摘要
过去几十年里，越来越多日常生活中使用的化合物被发现具有内分泌干扰性，例如杀菌剂三氯生(TCS)和化学工业品双酚A(BPA)。TCS和BPA的广泛使用造成了它们在环境中的普遍存在，给公众健康和生态环境带来了风险。TCS和BPA可通过污水处理厂的出水灌溉或污泥施用等途径进入土壤环境，并对土壤生态系统产生负面影响。外源性污染物进入到土壤环境后，可能发生降解转化，也可能与土壤基质作用形成结合态残留。目前，有关TCS和BPA在土壤中的好氧微生物降解转化以及结合态残留形成的研究相对较少，关于TCS和BPA对土壤微生物群落影响的研究也十分有限。本论文通过164d的土壤培育实验，研究了环境相关浓度(2μg/g dw)TCS和BPA在土壤中的好氧微生物降解转化和代谢产物的生成;探讨了TCS和BPA及其转化产物的结合态残留形成机制;通过16S rRNA基因高通量测序技术研究了TCS和BPA降解过程中土壤细菌群落结构的动态变化。主要结论如下: (1)TCS在土壤中的好氧微生物降解遵循一级动力学(R2=0.98)，降解速率常数k为0.018±0.003day-1，半衰期为39±8d。在TCS降解过程中的主要转化产物为甲氧基三氯生(MTCS)，实验结束时MTCS生成量占初始TCS的比例为19.1％。另外，2个氯代三氯生(CTDs)和3个氯代甲氧基三氯生(MCTDs)首次在土壤中被鉴定为TCS转化产物，但生成量较低(含量均不到初始TCS的0.05％)。CTDs可能由TCS在微生物作用下发生氯化反应生成，MCTDs则由CTDs进一步甲基化生成。 (2)本文建立了热碱水解技术，对TCS及其代谢产物在土壤中形成的结合态残留进行了表征。这部分通过热碱水解技术释放的结合态为热碱水解性结合态残留(TAH-NER)，主要包括通过化学共价结合（如酯键和醚键）以及物理包裹到土壤有机质中的结合态。实验结束时，TCS及其转化产物MTCS在活性土壤中形成的TAH-NER分别占初始TCS的0.33％和1.02％，在灭菌土壤中只有0.15％的初始TCS形成了TAH-NER。TCS可通过物理包裹，也可通过化学共价键与土壤有机质共价结合形成TAH-NER;而MTCS无活性官能团，只能通过物理包裹形式嵌入到土壤基质中形成结合态残留。与TCS相比，MTCS更容易形成结合态残留，这可能跟MTCS的疏水性特征有关。另外，本研究首次观察到通过化学共价结合形成的结合态TCS可重新释放，这可能给土壤生态系统带来二次风险。 (3)BPA在土壤中的好氧微生物降解遵循一级动力学(R2=0.99)，半衰期(t1/2)为1.08±0.06d，降解速率常数k=0.642±0.055d-1。实验期间，BPA在土壤中发生氧化作用生成了4-异丙烯基苯酚，也通过甲基化作用生成了单甲氧基和双甲氧基BPA。由于在活性土壤中未检测到TAH-NER结合态形式存在的BPA及其转化产物，并且在可萃取态组分中也只检测到少量的BPA转化产物，因此推测，减少的BPA可能大部分已被微生物矿化或利用合成微生物生物质。 (4)通过16S rRNA基因高通量测序描绘了土壤细菌群落在BPA和TCS暴露后的动态变化。TCS和BPA加入到土壤中后，土壤细菌群落结构迅速发生变化，多样性指数显著降低，这可能是实验室培育的影响，也可能与BPA和TCS暴露有关。培育4d后，群落结构和多样性指数有逐渐恢复的趋势，说明土壤菌群在经历BPA和TCS暴露后有恢复的能力。实验期间，BPA处理组群落变化速率明显快于TCS处理组，说明土壤微生物对BPA的响应快于TCS。实验结束时，BPA和TCS处理组群落结构显著不同，体现了TCS和BPA暴露对土壤细菌影响的差异。实验期间，土壤细菌门类主要组成为放线菌门(8.2-67.4％)、变形菌门(13.7-38.7％)、酸杆菌门(4.3-21.6％)、绿弯菌门(1.1-13.5％)、厚壁菌门(2.1-13.6％)等。其中放线菌门、酸杆菌门、绿弯菌门、疣微菌门以及α-和γ-变形菌门在BPA和TCS处理组中的变化有显著差异。基于KEGG数据库的功能基因预测发现，BPA暴露可能导致土壤中双酚代谢通路有关的基因丰度在实验前期(0-4d)高于TCS暴露组，而TCS暴露可能导致土壤中总抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes，ARGs)丰度暂时高于BPA暴露组。培育4d后，BPA处理组和TCS处理组中双酚代谢通路和总ARGs丰度没有显著差别，显示了土壤微生物群落在功能上的恢复能力。
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