摘要
为追求农作物产量而向土壤中施加大量的氮肥会造成严重的土壤硝酸盐污染，进而引发土壤退化，威胁人类社会可持续发展。蓝藻适用于退化土壤的生物修复，但现有研究均利用固氮蓝藻为贫瘠的土壤提高肥力，充当生物肥料。非固氮蓝藻是以周围环境中的含氮化合物作为氮源生长，具有削减土壤中硝酸盐污染的潜力，但尚未见相关报道。本论文选择可以在土壤中生长的典型非固氮无毒蓝藻——色球藻为目标藻种，将其接种于不同硝酸盐污染水平的土壤中，研究色球藻对土壤中硝酸盐污染的去除效果，以及对土壤理化性质与酶活的影响，通过宏基因组学与宏转录组学分析，研究色球藻对硝酸盐污染土壤中细菌群落结构和功能基因的影响，深入探讨了色球藻对硝酸盐污染土壤的修复机制。 本论文的研究发现，色球藻可以通过直接吸收去除土壤中硝态氮。经过40天的培养皿实验，施加量为0.03-0.08mg/cm2的色球藻对土壤中60-120mg/kg的硝态氮去除率为31.94～44.06％,其中色球藻施加量为0.05mg/cm2时对硝态氮的去除率最高。此外，施加色球藻可以显著促进(p＜0.05)生丝微菌属、鞘氨醇菌属等反硝化细菌的生长。上述反硝化细菌在土壤细菌群落中的相对丰度显著(p＜0.05)上升，导致土壤中硝酸盐还原酶和亚硝酸还原酶活性分别上升至对照组的1.05～1.23倍和1.08～1.21倍，从而促进了土壤中的反硝化过程，这是土壤中硝态氮含量下降的另一个原因。色球藻还可以促进产酸菌和溶磷细菌的生长，促进与磷酸盐和亚磷酸盐代谢相关的功能基因表达，将土壤磷酸酶的活性提升至对照组的1.06～1.14倍，进而导致土壤速效磷的含量上升了1.30～1.99倍。施加色球藻对土壤中马拉东诺卡菌、鞘氨醇菌属、普雷沃氏菌属和膨胀芽胞杆菌属等细菌的生长具有正向调节作用，从而将土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶等有益酶的活性分别提升至对照组的1.06～1.38、1.09～1.72和1.09～1.42倍，有助于提高土壤肥力。色球藻通过光合作用固定二氧化碳，显著提升(p＜0.05)了土壤中有机质(1.11～1.35倍)和多糖含量(1.55～2.36倍)，降低了土壤盐度，并且大幅提升了土壤菌群能量代谢功能相关的基因表达丰度，这是导致土壤中多种有益菌的丰度和活性提升的主要原因。 此外，色球藻的施加可以显著提升碳水化合物酯酶、糖基转移酶和多糖裂解酶编码基因的表达丰度，这可以促进土壤细菌对碳水化合物的利用，也有助于土壤菌群活力提升。本论文的研究结果表明，施加色球藻可以作为治理硝酸盐污染土壤的一种经济环保的生物修复手段。
NETL