根际环境与土壤污染的植物修复研究进展

土壤污染的植物修复通常与植物根际微生物紧密相关。根际微生物群落变化与土壤污染物在根际环境中的动态，可能是对土壤污染成功进行植物修复的基本过程。可见根际环境在土壤污染的植物修复中具有明显的重要作用。文章介绍了有关重金属在根际环境中的动态、有机污染物在根际环境中的降解转化、土壤重金属污染与土壤有机污染的植物修复研究进展。     

小麦根际土壤汞的分布和形态变化

采用根际箱试验和连续化学萃取法,结合氢化物原子吸收光谱法,研究了非根际和根际土壤汞形态分布特征及小麦(Triticum aestivum)生长期土壤汞形态变化.结果表明.非根际汞形态分布顺序为:残渣态>强有机质结合态>碳酸盐铁锰氧化物结合态>腐殖酸络合态>水溶态>交换态,根际汞形态分布为:残渣态>碳酸盐铁锰氧化态>强有机质结合态>交换态>腐殖酸络合态>水溶态.当外源汞进入土壤后,在小麦生长60 d内,植物吸收使残渣态汞和水溶态汞含量明显降低,交换态汞和碳酸盐铁锰氧化态汞含量增加.土壤汞污染程度越大,在小麦中积累的汞就越多.其生物毒性增强,环境危害加大.     

不同退化程度喀斯特生态系统根际土壤的养分分布特征

以贵州中部喀斯特地区由乔木林、灌木林和灌草丛等不同退化程度生态系统中的优势物种根际土壤为研究对象,测定其C、N、P全量及有效态质量分数,分析各优势物种根际土壤的养分变化。结果表明：3个生态系统中不同优势物种根际各类土壤养分质量分数变化较大,其中,土壤C、N、P养分为乔木林中园果化香根际土壤质量分数最高,白枥根际养分质量分数最低。可溶性有机碳质量分数为乔木林中最低,其平均水平不超过10 mg·kg-1。土壤磷素的供给能力为乔木林的园果化香和刺秋相对较强,其中园果化香中达到1.5%。而且优势树种间根际土壤有效态养分质量分数的差异明显高于全量养分,说明喀斯特地区根际土壤养分差异性主要受植被因素的影响,土壤有效态养分较全量养分对植被群落演替的响应更为灵敏,而且根际土壤养分质量分数和形态的变化与土壤有机碳质量分数有显著的正相关关系,这进一步说明喀斯特地区植被类型的变化对土壤养分的循环利用具有重要的影响作用。     

根际环境的调节与重金属污染土壤的修复

根际环境的pH和Eh会产生影响土壤中重金属的化学过程。pH的变化影响到重金属的固定和活化，根际的酸化能够活化大多数重金属，使其毒性增强；反之，则固定大多数重金属，减轻其毒性。Eh的变化可改变重金属的价态和存在形态，使其毒性减弱或增强。根分泌物可从多方面影响金属的毒性和有效性，如改变根际环境的pH值和Eh来改变金属的存在形态和活度；与金属络合或者吸附、包埋金属污染物；通过影响根际微生物特征来改变金属的毒性。根际环境中微生物能改变金属离子存在形态，其代谢产物能对金属离子产生沉淀、螯合等作用。土壤脲酶对重金属污染最敏感，可以用于监测土壤重金属污染。调控根际环境，可以有效地调节土壤中重金属污染物的活度、毒性及其转移，对重金属污染土壤起到修复作用。     

滨海4种盐生植物根际土壤酶活性特征与主要养分的关系

植物可直接或间接地影响土壤酶的活性,根际土壤酶的种类和活性对土壤养分的速效化产生影响,从而影响植物的吸收利用。以滨海盐土和轻度盐化潮土为材料,利用根袋法研究滨海盐生植物对根际与非根际土壤养分含量以及酶活性的影响,为盐生植物在滨海盐渍土壤中的修复利用提供理论依据。结果表明：在两种土壤中,植物根际过氧化氢酶,脲酶和蛋白酶的活性表现出相反的变化,滨海盐土中,根际土3种酶的活性均高于非根际土;而轻度盐化潮土中的根际土3种酶活性均低于非根际土。在两种土壤中,根际土全氮质量分数比非根际土高,但全磷却比非根际土低。根际土速效态养分的变化则与全态养分的变化相反,4种植物的根际土速效氮质量分数均显著低于非根际土。除芦苇外,根际土速效磷质量分数均高于非根际土。滨海盐土中碱性磷酸酶、过氧化氢酶和转化酶和土壤中几种主要养分的相关性最紧密,较好地体现了4种滨海盐生植物根际的养分状况,也说明盐生植物对滨海盐土酶活性有较大的影响。对比4种植物根际土壤中的酶活性,在高盐质量分数的滨海盐土中,盐地碱蓬对根际土壤酶活性的影响最大     

外来植物紫茎泽兰入侵对根际土壤有益功能细菌群、酶活性和肥力的影响

通过对紫茎泽兰不同入侵阶段下的实地采样,分析了外来入侵植物紫茎泽兰对入侵地根际土壤有益微生物菌群和土壤酶活性以及肥力的影响。发现除了全磷、全钾以外,重度入侵土壤的功能菌数量、酶活性、土壤肥力都要显著高于其它土壤区系。根际土中有机磷细菌差异最显著,其重度入侵土中的含量是轻度入侵土中含量的3.0倍,是当地植物土中含量的1.8倍,是空白地区含量的22.2倍。同时,土壤微生物类群、土壤酶活与土壤肥力的相关分析表明,它们之间存在显著相关关系,自生固氮菌与全氮相关性最明显,为0.922。外来植物对入侵地的影响是其入侵力和生态系统可入侵性的重要组成部分,紫茎泽兰入侵提高了土壤功能菌种群和土壤酶活,从而使土壤肥力也发生了相应的变化,这可能促进其养分转化吸收,提高种群竞争力。本文为紫茎泽兰成功入侵的土壤微生物学机制提供理论依据。     

利用根箱法解析甜椒根际土壤中氮的行为(英文)

为研究甜椒根际土壤中氮的行为,与既报同样的方法进行研究,即,利用15NH4+,15NO3-双标记的硝胺(NH,4>15NO3,15NH4NO3),在温室里对甜椒进行6周的根箱栽培.收割后,对土壤全氮,NO3-N,水溶性NH4-N,KCl抽出NH4-N和其各自的15N atom%进行测定.结果表明,土壤全氮从非根际到根际逐渐增加,与栽培前相比,土壤全氮在非根际中减少,却在根际中增大.土壤NO3-N浓度朝根际增加到离根际2 mm处,然后激减到根际.NO3-N的来自施给NO3-N的比例靠近根际逐渐升高,在根际达到了69%,反而,来自施给NH4-N的比例靠近根际逐渐降低,在根际将至7%左右.水溶性NH4-N和KCl抽出NH4-N浓度靠近根际逐渐降低,而且,从非根际到根际,二者匀保持3∶10的比例.KCl抽出NH4-N的来自施给NO3-N的比例靠近根际逐渐升高,但在根际仍低于3%,反而,其来自施给NH4-N的比例在非根际约为47%～55%,在根际降到41%.在整个根箱里,施用NO3-N的有機率达到62%,但其值在根际比非根圈要低.相反,施用NH4-N的有機率仅11%左右,但其值在根际比非根际要高.以上结果表明,在甜椒根际土壤中氮的无机化-有机化活性与水稻相比显著低.     

南亚热带不同植被根际微生物数量与根际土壤养分状况

研究了包括尾叶桉、广东凤丫蕨、柳叶竹、大叶相思、青皮、木荷、湿地松在内的7种南亚热带不同植物植被下土壤根际微生物与根际养分状况及其相关关系。结果表明,根际环境对细菌有明显的正效应,对放线菌和真菌有正、负两方面的影响,但对根际微生物总量具有根际效应明显;在南亚热带森林生态系统中.在植物的某些生长季节,微生物的根际效应与土壤养分的根际效应一致     

紫花苜蓿对铅污染土壤修复能力及其机理的研究

以10 mmol/L Pb(NO3)2处理紫花苜蓿幼苗10 d,分析了Pb在紫花苜蓿幼苗根、茎、叶中的积累情况,Pb在根表皮细胞中的亚细胞区域化特点,以及Pb在紫花苜蓿体内的主要存在形式。结果表明,Pb在紫花苜蓿幼苗中积累量(M)特点为:M根 >M茎 >M叶。同时X-ray微区分析显示,胞间隙是紫花苜蓿积累Pb浓度最高的部位,细胞壁和液泡次之,胞质中最低。Pb的存在形式分析表明Pb在紫花苜蓿体内主要以难溶的形式存在,另外BSO能够加剧Pb污染对紫花苜蓿幼苗Pn和生长的抑制作用,显示了紫花苜蓿对Pb的耐受与植物络和素的形成有关。这些都表明紫花苜蓿对Pb具有一定的耐受机制,避免其对胞质代谢的毒性。同时紫花苜蓿具有很高的生物量和对Pb较高的富集作用,因此是一种很有利用价值的土壤铅污染修复植物。     

铜尾矿复垦后土壤微生物活性及其群落功能多样性研究

对安徽铜陵五公里尾矿区三叶草复垦后的土壤微生物活性和群落的功能多样性研究表明,复垦后每克土壤微生物细菌数已达2.3×107个,并存在一定量耐Cu2 、Cd2 、Zn2 、Cr6 、Pb2 、Ni2 的菌株,但种类少,主要为芽孢杆菌属、假单胞菌属和短杆菌属。BIOLOG测试结果显示,铜镉重金属离子的复合污染使土壤微生物群落丰富度降低;外源耐铜镉微生物菌剂的添加使尾矿区土壤微生物群落代谢剖面(AWCD)变化明显,提高微生物对单一碳源底物的利用能力,增加利用不同碳底物的微生物数量,减轻了重金属污染引起的土壤微生物群落功能多样性的下降,为尾矿区生境加速恢复提供一条有效途径。     

2种入侵植物对根际土壤微生物种群及代谢的影响

选取2种入侵植物（一年蓬Annual Fleabane及加拿大蓬Erigeron Canadensis）及本土植物（艾蒿Artemisia argyi）的根际土壤微生物种群为研究对象,以分析不同根际土壤微生物种群的数量及测定根际土壤微生物酶活的活性为切入点来探析入侵植物对土壤微生物的影响及其响应机制。结果显示：2种入侵植物显著增加了其根际土壤中的细菌的数量,而显著抑制了真菌与放线菌的数量。另外,入侵植物一年蓬显著抑制其根际土壤中纤维素酶的活性,而3种植物的根际土壤硝酸还原酶活性无显著差异。入侵植物对其他3种土壤酶（即转化酶、脲酶及酸性磷酸酶）活性的影响却呈现出截然相反的影响,即一年蓬显著增加了3种根际土壤酶的活性,而加拿大蓬却显著减少了3种根际土壤酶的活性。导致这种现象的原因可能是不同入侵植物的根系释放不同的化学物质进而对土壤微生物的数量和活性造成不同的影响。     

超积累植物和化学改良剂联合修复锌镉污染土壤后的微生物特征

通过盆栽试验,观察分析不同的土壤改良配方对重金属超积累植物东南景天盆栽土壤中细菌、真菌和放线菌数量、Cmic及Nmic的影响,以此来筛选出最优的促进东南景天修复锌镉污染土壤的改良剂配方。结果显示:细菌、真菌和放线菌数量,与土壤Zn、Cd的去除率、东南景天植株干质量、Cmic及Cmic/Nmic两两之间都呈现极显著正相关关系(但Cmic/Nmic与真菌数量仅呈显著相关)。添加了土壤改良剂后,细菌、放线菌、真菌的数量都有不同程度的增加,其中以细菌数量的增加最为显著,放线菌次之,真菌则对各种土壤处理相对较不敏感;在各种土壤配方中,添加了6 g赤泥、15 g污泥和15 g沸石的T7处理最有利于各类土壤微生物的生长,微生物量碳达到345.64 mg.kg-1,与其它处理之间都达到显著差异。因此,可以利用土壤微生物作为污染土壤改良情况的生物指标。该研究为下阶段研究化学改良剂-植物-微生物修复技术奠定了基础。     

Microbial functional genes reveal selection of microbial community by PAHs in polluted soils

This report shows an increase of PAH-related microbial functional genes with PAH concentration in soils. Adaptation of microbial communities to organic pollutants such as polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) is a crucial issue. However, there is little knowledge on mechanisms ruling microbial community selection. Here, we studied microbial functional genes in soils contaminated by PAHs. We used GeoChip, an advanced functional gene array for gene analysis. Soil PAH concentrations were measured and microbial functional genes were categorized. PAH-related microbial functional genes, bph, nah, nidA, phd, dfb, and qor, were quantitatively expressed. Total microbial functional genes and PAH-related microbial functional genes were compared with PAH concentration by cluster analysis and curve-fitting analysis. We found that the average abundance of PAH-related microbial functional genes increased from 0.13 to 0.33, whereas that of total microbial functional genes decreased from 0.22 to 0.10 when PAHs concentration increased from 1.01 to 164.28 mg kg^?1. It was also found that the classification of microbial community structure characteristics based on PAH-related microbial functional genes was closely similar to the classification based on PAHs concentration. Findings reveal that PAH stress promotes the dominance of PAH-related microbial communities.     

放牧干扰后自然恢复沙质草地大型土壤动物功能群变化特征

通过调查科尔沁沙质退化草地不同强度放牧干扰（重度放牧,HGR;适度放牧,MGR）后自然恢复草地中大型土壤动物群落特征,分析了放牧干扰对大型土壤动物功能群的长期影响。结果共获得大型土壤动物1门2纲8目32个类群,优势类群为象甲科（鞘翅目）和蚁科（膜翅目）2类,共占捕获量的41．54％。大型土壤动物功能群包括植食性、肉食性和杂食性3类,分别具有16、15和1个类群,其个体数分别占总捕获数的64．08％、32．39％和3．52％。HGR有23个动物类群,分属于3个功能群;MGR有19个类群,但只有2个功能群（无杂食性）。HGR大型土壤动物个体数、类群数和多样性指数均略高于MGR,但HGR和MGR间无显著差异性（P〉0．05）。植食性和肉食性土壤动物个体数占总个体数比例HGR均略低于MGR,但植食性动物和肉食性动物个体数间的比例较稳定。与中度放牧干扰产生的影响相比,重度放牧干扰对大型土壤动物群落（包括功能群特征）产生的长期影响更为明显。重度放牧后沙质草地自然恢复过程中大型土壤动物群落的营养结构变得更为复杂,但12年恢复时间对大型土壤动物群落结构恢复的影响有限。     

丛枝菌根真菌(AMF)对铯胁迫宿根高粱生长及根际土壤酶的影响

通过盆栽试验研究了接种透光球囊霉(Glomus diaphanum)、摩西球囊霉(Glomus mosseae)、地表球囊霉(Glomus versiforme)及幼套球囊霉(Glomus etunicatum)等4种丛枝菌根真菌(AMF)对铯污染下宿根高粱生长及根际土壤酶活性的影响.结果表明,与未接种对照相比,接种AMF处理均显著增加了宿根高粱的株高和根长,同时增强了过氧化氢酶、蔗糖酶活性及根系活力(P0.05),且以接种G.etunicatum增强效果最好,上述酶活性和根系活力分别相当于对照的1.11、2.25和4.04倍,而接种Glomus diaphanum最显著增强了酸性磷酸酶活性,使其提高了24.53 mg·g-1·d-1·FW(P0.05),宿根高粱对铯的耐性指数均高于对照,说明AMF在一定程度上能缓解铯污染胁迫对根际土壤酶的抑制作用,进而减轻核素铯对植物的毒害;接种AMF处理显著抑制了脲酶活性,表明脲酶可作为反应土壤核素铯污染的一个有效指标.同时也表明AMF有效地增强了宿根高粱对核素铯的耐性能力.     

低浓度Pb^2＋对Cd^2＋污染下冬小麦幼苗根微域土壤水解酶活性及与根微域土壤生化特征关系的影响

采用盆栽试验法探讨了Cd^2＋、低于国家“土壤环境质量标准”规定的II类土壤环境基准值300mg-kg^-1干土时的Pb^2＋与Cd^2＋复合处理对冬小麦幼苗根微域土壤磷酸酶、转化酶和脲酶活性及与根微域土壤微生物数量和生化特征关系的影响特征。结果表明：（1）Cd^2＋对冬小麦幼苗根微域土壤转化酶、脲酶和磷酸酶活性表现为显著抑制效应;而低浓度Pb^2＋主要表现为协同Cd抖污染抑制根微域土壤水解酶活性效应;（2）Cd^2＋处理下,磷酸酶活性与微域土壤有机质含量呈极显著正相关;转化酶活性与细菌、真菌和放线菌数量呈显著负相关,与有机质呈显著正相关;脲酶活性与细菌、真菌和放线菌数量及微生物量碳表现为极显著正相关;（3）Pb^2＋／cd^2＋处理下,碱性磷酸酶活性与微生物量碳表现为显著正相关;转化酶活性与全氮含量表现为显著负相关,与有机质含量呈极显著正相关;脲酶活性与全氮呈极显著正相关,与有机质为极显著负相关,总体来讲,Cd^2＋／Pb2＋与Cd^2＋处理之间酶活性与生化特征的关系存在明显差异;同时Pb^2＋／Cd^2＋处理下磷酸酶、转化酶和脲酶活性与土壤微生物数量之间的相关性特点与Cd^2＋处理下也明显不同。     

庐山植物园11种植物的根际土壤氮磷有效性和酶活性

通过比较不同种源植物的土壤理化性质与生物学活性的差异及根际效应,探讨不同种源植物对庐山酸性山地土壤的环境适应性。在庐山植物园内选择引种多年的11种不同种源的常绿树种,在生长季节中采集根际土和非根际土,测定有机碳含量、碱解氮及有效磷含量、脲酶和酸性磷酸酶活性,并分析各树种根际土壤氮磷养分及酶活性的根际效应。结果表明,（1）不同树种之间的根际土壤酸性磷酸酶（P〈0.01）、有效磷（P〈0.05）和碱解氮（P〈0.01）存在明显差异,而脲酶没有差异。（2）根际与非根际土壤氮磷有效性和酶活性表现出不同的特征,大部分树种根际土壤有效磷及酸性磷酸酶存在一定的根际效应（R/S〉1）,例如红花木莲Manglietia insignis、桂南木莲Manglietia chingii及云南拟单性木兰Parakmeria yunnanensis的根际与非根际土壤有效磷含量存在显著差异（P〈0.05）,红花木莲、桂南木莲、巴东木莲Manglietia patungensis、红茴香Illicium henryi及红皮糙果茶Camellia crapnelliana与乡土树种云锦杜鹃Rhododendron fortunei根际与非根际土壤酸性磷酸酶存在显著差异（P〈0.05）。但是,根际与非根际土壤碱解氮和脲酶差异不明显,有的甚至出现脲酶的根际负效应（R/S〈1）,如巴东木莲和红花木莲等树种根际土壤低于非根际土壤（P〈0.05）。（3）不同种源树种影响下的土壤有效磷和酸性磷酸酶的根际效应（R/S比值）明显,原产西南地区的树种如桂南木莲、云南拟单性木兰和巴东木莲与华南地区的红花木莲、红茴香等土壤有效磷的根际效应（R/S〉1.5）比原产华东亚热带地区的深山含笑Michelia maudiae和云锦杜鹃更明显,相应的酸性磷酸酶的根际效应也较高。土壤脲酶和碱解氮的根际效应却不明显。（4）土壤有机碳与碱解氮、有效磷和酸性磷酸酶存在显著正相关关系（P〈0.01）,土壤碱解氮与有效磷（P〈0.01）和酸性磷酸酶（P〈0.05）具显著正相关关系,酸性磷酸酶与pH值（P〈0.05）显著负相关,说明根际土壤有机物质的积累对根际微区的理化环境及根际土壤养分活性具有重要影响。     

玉米和黄豆对酸性土壤中石油的去除效果

通过室外盆栽试验,比较了玉米(Zea mays)和黄豆(Glycine max)2种植物对酸性土壤中石油污染物的去除效果。结果表明,2种植物对土壤中石油具有良好的耐受性和去除效果。玉米和黄豆对石油烃的去除率分别可达38.41%～64.30%和34.24%～63.96%,而自然条件下石油去除率仅为23.77%～58.43%。聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)图谱分析结果显示,当w(石油)为0～17 295 mg.kg-1时,土壤微生物群落的丰度和多样性大致随着w(石油)的升高而呈下降趋势,植物根系能够选择性地促进根际微生物的增殖,且玉米根系的作用比黄豆明显。     

蕉园土壤因子与香蕉枯萎病发病的相关性研究

香蕉枯萎病（Fusarium oysporum f.cubense）是当前严重威胁我国华南地区香蕉生产的重要土传病害,目前尚未找到有效的防治方法。于2010年采集了3个典型香蕉枯萎病患病样地（尖峰、冲坡、十月田）和2个健康样地（临高、广州）的根际与非根际土壤样品共46份,采用常规分析方法测定了19项土壤理化指标含量。旨在从农艺措施的角度考虑香蕉枯萎病的防治提供理论依据。结果表明：健康蕉园的大多理化性状和养分含量高于患病蕉园。尤以土壤粘粒、有机质、CEC、全N、全P、有效P、有效Cu、有效Fe、有效B和交换性Ca含量表现更为明显,其在健康蕉园中的含量均为患病蕉园的1.5倍以上。同一患病蕉园根际土壤中的pH值随植株感病级别增加而上升,而有效P和有效B含量随植株感病级别增加而降低。由此可以推论,在蕉园适当增施P肥和B肥有助于抑制香蕉枯萎病发生。     

紫花苜蓿在柴油污染土壤中的萌发状况

选择以柴油作为土壤污染物，以单-外源环境因子污染水平为主要调控因子，采用室内盆栽试验的方法并且以不同质量分数的柴油污染土壤，在此情况下观察不同土壤柴油污染质量分数控制下紫花苜蓿种子的萌发与生长情况。结果表明，紫花苜蓿种子发芽抑制率与土壤柴油污染质量分数呈现指数线性相关关系，并且发现苜蓿发芽之后，高质量分数柴油处理组的幼苗出现黄叶和干枯现象。文章最后从土壤内柴油和柴油在土壤-大气界面间的迁移对种子萌发的影响进行了探讨。