水稻不同生育期根际与非根际土壤胞外酶对施氮的响应

与稻田土壤碳氮循环(矿化、转化等)密切相关的酶活性可以反映微生物的生长和代谢过程.为明确水稻不同生育期根际与非根际土壤胞外酶对施氮的响应,采用根际袋法区分水稻根际和非根际土壤,利用96微孔酶标板荧光分析法,测定其碳氮过程关键酶β-1,4-葡萄糖苷酶(BG)和β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)活性,探讨根际效应、施氮和生育期对土壤酶活的影响及其调控机制.结果表明,施氮使拔节期土壤BG酶活性相对于不施氮处理降低了7.4~13.5 nmol·(g·h)~(-1),而使成熟期BG酶活性增大了7.0~31.4 nmol·(g·h)~(-1),同时根际与非根际土壤中BG酶活性也随水稻的生育期而发生相应的变化.与不施氮处理相比,施氮使水稻成熟期非根际土壤NAG酶活性增加了1.1倍,根际土壤降低了0.3倍.施氮和生育期显著影响土壤BG酶活性,而水稻生育期、施氮和根际效应及其交互作用均对NAG酶活性有极显著影响.RDA分析表明土壤微生物生物量碳(MBC)和可溶性有机碳(DOC)含量主要影响水稻根际土壤胞外酶活性;而非根际土壤中酶活性的变化主要受微生物生物量氮(MBN)和铵态氮(NH_4~+-N)的影响.土壤酶活性与多种因素存在复杂关系,需要综合考虑植物生理特征、土壤酶活性和土壤特征,分析N添加对微生物群落组成的影响.     

复垦红壤中牧草根际微生物群落功能多样性

通过盆栽试验研究了浙江省诸暨铜矿区复垦红壤牧草根际微生物生物量及群落功能多样性的变化.结果表明,种植不同牧草使矿区土壤根际微生物生物量碳发生了显著的变化,其影响大小因矿区土壤污染程度而异.无污染和轻度污染土壤根际微生物生物量碳变化表现为黑麦草+三叶草>三叶草>黑麦草>未种植土壤,处理间差异均达显著水平(P<0.05),重度污染环境下各处理间差异不明显.Biolog数据分析显示,种植不同牧草的矿区土壤根际微生物群落结构和功能多样性也发生了相应改变,根际土壤微生物群落代谢剖面(AWCD)均显著高于未种植牧草土壤,处理间差异达极显著水平(P<0.001).典型变量分析揭示了不同牧草根际微生物群落利用碳源种类和数量存在明显差异.     

生物托盘土壤微生物及酶活性的分布状况

利用稀释法和比色法对生物托盘根际和非根际土壤微生物数量和酶活性进行测定。结果表明:土壤微生物和酶在植物根际有着明显的根际效应,各级托盘中微生物在根际的数量均大于相应微生物在非根际的数量;在各级托盘中均存在细菌>放线菌>真菌的数量关系。而对土壤蛋白酶和脲酶活性的研究发现根际酶活性明显高于非根际酶活性。     

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...     

菲、芘污染土壤中丛枝菌根真菌对土壤酶活性的影响

采用温室盆栽试验方法,研究了丛枝菌根真菌(AMF)对菲、芘复合污染土壤中微生物数量和酶活性的影响.结果表明,接种AMF显著增加了三叶草根际和菌丝际土壤中细菌、真菌和放线菌的数量,并对微生物区系有选择性.在供试菲、芘污染浓度范围内,低浓度菲、芘对土壤多酚氧化酶、酸性磷酸酶和过氧化氢酶活性有激活作用;但当菲、芘浓度升高时,3种酶活性受到抑制.与无植物对照土壤相比,接种AMF后三叶草菌根际酸性磷酸酶活性降低了2.4%~23.1%,过氧化氢酶活性增加了12.6%~20.3%,除高浓度处理外多酚氧化酶活性均增加;菌丝际多酚氧化酶活性比菌根际低12.9%~62.9%,酸性磷酸酶活性比菌根际高3.3%~24.0%,过氧化氢酶活性则高于菌根际.     

胶质芽胞杆菌对印度芥菜根际土壤镉含量及土壤酶活性影响

采用根袋法盆栽试验,研究分别接种活菌量浓度为1×1010CFU.kg-1(处理A)和2×1010CFU.kg-1(处理C)的胶质芽胞杆菌,对根际土壤镉含量和土壤酶活性的影响.结果表明,处理A、C对根际土壤镉的去除率分别达到37.62%、38.27%,是对照(24.47%)的1.54、1.56倍.胶质芽胞杆菌处理后土壤酶活性均有所增强,土壤脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶活性在根际土壤大于非根际,随着时间延长土壤磷酸酶活性逐渐升高,脲酶和过氧化氢酶呈现先增高后降低的变化趋势,而脱氢酶活性在非根际土壤大于根际土壤,也呈现先增高后降低的变化趋势.对照组及处理A、C组中根际Cd含量与土壤磷酸酶、脲酶呈现显著或极显著负相关.研究表明,施入胶质芽胞杆菌不仅可以提高超富集植物对土壤Cd的净化效果而且对土壤脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶及脱氢酶均有一定的积极作用,其结果可为该菌辅助植物修复镉污染土壤的机制性研究提供理论指导.     

莴笋根际土壤中铅的有效性

采用温室栽培试验比较莴笋根际与非根际土壤pH、TOC、Pb化学形态和有效Pb含量的变化,研究根际土壤pH、TOC和Pb化学形态变化对土壤Pb有效性的影响,并为低分子有机酸作为提取剂研究土壤Pb植物有效性进行尝试.研究表明,与非根际土壤相比,莴笋根际土壤的pH降低,TOC含量增加.随着土壤Pb处理浓度的增加,根际土壤的酸化作用增强,TOC含量进一步增加.与非根际相比,根际交换态Pb含量较高.随着Pb(NO₃)₂添加量的增加,Pb的形态发生了由残渣态向碳酸盐态和交换态的转化.在土壤风干过程中,Pb的交换态、碳酸盐态和铁锰态增加.由于受到根际酸化作用和TOC结合的影响,根际土壤有效Pb含量高于非根际,并且随着Pb处理浓度的增加,有效铅含量增加.风干土壤有效Pb含量高于新鲜湿润土壤.根际土壤交换态和碳酸盐态Pb含量的变化影响根际土壤Pb有效性.与莴笋体内Pb含量的相关分析的结果表明,用低分子有机酸提取的莴笋根际新鲜湿润土壤中的Pb可以表征土壤Pb对莴笋的有效性.     

不同植物修复重金属复合污染土壤对土壤中微生物数量与酶活性的影响

本研究选取三叶草(Trifolium repens Linn.)、高羊茅(Festuca elata Keng)、紫花苜蓿(Medicago sativa Linn.)和黑麦草(Lolium perenne L.)作为修复植物在矿区污染土壤进行实验,研究了4种植物对重金属(Cu、Zn、Pb、Cd)复合污染土壤中微生物数量与酶活性的影响。结果表明:植物修复显著降低了土壤中4种重金属含量,使土壤中微生物种群数量增加,其中真菌数量显著增加;所有土壤样品中均以细菌数量占绝对优势,种植紫花苜宿和黑麦草的土壤中微生物多样性指数显著提高;土壤中的酸性磷酸酶活性和过氧化氢酶活性均显著提高,其中种植高羊茅的土壤中两种酶活性显著高于其他处理的,不同处理下土壤中的Cu和Cd含量显著相关,土壤中酸性磷酸酶和过氧化氢酶活性极显著相关,所有处理中的重金属含量与两种酶的活性呈负相关性;4种植物均能对重金属复合污染土壤产生修复效果。     

象草与苦楝/构树间作修复矿区重金属污染土壤潜力

为探讨象草与木本植物苦楝/构树间作修复矿区重金属污染土壤潜力,开展室内盆栽试验,分析间作对植物生物量和重金属吸收累积、土壤溶液重金属含量动态变化影响及根际微生物群落组成响应特征.结果表明,和单作相比,象草和苦楝(KX)间作两者地上部生物量分别增加26.5%和13.2%,象草和构树(GX)间作下构树地上部生物量增加13.5%,象草生物量无明显变化.和象草间作后苦楝地上部Cd含量显著提高24.9%,两者地上部Cd和Pb累积量明显提高(P<0.05);间作构树显著增加象草地上部Cd和Pb含量及累积量,但构树地上部Cd和Pb含量明显降低.总体而言,间作处理显著提高单盆植物地上部Cd和Pb共同累积总量,且KX间作下单盆地上部Cd和Pb共同累积总量(1 065μg·pot^-1)最高.整个修复期间,KX和GX间作下土壤溶液pH和溶解性有机碳(DOC)含量均高于未修复土壤(CK).修复结束(第150 d)时,KX和GX间作下土壤溶液DOC含量分别较CK显著增加40.5%和33.1%(P<0.05),与CK、象草和构树单作相比,KX间作下土壤溶液Cd含量分别显著降低56...     

玉米和籽粒苋镉累积特征与根际微生物的关系

该研究针对北方典型污灌区农田开展大田作物玉米与镉富集植物籽粒苋的田间种植试验。通过分析土壤及植株的镉含量特征,并利用高通量测序技术,对比2种植物的根际土壤及非根际土壤的细菌多样性与群落结构,探究土壤不同镉浓度对细菌群落的影响。结果表明,研究区根际土壤总镉及有效态镉含量高于非根际土壤,玉米作物的根、茎、叶部位保留了从土壤中吸收的大部分镉,籽粒部位镉含量最低;土壤镉浓度对土壤细菌多样性与群落结构没有产生显著性影响;植物的根际微生物和土壤镉之间存在一定的交互作用;不同土壤生境细菌的物种组成存在一定差异,变形菌门(19.33%～25.73%)、奇古菌门(16.09%～24.67%)和放线菌门(15.82%～20.86%)为研究区土壤中的优势菌群。研究结果可对中国大面积污灌区镉污染农田修复效果评估及土壤健康评价提供科学依据。     

赣南某钨矿区土壤重金属污染状况研究

为研究钨矿区土壤重金属的污染现状,采集尾矿堆积区土壤样品,用ICP-MS测定土壤重金属(Cr、As、Mn和Pb)含量,采用Kriging插值法分析土壤重金属的空间分布特征,并分析测定土壤脲酶、过氧化氢酶、蔗糖酶的活性.结果表明土壤重金属的浓度均值高于背景值,Cr、As、Mn、Pb的均值分别是土壤背景值的2.26,3.06,1.85和2.59倍.空间分析表明Mn和Pb间两种元素具有较为相似的分布,Cr、As、Mn和Pb 4种重金属的空间分布相关性强,且呈条带状分布.土壤酶活性结果进一步验证重金属的污染状况,土壤酶活性低于对照样,土壤脲酶、过氧化氢酶、蔗糖酶分别是对照的7%~93%和5%~86%、11%~90%.逐步多元回归法分析表明,在Cr、As、Mn、Pb复合污染条件下,矿区土壤不同酶活性表现出抑制或者激活作用,但各重金属元素对不同的酶活性的影响系数是不一样的,蔗糖酶对复合重金属污染最为敏感. 主成分分析表明土壤酶活性的指标能较好地反映钨矿矿区土壤重金属复合污染状况.     

基于高通量测序检测Pb污染对三叶草根际土壤细菌多样性的影响

为了研究Pb污染对根际土壤微生物多样性的影响,揭示根际微生物对Pb胁迫的适应性机制,通过盆栽试验模拟轻度[w（Pb）为300 mg/kg]、中度[w（Pb）为600 mg/kg]和重度[w（Pb）为900 mg/kg]Pb污染土壤环境,利用高通量测序技术和生物信息学分析方法,测定了不同w（Pb）处理下三叶草根际土壤中细菌群落的丰度和组成.结果表明:①共检测到37个门,其中变形菌门为优势菌群,占比为50.7%~53.9%,其次为拟杆菌门、酸杆菌门和疣微菌门. ②共检测到623个属,其中鞘氨醇单胞菌属为优势菌属,占比为17.1%~19.4%. ③中度Pb污染土壤样本中细菌的多样性最高,重度Pb污染土壤样本中的细菌数量最少,并且其群落组成与其他处理差异最大.研究显示,重度Pb污染会显著抑制三叶草根际土壤样本中细菌的生长,降低土壤样本中细菌总量及其群落的多样性,但中度Pb污染会提高土壤样本中细菌群落的多样性. Pb污染会改变三叶草根际土壤样本中细菌群落组成和丰度,不同类型细菌对Pb污染土壤的适应性不同.根际土壤样本中Gp1菌群的丰度随着土壤w（Pb）的增加而增加,说明Gp1菌群可能是具有Pb污染抗性的优势菌群.      

不同生育期光合碳在水稻-土壤系统中的分配及输入效率

为了研究不同生育期光合碳在水稻-土壤系统中的分配与输入效率,通过盆栽试验,采用13C-CO₂脉冲标记法,定量研究水稻不同生育期(分蘖期、拔节期、抽穗期和灌浆期)内光合碳在水稻-(根际/非根际)土壤系统中的分配及其对根际、非根际土壤有机碳的贡献.结果表明:13C-CO₂脉冲标记6 h后,水稻地上部、根系和根际土中13C的丰度最大值均出现在分蘖期,分别达到1 864.7‰、842.6‰和-8.2‰,显著高于后3个生育期.分蘖期、拔节期、抽穗期、灌浆期这4个生育期水稻光合13C在地上部的分配比例依次增加,而在根部和根际土中的分配比例逐渐减小;不同生育期水稻光合13C在水稻-土壤系统中的总回收率为72.0%～81.0%,在籽粒中的回收率由1.8%逐渐增至40.3%,在根部和土壤中的回收率逐渐下降,表明水稻生育前期光合作用更强,能够向地下部快速输入“新碳”.水稻生长至成熟后,茎叶中光合13C的分配比例由61.0%～93.1%降至32.8%～74.1%,而在籽粒、根部和根际土中的分配比例分别增加了1～2倍,表明水稻植株在生长过程中光合碳向籽粒和地下部传输.根际沉积效率随水稻的生长逐渐由分蘖期的11.0%降至灌浆期的4.1%;光合碳对土壤有机质的贡献也逐渐减低,而且对根际土的贡献显著大于非根际土,表明水稻生长速率决定了光合碳对土壤有机碳的贡献率,而水稻根际沉积效应是根际土壤有机质获得较高光合碳贡献率的主要原因.该研究进一步量化了水稻生长期间光合碳的分配及其对土壤有机碳库的贡献,有助于深入开展水稻土有机质积累持续机制与固碳潜力研究.      

河池市某废弃冶炼厂周边农田土壤重金属污染特征及风险评价

为了解河池市某废弃冶炼厂周围农田土壤重金属的分布特征及潜在风险,研究了该区域不同深度土壤中5种重金属（Cd、Pb、Cr、Cu、Zn）以及主要农作物的污染状况,采用多元统计分析、改进的内梅罗指数法、潜在生态危害指数法结合GIS插值进行土壤污染调查及生态风险评价。结果表明:土壤中Cd、Pb、Cr、Cu、Zn的平均含量均高于广西土壤环境背景值,其中Cd、Pb的富集情况较为明显,其含量分别高于GB 15618-2018《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》中的风险筛选值11.5,3.3倍。研究区土壤重金属含量空间分布呈现以毗邻冶炼厂的重污染区为中心,并向四周辐射的趋势,其中冶炼厂西北和东南方向含量较高。分析研究区土壤剖面重金属含量可知,Pb只有表层土壤含量超过土壤污染风险筛选值,Zn、Cr和Cu则不同深度土壤中的含量均低于风险筛选值,而Cd在各土层深度中的含量均超过农用地土壤污染风险管制值,表明该地区Cd污染严重,应重视土壤污染对农作物的生态风险及对地下水的潜在威胁。研究区主要农作物玉米、甘蔗中Pb、Cd、Cr的平均含量分别为GB 2762-2017《食品安全国家标准食品中污染物限量》中标准限值的21.87,18.48,7.34倍和7.97,3.73,6.25倍,超标率为100%。     

产脲酶细菌矿化修复Cd和Pb污染土壤效应和机制

为了修复重金属污染土壤,保障蔬菜品质安全,利用产脲酶筛选培养基从重金属污染生菜根际土壤中筛选产脲酶细菌.通过溶液吸附和土壤静置培养试验研究功能菌株对Cd和Pb的固定钝化机制;利用水培试验研究功能菌株对不同品种蔬菜生长及吸收Cd和Pb的影响.结果显示,从生菜根际土壤中共分离到10株产脲酶细菌,其中菌株Microbacterium foliorum CH6和Bacillus thuringiensis N3的产脲酶能力（分别为62.6,59.6mS/（cm·min））和吸附钝化Cd和Pb （84.6%~91.3%）的能力最高.扫描电镜-能谱、傅里叶红外光谱和X衍射分析表明,菌株CH6和N3能够通过细胞壁吸附和诱导重金属成矿反应,降低溶液中的Cd和Pb含量.土壤静置试验表明,与不接种菌株对照相比,菌株CH6和N3均能降低土壤中可交态Cd和Pb （46.3%~66.7%）的含量,增加碳酸盐结合态及残渣态Cd和Pb （40%~95.4%）的含量.砂培试验表明,菌株CH6和N3均能显著降低生菜、上海青和空心菜可食用部分中Cd （39.2%~81.4%）和Pb （27.4%~82.3%）的含量.产脲酶细菌CH6和N3能够矿化土壤中的Cd和Pb,降低土壤中重金属有效态含量,阻控生菜、上海青和空心菜对Cd和Pb的吸收.     

产脲酶细菌矿化修复Cd和Pb污染土壤效应和机制

为了修复重金属污染土壤,保障蔬菜品质安全,利用产脲酶筛选培养基从重金属污染生菜根际土壤中筛选产脲酶细菌.通过溶液吸附和土壤静置培养试验研究功能菌株对Cd和Pb的固定钝化机制;利用水培试验研究功能菌株对不同品种蔬菜生长及吸收Cd和Pb的影响.结果显示,从生菜根际土壤中共分离到10株产脲酶细菌,其中菌株Microbacterium foliorum CH6和Bacillus thuringiensis N3的产脲酶能力（分别为62.6,59.6mS/（cm·min））和吸附钝化Cd和Pb （84.6%~91.3%）的能力最高.扫描电镜-能谱、傅里叶红外光谱和X衍射分析表明,菌株CH6和N3能够通过细胞壁吸附和诱导重金属成矿反应,降低溶液中的Cd和Pb含量.土壤静置试验表明,与不接种菌株对照相比,菌株CH6和N3均能降低土壤中可交态Cd和Pb （46.3%~66.7%）的含量,增加碳酸盐结合态及残渣态Cd和Pb （40%~95.4%）的含量.砂培试验表明,菌株CH6和N3均能显著降低生菜、上海青和空心菜可食用部分中Cd （39.2%~81.4%）和Pb （27.4%~82.3%）的含量.产脲酶细菌CH6和N3能够矿化土壤中的Cd和Pb,降低土壤中重金属有效态含量,阻控生菜、上海青和空心菜对Cd和Pb的吸收.     

组配改良剂对稻田土壤中镉铅形态及糙米中镉铅累积的影响

通过田间实验,研究了镉(Cd)和铅(Pb)复合污染稻田土壤中施加组配改良剂(LS,石灰石+海泡石)对黄华占和丰优9号2种水稻种植土壤中p H、Cd和Pb形态转化以及水稻糙米中Cd和Pb累积量的影响.结果表明,施加LS,通过提高2种水稻土壤的p H值,可以有效地改变土壤中Cd和Pb的存在形态,使土壤Cd和Pb由酸可提取态不同程度地转化为铁锰氧化态和有机结合态.LS施加量为2.0~8.0 g·kg-1时,使黄华占水稻土壤中Cd和Pb的酸可提取态含量分别降低19.6%~23.8%、7.7%~14.3%,丰优9号水稻土壤中Cd和Pb的酸可提取态含量分别降低7.6%~31.1%、11.7%~24.8%,且降低效果为CdPb.LS还能显著降低2种水稻糙米中Cd和Pb含量,LS施加量为2.0~8.0 g·kg-1时,黄华占和丰优9号2种水稻糙米中Cd含量分别降低了56.5%~67.2%、29.0%~38.7%,Pb含量分别降低了9.8%~34.2%、6.8%~45.4%,同种水稻Cd和Pb含量降低效果为CdPb.研究表明,土壤中Cd和Pb酸可提取态含量能很好地反映土壤中Cd和Pb的生物有效性和迁移性.     

根际土壤中汞甲基化与去甲基化作用双同位素示踪研究

根际环境特殊的理化性质可能显著促进汞(Hg)的甲基化.为证实上述假设,本研究采集了三峡库区消落带狗牙根根际土和非根际土,分别测定了根际土与非根际土中总汞(THg)和甲基汞(MeHg)含量及主要理化性质,并采用双同位素示踪法(~(199)Hg~(2+)和Me~(201)Hg)进行室内模拟培养实验,探究其Hg的甲基化与去甲基化速率.结果表明,根际土壤中的Fe~(2+)、Mn~(2+)、有机质含量、过氧化氢酶活性显著高于非根际土(p0.05),MeHg含量、细菌、真菌数极显著大于非根际土(p0.01);根际土壤中MeHg的含量与Mn~(2+)、SO_4~(2-)、有机质含量存在显著正相关性(p0.05),与过氧化氢酶活性、细菌、真菌数存在显著正相关性(p0.01);根际土壤中Hg甲基化、去甲基化速率、净甲基化潜力均显著大于非根际土(p0.05),有菌根际土的甲基化与去甲基化速率显著大于无菌根际土(p0.05).本研究证实了根际是Hg发生甲基化的一个活跃区域,其中,微生物在根际土壤中Hg的甲基化与去甲基化过程中均起着主要作用.