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.     

外源稀土在根际与非根际土壤中的存在形态

采用根际袋法研究了稀土在春小麦根际土壤与非根际土壤中存在形态的差别.结果表明,外源稀土进入土壤后,在根际土壤与非根际土壤中主要以残渣态形式存在,各形态含量的大小顺序为:残渣态>碳酸盐结合态>可交换态>铁锰氧化物结合态>有机质结合态.小麦根系活动明显影响根际土壤中的稀土存在形态,根际土壤中的可交换态和铁锰氧化物结合态含量明显大于非根际土壤中的含量,而碳酸盐结合态有所下降,有机质结合态无明显变化.     

添加磷素对低磷稻田根际土壤固碳自养微生物数量的影响

为了探讨磷素添加对低磷稻田土壤固碳自养微生物数量的影响,以低磷水稻土为研究对象,设置添加磷素(P添加量为80 mg·kg~(-1))和不添加磷素两种处理土壤,种植水稻进行室内培养实验.利用实时荧光定量PCR(real-time PCR)技术分析了水稻分蘖期(移栽后14 d)和拔节期(移栽后22 d)添加磷素(P)和对照(CK)处理根际土壤固碳自养微生物cbb L、cbb M、acc A和acl B基因数量的差异,同时测定了土壤理化性质,并分析了不同处理方式下固碳功能基因丰度与土壤理化性质之间的关系.结果表明,分蘖期磷素添加降低了土壤MBC和NH+4-N含量,提高了土壤DOC、Olsen-P和p H;分蘖期P处理NO-3-N含量比CK处理低,而拔节期反而比CK处理高.分蘖期,磷素添加显著提高了cbb L、cbb M、acc A和acl B基因的数量,与CK处理相比,分别提高156%、99%、110%和193%.而磷素添加对拔节期cbb L、acc A和acl B基因数量的促进作用并不明显,对cbb M基因数量反而产生了抑制作用.冗余分析(RDA)显示,土壤Olsen-P含量是影响固碳自养微生物丰度最显著的环境因子.     

2种湿地植物根表铁氧化物胶膜的形成及其对磷素吸收的影响

在田间条件下,运用土壤溶液原位抽提和毛细管电泳分析等技术,比较了芦竹(Arundo donaxLinn)和香蒲(Typhalatifolia)根表铁氧化物胶膜数量、土壤根际溶液磷质量浓度、根际土和根际溶液pH及根膜比等的差异,阐明了湿地植物根表铁氧化物胶膜对磷素从非根际土壤-根际土壤-根际溶液-根表铁氧化物胶膜-根系的迁移过程的影响以及在磷素净化中的根际调控机制.结果表明,芦竹和香蒲根表铁氧化物胶膜数量(以根系鲜重计)分别为20 170.8和7 640.3 mg/kg.有铁氧化物胶膜沉积的芦竹、香蒲的根际土有效磷含量分别是28.85、34.99 mg/kg;各比其无铁氧化物胶膜增加了46.2%、21.9%.有铁氧化物胶膜沉积的芦竹、香蒲的根际溶液磷质量浓度为0.65、0.56 mg/kg,分别比其无铁氧化物胶膜沉积高9.2%、33.9%.芦竹根表铁氧化物胶膜吸附的磷占根系吸附吸收磷的81.7%,香蒲是85.7%.根表有铁氧化物胶膜沉积的芦竹磷素利用有效性比无铁氧化物胶膜的植株高16.5%,香蒲高31.4%.有铁氧化物胶膜沉积的芦竹和香蒲植株体内磷含量均比无铁氧化物胶膜高.同时,铁氧化物胶膜对磷酸盐的吸附提高了磷酸盐从非根际向根际、固相(根际土壤)向液相(根际土壤溶液)的迁移速率.有铁氧化物胶膜沉积的湿地植物根际土有效磷含量累积,无铁氧化物胶膜沉积的湿地植物根际土有效磷含量耗竭.     

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.     

重金属污染土壤修复中的根际效应研究进展

由根际分泌物介导的根际效应表现为根际土壤中微生物种类和活性、土壤理化性质（如酶、pH、有机质等）显著不同于非根际土壤。根际效应受土壤类型、植物种类等影响较大,在农业生产、林业防护等领域被广泛研究,并被投入到实际应用中。近年来,根际效应在土壤修复领域的研究取得了一定进展,但对其修复机制、影响因素等尚缺乏系统性的认识。综述了受重金属污染土壤中根际效应的修复机制、影响因素,并提出加强修复效果的措施,以期利用根际效应提高土壤生物修复效率。根际效应驱动根际土壤与非根际土壤中重金属的形态和分布差异显著,受土壤类型、植物功能性状、重金属性质等因素影响,土壤改良、接种外源微生物等措施可强化植物根际对重金属污染土壤的修复效果。然而目前相关研究时间较短、规模较小,忽略了多年生植物不同生长阶段的根际效应对重金属修复效果的影响,植物生长发育周期长导致筛选特异性修复植物也存在一定的挑战。随着根际效应在土壤修复领域研究的深入,建议展开更系统、全面、长期的指标监测研究,从而明确影响根际效应修复重金属的主次因素,同时筛选出针对不同重金属污染土壤的特异性修复植物,以便于建立土壤生物修复的植物资源库。     

接种菌根对根际微生物群落和磷营养的影响

以白三叶草和紫花苜蓿为供试植物,采用三室装置对不同接种处理的根际土壤微生物数量以及磷营养状况进行了研究.研究结果表明,接种混合茵根真菌的侵染率显著高于其他两种接种单一菌根真菌的处理.接种菌根对植物生长以及根际土壤微生物群落数量的促进作用均较为明显,三种接种处理植物之间的生物量差异不大,接种AM菌根促进了细茵和放线茵数量的增加,对真菌数量略有促进.接种菌根对根际土壤磷吸收有显著的促进作用,有利于植被的生长,为进一步的生态恢复与生物多样性研究奠定理论基础.     

磷影响下砷的根际效应及其对水稻生长的影响

通过水稻的生物量及含砷量、根际 p H值、根际有效砷的变化来研究磷影响下砷的根际效应及其对水稻生长的影响。结果表明 ,酸性紫色土中 ,无论单加砷还是磷、砷共存的处理 ,基本上 ,根际砷均高于非根际 ,砷在根际呈富集状态 ;但与单加砷相比 ,磷、砷共存的处理 ,根际 p H值下降 ,有效砷减少 ,水稻吸收砷量减少 ,生物量增加 ,水稻受砷毒害减轻 ,特别 P/As≥ 4时 ,磷减轻砷毒害的程度大于 P/As≤ 2时。因此 ,施加磷可减轻砷污染酸性紫色土上水稻砷毒害。选择最佳 P/As可使磷最大限度地减轻作物受砷的毒害。     

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。     

重金属在根际中的化学行为--Ⅰ.土壤中铜吸附的根际效应

在第四纪红壤性水稻土(QP)、淀浆白土(WP)、第四纪红土(QR)和赤红壤(LR)上种水稻后,用自制根盒制得各自的根际土和非根际土,以铜为指示离子,研究了土壤对铜吸附的根际效应。结果表明,根系生长使土壤中铜专性吸附载体、pH等因子改变,从而使根际土吸附铜量大于非根际土。QR的铜吸附特征可用Freundlich方程表征,其余土壤可用Langmuir方程描述。铜吸附的根际效应大小依次为QP>WP>LR>QR。起始铜浓度对根际土壤中铜吸附的影响较复杂。除QR外,随样品铜吸附量增加,平衡液pH下降、铜吸附会引起根际土与非根际土pH的差异。     

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.     

根际微生物在污染水体植物修复中的作用

综述了近年来国内外有关水生植物根际微生物在污染水体和湿地修复中的作用研究成果,深入探讨了植物修复的机理。指出水生植物对污染环境的修复主要依赖环境、水生植物和微生物以及三者之间的联合作用,植物和微生物的耦合作用是水生植物应用于水体修复的重要机制。人工湿地对氮的去除主要通过微生物的硝化-反硝化作用途径;根际微生物和植物的联合作用可以改变磷的存在形态,从而加速磷的去除;在有机物和重金属污染环境中,根际微生物通过增强植物对环境的适应性促进污染物的去除。     

4种浮床植物吸收水体氮磷能力试验研究

选取美人蕉、黄菖蒲、再力花和千屈菜4种常见植物作为研究对象,建立淀山湖富营养化防治植物浮床试验工程,对其生长特性和氮磷吸收能力进行试验研究. 结果表明,采用上下层尼龙网固定种植方式有利于浮床植物的快速生长繁殖,美人蕉和再力花的成活率均为83.33%,高于千屈菜的76.67%和黄菖蒲的53.33%. 11月收割时美人蕉和再力花的分蘖数分别达到64株和78株,生物量（鲜重）分别为32.0 kg/株和38.6 kg/株. 美人蕉和再力花体内氮磷含量分布均为茎叶>根系,美人蕉茎叶和根系单位干物质量中氮、磷含量比分别为1.40和1.21,再力花则分别为1.59和1.08. 植物体内的氮磷累积量差异主要来自于生物量的差异,再力花对氮的吸收能力最强,收割时氮获得量达到457.11 g/m²,美人蕉对磷的吸收能力最强,收割时磷获得量达到41.29 g/m²,美人蕉茎叶氮、磷吸收量分别为根系的2.17倍和1.86倍;再力花分别为1.73倍和1.17倍. 美人蕉和再力花可以作为淀山湖水体富营养化防治的浮床栽培备选植物来进行推广应用.     

贵州草海湿地植物根际沉积物磷素形态特征

为分析草海湿地植物根际沉积物磷素形态特征,对24个根际沉积物样品中不同磷形态——Fe/A1-P(铁铝磷)、OP(有机磷)、Ca-P(钙磷)和Res-P(残渣态磷)的分布特征及其与金属、有机质的相关性进行了研究. 结果表明:湿地植物根际沉积物中w(Fe/A1-P)>w(OP)>w(Ca-P)>w(Res-P). w(TP)为114.2~863.9mg/kg,其中w(Fe/A1-P)为60.8~529.9mg/kg,占w(TP)的47.2%~83.5%,Fe/A1-P是磷的主要存在形态;w(OP)为12.2~195.1mg/kg,w(Ca-P)为6.1~205.7mg/kg,w(Res-P)为5.4~23.6mg/kg. 统计分析表明,w(TP)与w(Fe/A1-P)相关性较好(R=0.932,P<0.01);而w(LOI)(LOI为烧矢量)与w(OP)相关性较弱(R=0.343). 主成分分析表明,草海湿地植物根际沉积物中磷主要来自生活污水和农业面源污染;磷素存在的形态特征主要受湿地植物根系泌氧及沉积物中w(Fe)、w(Mn)影响,其次是偏碱性水体.      

玉米根际微生物氮磷转化的功能基因组学分析

化肥减量增效是保障农业生态环境安全的重要基础.微生物是调控土壤氮磷循环的关键驱动力,研究根际微生物氮磷转化功能可以为进一步提高土壤氮磷利用率提供微生物学调控途径.基于3种典型农田土壤（黑土、潮土和红壤）的田间微区试验,利用宏基因组测序技术研究玉米根际微生物在土壤氮磷转化过程中功能基因的差异及调控因子.结果表明,根际微生物功能多样性受土壤类型影响,黑土和潮土的根际微生物功能多样性主要受含水量和养分含量的影响,红壤受全磷（TP）和速效磷（AP）影响.在土壤氮转化方面,编码氮转化过程通路中相关酶的基因丰度以脲酶基因（ureC）和葡萄糖脱氢酶基因（gdh）丰度最高,分别为7.25×10^-5~12.88×10^-5和4.47×10^-5~7.49×10^-5.同化性硝酸盐还原的功能基因在红壤中总丰度要高于黑土和潮土,其它过程相关酶的功能基因总丰度以潮土最高.编码氮代谢过程相关酶的功能基因丰度主要受土壤细菌丰富度、全钾（TK）和TP含量的驱动.在土壤磷转化方面,催化有机磷矿化的碱性磷酸酶基因（phoD）数目为1093个,酸性磷酸酶基因（PHO）数目为42个.phoD丰度高出PHO丰度2个数量级,此外,同种土壤类型下施肥对phoD和PHO丰度没有显著影响.随机森林分析表明phoD和PHO丰度均受土壤水分、有机质（OM）和全氮（TN）显著影响,但AP含量对PHO丰度影响最大.从功能基因组水平研究了玉米根际微生物的氮磷转化特征,为利用微生物功能提高农田生态系统氮磷利用率提供了科学依据.     

水生植物生物质炭去除水体中氮磷性能

在富营养化水体的生物修复中,将产生大量的水生植物,如何进行合理的处置是需要解决的问题.本文采用水生植物制得生物质炭,并通过镁改性,提高了生物质炭对水体中氮磷的吸附性能.材料性质表征结果表明,镁改性不仅在生物质炭表面形成纳米MgO片层,增加比表面积,而且引入了羟基官能团促进对铵态氮的吸附.改性生物质炭对硝态氮和铵态氮的吸附过程均属于多层吸附,吸附等温线符合Freundlich模型.改性后生物质炭对磷的吸附机制由单层吸附变为多层扩散.改性生物质炭对硝态氮、铵态氮和磷的最大吸附量分别为5. 66、62. 53和90. 92 mg·g~(-1),其中对铵态氮的吸附量是未改性生物质炭的178倍.在磷、硝态氮和铵态氮共存时,改性生物质炭对其吸附量分别增加79. 1%、67. 5%和47. 1%.本文结果表明通过生物质炭制备可以实现水生植物资源化,并可回用于水体氮磷污染的修复,具有很好的应用前景.