不同湿地植物脱氮效果与根际土壤微生物群落功能多样性特征分析

为研究水平潜流型人工湿地中不同植物脱氮效果及对土壤微生物的影响,采集水样测定脱氮效率,采集芦苇根际土壤、香蒲根际土壤和对照土壤（不种植物）,利用Biolog技术研究不同处理土壤微生物群落代谢功能多样性特征.结果表明:①与对照相比,种植芦苇和香蒲可提高水平潜流型人工湿地7%~33%的NH₃-N去除率.②芦苇和香蒲根际土壤的碳源利用率增加,并显著高于对照土壤;香蒲根际土壤的碳源利用率高于芦苇根际土壤.芦苇和香蒲根际土壤微生物均对碳水化合物的相对利用率较高（> 48.0%）,对照土壤微生物对碳水化合物和聚合物的相对利用率均较高,分别为34.4%和32.7%.③芦苇和香蒲根际土壤微生物的丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数和Shannon-Wiener均匀度指数均显著高于对照土壤.④主成分分析（principal component analysis,PCA）结果表明,芦苇和香蒲根际土壤微生物与对照土壤微生物对碳源的利用特征均存在显著差异,而不同植物对土壤微生物碳源利用多样性的影响较小.研究显示,种植植物可改善水平潜流型人工湿地的脱氮效率,增加根际土壤微生物群落功能多样性,而不同植物（芦苇和香蒲）对脱氮效率和根际土壤微生物群落组成的影响无显著差异,因此在种植植物时可根据当地条件进行选择.      

XP1菌株强化湿地植物脱氮及其对根际微生物的影响

利用从南四湖人工湿地中分离的一株具有良好脱氮作用的反硝化细菌XP1,分别接种于湿地植物芦竹、芦苇和香蒲的根际土壤,考察菌株XP1对3种植物的强化脱氮作用,并利用PCR-DGGE(变性梯度凝胶电泳)考察强化脱氮过程中菌株XP1在3种植物根际土壤微生物中的变化. 结果表明:模拟湿地在未强化脱氮时,3种植物湿地在相同条件下脱氮能力大小顺序为芦竹＞芦苇＞香蒲;3种植物的根际土壤所含微生物种类基本相同,所含微生物总量顺序为芦竹＞芦苇＞香蒲,其中土著XP1菌株在芦竹、芦苇和香蒲根际土壤微生物中的含量比值约为1.5∶1.3∶1. 加入菌株XP1强化脱氮后,香蒲、芦苇、芦竹3种植物湿地总氮去除率分别由14%,56%和56%提高至98%以上,强化脱氮作用明显;含氮废水ρ(TN)降至《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)Ⅲ类水质要求〔ρ(TN)≤1 mg/L〕时,3种植物根际土壤中的微生物种群数及微生物总量都有所下降,其中菌株XP1在3种植物根际土壤中的含量分别下降了40%,53%和67%,但根际细菌菌群结构未发生较大变化.      

长江口油污湿地植物根际微生态环境特征

溢油污染导致长江口湿地生态环境受到破坏,在进行油污湿地植物修复中,弄清湿地植物的根际微生态环境具有重要意义.通过测定蔗草、香蒲、水蓼、芦苇、茭白、旱柳6种代表性土著植物根际土壤的微生物数量与活性、土壤酶活性和油类污染物含量等指标,研究发现实验植物根际与非根际土壤的微生物活性、土壤脱氢酶活性、多酚氧化酶活性、油类含量均存...     

冬季湿地植物根际微生物群落结构多样性分析

文章研究了冬季北运河(通州段)沿岸人工湿地植物的根际土壤微生物群落结构。选择千屈菜、香蒲、鸢尾、芦苇等4种植物作为研究对象,采用磷脂脂肪酸生物标记法对其根际土壤微生物群落结构进行剖析。结果发现,4种湿地植物根际微生物PLFAs总量存在明显的差异,千屈菜的PLFAs总量最低,且多样性最小;相较于香蒲和鸢尾,芦苇根际土壤微生物的均匀度与多样性都较小。对根际土壤各类群微生物比例进行分析发现,不同植物根际土壤各类群微生物的含量呈现出显著性的差异,其中鸢尾根际土壤厌氧微生物比例最高,不利于冬季有机污染物的好氧分解。综合考虑各种因素,相较于千屈菜、鸢尾和芦苇而言,种植香蒲更有利于寒冷地区人工湿地的实际运行。主成分分析的结果表明,千屈菜和香蒲对根际土壤微生物群落结构的影响区分很明显,鸢尾和芦苇差异变化相近,差异不明显。文章从冬季不同湿地植物根际土壤微生物群落结构多样性角度对寒冷地区人工湿地中植物的选择提供了一定的依据。     

水文情势和外源铅锌对根际微生物群落的影响

根际微生物对维持土壤根际微域环境的活性和土壤有机污染物的自净、有毒重金属的迁移转化等发挥重要的作用。文章选用鄱阳湖优势湿地植物芦苇和苔草进行不同水文情势和外源铅锌下的室内试验,通过测定根际土壤微生物数量,探讨了水位和重金属Zn2+和Pb2+对湿地植物芦苇和苔草根际土壤微生物群落的影响。结果表明:外源锌(≥5 mg/kg)对芦苇根际细菌和真菌数量的影响表现为刺激作用,对放线菌数量的影响较为复杂;微生物对锌的敏感性大体上表现为放线菌细菌真菌。锌(≥5 mg/kg)对苔草根际细菌数量的影响表现抑制作用,对苔草根际放线菌和真菌的生长有刺激作用,但浓度高时(100 mg/kg)受到抑制,数量减少。总体上苔草根际细菌、放线菌和真菌较芦苇对锌更为敏感,表现为细菌真菌放线菌。水位对微生物数量的影响较大,相同铅离子浓度下淹水状态的细菌、放线菌和真菌数量显著高于湿润状态组;湿润状态处理组对铅的耐性大于淹水状态处理组;苔草根际细菌对铅的耐受性大于芦苇,芦苇根际的放线菌和真菌对铅的耐性大于苔草。     

人工湿地植物对高盐废水中COD的去除作用

针对经生化处理的石油和精细化工工业区的工业废水盐含量较高、氮磷营养盐含量较低和COD含量较高的特点,构建了高盐度进水条件下表面流人工湿地的中试试验装置,考察了水葱、芦苇和香蒲在此类高盐废水中的生长状况,比较了三种植物混合试验单元与无植物试验单元对此类高盐废水中COD的去除效果,研究了高含盐量工业废水湿地系统内植物生长对微生物量的影响,以及植物在微生物去除COD过程中的作用。结果表明,高含盐量的工业废水对水葱、芦苇和香蒲的生长有一定的抑制作用,植物单元对工业废水中有机物的净化效果明显好于无植物单元,且植物生长越好,人工湿地内水体中的COD净化效果越好。混合植物单元对高含盐量工业废水中COD的总去除量约为无植物单元的4倍,证明植物的存在可以增强湿地单元内土壤微生物对有机物的去除能力。     

产甲烷菌和甲烷氧化菌分布对土壤-植物系统甲烷逸出的影响

CH₄(甲烷)的逸出量与产甲烷菌和甲烷氧化菌的数量密切相关.采用FISH(荧光原位杂交)技术定量解析芦苇和香蒲混栽土壤-植物生态系统基质,探讨CH₄的产生机理.结果表明,植物有利于微生物的生长,甲烷氧化菌主要聚居在植物根区,产甲烷菌数量高于甲烷氧化菌.气温变化和系统ORP(氧化还原电位)对土壤-植物生态系统CH₄排放通量的影响很大,芦苇和香蒲混栽土壤-植物生态系统CH₄年均排放通量为22.9 mg/(m2·h),最高达185.6 mg/(m2·h),排放峰值出现在夏季.表明芦苇和香蒲的生长促进了根际分泌物的产生,为产甲烷菌提供了较多生长所需的底物,从而刺激系统CH₄的排放.      

人工湿地污水处理系统中植物套种模式根际微生物多样性研究

采用选择性平板培养基法和PCR-DGGE法,比较研究了人工湿地污水处理系统中植物套种模式和无植物单元在不同季节和不同单元之间根际微生物多样性.结果表明,植物套种模式的根际微生物数量明显高于无植物模式,夏季明显多于冬季.在三级串联的处理单元之间,夏季根际微生物数量呈现＂少-多-少＂的变化规律,冬季无明显的变化规律.UPG...     

低温域湿地植物根际硝化强度及氨氧化微生物研究

以低温域(0~15 ℃)下黄菖蒲(Iris pseudacorus)、菖蒲(Acorus calamus)和香蒲(Typha orientalis)3种湿地植物为研究对象,分别取其根际土壤测定硝化强度,并采用FISH(荧光原位杂交)技术,考察植物根际AOB(氨氧化细菌)、AOA(氨氧化古菌)的数量变化规律. 结果表明:低温条件下,香蒲根际土壤的硝化强度最高,平均值为1.40 mg/(kg·h),黄菖蒲和菖蒲的平均值均为0.96 mg/(kg·h). 湿地植物根际土壤中的细菌数量(数量级为1010)远高于古菌(数量级为108),其中AOB为优势菌种,3种湿地植物的AOA数量分别约占总古菌数量的46.0%、47.9%和49.7%. 3种湿地植物根际AOB的数量(以湿土计,下同)排序为香蒲(2.57×109 g-1)>黄菖蒲(1.23×109 g-1)≈菖蒲(1.14×109 g-1),AOA的数量(以湿土计)排序为黄菖蒲(2.78×108 g-1)>香蒲(2.57×108 g-1)>菖蒲(1.15×108 g-1). 微生物分布特性和硝化作用效果均表明,不同植物根际氨氧化过程的主要作用微生物具有一定差异,AOA和AOB对于湿地土壤氮转化均具有不可忽视的作用,并与植物本体、土壤硝化过程微环境之间有一定的耦合关系.      

不同植物人工湿地净化效果及基质微生物状况差异分析

为研究不同植物对人工湿地污染物净化效果和基质微生物状况的影响,采用序批式运行的沙培模拟人工湿地,探讨了菖蒲、香蒲、千屈菜、芦苇和白鹤芋5种湿地植物在不同HRT(水力停留时间,分别为1,3和5 d)下对模拟废水中TP,NH₄+-N和COD_Cr去除效果的影响,比较了不同植物类型模拟人工湿地中基质微生物的数量差异. 结果表明,不同植物系统对污染物的去除随HRT延长逐渐提高,HRT为5 d时各植物系统对污染物的去除效果最佳.TP,NH₄+-N和COD_Cr的最高去除率分别达90.4%,61.7%和96.4%.相对于其他试验系统,菖蒲系统对各污染指标均具有最优的去除效果. 植物种类对基质微生物数量的影响无显著差异.研究还发现,各系统中亚硝酸细菌数量与NH₄+-N去除率之间呈显著相关.      

人工湿地处理污染河水和湿地植物腐烂分解影响研究

以高原复合型人工湿地为研究对象,在水力负荷为0．067m／d的条件下,监测湿地对CODCr、TN、TP、氨氮的去除率达到了66．3％、82．5％、43．2％、76％;采集了梭鱼草、美人蕉、芦苇、水葱、茭白、再力花6种挺水植物地上部分,测定了它们的TN、TP、有机质等营养物质含量和它们腐烂分解过程中TN、TP、COD等释放强度。结果表明：梭鱼草、美人蕉、茭白释放强度较强,再力花和芦苇释放强度较弱,在选择湿地植物时综合考虑植物吸收污染物能力情况下,可以优先考虑再力花、芦苇等植物。     

Distribution characteristics of ammonia-oxidizing bacteria in the Typha latifolia constructed wetlands using fluorescent in situ hybridization(FISH)

A molecular biology method, fluorescent in situ hybridization（FISH）, in which the pre-treatment was improved in allusion to the media of the constructed wetlands（CW）, e.g. the soil and the grit, was used to investigate the vertical distribution characteristics of ammonia-oxidizing bacteria（AOB） quantity and the relation with oxidation-reduction potential（ORP） in the Typha latifolia constructed wetlands under three different Ioadings in summer from May to September. Results showed that the quantity of the AOB decreased in the Typha latifolia CW with the increase of vertical depth. However, the AOB quantity was 2-4 times the quantity of the control in the root area. Additionally, ORP in the rhizosphere was found to be higher than other areas, which showed that Typha latifolia CW was in an aerobic state in summer when using simulated non-point sewage at the rural area of Taihu Lake in China and small town combined sewage.     

2种水生植物根际溶液磷素时空变异及有机酸分泌

利用根际土壤溶液的原位抽提和微量样品分析技术,比较了喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)和香蒲(Typhalatifolia)2种水生植物根际土壤溶液磷素含量的时空变异和根系分泌有机酸种类及数量的差异,从植物吸收磷素、根系分泌有机酸和根际土壤pH值变化等角度探讨了植物磷素高效净化的根际调控机制.结果表明,2种水生植物的根际溶液磷素含量均明显低于非根际溶液;喜旱莲子草的根际溶液磷酸根离子质量浓度(2.53 mg.L-1)显著低于香蒲的根际溶液(5.43mg.L-1)(p<0.05),且喜旱莲子草根系对土壤溶液磷酸根的影响范围大于香蒲.与香蒲相比,喜旱莲子草分泌了较多的苹果酸(浓度27.33μmol.L-1),在活化土壤磷素、促进根系对磷素的吸收方面起了更大的作用.喜旱莲子草吸收磷素的根际效应强于香蒲.     

湿热预处理餐厨垃圾的盐分研究

对于盐分的研究是以通过湿热法餐厨垃圾制作适宜益生菌生长基质为目标.研究选取益生菌生长的主要限制因素-盐分进行研究,确定降低盐分浓度的工艺条件.实验通过选取一定温度、加水量和反应时间条件,在高温高压反应釜中反应.研究发现,全盐适宜温度为100℃或140℃,水溶性氯离子和水溶性钠离子适宜温度为50℃;三种离子适宜加水量均为80%;三种离子适宜的反应时间为15 min.研究为餐厨垃圾制作成适宜益生菌生长的工艺奠定了基础,较深入地研究了盐分在预处理过程中的变化情况和趋势.     

南四湖湿地六种水生植物的磷素根际效应

利用根际土壤溶液的原位抽提和微量样品分析技术,对南四湖湿地的芦苇(Phragmites communis)、芦竹(Arundo donax)、香蒲(Typha latifolia)、水葱(Scirpus validus)、茭草(Zizania aquatica)和喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)等6种水生植物进行了野外原位根际土壤溶液的磷素浓度分析,并从根系形态、磷素吸收利用有效性、根际土壤有效磷素和pH值变化等根际效应差异,揭示不同种类湿地植物磷素净化效率差异的内在机制.结果表明,香蒲对磷素的吸收最大;其次是芦苇、芦竹和茭草;再次是水葱和喜旱莲子草.香蒲的根际土壤溶液磷素浓度(PO43-,0.37μg/L)显著低于非根际区浓度(PO43-,0.47μg/L);而芦苇、芦竹和水葱则表现为根际土壤磷素浓度高于非根际.香蒲通过强大的根系获取了较多的磷素,芦竹则通过根际酸化促进了根系对磷素的吸收,实现了根际土壤较高的磷素去除率.喜旱莲子草根际土壤有效磷增加了48%,可能是由于其较强的根际酸化(pH值降低约0.9)增加了土壤磷素向水体流失的风险,故在湿地磷素修复中应避免使用.     

Rhizosphere effect of different aquatic plants on phosphorus depletion

A series of pot experiments with Alternanthera philoxeroides, Typha latifolia, Sagittaria sagittifolia and Phragmites communis were conducted to assess the phosphorus depletion effect in the rhizosphere. The ratio of root to shoot, root morphology, phosphorus uptake efficiency and phosphorus utilization efficiency were analyzed. An obvious variation in phosphorus concentrations between the rhizosphere soil and non-rhizosphere soil was observed. The water-soluble P contents in the rhizosphere soil of A. philoxeroides, T. latifolia, S. sagittifolia and P. communis were reduced by 81%, 42%, 18% and 16%, respectively, compared with that in the non-rhizosphere soil. A. philoxeroides had the highest phosphorus uptake efficiency (1.32 mg/m), while T. latifolia achieved the effective phosphorus depletion by the strong rooting system and the high phosphorus uptake efficiency (0.52 mg/m). T. latifolia not only used phosphorus to produce biomass economically, but also adjusted carbon allocation to the roots to explore the soil for more available phosphorus. A. philoxeroides and T. latifolia were more effective in depleting phosphorus in the rhizosphere than S. sagittifolia and P. communis.     

重金属污染河流生态修复区挺水植物对重金属的吸收特性

为了分析比较滇东南选矿区重金属污染河流——小白河生态修复区所种植芦苇和香蒲对重金属的吸收及生态修复效果差异,于2015年4月在小白河西岸野生植物区及东岸生态修复区采集土壤及植物样品,对样品进行烘干、消解,使用电感耦合等离子体发射光谱法测定样品中铅（Pb）、锌（Zn）、铬（Cr）和镍（Ni）这4种重金属的含量,使用原子荧光光谱法测定样品中砷（As）的含量.结果表明:①小白河东岸生态修复区湿地底泥中As和Zn污染最为严重,但东岸底泥中各重金属含量已明显低于西岸,其中芦苇种植区底泥中w（As）和w（Ni）较西岸分别降低了38.82%和50.53%,香蒲种植区底泥中w（As）和w（Ni）较西岸分别降低了13.54%和21.95%.②芦苇对As、Pb、Zn和Pb、Cr以及Cr、Ni这3组重金属的吸收存在显著的协同作用,香蒲对重金属吸收的协同作用表现在As、Zn、Ni和Pb、Cr这2组重金属中,这种重金属吸收协同作用在芦苇中更明显.③芦苇对Cr的生物富集系数（BCF）较高,对Cr的转运系数（TF）为0.80,属于富集型耐受策略,芦苇对Zn和Ni属于根部囤积型耐受策略;香蒲对Pb、Zn、Ni、Cr这4种重金属的BCF较大,TF均接近1,属于富集型耐受策略,对As属于根部囤积型耐受策略.研究显示,芦苇可作为重金属污染河流生态修复区的先锋植物,香蒲的重金属生物富集效率较高,将重金属富集于地上部的能力较强,可考虑将植物分区种植的模式改为间作种植,并定期收割香蒲地上部,以使生态修复区具有更好的重金属修复效果.      

黑麦草根际环境对多氯代有机物污染的响应效应

为探索植物修复技术的根际机理,采用根箱模拟试验,研究黑麦草根际环境对多氯代有机物污染的响应效应. 结果表明,与对照处理相比,根际、近根际和远根际土壤中多氯代有机污染物含量变化情况各不相同;与黑麦草吸收特性相吻合,土壤中多氯代有机污染物有从非根际向根际环境迁移的趋势,土培期末的根际、近根际和远根际土壤中w(HCB)分别为0.313、0.219和0.207 mg/kg,w(p,p′-DDT)分别为0.351、0.230和0.221 mg/kg;黑麦草的地下部分对多氯代有机污染物的吸收利用程度均大于地上部分,吸收高峰期的植物地下和地上部分w(HCB)分别为0.716和0.078 mg/kg,w(p,p′-DDT)分别为0.745和0.065 mg/kg;土壤微生物在很大程度上影响着黑麦草对多氯代有机污染物的吸收能力;在不同处理中,根际、近根际和远根际土壤的pH、w(有机质)和过氧化氢酶活性的变化情况各有差异,根际和近根际土壤环境理化性质的改变较大,而远根际土壤环境的改变相对较小.