd含量評級C；獲取所述農(nóng)作物樣品中的Cd含量評級D；計算所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的土壤修復(fù)效果P，且P＝iA+jB+kC+sD；式中，i為理化性質(zhì)評級A的權(quán)重，j為微生物活性評級B的權(quán)重，k為Cd含量評級C的權(quán)重，s為Cd含量評級D的權(quán)重；綜上，在本發(fā)明所提供的評估方法中，不僅考量了土壤與農(nóng)作物中重金屬的含量，還設(shè)計了修復(fù)土壤的理化性質(zhì)及微生物活性的相關(guān)指標(biāo)，相比于現(xiàn)有的評價方法更加全面、準(zhǔn)確和科學(xué)。準(zhǔn)確和科學(xué)。準(zhǔn)確和科學(xué)。

技術(shù)研發(fā)人員：李奇 艾紹英 李義純 唐明燈 李林峰 胡偉芳 王艷紅

受保護的技術(shù)使用者：廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所

技術(shù)研發(fā)日：2021.12.15

技術(shù)公布日：2022/3/25