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。     

人工纳米颗粒在水体中的行为及其对浮游植物的影响

人工纳米颗粒(engineered nanoparticles,ENPs)因其特殊的尺寸效应及良好的光学、磁学等性质,已被广泛应用于医药、生物成像以及工业产品等领域.在生产、使用和排放的过程中,ENPs通过不同途径不可避免地进入水体,因此ENPs在水体中的行为和生物安全性也引起了人们的极大关注.在水生生态系统中,浮游植物作为初级生产者,为自身以及其他营养级生物提供营养物质、能量和氧气,因此受到ENPs的影响是难以估算的.近年来已有大量的研究证实ENPs对生物有毒性效应,但ENPs进入浮游植物体内的机制以及ENPs在浮游植物体内的生物运输和转化的报道较少,并且这方面的机制仍不甚明确.本文重点介绍了纳米材料进入水体的途径,在水体中的行为以及对浮游植物的生物效应的最新研究进展,但这方面的机制研究需要进一步深入.     

大型水生植物修复重金属污染水体研究进展

重金属污染水体的修复是一项艰巨的工程,以往的物理及化学修复不仅投资巨大而且效果不甚理想,而利用水生植物修复重金属污染水体是一种低廉有效的处理方法。文章综述了利用大型水生植物植物修复重金属水体的研究进展,重点阐述了4种生活型水生植物(挺水、漂浮、浮叶和沉水)对重金属的蓄积效果;并对植物修复重金属污染水体的影响因素如植物生活型、生物量、株龄以及重金属的类型、初始浓度和水体的理化性质等进行了讨论。最后,对利用组织培养技术进行植物筛选、利用基因工程技术使水生植物对重金属具有超蓄积能力、水生植物修复重金属污染水体机理机制研究以及应用多种类型植物的组合研究等方面进行了展望,并且提出了水生植物修复重金属污染水体的实际工程应用中需要注意的问题。     

丛枝菌根影响纳米ZnO对玉米的生物效应

人工纳米颗粒(engineered nanoparticles,ENPs)能被植物吸收、积累,随食物链进入人体而引起健康风险.丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal,AM)真菌可与陆地生态系统中绝大多数高等植物互惠共生,可能影响ENPs的生物效应.在温室土壤盆栽条件下研究了施加不同水平纳米ZnO(0、500、1000、2000、3000 mg·kg-1)和接种AM真菌Acaulospora mellea对玉米生长和营养状况的影响.结果表明,随土壤中纳米ZnO施加水平的增加,菌根侵染率和玉米生物量均呈降低趋势,根系总长、总表面积及总体积降低,植株体内Zn含量和吸收量逐渐增加,地上部分P、N、K、Fe、Cu吸收量逐渐降低.与对照相比,接种AM真菌均促进玉米的生长,改善P、N、K营养,根系总长、总表面积及总体积增加,并在施加纳米ZnO时增加Zn在玉米根系中的分配比例.本结果首次表明,土壤中纳米ZnO对丛枝菌根具有一定毒性,而接种AM真菌能够减轻其毒性,对宿主植物起到保护作用.     

植物吸收土壤有机氮的研究进展

传统的氮循环模式认为,土壤有机氮只有经过微生物分解转化为无机氮(NH₄⁺+NO₃^-)后才能为植物吸收利用。然而,近年来许多研究证实多种陆地植物具有从土壤中获取小分子有机物质(如自由态氨基酸)的能力,对传统的氮循环模式形成巨大的挑战。论文从土壤中氮素的形态、植物吸收有机氮的证据、有机氮吸收的机制、以有机氮为重要氮源的生态系统类型以及根系吸收与分泌有机氮之间的平衡等5个方面进行了综述,分析了当前研究方法的优缺点,针对本领域内核心科学问题,提出了未来植物吸收有机氮的改进方法及研究方向,为进行植物利用有机氮的研究提供方法基础。     

Remediation of nutrient-rich waters using the terrestrial plant, Pandanus amaryllifolius Roxb.

Effective control of eutrophication is generally established through the reduction of nutrient loading into waterways and water bodies. An economically viable and ecologically sustainable approach to nutrient pollution control could involve the integration of retention ponds, wetlands and greenways into water management systems. Plants not only play an invaluable role in the assimilation and removal of nutrients, but they also support fauna richness and can be aesthetically pleasing. Pandanus amaryllifolius, a tropical terrestrial plant, was found to establish well in hydrophytic conditions and was highly effective in remediating high nutrient levels in an aquatic environment showing 100% removal of NO~-N up to 200 mg/L in 14 days. Phosphate uptake by the plant was less efficient with 64% of the PO4-P removed at the maximum concentration of 100 mg/L at the end of 6 weeks. With its high NO~-N and PO43--P removal efficiency, P. amaryllifolius depleted the nutrient-rich media and markedly contained the natural colonization of algae. The impediment of algal growth led to improvements in the water quality with significant decreases in turbidity, pH and electrical conductivity. In addition, the plants did not show stress symptoms when grown in high nutrient levels as shown by the changes in their biomass, total soluble proteins and chlorophyll accumulation as well as photochemical efficiency. Thus, P. amaryUifolius is a potential candidate for the mitigation of nutrient pollution in phytoremediation systems in the tropics as the plant requires low maintenance, is tolerant to the natural variability of weather conditions and fluctuating hydro-periods, and exhibit good nutrient removal capabilities.     

印度芥菜和油菜互作对各自吸收土壤中难溶态镉的影响

在石灰性土壤加入CdCO3条件下 ,通过温室土培盆栽试验研究印度芥菜和油菜互作对各自吸收土壤中难溶态镉的影响 .试验结果表明 ,印度芥菜和油菜互作时 ,印度芥菜对养分的竞争能力强 ,地上部干重高于单作时的 ;而与之互作的油菜由于根际土壤溶液中的有效态镉含量增加或对养分的竞争能力弱 ,地上部干重低于单作时的 .印度芥菜的根系有很强的活化能力 ,和油菜互作时可提高植物提取修复难溶态镉污染土壤的能力 ,和单作相比 ,互作对印度芥菜吸收镉的能力无显著影响 ,但却可以显著增加油菜植株体内的镉含量 ,在土壤相同镉量的条件下 ,印度芥菜和油菜互作时植株的吸镉量和对土壤的净化率均高于单作     

微生物与植物在河道模型中的黑臭水治理效果

针对我国河道黑臭现象严重的现实问题,为了给黑臭河道的治理提供更为可靠的参考依据,试验在大型自然河道模型中,比较了2种微生物菌株(投加剂量为:光合细菌P9,8.0×105个/mL;根际杆菌No.2,2.0×104个/mL)和3种水生植物(投加剂量为美人蕉30棵,水葫芦40棵及浮萍2 m2)对30 t流动的模拟黑臭水的处理效果。结果表明,单独使用微生物和联合使用微生物及水生植物均能取得相似的结果,至第8天时,COD、黑度、臭度的去除率均超过55%,BOD的去除率超过40%,氨氮的去除率超过30%,溶解氧提高至超过3.5 mg/L。上述结果说明,相对于水生植物而言,微生物处理黑臭水效果更为明显:微生物菌株能够通过加速黑臭水中有机物的降解,从而提高溶解氧浓度,并大幅度改善水体黑臭状态。     

8种木本植物对矿渣中重金属的吸收与富集研究

研究通过测定栽培在铅锌矿渣中的8种木本植物体内的Pb、Zn、Cu、Cd含量,分析比较了其吸收和富集4种重金属的能力。结果表明:Pb、Zn、Cu、Cd主要富集在植物根部,只有很少一部分重金属转移到植物地上部组织中,8种植物并非超富集植物,实地植物修复中可选取光皮树、黧蒴栲、楠木以及杜鹃作为修复铅锌污染土壤的潜力树种。     

入冬水生高等植物的衰亡对河流水质的影响

上海市郊河流水体中有很高的氮、磷和有机负菏，由于受水生高等植物生灭的影响，初春河流中的氮、磷和有机负菏明显高于上一年的初冬，河流中的水生高等植物能大量地吸收水体中的氮、磷，抑制藻类生长，净化水质；但其植株残体在水中的腐解，又会重新释出营养元素，造成对水体的二次污染。在冬季，随着水生高等植物的大量死亡这种污染更加明显，应加强对水生高等植物的利用，尝试建立既能净化水质，又有创造经济效益的生态工程模式，使市郊受污水体得到资源化利用。     

植物促生菌在重金属生物修复中的作用机制及应用

重金属污染是导致生态和环境退化的主要因素之一.土壤重金属污染会降低土壤质量、农作物产量和品质,甚至威胁人类健康.因此,优化土壤重金属污染治理措施,对于农业高产优质可持续具有重要意义.诸多国内外学者在重金属污染植物修复方面开展了大量研究,但由于受土壤和气候环境条件的影响,其修复效率受到制约.微生物与植物的协同修复被认为是环境胁迫条件下提高重金属污染修复效率的一种有效手段.耐重金属的植物促生细菌（PGPB）不仅可以促进植物生长,提高对生物胁迫（如病原菌）和非生物胁迫（如干旱、高盐、极端温度和重金属等）的抗性,还可以改变土壤中重金属的生物利用度和毒性,从而提高植物对重金属的修复效率.系统地梳理了耐重金属的PGPB在促进植物生长,增强植物抗逆性和影响重金属生物利用度方面的作用机制,并进一步综述了近年来国内外关于PGPB在生态修复中的应用和研究进展.     

水生植物对淡水生态系统温室气体排放的影响研究进展

淡水生态系统温室气体(CO_2、CH_4、N_2O)排放是全球气候变化背景下的研究热点。水生植物作为淡水生态系统重要的组成部分,对水体生源要素的生物地球化学循环过程具有重要影响,进而影响水体温室气体产生与排放。本研究基于目前水生植物与水体温室气体排放关系的研究,探讨了水生植物对淡水生态系统温室气体排放动力学过程的影响,提出水生植物分布区可能是温室气体排放热点;水生植物种类、生活型的多样性增加了水体温室气体排放的变异性和不确定性,对监测和估算方法的准确性产生一定影响;进一步总结了水生植物对淡水生态系统温室气体排放的影响机制:1)机械作用,包括气体传输通道作用和浮叶植物的滞留作用; 2)水生植物光合/呼吸作用参与水体碳循环,同时水生植物凋落物分解为水体代谢提供新鲜碳、氮源,提高温室气体产生速率; 3)改变根际厌氧环境,影响根际CH_4和N_2O产生与排放; 4)水生植物群落改变水体生态因子分配格局,影响水体异养代谢等。基于当前研究现状,本文提出要进一步开展不同尺度或不同生境条件下水生植物种类、生活型和生长代谢等对水体温室气体排放动力学的影响研究,并从水生植物群落尺度构建温室气体排放动力学模型,优化监测方法与估算模型,为推进我国淡水生态系统温室气体排放研究提供理论基础。     

Phytoremediation and its models for organic contaminated soils

Soil pollution has been attracting considerable public attentions over the last decades.Sorts of traditional physiochemical methods have been used to remove th organic pollutants from soils.However,the enormous costs and low efficiencies associated with these remediation technologies limit their availabilities.Phytoremediation is an emerging technology that uses plants to cleanup pollutants in soils.As overwhelmingly positive results have been shown,phytoremediation is a most economical and effective remediation technique for organic contaminated soils.In this paper phytoremediation and its models for organic contaminated soils are viewed.The mechanisms of phytoremediation mainly include the direct plant uptake of organic pollutants,degradation by plant-derived degradative enzymes,and stimulated biodegradation in plat rhizosphere.Phytoremediation efficiency is close related to physicochemical properties of organic pollutants, environmental characteristics,and plant types.It is no doubt that soil amendments such as surfactants improve the solubilities and availabilities of organic pollutants in soils.However,little information is available about effects of soil amendments on phytoremediation efficiencies.Phytoremediation models have been developed to imulate and predict the environmental behavior of organic pollutants,and progress of models is illustrated.In many ways phytoremediation is still in its initial stage,and recommendations for the future for the future research on phytoremediation are presented.     

碳中和植物降污固碳及其机制研究进展

在经济发展和生态承载的双重制约下,我国实现碳中和碳达峰需要探索更多的技术手段.植物是构建陆地和海洋碳汇体系的重要载体,同时植物修复技术也是治理环境污染的一种科学手段.然而,目前的研究大多集中在植物降污（包括降低环境介质中的污染物浓度和降解污染物两个方面）或植物固碳单一方面,而没有考虑植物降污固碳的双重效益.为挖掘植物的碳中和效应,从碳中和植物入手,深入阐述碳中和植物的降污固碳效应及其进展,评估碳中和植物与其他生物（比如动物、土壤微生物）以及环境功能材料的降污固碳潜力,并对碳中和植物与动物、微生物以及环境功能材料与生态系统协同耦合降污固碳效应的机制进行探究.最后,对碳中和植物降污固碳效应的未来研究方向提出了建设性的展望.     

提高植物修复效率的技术途径与强化措施

通过物理、化学或生物学手段,从土壤、植物及其生境3个方面着手来提高植物去除土壤重金属能力是植物修复技术应用研究的重要方向.对国内外植物修复过程中所应用的强化手段与辅助措施进行了一定的研究,分别阐述了施肥、水分管理、耕作栽培、修复剂、生物技术等方法的作用机制及应用效果.今后,植物修复技术需针对有应用前景的超富集植物进行生境特征的系统研究,并着重开发高效、低风险的土壤修复剂,注重植物修复成套技术的工程应用研究.     

聚磷菌厌氧时吸收乙酸和丙酸的代谢模型

水体中存在过多的磷是造成水体富营养化的重要原因之一,聚磷菌（polyphosphate accumulating organisms）因为能过量吸收磷而倍受关注。厌氧时,聚磷菌能大量吸收污水中的挥发性脂肪酸,经过一系列的生化反应,为好氧吸磷做准备。经过总结在厌氧条件下,聚磷菌Accumulibacter吸收乙酸和丙酸代谢转化的化学计量方程,并对模型中系数、还原力的产生、糖原降解途径以及厌氧条件下最终产物PHA的组成进行了讨论,得出挥发酸是通过主动运输进入细胞,且糖原经过ED途径提供还原力,多聚磷酸盐水解提供ATP和释放磷酸盐于体外,最终产生PHA的假设过程。但是,经过众多模型试验,一些假设仍没有得到最后的结论,所以应该进一步用富集程度较高的污泥进行精确研究。本文最终希望利用聚磷菌的代谢模型在工程运用中发挥最大效用。     

镉污染土壤中镉的形态分析及植物修复技术研究

选取沈阳张士污灌区土壤样品,采用Tessier连续提取法研究土壤中镉形态分布。结果表明,在该污灌区土壤中,镉主要以可交换态和铁-锰氧化物结合态为主。两者各占总量的32.4%和33.8%。这表明该地区土壤中镉的活性较高,易于被植物吸收,具有较大的迁移性。盆栽试验和野外采样分析测试的结果表明萝卜和蒲公英的地上部对镉富集系数均>1,且地上部镉含量大于根部镉的含量,具有金属富集植物的特征和植物修复的潜力,有待于进一步研究。     

A comparison on the phytoremediation ability of triazophos by different macrophytes

The strategy of choosing suitable plants should receive great performance in phytoremediation of surface water polluted by triazophos(O,O-diethyl-O-(1-phenyl-1,2,4-triazol-3-base) sulfur phosphate, TAP), which is an organophosphorus pesticide widespread applied for agriculture in China and moderately toxic to higher animal and fish. The tolerance, uptake, transformation and removal of TAP by twelve species of macrophytes were examined in a hydroponic system and a comprehensive score(CS) of five parameters(relative growth rate(RGR), biomass, root/shoot ratio, removal capacity(RC), and bio-concentration factor(BCF)) by factor analysis was employed to screen the potential macrophyte species for TAP phytoremediation. The results showed that Thalia dealbata, Cyperus alternifolius, Canna indica and Acorus calamus had higher RGR values, indicating these four species having stronger growth capacity under TAP stress. The higher RC loading in Iris pseudacorus and Cyperus rotundus were 42.11 and 24.63 μg/(g fw·day), respectively. The highest values of BCF occurred in A. calamus(1.17), and TF occurred in Eichhornia crassipes(2.14). Biomass and root/shoot ratio of plant showed significant positive correlation with first-order kinetic constant of TAP removal in the hydroponic system, indicating that plant biomass and root system play important roles in remediation of TAP. Five plant species including C. alternifolius, A. calamus, T. dealbata, C. indica and Typha orientalis, which owned higher CS, would be potential species for TAP phytoremediation of contaminated water bodies.     

Effects of EDTA and plant growth-promoting rhizobacteria on plant growth and heavy metal uptake of hyperaccumulator Sedum alfredii Hance

Phytoremediation is a cost-effective and environment-friendly strategy for decontaminating heavy-metal-contaminated soil. However, the practical use of phytoremediation is constrained by the low biomass of plants and low bioavailability of heavy metals in soil. A pot experiment was conducted to investigate the effects of the metal chelator ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) and EDTA in combination with plant growth-promoting rhizobacteria (Burkholderia sp. D54 or Burkholderia sp. D416) on the growth and metal uptake of the hyperaccumulator Sedum alfredii Hance. According to the results, EDTA application decreased shoot and root biomass by 50% and 43%, respectively. The soil respiration and Cd, Pb, Zn uptake were depressed, while the photosynthetic rate, glutathione and phytochelatin (PC) contents were increased by EDTA application. Interestingly, Burkholderia sp. D54 and Burkholderia sp. D416 inoculation significantly relieved the inhibitory effects of EDTA on plant growth and soil respiration. Compared with the control, EDTA + D416 treatment increased the Cd concentration in shoots and decreased the Pb concentration in shoots and roots, but did not change the Zn concentration in S. alfredii plants. Furthermore, EDTA, EDTA + D54 and EDTA + D416 application increased the cysteine and PC contents in S. alfredii (p < 0.05); among all tested PCs, the most abundant species was PC2, and compared with the control, the PC2 content was increased by 371.0%, 1158.6% and 815.6%, respectively. These results will provide some insights into the practical use of EDTA and PGPR in the phytoremediation of heavy-metal-contaminated soil by S. alfredii.     

Phytoremediation and its models for organic contaminated soils

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＳｏｉｌｓａｒｅａｓｉｎｋｆｏｒｏｒｇａｎｉｃｐｏｌｌｕｔａｎｔｓｏｆｃｏｎｃｅｒｎｆｏｒｈｕｍａｎａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｈｅａｌｔｈａｎｄｓｕｓｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙ .Ｓｏｍｅｏｒｇａｎｉｃｐｏｌｌｕｔａｎｔｓａｒｒｉｖｉｎｇｉｎｓｏｉｌｓｃａｎｂｅｒａｐｉｄｌｙｄｅｃｏｍｐｏｓｅｄ ,ｗｈｉｌｓｔｇｒｅａｔａｍｏｕｎｔｏｆｏｒｇａｎｉｃｐｏｌｌｕｔａｎｔｓｓｕｃｈａｓｐｅｒｓｉｓｔｅｎｔｏｒｇａｎｉｃｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ (ＰＯＰｓ)ｍａｙｐｅｒｓｉｓｔｉｎｓｏ…