湿地挺水植物根系土壤中的磷形态变化与分析

以野鸭湖湿地中扁秆藨草、芦苇和茭白3种优势挺水植物为研究对象,利用化学连续提取法对根际和非根际土壤中不同形态无机磷和有机磷进行分级提取,分析了不同形态磷的含量特点和分布规律,探讨了植物对磷素的潜在吸收机制.结果表明,根际Ca-P含量均显著低于非根际,Ex-P、Fe-P和Oc-P相反.4种形态有机磷含量均为根际高于非根际,表现出累积的趋势.根际Ca-P/TP值显著小于非根际,说明植物将有效性低的Ca-P形态大量转化为其他形态无机磷以供自身利用;根际HR-OP/TP值小于非根际,而MR-OP/TP大于非根际,表明稳定有机磷形态有向活性高的有机磷转化的趋势;TIP/TP均为根际小于非根际,而TOP/TP根际大于非根际,推测根系在吸收利用磷素的过程中主要吸收无机磷,同时积聚大量有机磷供转化后利用.     

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.     

湿地植物芦苇和香蒲根际微生物特性研究

在人工湿地系统中 ,微生物是系统中有机污染物和氮分解去除的主要执行者 ,植物根系及其分泌物使人工湿地系统中的微生物数量显著增加。本文研究了湿地植物芦苇和香蒲根际微生物的数量、活性等特性 ,结果表明芦苇和香蒲具有明显的根际效应 ,根际微生物活性高于非根际的微生物活性 ,芦苇根际比香蒲更适合亚硝酸细菌的生长     

石油输入对河口芦苇湿地根际微生物的影响

以辽东湾双台子河河口芦苇湿地为对象,以石油污染物作为主要的外源性污染物,采用湿地模拟实验装置进行了为期6个月的室外模拟实验,研究了石油的重要组分正构烷烃和多环芳烃在芦苇根区土壤中的时空分布及对湿地植物根际土壤微生物种群数量和群落结构的影响. 结果表明,石油污染物的输入降低了土壤的含氧量,减少了根际细菌的数量,芦苇根际细菌的数量仅为对照的1/4,同时也改变了微生物群落的优势菌群.经过6个月的含油河水灌溉后,形成了以变形菌门(Proteobacterium spp.)和拟杆菌门(Bacteroidetes spp.)为主要优势菌群的群落结构,而厚壁菌门(Firmicutes spp.)、放线菌门(Actinobacteria spp.)和蓝藻门(Cyanobacteria spp.)则受到不同程度的抑制.     

湿地植物根际土壤磷酸酶活性变化规律研究

以野鸭湖湿地中3种典型湿地植物扁秆藨草(Scirpus planiculmis)、芦苇(Phragmites communis)和茭白(Zizania aquatica)为研究对象,测定分析了植物根际和非根际土壤中磷酸单酯酶、磷酸二酯酶和植酸酶的活性随植物生长的变化规律,探讨了影响不同磷酸酶活性的主要因素。结果表明,3种植物根际磷酸酶活性均高于非根际磷酸酶的活性,表现出酶的根际效应;比较整个研究周期不同植物根际磷酸酶活性均值,磷酸单酯酶活性均值在芦苇根际土壤最高,为1.5 mg PhOH/(g·h),磷酸二酯酶和植酸酶活性均值都在扁秆藨草根际表现出最高活性,分别为170.5μg PN/(g·h)和7.44μg P/(g·min);磷酸酶活性一般在植物衰亡期达到最高值,因为衰亡期枯落物的增加导致微生物数量及代谢程度达到峰值,也说明微生物所分泌的磷酸酶发挥着重要作用。此外,磷酸酶也受土壤理化性质的影响,3种土壤磷酸酶与pH值均成不同程度的负相关,pH的降低有利于提高磷酸酶活性。磷酸单酯酶、植酸酶的活性又分别与土壤有机质、总氮含量呈显著正相关,有机质、总氮含量升高分别有利于磷酸单酯酶、植酸酶活性的提高。     

冬季野鸭湖湿地植物根际微生物群落结构分析

文章应用磷脂脂肪酸(PLFA)技术研究野鸭湖湿地扁秆藨草、芦苇和茭白根际土壤微生物的群落结构,同时分析了根际微生物与微生物量磷的相关关系。结果表明,扁秆藨草根际微生物量最高,达60 nmol/g,其次为茭白和芦苇。3种植物根际土壤中的优势菌是以16∶0、18∶0、i16∶0为代表的好氧菌;根际土壤中也出现以18∶2ω6,9、18∶1ω9c为代表的真菌。影响冬季扁秆藨草、茭白根际微生物量及群落结构的主要因素分别是枯落物和气温,而芦苇的特殊根系使其在冬季有较好的适应性。植物根际微生物含量与土壤微生物量磷相关性较好,其中细菌含量与微生物量磷呈显著正相关关系。因此,根际微生物受植物种类影响较大,建议寒冷地区人工湿地根据扁秆藨草、芦苇、茭白的不同特点交错种植,且植物进入衰亡期进行收割有利于污染物去除。     

崇明东滩潮间带硫酸盐还原菌及有机质含量的初步研究

针对崇明东滩湿地不同潮滩和不同高程的土壤采样,进行了MPN法微生物计数、沉积物有机质含量的测定,计算了SO42-和Cl-浓度的摩尔比,研究了硫酸盐还原菌的分布状况、与有机质含量的相关性、以及植物根际环境对其生长的影响.结果表明,不同高程潮滩同一深度的硫酸盐还原菌数量,按大小排序为:中潮滩高潮滩光滩.同一潮滩不同深度的硫酸盐还原菌含量,均显示为51～52 cm21～22 cm81～82 cm,说明东滩湿地51～52 cm的土壤深度是硫酸盐还原菌生长的主要层位,与存在较好的适于硫酸盐还原菌生长的条件有关.不同深度土壤中的有机质含量,呈现高潮滩中潮滩光滩的趋势.从21～51 cm处,随着深度的增加,有机质含量减少但硫酸盐还原菌的数量却大幅增加,说明硫酸盐还原菌利用土壤中的有机质进行了还原反应.所有土壤样品的SO42-/Cl-摩尔比值均0.05,表明硫酸盐还原菌十分活跃地进行着硫酸盐还原作用.芦苇根际中硫酸盐还原菌含量是最高的,说明东滩湿地芦苇的根际环境对硫酸盐还原菌的生长具有促进作用,而藨草根际的硫酸盐还原菌数量相对非根际环境较低,说明不同的根际效应对于东滩硫酸盐还原菌的生长有不同的影响.     

4种水生植物根际磷素耗竭效应的比较

利用短期盆栽试验和抖根法研究了喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)、香蒲(Typha latifolia)、慈姑(Sagittaria sagittifolia)和芦苇(Phragmites communis)4种水牛植物的根际磷素耗竭效应,分析了植物根冠比、根系形态、磷素吸收有效性和磷素利用有妓性等差异,探讨了植物根际磷素耗竭效应的吸收利用调控机制.结果表明,与非根际土壤(有效磷含量为167.53ìg穏-1)相比,喜旱莲子草、香蒲、慈姑和芦苇根际土壤的有效磷含量分别减少至80.17、124.37、155.38和161.75ìg穏-1,水溶性磷含量分别减少了81%、42%、18%和16%.喜旱莲子草根系较小,但磷素吸收有效性高(1.32 mg·m-1),其磷素利用有效件不高(0.34 g·mg-1);香蒲的磷素吸收有效性虽然比喜旱莲子草低许多(0.52 mg·m-1),但其有强大的根系,且磷素利用有效性高(0.64 g·mg-1)、根冠比大(0.35).喜旱莲子草和香蒲耗竭根际磷素的能力高于慈姑和芦苇.     

基底改良后芦苇根际氮磷动态及微生物特性

基底硬化是湿地植物退化和面积萎缩的主要原因。基于自行设计的3种退化湿地的基底改良措施,借助根际溶液原位采样Rhizon技术,研究芦苇生长过程中根际溶液氮磷的动态及微生物种群对覆沙、翻耕、划耕3种硬质沉积物改良措施的响应过程。结果表明芦苇根际溶液PO_4~(3-)、NH_4~+、NO_3~-在生长前、后期没有显著差异(P0.05),但与对照相比,基底改良后根际溶液PO_4~(3-)和NH_4~+浓度显著降低,划耕措施最为显著。经基底改良后根际微生物数量显著升高,种植芦苇进一步提升根际微生物活性。种植芦苇对根际微生物影响显著,生长后期氨化细菌、磷细菌和亚硝化细菌的R/S比值提高4.4～27.4、3.3～12.7和6.4～41.0倍,根际效应较初期更加明显。     

茂兰喀斯特地区常见蕨类植物根际土氮、磷、钾营养元素含量特征

为探讨喀斯特地区植物根际土壤的养分含量特征及植物的适生机制,本文以茂兰喀斯特地区的专性钙生植物种、厌钙植物种和广布种三类对石灰土环境适生能力不同的蕨类植物为研究对象,采用剥落分离法收集根际和非根际土壤,分别对其氮、磷、钾元素进行测定分析。结果表明:(1)研究区土壤全氮含量无论是根际土还是非根际土均较高,根际土为专性钙生植物种广布种厌钙植物种,非根际土为石灰土酸性土,不同种(类)植物根际土壤间差异显著(p0.05)。全磷和有机磷含量均是石灰土显著高于酸性土(p0.05);石灰土非根际土全P含量处于较高水平,有效P偏低,酸性土非根际土有效P处于极低水平;不同种(类)植物根际土各形态磷素含量变异特征与非根际土各形态磷素含量变异特征基本一致。全钾含量无论根际还是非根际均是酸性土稍高于石灰土,而速效钾含量却是石灰土显著高于酸性土(p0.05);各植物种根际土壤速效K含量多处于中等偏低水平,而在不同类植物根际土壤中,除厌钙植物种处于较低水平外均达到较高水平,在石灰土非根际土壤和酸性土非根际土壤中也达到高到极高水平;各类土壤全钾含量均处于较低水平。(2)专性钙生植物种根际土壤较厌钙植物种根际土壤对土壤全N、全P、全K、有机P、有效P和速效K的根际效应均要强,其中,专性钙生植物种根际土壤中的全N、全P、有机P和有效P含量均高于非根际土壤。专性钙生植物种和广布种对土壤P、K具有较强的活化能力,厌钙植物种的活化能力相对较弱,但对其需求、吸收的程度较高。(3)根际及非根际土壤各元素含量及变异特征主要受土壤类型、质地、水热条件、生物活动等因素的影响。厌钙植物种对土壤P、K活化能力较弱而需求较高可能是其在石灰土上生长受限的原因之一。     

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.     

松花江下游滨岸带典型植被根际土壤细菌群落结构与功能多样性

通过分析松花江典型植被(芦苇、白杨、松江柳和修氏苔草)根际土壤细菌群落结构与功能的差异,辨识不同类型植被修复受损滨岸带生境的潜力,为松花江受损滨岸带生境修复和保护提供理论依据.使用Illumina MiSeq PE300二代高通量测序平台对松花江下游滨岸带的4种典型植被根际土壤细菌16S rRNA进行测序,分析不同植被根际土壤细菌群落组成与功能的差异及其影响因素.结果表明,芦苇根际土壤细菌多样性的Ace、 Chao1和Shannon指数显著高于白杨(P<0.05),与松江柳和修氏苔草的土壤细菌多样性差异不显著.主坐标轴分析和ANOSIM组间差异检验表明,白杨与其它植被根际土壤细菌群落结构差异显著(P<0.05),松江柳、修氏苔草和芦苇根际土壤细菌群落结构相近. 4种典型植被根际土壤细菌共划分为38个菌门,其中,酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、疣微菌门(Verrucomicrobia)和变形菌门(Proteobacteria)为各样地共有的优势菌门(相对丰度>5%).硝化螺旋菌门(Ni...     

转cry1Ab和epsps基因玉米C0030.3.5对土壤固氮细菌丰度和群落结构的影响

为评估转基因玉米种植对土壤氮周转功能微生物的潜在风险,以转cry1Ab和epsps基因玉米C0030.3.5(TM)及其亲本玉米DBN318(PM)为研究对象,于2015年拔节期、抽雄期、乳熟期、完熟期采集根际土和非根际土进行试验,并采用荧光定量PCR(quantitative real-time PCR,q PCR)和末端限制性片段长度多态性(terminal restriction fragment length polymorphism,TRFLP)技术分析土壤固氮微生物nif H基因丰度和多样性.结果表明,TM和PM根际土和非根际土固氮细菌nif H基因丰度随生长时期整体呈现先升高后降低的变化趋势,无论是根际土还是非根际土,同一生长时期2种玉米nif H基因丰度间差异均不显著.相关分析显示,土壤固氮细菌nif H基因丰度与有机质含量呈极显著正相关.T-RFLP结果表明,所获得的14种TRFs中,43 bp和155 bp片段所代表的固氮细菌为共有优势种群,无论是根际土还是非根际土,同一生长时期各T-RFs的相对丰度在TM和PM间差异同样不显著.土壤固氮细菌的Shannon指数和Evenness指数随生长期整体呈现出先升高后降低的变化趋势,无论是根际土还是非根际土,同一生长时期TM和PM的Shannon指数间及Evenness指数间均无显著差异.主成分分析(principal component analysis,PCA)表明TM和PM土壤固氮细菌群落结构组成无显著差异.冗余分析(redundancy analysis,RDA)显示土壤铵态氮和p H对固氮细菌群落结构组成影响显著.     

Responses of butachlor degradation and microbial properties in a riparian soil to the cultivation of three different plants

A pot experiment was conducted to investigate the biodegradation dynamics and related microbial ecophysiological responses to butachlor addition in a riparian soil planted with different plants such as Phragmites australis, Zizania aquatica, and Acorus calamus. The results showed that there were significant differences in microbial degradation dynamics of butachlor in the rhizosphere soils among the three riparian plants. A. calamus displays a significantly higher degradation efficiency of butachlor in the rhizosphere soils, as compared with Z aquatica and P. australis. Half-life time of butachlor degradation in the rhizospheric soils of P. australis, Z aquatica, and A. calamus were 7.5, 9.8 and 5.4 days, respectively. Residual butachlor concentration in A. calamus rhizosphere soil was 35.2% and 21.7% lower than that in Z aquatica and P. australis rhizosphere soils, respectively, indicating that A. calamus showed a greater improvement effect on biodegradation of butachlor in rhizosphere soils than the other two riparian plant. In general, microbial biomass and biochemical activities in rhizosphere soils were depressed by butachlor addition, despite the riparian plant types. However, rhizospheric soil microbial ecophysiological responses to butachlor addition significantly (P < 0.05) differed between riparian plant species. Compared to Z aquatica and P. australis, A. calamus showed significantly larger microbial number, higher enzyme activities and soil respiration rates in the rhizosphere soils. The results indicated that A. calamus have a better alleviative effect on inhibition of microbial growth due to butachlor addition and can be used as a suitable riparian plant for detoxifying and remediating butachlor contamination from agricultural nonpoint pollution.     

高通量测序法表征潜流人工湿地中不同植物根际细菌群落特征

为了研究人工湿地中植物根际、污水水质和深度等对细菌群落结构特征分布的影响,利用高通量测序技术,对人工湿地中芦苇(Phragmites communis)、香蒲(Typha orientalis Presl)2种植物根际3个不同深度细菌群落特征进行了研究.细菌群落丰富度和多样性研究结果表明,芦苇根际细菌群落丰富度和多样性均大于香蒲根际,细菌在芦苇根际周围可以更好地生存;同一植物根际细菌的丰富度和多样性随着深度的增加逐渐减少.相似度和差异性分析结果表明,相同植物根际细菌群落结构相似度较高,而不同根际群落结构有一定的差别.优势细菌菌群分析结果发现,细菌群落在门类水平上达到13门以上,优势细菌种群均以变形菌门、酸杆菌门、绿弯菌门、厚壁菌门为主,相对丰度约为55%~78%;纲类水平也达到20纲以上,主要有α-变形杆菌纲、β-变形菌、δ-变形菌纲、γ-变形菌纲、芽孢杆菌纲、酸杆菌纲、相对丰度达到50%以上,植物根际富集的主要纲类细菌是β-变形菌纲.影响细菌群落结构丰富度和多样性的主要环境因素是营养物浓度、植物、采样深度和温度.     

黄河三角洲不同植物群落土壤酶活性特征及影响因子分析

土壤酶是滨海湿地群落构建和演替的关键因子,但水盐胁迫条件下土壤酶活性的驱动机制尚不明确.以黄河三角洲盐地碱蓬、芦苇、柽柳这3种盐生植物群落为对象,研究其根际与非根际土壤中蔗糖酶、磷酸酶、过氧化氢酶和脲酶的活性特征及其分布规律,并结合土壤理化性质的变化探讨滨海湿地群落演替过程中土壤酶活性的驱动因子.结果表明,盐地碱蓬、芦苇、柽柳群落的根际土壤酶活性和土壤肥力指标均显著高于非根际土壤(P 0. 05).在根际土壤中,磷酸酶与过氧化氢酶活性均表现为盐地碱蓬芦苇柽柳,蔗糖酶与脲酶活性则分别表现为柽柳盐地碱蓬芦苇、盐地碱蓬柽柳芦苇,且不同盐生植物群落根际土壤理化性质存在显著差异(P 0. 05),说明植物类型及其根际效应均会影响土壤酶活性和土壤肥力特征,且根际效应对土壤酶活性的影响大于植被类型.土壤蔗糖酶活性与有效钾(AK)、有效磷(AP)、铵态氮(NH_4~+-N)显著正相关(P 0. 05);脲酶活性与全氮(TN)、有机质(SOM)、AK、AP、NH_4~+-N和硝态氮(NO_3~--N)显著正相关(P 0. 01);二者均与土壤电导率(EC)显著负相关(P 0. 01).磷酸酶和过氧化氢酶活性与土壤含水率(MC)、全碳(TC)、TN、全磷(TP)、SOM、AK和NH_4~+-N均呈显著正相关关系(P 0. 05),同时,pH、总钾(TK)、NO_3~--N还与过氧化氢酶活性显著正相关(P 0. 05).冗余分析(RDA)结果显示,黄河三角洲土壤酶活性特征的主要影响因子从大到小依次为:TC(P 0. 01)、SOM(P 0. 01)、MC(P 0. 01)、TN(P 0. 05)、NH_4~+-N(P 0. 05)和EC(P 0. 05),表明土壤肥力、水分与盐度是黄河三角洲盐生植物群落土壤酶活性的主要影响因子.     

旱地作物根际和非根际土壤硝酸盐异化还原成铵细菌群落组成的研究

为研究典型旱地农田土壤硝酸盐异化还原成铵过程(Dissimilatory nitrate reduction to ammonium,DNRA)的群落组成,针对DNRA过程的功能基因nrfA进行高通量测序.根际和非根际、4种典型农作物共16个样品,质控后每个样品得到87000条序列,在相似度≥90%下划分到27952个OTUs,选取其中丰度较高的258个代表OTUs进行生态学分析.多样性分析(OTUs水平)结果表明:3/4的作物根际土壤样品中的DNRA群落丰富度、物种多样性和物种均匀度高于相应非根际样品,对比4种作物,粟作物根部土壤DNRA群落多样性最高,玉米作物非根际土壤最低.对代表OTUs进行分类,共定义到6个门(Phylum),19个属(Genus).其中相对丰度最高的3个属为Hyalangium(29.31%)、Chthoniobacter(20.33%)和Nitrospira(13.41%),表明三者在群落组成中占主导地位.结合土壤理化因子分析,DNRA群落相对丰度与NO~-_2-N、TN、含水率、TOM、pH及温度呈显著相关关系.本研究在一定程度上揭示了旱地农田土壤DNRA细菌的群落组成、多样性及与土壤环境因子的关系,为提高氮肥的利用效率和减小环境污染提供理论依据.     

接种Penicilliumsp.和根际分泌物对土壤甲磺隆的协同降解研究

通过接种Penicillium sp.和模拟小麦根际环境的方法,研究了甲磺隆在Penicillium sp.和小麦根际分泌物协同作用下的生物降解特性.结果表明,根系分泌物丰富了土著微生物和外源微生物,对甲磺隆的降解具有显著的促进作用.接种Penicillium sp.的根际土壤中甲磺隆降解半衰期为8.6 d,其降解速率是接种Penicillium sp.的非根际土壤的1.8倍,是普通根际土壤的2.7倍.继续追加甲磺隆的试验表明,接种菌株Penicillium sp.对甲磺隆的降解具有可持续性.