13C脉冲标记法定量冬小麦光合碳分配及其向地下的输入

研究冬小麦生长向地下部分的输入对于土壤固碳和作物生产具有重要意义.分别在分蘖期、拔节期、花期和灌浆期,用~(13)CO2对冬小麦进行脉冲标记7 h,标记结束后28 d(示踪期)破坏性取样,测定冬小麦地上部、根、土壤和土壤呼吸中的~(13)C含量等指标.研究结果表明,在各标记时期,冬小麦光合固定的~(13)C大部分保留在地上部(51.6%~90.8%),且随小麦生长的进行而逐渐向地上部分配,向地下部分(根系、土壤和根际呼吸)的转移随生长进程的延续而降低.转移到地下部的~(13)C中,有22.9%~65.3%被根际呼吸消耗,24.3%~59.3%在根部保存,10.4%~17.8%通过根际沉积转化为土壤有机碳.示踪期28d内最后2 d呼吸产生的~(13)C只占整个示踪期根际呼吸~(13)C量的0.7%~2.7%,说明28 d的示踪期可以确保光合碳在各系统分配完全.在整个生育期内,冬小麦净吸收的光合碳分配到地上部、根部、土壤有机碳和根际呼吸的比例分别为78.5%、6.0%、3.1%和12.4%.结合当地生产方式估算,冬小麦在整个生育期内输入到地下的总碳量为1.72 t·hm~(-2),其中有0.99t·hm~(-2)被根际呼吸消耗,根部固持碳量为0.48 t·hm~(-2),0.25 t·hm~(-2)以有机碳沉积的形式进入土壤.     

生物炭对施粪肥土壤中根际真菌群落多样性及相互作用的影响

为了研究生物炭对施粪肥土壤中根际真菌群落结构及相互作用的影响,通过黑麦草盆栽试验,比较了添加2%生物炭处理和仅施粪肥条件下,根际真菌的群落演替及分子生态网络. Illumina MiSeq测序结果表明,添加生物炭处理与不添加生物炭的对照处理中真菌的α多样性指数(Shannon指数)无显著差异.两种处理情况下,子囊菌门(Ascomycota,59. 64%～84. 80%)、担子菌门(Basidiomycota,1. 90%～5. 87%)和接合菌门(Zygomycota,4. 34%～16. 11%)均为主要菌群.分子生态网络分析表明,相比不添加生物炭的对照组,添加生物炭后的土壤真菌群落具有更复杂的联系且显著增强了种间积极的相互作用(P 0. 05). Mantel检验分析表明,添加生物炭处理中植物根系与真菌丰度和种间相互作用显著相关(P=0. 001).植物根系是影响真菌丰度和相互作用关系的最重要的因素.     

攀枝花矿区糙野青茅根际耐铬放线菌筛选及促生能力评价

从攀枝花矿区糙野青茅根际土中分离放线菌,筛选获得对重金属铬具有强耐受性、抗菌促生和产胞外酶能力的放线菌,为微生物-植物联合修复重金属污染提供菌种资源.采用稀释涂布法进行放线菌的分离,通过放线菌在不同铬浓度高氏一号培养基上的生长状况判断其对重金属铬的耐受性,进一步采用原子吸收分光光度法分析菌株对铬耐受性强的菌株耐铬及去铬能力;通过对菌株产铁载体、溶磷、产吲哚乙酸(IAA)、产纤维素酶、产淀粉酶、产木糖酶、产酪蛋白酶能力及抗菌活性的筛选,综合评价菌株抗菌促生能力.结果显示,分离获得的27株根际菌株,光学显微形态及扫描电镜结果均显示为放线菌,其中有14株能在含铬的培养基上生长,具有耐铬能力.16S rRNA基因测序结果显示,14株放线菌分属于链霉菌属(streptomyces)、小单孢菌属(Micromonospora)和冢村氏菌属(Tsukamurella).菌株SCAU9002和SCAU9008在铬浓度为300mg·L~(-1)的处理下培养6 d,去铬率分别达到81.17%和78.41%;菌株SCAU9002、SCAU9006、SCAU9008、SCAU9009、SCAU9013同时具有3种促生功能,盆栽实验结果进一步表明,在重金属胁迫下,经菌株处理后的玉米植株更高,生物量更大,根系更发达,促生效果较好.此外,菌株SCAU9006对6种病原菌具有拮抗作用,5株菌同时具有3种及以上产胞外水解酶的能力,4株菌能在7%的NaCl浓度下生长,13株菌在pH5.0~8.0的范围内均可生长.结果表明,根际放线菌在促进矿区植物生长和铬尾矿污染土壤的生物修复研究中具有很大潜力.     

丛枝菌根根际细菌群落对阿特拉津胁迫的响应

为了探求丛枝菌根(Arbuscular Mycorrhiza,AM)根际细菌群落对阿特拉津胁迫的响应,本试验以摩西管柄囊霉(Funneliformis mosseae)为供试AM真菌菌株,以紫花苜蓿(Medicago sativa)为宿主植物,利用盆栽法建立AM共生体后,再施加10 mg·kg-1阿特拉津进行胁迫.当阿特拉津去除率达到50%时,分别采集未接种+未施药(NM.NA)、接种+未施药(AM.NA)、未接种+施药(NM.AT)和接种+施药(AM.AT)4种处理的根际土壤,通过16S rRNA V4高通量测序技术解析了根际土壤细菌群落特征,以及其与接种F.mosseae、施加阿特拉津之间的相关性.结果表明,变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes)为4种处理根际土壤中的三大优势菌群.单独接种F.mosseae或施加阿特拉津均未对根际细菌群落α-多样性产生显著影响,但先接种F.mosseae形成AM后,施加阿特拉津可引起细菌群落Shannon指数显著增加.此外,接种F.mosseae提高了根际土壤中具有阿特拉津降解潜力菌属Arthrobacter、Mycobacterium、Frankia和Stenotrophomonas的相对丰度,其中,Arthrobacter受F.mosseae、阿特拉津及其二者交互作用的显著性影响.本研究结果在一定程度上揭示了AM间接提高土壤中具有阿特拉津降解潜力菌属的相对丰度,也可为利用AM真菌修复阿特拉津污染土壤奠定一定的理论基础.     

两种植物根际促生菌对博落回抗干旱及富集铀性能的增强作用研究

采用土壤盆栽试验,通过在博落回(Macleaya cordata)根际单独接种荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens)、单独接种绿针假单胞菌橙色亚种(Pseudomonas chlororaphis subsp. aurantiaca)及同时接种这两种菌,研究了这两种植物根际促生菌对博落回抗干旱及富集铀性能的增强作用.结果表明:在干旱胁迫下,单独接种荧光假单胞菌、单独接种绿针假单胞菌橙色亚种及同时接种这两种菌后,博落回的生物量分别增加了35.03%、21.01%和17.33%,相对含水量分别增加了26.90%、19.31%和29.48%,叶绿素总量分别增加了71.11%、48.47%、12.85%,脯氨酸含量分别降低了71.70%、64.91%和61.35%.在干旱和铀同时胁迫下,单独接种荧光假单胞菌、单独接种绿针假单胞菌橙色亚种及同时接种这两种菌后,博落回对铀的总富集量分别提高了109.52%、66.67%和42.86%.可见,两种植物根际促生菌对博落回抗干旱和富集铀性能的增强作用表现为:单独接种荧光假单胞菌单独接种绿针假单胞菌橙色亚种同时接种这两种菌.实验结果可为干旱地区铀污染土壤的植物修复提供参考.     

芦苇根际微环境对潜流人工湿地氮与COD去除性能的影响

构建了3个小型潜流人工湿地,一个不种植物作为对照;另2个栽种芦苇,其中一个湿地在芦苇根部埋设300目尼纶网制成的根袋,以区分根际与非根际环境.采用人工配水,研究了稳定运行期的人工湿地对COD、N的去除性能.结果表明,3个湿地对COD、N的去除场所主要位于湿地前端,且COD与N的去除具有沿程同步性.在进水C/N=5时,对照湿地、芦苇湿地和根袋湿地对NH⁺₄-N和TN的去除效率分别为66.2%、94.2%、82.2%和67.2%、90.7%、76.1%,具有同步硝化反硝化现象;对COD的去除效率分别为56.2%、80.9%、72.7%.试验中,3个湿地沿程水样的C/N值均大于5,表明碳源供应较充足.通过在湿地中预埋铂电极和土壤溶液采样器的方法,测定了根际土壤与非根际土体土壤ORP以及土壤溶液中的有机物含量（以TOC表征）.结果表明,湿地前端根际土壤ORP明显高于空白湿地和湿地土体土壤,差值分别为11～311 mV、62～261 mV.根系分泌物显著增加了植物湿地中有机碳的供应,根际土壤与非根际土体土壤中TOC含量分别为21.3～54.6 mg·L^-1和6.65～12.0 mg·L^-1.正是湿地植物根际环境中较高的氧化还原电位以及充足的碳源供应,使得植物湿地的脱氮效果好于对照湿地.     

南黄海表层海水重金属的变化特征及影响因素

根据1997～2004年每年1次的南黄海表层海水重金属(As、Cd、Cu、Hg、Pb、Zn)及有关环境因子的调查数据,重点研究了2003-10南黄海表层海水重金属的分布特征、控制其分布的生物地球化学机制以及8 a的年际变化趋势.结果表明,2003-10南黄海表层海水中As、Cd、Cu、Hg、Pb、Zn的平均浓度分别为2.33、0.078、1.41、0.0036、0.37、6.21μg/L.8 a中重金属除Zn有明显的上升趋势外,其它元素变化较小.重金属的分布模式与离岸距离有关,即除Pb外,在离岸较远的南黄海中部地区含量较低,而近岸海区则普遍较高,这种分布模式典型地体现了人类活动对近海的影响.对于重金属在局部海区的分布,亦存在其它控制因子,如Pb受大气沉降影响较大, Cd与海水盐度和pH密切相关, Hg受海水中有机碳浓度影响较大,沉积物再悬浮影响着As的浓度与分布, Cu、Zn则典型地受到了径流和排污的影响.8 a海水重金属浓度的均值皆符合国家一类海水水质标准,采用潜在生态危害指数法(ERI)分析2003年6种重金属的叠加生态效应,结果显示海水总的重金属生态危害指数较可发生重金属生态危害的ERI值小一个数量级,这从重金属的角度说明南黄海海水质量良好.     

黄河三角洲湿地盐生植物氮和磷的根际效应

通过比较黄河三角洲湿地三种盐生植物柽柳(Tamarix chinensisLour).、盐地碱蓬(Suaeda salsa Pall).和白茅(Imperata cylindrica Beauv.)的根际与非根际土壤中氮、磷的根际效应,分析了不同植物种类根际效应差异的原因。研究结果表明,三种盐生植物根际土壤总氮、速效氮以及有效磷的含量与非根际土壤相比均显著增加(p0.01),根际土壤的总磷含量也高于非根际土壤。柽柳植株对氮、盐地碱蓬植株对磷的富集作用最强,并表现出明显的根际累积效应,这一结果对于滨海湿地氮、磷污染截留的植物修复技术建立具有重要的指导意义。同时,造成不同植物种类的根际效应差别的原因不同,pH值是影响柽柳根际速效氮累积效应的主要原因,而盐地碱蓬根际有效磷累积主要受到根际微生物和盐度变化的共同影响。     

Phosphorus utilization and microbial community in response to lead/iron addition to a waterlogged soil

Constructed wetlands have emerged as a viable option for helping to solve a wide range of water quality problems. However, heavy metals adsorbed by substrates would decrease the growth of plants, impair the functions of wetlands and eventually result in a failure of contaminant removal. Typha latifolia L., tolerant to heavy metals, has been widely used for phytoremediation of Pb/Zn mine tailings under waterlogged conditions. This study examined e ects of iron as ferrous sulfate (100 and 500 mg/kg) and lead as lead nitrate (0, 100, 500 and 1000 mg/kg) on phosphorus utilization and microbial community structure in a constructed wetland. Wetland plants (T. latifolia) were grown for 8 weeks in rhizobags filled with a paddy soil under waterlogged conditions. The results showed that both the amount of iron plaque on the roots and phosphorus adsorbed on the plaque decreased with the amount of lead addition. When the ratio of added iron to lead was 1:1, phosphorus utilized by plants was the maximum. Total amount of phospholipids fatty acids (PLFAs) was 23%–59% higher in the rhizosphere soil than in bulk soil. The relative abundance of Gram-negative bacteria, aerobic bacteria, and methane oxidizing bacteria was also higher in the rhizosphere soil than in bulk soil, but opposite was observed for other bacteria and fungi. Based on cluster analysis, microbial communities were mostly controlled by the addition of ferrous sulfate and lead nitrate in rhizosphere and bulk soil, respectively.     

Heavy metal （Pb,Zn） uptake and chemical changes in rhizosphere soils of four wetland plants with different radial oxygen loss

Lead and Zn uptake and chemical changes in rhizosphere soils of four emergent-rooted wetland plants; Aneilema bracteatum, Cyperus alternifolius, Ludwigia hyssopifolia and Veronica serpyllifolia were investigated by two experiments: (1) rhizobag filled with “clean” or metal-contaminated soil for analysis of Pb and Zn in plants and rhizosphere soils; and (2) applied deoxygenated solution for analyzing their rates of radial oxygen loss (ROL). The results showed that the wetland plants with di erent ROL rates had significant e ects on the mobility and chemical forms of Pb and Zn in rhizosphere under flooded conditions. These e ects were varied with di erent metal elements and metal concentrations in the soils. Lead mobility in rhizosphere of the four plants both in the “clean” and contaminated soils was decreased, while Zn mobility was increased in the rhizosphere of the “clean” soil, but decreased in the contaminated soil. Among the four plants, V. serpyllifolia, with the highest ROL, formed the highest degree of Fe plaque on the root surface, immobilized more Zn in Fe plaque, and has the highest e ects on the changes of Zn form (EXC-Zn) in rhizosphere under both “clean” and contaminated soil conditions. These results suggested that ROL of wetland plants could play an important role in Fe plaque formation and mobility and chemical changes of metals in rhizosphere soil under flood conditions.