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.     

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.     

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.      

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.     

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.     

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。     

几种人工湿地基质净化磷素污染性能的分析

通过基质磷素等温吸附、净化磷素污染效果和基质磷素饱和吸附后磷素释放实验,研究了砂子、沸石、蛭石、黄褐土、下蜀黄土、粉煤灰和矿渣7种人工湿地基质净化磷素污染效果和影响因素,并评价了基质磷素饱和吸附后磷素释放可能造成的二次污染风险结果表明:Freundlich和Langmuir等温吸附曲线方程均能很好地描述上述基质磷素吸附过程,其磷素理论饱和吸附量依次为矿渣＞粉煤灰＞蛭石＞表土＞下蜀黄土＞沸石＞砂子.磷素的净化能力依次为矿渣＞粉煤灰＞蛭石＞表土＞下蜀黄土＞沸石＞砂子,模拟污水磷素净化实验也证实矿渣、粉煤灰、蛭石净化磷素污染效果较好,表土和下蜀黄土次之,沸石和砂子净化磷素污染效果较差.矿渣和粉煤灰等钙素含量较高的碱性基质,影响磷素吸附净化效果的主要因素是基质的全钙含量,碱性条件下,基质全钙含量越高,其吸附的磷素越多,净化磷素污染的效果越好.砂子、沸石、下蜀黄土、黄褐土和蛭石等活性胶体氧化铁铝含量较多的中性基质,影响其磷素吸附净化效果的主导因素是其胶体氧化铁的含量,胶体氧化铁能促进基质吸附磷素效应,提高磷素净化能力.基质磷素饱和吸附后磷素释放实验也表明:除砂子基质磷素释放比例较高以外,其它基质磷素释放的比例很低,加强人工湿地基质的管理,上述人工湿地基质一般不会对水体环境造成二次污染.     

几种人工湿地基质净化磷素的机理

研究了砂子、沸石、蛭石、黄褐土、下蜀黄土、粉煤灰和矿渣7种人工湿地基质材料净化污水磷素的机理,并初步评价了其作为人工湿地基质可能导致的磷素二次污染的风险.结果表明,矿渣、粉煤灰有很好的磷素去除效果,蛭石、黄褐土和下蜀黄土次之,沸石和砂子的去除效果较差.上述人工湿地基质净化磷素的机理主要为化学机理,表现为基质全钙、氧化钙、水溶性钙的含量越高,其固定形成的磷酸钙盐越多,在pH值较高的情况下,主要形成难溶性的磷酸八钙和磷酸十钙,有利于磷素的净化;基质中游离氧化铁、铝和胶体氧化铁、铝含量越高,其固定形成的磷酸铁盐和磷酸铝盐数量越多,基质净化磷素的能力越强.除砂子外,上述基质磷素饱和吸附后,磷素释放比例很低.加强人工湿地基质管理,其基质吸附的磷素一般不会对水体环境造成二次污染.     

野鸭湖湿地挺水植物磷素截留量动态变化分析

野鸭湖湿地位于官厅水库上游,在截留养分、预防水库水体富营养化方面发挥着重要作用.通过野鸭湖湿地中4种优势挺水植物(茭白、扁秆藨草、香蒲、芦苇)的分布区域研究,分析了植物生物量及养分元素磷含量随季节的动态变化特征,得到了研究区域内4种挺水植物对磷素截留总量的动态变化.结果表明,研究区域内4种优势挺水植物地上部分磷含量为茭白>香蒲>扁秆藨草>芦苇;地下部分磷含量呈现茭白>扁秆藨草>香蒲>芦苇的分布特点;4种植物的地上部分和地下部分磷含量均随生长季节而降低;4种植物的单位面积磷素蓄积能力存在明显差异,表现为茭白>香蒲>扁秆藨草>芦苇的规律,其单位面积蓄积峰值依次为4910、4140、2190和1390g.m-2;研究区域内挺水植物磷素蓄积总量在夏季达到峰值2210.8kg,最小值出现在冬季,为1263.5kg;区域内上、中、下游挺水植物的磷素截留总量依次递减.     

湿地植物根际土壤磷酸酶活性变化规律研究

以野鸭湖湿地中3种典型湿地植物扁秆藨草(Scirpus planiculmis)、芦苇(Phragmites communis)和茭白(Zizania aquatica)为研究对象,测定分析了植物根际和非根际土壤中磷酸单酯酶、磷酸二酯酶和植酸酶的活性随植物生长的变化规律,探讨了影响不同磷酸酶活性的主要因素。结果表明,3种植物根际磷酸酶活性均高于非根际磷酸酶的活性,表现出酶的根际效应;比较整个研究周期不同植物根际磷酸酶活性均值,磷酸单酯酶活性均值在芦苇根际土壤最高,为1.5 mg PhOH/(g·h),磷酸二酯酶和植酸酶活性均值都在扁秆藨草根际表现出最高活性,分别为170.5μg PN/(g·h)和7.44μg P/(g·min);磷酸酶活性一般在植物衰亡期达到最高值,因为衰亡期枯落物的增加导致微生物数量及代谢程度达到峰值,也说明微生物所分泌的磷酸酶发挥着重要作用。此外,磷酸酶也受土壤理化性质的影响,3种土壤磷酸酶与pH值均成不同程度的负相关,pH的降低有利于提高磷酸酶活性。磷酸单酯酶、植酸酶的活性又分别与土壤有机质、总氮含量呈显著正相关,有机质、总氮含量升高分别有利于磷酸单酯酶、植酸酶活性的提高。     

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.     

多种湿地植物组合对污水中氮和磷的去除效果

通过室内静水实验,研究了再力花(Thalia dealbata)、鸢尾(Iris tectorum)、菖蒲(Acorus calamus)、茭白(Zizania aquatica)、睡莲(Nymphaea tetragona Georgi)、大聚藻(Myriophyllum aquaticum)、马蹄莲(Zantedeschia aethiopica Spreng)7种不同生态型的湿地植物进行镶嵌组合后各组合对水体中氮、磷的去除效果.结果表明,不同生态型的湿地植物组合对污水中氮和磷的去除效果较好,8种组合中对总氮和氨氮去除效果最好的组合为睡莲+再力花(S+Z)和睡莲+马蹄莲+茭白+菖蒲(S+M+J+C),最大去除率分别为92.29%和95.50%.对总磷的去除效果最好的组合为睡莲+再力花+鸢尾(S+Z+Y),较无植物对照组的最大净化率提高了43.73%.不同水生植物组合后对氮、磷的净化效果差异较小,种湿地植物组合对总氮、氨氮和磷的去除率范围分别为83.19%～92.29%、86.50%～95.50%和85.67%～99.87%.运用隶属函数进行综合评价,筛选出对污水中氮和磷净化能力较强的组合为:睡莲+再力花(S+Z)、睡莲+马蹄莲+茭白+菖蒲(S+M+J+C)、睡莲+再力花+鸢尾(S+Z+Y)及睡莲+再力花+茭白+菖蒲(S+Z+J+C).     

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。     

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.     

表流湖滨湿地磷素汇-源功能研究

对抚仙湖马料河湖滨湿地基质进行了室内静态模拟,计算了基质-水界面磷平衡浓度(EPCo),确定湿地基质是充当溶解性活性磷(SRP)的源项或是汇项功能.此外,结合野外监测试验,即在静态实验期间对湿地进出口处水体的SRP浓度及流量进行了连续测定,对静态实验结果进行了验证.野外监测结果表明,基质是作为SRP源项还是汇项,在很大程度上取决于进水流量及进水磷浓度.在暴雨情况下,由于雨水的稀释作用,出水SRP浓度低于进水浓度;当进水量较小时,则取决于进水SRP浓度.进水SRP浓度高于磷平衡浓度,即作为汇项;进水SRP浓度低于磷平衡浓度,即作为源项.用一个简单的模型预测了基质-水界面系统的相互作用及SRP转换过程.该模型中假设基质表层以上10cm为水-土界面层,SRP释放或吸附均在这个边界层进行.预测结果表明,基质-水完全混合时,基质无论是吸附或释放磷速率都很大,大部分SRP通量迁移转换都在1h之内完成;界面系统基质磷释放/吸附主要受控于基质-水界面处EPCo和上覆水SRP浓度梯度.     

环境中磷化氢对水稻根际环境与土壤有效磷的影响研究

以稻田湿地中磷化氢为研究对象,采用室内模拟的方法,考察了不同浓度的磷化氢(0,1.4,4.2,7.0 mg·m-3)对水稻根际与非根际土壤的p H值、氧化还原电位、Fe2+、Mn2+、磷酸酶活性及有效磷的影响.结果表明:磷化氢导致根际土壤p H明显下降,非根际土壤中p H变化不明显.而氧化还原电位(Eh)则不同,磷化氢使水稻根际与非根际土壤的Eh均增大.磷化氢对Fe2+、Mn2+和碱性磷酸酶的影响具有相似性,磷化氢处理的前15 d,根际土壤中的Fe2+、Mn2+和碱性磷酸酶变化不明显,随着水稻的生长,根际土壤中的Fe2+和Mn2+随磷化氢浓度的增大而增加,随暴露时间的增加而减少;而根际土壤中的碱性磷酸酶随磷化氢浓度和暴露时间的增加而增加.非根际土壤中的Fe2+、Mn2+和碱性磷酸酶在磷化氢作用下变化不明显.水稻在磷化氢的环境影响下,根际与非根际土壤的有效磷含量都提高,表明一定浓度的磷化氢对土壤磷表现出活化效应.