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.     

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.     

生态修复水生植物根际氨氧化细菌的研究

为研究水生植被恢复对底泥氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)种群的影响,选取在生态修复中广泛使用的4种水生植物,芦苇(Phragmites communis)、窄叶香蒲(Typha angustifolia L.)、菹草(Potamogeton crispus L.)和荇菜(Limnanthemun nymphoides),采用最大可能数法(most pmbable number,MPN)计数AOB的数量,巢式聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(nested polymerase chain reaction-denaturing gradienl gel electmphoresis,nested PCR-DGGE)及条带回收测序的方法分析AOB的主要种类.结果显示,水生植物根际AOB密度显著高于无水生植物的表层底泥,而芦苇(2.8×105cells/g)和菖蒲(4.3×10'celts/g)又明显高于菹草(9.3 x 104cells/g)和荇菜(7.7×104 cells/g).水生植物根际呈氧化环境,而NH 4的浓度低于无水生植物的对照区.DNA测序结果显示尽管不同植物根际AOB主要种类有所区别,但基本属于亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas).此类微生物群落在水生植物根际的聚集对促进生态修复中N元素的循环具有重要作用.     

野鸭湖湿地芦苇根际微生物多样性与磷素形态关系

以野鸭湖湿地芦苇(Phragmites communis)根际微生物为研究对象,采用化学连续提取法分析了芦苇根际/非根际土壤中各形态磷随植物生长(4、7、10月)的变化规律,同时基于细菌的16S rRNA高通量测序技术,分析了芦苇根际/非根际土壤微生物多样性,进一步采用CCA法分析了土壤样品中特定微生物与磷素形态转化关系.结果表明,无机磷含量的总体顺序大小为:钙磷(Ca-P)闭蓄态磷(Oc-P)铁磷(Fe-P)交换态磷(Ex-P)铝磷(Al-P),无机磷含量变化主要受芦苇生长状况影响,在芦苇旺盛期达到最低,且根际土壤中的总无机磷含量普遍低于非根际.有机磷含量分布为高稳定性有机磷(HR-OP)中稳定性有机磷(MR-OP)中活性有机磷(ML-OP)活性有机磷(L-OP),各组分含量均随芦苇生长先降低后升高.芦苇根际/非根际土壤微生物中的优势菌门均为变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、放线菌门(Actinobacteria),但在芦苇生长过程中,其根际和非根际微生物群落结构受季节影响变化显著,且根际和非根际的变化有所差异.同时发现了芽孢杆菌属(Bacillus)、肠杆菌属(Enterobacter)、假单胞菌属(Pseudomonas)、伯克霍尔德氏菌属(Burkholderia)、不动杆菌属(Acinetobacter)等可能是与磷形态转化有关的主要功能菌属,这些菌属能利用大部分的有机磷和无机磷,在湿地土壤磷素转化中起着关键作用.     

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.     

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.     

富营养水体中2种水生植物的根际微生物群落特征

选取宁波市城区内河2个营养类型水体日湖(中-富营养类型)和卧彩江(重富营养类型),于2008年8~11月,利用MIDI Sherlock MIS系统和其他传统方法,跟踪监测了2个水体内2种常见水生净化植物粉绿狐尾藻(Myriophyllum aquaticum)、喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)根际微生物的种类、数量及其季节变化,分析了水体主要水质参数、水体微生物与植物根际微生物之间的相关性.结果表明,水生植物根际效应显著,不同月份植物根际微生物数量均要显著高于水体环境;植物种类对植物根际微生物影响显著,在日湖水体,狐尾藻根际微生物数量要显著高于喜旱莲子草;在卧彩江,2种植物根际细菌数量无显著差异,放线菌、真菌数量差异显著,植物根际微生物数量与水体环境因子之间具有一定的相关性,调查期间,日湖水温、TN、TP、Chla与植物根际微生物数量间均无显著相关,仅COD与喜旱莲子草根际细菌数量显著负相关;在卧彩江,TP与粉绿狐尾藻、喜旱莲子草根际放线菌数量显著负相关,其余水质参数与根际微生物数量均无显著相关.植物根际优势菌种以假单胞菌属(Pseudomonas)、微球菌属(Micrococcus)、黄杆菌属(Chryseobacterium)、不动杆菌属(Acinetobacter)等有机物降解微生物为主,环境因素的变化和植物种类的不同也导致了葡萄球菌属(Staphylococcus),食酸菌属(Acidovorax)、节杆菌属(Arthrobacter)等特有菌种的出现.对植物根际微生物群落结构进行聚类分析表明,除日湖喜旱莲子草根际微生物群落结构在夏、秋两个季节相似性较高外,其余几个处理的根际微生物群落结构相似性在21.60%~51.57%.日湖植物根际微生物多样性夏季高于秋季,而卧彩江中夏季低于秋季;日湖中2种植物之间无论夏秋均无显著差异,而在卧彩江,夏季喜旱莲子草要显著高于粉绿狐尾藻,秋季则完全相反,据此说明植物根际微生物多样性受水体富营养化程度和植物种类等多重因素的影响.     

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.     

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.      

水生植物组合后根际微生物及水净化研究

富营养化水体的净化多集中于用单一生态型的水生植物或通过水生植物配置进行,而把多种不同生态型的水生植物镶嵌组合使用还少见报道,水生植物与微生物的关系也有类似情况。实验选择了三种不同生态型的水生植物镶嵌组合(慈姑(Sagittaria sagittifolia),挺水植物;大薸(Pistia stratiote),漂浮植物;穗状狐尾藻(Myriophyllum spicatum),沉水植物)后对富营养化水体进行净化研究,结果表明:(1)水生植物镶嵌组合后对富营养化水体中的TN和TP去除效果明显,并且能够长期维持此净化效果;(2)植物根际细菌与TN的变化有良好的正相关关系,而真菌、放细菌与TN的去除关系不大;(3)TP的去除与微生物的相关性不高,TP的去除主要是水生植物的作用;(4)被净化水体中的细菌数量一直维持一个低水平状态,说明水质有很大改善。     

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.     

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.     

滇池水生植物分布对沉积物间隙水磷浓度的影响

为揭示滇池水生植物分布对沉积物间隙水磷的质量浓度的影响,分别采集滇池有植物区域和无植物区域沉积物柱状样,测定间隙水和上覆水溶解性总磷(DTP)、溶解性活性磷(SRP)和溶解性有机磷(DOP)的质量浓度,分析其沉积物间隙水磷的垂向变化特征,探讨水生植物对沉积物间隙水磷形态特征的影响及控制效果,结果表明:1水生植物对滇池不同湖区沉积物间隙水各形态磷的质量浓度影响显著,但因分布站点不同、深度层次变化所呈现的规律也各不相同;2水生植物显著降低了沉积物间隙水DOP的贡献率,有植物区域DOP平均贡献为32.87%,无植物区域则平均贡献为57.68%;3水生植物抑制了沉积物无机磷的释放,促进了DOP的转化.有植物区域SRP沉积物-水界面扩散通量比无植物区域平均降低39.99%;4水生植物生长对沉积物间隙水各形态磷的浓度削减比较明显,尤其是DOP,削减率达到了38.02%~85.49%.因此分析水生植物对沉积物间隙水DOP贡献率及削减率,对深入理解水生植物与间隙水DOP之间的关系及沉积物有机磷的矿化降解具有重要意义.     

水培植物净化系统不同氮磷去除作用的贡献

文章通过采用生活污水分别水培吊兰、空心菜和水芹,研究了水培植物净化系统不同氮磷去除作用对氮磷去除的贡献.结果表明,吊兰、空心菜和水芹三种水培植物净化系统中,微生物及其它作用对氮磷去除的贡献最大,植物吸收作用对氮磷去除的贡献次之;而沉淀作用、粘附作用和吸附作用对氮磷去除的贡献相对较小.在吊兰、空心菜和水芹三种水培植物净化...     

蒙脱石对有机物料施入土壤磷形态和有效性的影响

以冷砂黄泥和矿子黄泥为研究对象,猪粪沼渣为有机物料,分别添加0%、5%、7.5%和10%质量分数的蒙脱石,采用室内培养试验研究了蒙脱石对施有机物料土壤pH、磷形态和有效性的影响.结果表明,有机物料对两种土壤pH无显著影响,而蒙脱石使土壤pH显著提高.施加有机物料使两种土壤铝结合态磷(Al-P)含量和分布比例提高,铁结合态磷(Fe-P)含量培养后期提高、比例略有下降,闭蓄态磷(O-P)含量无明显变化、比例下降.有机物料对冷砂黄泥中钙结合态磷(Ca-P)的含量无明显影响、比例下降,却使矿子黄泥Ca-P含量和比例提高.在施加有机物料基础上添加蒙脱石后,冷砂黄泥Al-P和O-P含量和比例下降,Fe-P含量无明显变化、比例下降,Ca-P含量和比例大幅度提高;矿子黄泥Fe-P和O-P含量和比例下降,Al-P含量无明显变化、比例下降,Ca-P含量和比例大幅度提高.培养过程中,有机物料使冷砂黄泥和矿子黄泥有效磷含量分别提高了17.9%~38.0%和17.1%~33.7%,土壤磷的活化系数也显著提高,添加蒙脱石后使两种土壤有效磷含量分别降低8.8%~35.5%和1.1%~11.6%.相关分析结果表明,蒙脱石通过提高pH和Ca-P含量、降低Al-P含量降低冷砂黄泥磷的有效性,通过提高pH、降低Fe-P含量降低矿子黄泥磷的有效性,对冷砂黄泥磷有效性的影响较矿子黄泥大.     

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。     

3种低分子量有机酸对紫色土吸附菲的影响

采用静态吸附实验,研究了3种低分子量有机酸(柠檬酸、苹果酸和草酸)对紫色土吸附菲的影响.结果表明紫色土吸附菲的动力学过程符合二级动力学模型,3种低分子量有机酸(LMWOAs)均能显著降低紫色土吸附菲的速率常数;线性吸附模型很好地描述了紫色土对菲的吸附热力学过程是以分配作用为主.当加入的3种LMWOAs浓度低于5 mmol·L~(-1)时,促进紫色土吸附菲;当LMWOAs浓度≥10 mmol·L~(-1)时,抑制紫色土吸附菲,抑制作用随LMWOAs浓度的增加而加强.当LMWOAs浓度为20 mmol·L~(-1)时,其抑制作用能力表现为柠檬酸草酸苹果酸,这与3种LMWOAs的分子结构和酸性强弱有关.与对照相比,随着LMWOAs浓度的增加,紫色土溶出的溶解性有机质(DOM)含量呈现先降低后升高的趋势,紫色土对菲的吸附量与土壤溶出的DOM含量呈负相关.