（环境科学专业论文）梦清园芦苇湿地根际微生物特性初步研究.pdf

发现复合菌剂中的微生物数量比单一商品菌剂要高，证实驯化复配方法有效可 行。 5 在试验围隔中投加复配微生物制剂使得芦苇根际和非根际微生物数量及 酶活性都有大幅度的增加，其中根际异养细菌数量增加最为明显。由于微生物数 量和酶活性增加，试验围隔中污染物去除率均高于空白对照组。加菌剂组和对照 组中酶活性和异养细菌数量之间的呈正相关，尤其加菌剂组与酶活性的相关性达 到o 8 以上 6 比较芦苇湿地上游和下游的两个采样点，上游非根际底泥中的异养细菌数 量高于下游，而亚硝酸细菌数量低于下游。根际异养细菌数量分布却相反，下游 根际异养细菌和硝化细菌数量高于上游。 7 根际异养细菌的数量在9 月份达到最大，根际真菌、反硝化细菌和硝化细 菌数量没有较大的变化，这说明芦苇生长过程中根系分泌的各种代谢产物为微生 物提供了营养。即使在低温下也能使芦苇根际具有很高的生物量。非根际微生物 数量随着季节有较大的变化。 8 运用p c r s s c p 技术对芦苇人工湿地根际与非根际微生物群落结构研究主 要结果是：根际微生物多样性明显高于非根际，而且根际微生物多样性随季节 变化不大，非根际微生物多样性则呈现季节性变化，表现为冬季多样性下降。 非根际微生物随季节变化其相似性变化也较大，而根际微生物相似性则较高。根 际微生物与非根际微生物相似性较低。经过测序和基因库序列对比后，得知芦 苇人工湿地中非根际优势微生物主要是芽孢杆菌，根际优势微生物除了芽孢杆菌 之外，还包括假单孢菌、气单孢菌。它们在芦苇湿地系统处理污水过程可能发挥 着重要的作用。 关键词：人工湿地芦苇根际微生物微生物制剂p c r s s c p s i n c el o n gt i m ea g o ，w i t hi n c r e a s i n gp o p u l a t i o na n dt h ei n d u s t r i a ld e v e l o p m e n t a l o n gw i t ht h es uz h o ur i v e rb a n k sd a yb yd a y t h em a s s i v es a n i t a r ys e w a g ea n dt h e i n d u s t r i a lw a s t ed i r e c t l yd i s p e r s ei n t ot h er i v e rh a v i n gn o tb e e nd i s p o s e d a d d i t i o n a l p o l l u t i o nt ot h et h es o v i e tz h o nr i v e r t sb r a n c h e s c a u s e st h ep o l l u t i o nl o a dw h i c h s u z h o ur i v e rg of a rb e y o n di t sa b i l i t y , s oq u a l i t yo ft h ew a t e rg r a d u a l l ys u f f e r st h e p o h u f i o n a tt h ee n do f7 0 s , t h es u z h o ur i v e rs h a n g h a if 把e t o rh a sb e e ne x p o s e d c o m p l e t e l y t h e p o h u f i o n y e a r t o y e a r b l a c ka n ds m e l l y t h es u z h o ur i v e r e n v i r o n m e n ti m p r o v e m e n th a sa l s ob c x ! o m et h em o s ti m p o r t a n tt h i n gi ns h a n g h a i e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na n dc o n s t r u c t i o n b e c a u s et h em a n - m a d ew e t l a n dh a sm a n y m e r i t si nt h es e w a g ep u r i f i c a t i o n , s ow oe s t a b f i s ht h em a n - m a d ew e t l a n di nm e n g q i a n g y u a n g e r d a nt oc a r r yo nb i o r e m e d i a f i o nt ot h es u z h o ur i v e rw a t e r i nt h e m a n - m a d ew e t l a n dh a st h ee x t r e m e l yc o m p l e xc h e m i s t r y , p h y s i c a la n dt h eb i o l o g i c a l r e a c t i o na n dt h ec i r c u l a t i o n t h e s er e a c t i o n sa r ep a r t l c i p a t i c dt o g e t h e rb yz o o l o g ya n d b o t a n ya n dt h em i c r o o r g a n i s mi nt h ew e t l a n d , m i c r o o r g a n i s mp l a yt h em a i nf u n c t i o n i nw e t l a n dp u r i f i c a t i o ns e w a g e t h e yd e a lw i t ho r g a n i cm a t t e ra st h en u t r i t i o na n d t r a n s f o r mt h e mi n t ot h em a t e r i a la n dt h ee n e r g y t h e r e f o r e ，i th a st h eq u i t ev i t a l s i g n i f i c a n c et oi n v e s t i g a t et h eb u l r u s hw e t l a n dr h i z o s p h e ma n dt h en o n - r h i z o s p h e r e b a s e do nt h ee x p e r i m e n t so fm e n q i n gg a r d e n ，a n a l y s i sp r o p e r t yd y n a m i c c h a n g e o ft h eb u l r u s hr h i z o s p h e r ea n dn o n - r h i z o s p h e r es o i l aa n d d u p f i c a t cak i n do fn e w i n o c u l a n t， i n s p e c t s a r t i f i c i a li n o c u l a t i o nt o c h a n g ei n t h ew e t l a n ds y s t e m m i c r o o r g a n i s m sc h a r a c t e r i s t i ct h e nt os t r e n g t h e ni t sh a n d l i n g a b i l i t yt op r o v i d et h e s c i e n t i f i cm a t e r i a l 。i na d d i t i o nu s i n gt h ep c r - s s c pm o l e c u l a r b i o l o g yt e c h n o l o g y s t u d i e st h em i c r o b i a ls t r u c t u r ec h a n g ea n di t st h es u p e r i o r i t yf u n g u si nt h ed i f f e r e n t t i m e so ft h ew e t l a n db u l m s hr h i z o s p h e r ea n di nt h en o n - r h i z o s p h e r ez o n e s t h em a i nc o n c l u s i o n sa r ed r a w na sf o l l o w i n g s ： 1 l o n gp e r i o do fm o n i t o r i n go fb u l r u s hu n i ta n dr e e dw e t l a n dh a v es h o w ns e v e r a l r e s u l t s ：t h en u m b e ro f m i c r o o r g a n i s m i n r h i z o s p h e r e z o n ei sm o r et h a n n o n - r h i z o s p h e r ez o n e t h eq u a n t i t yo fm i c r o o r g a n i s mi nt h r e es p e c i e sw h a t e v e ri n b o t hz o n e s 啪b et h es a m e ( h e t e r o t r o p h i cb a c t c f i a a c t i n o m y c e s e u m y c e t e ) t h e r h i z o s p h e r ee f f e c to fh e t e r o t r o p h i eb a e t e f i ai s m o s ts i g n i f i c a n t a sf o rn i t r i f y i n g b a c t e r i at h en u m b e rc a nb es a m ei nr h i z o s p h e r ea n dn o n - r h i z o s p h e r e ( n i t r i t eb a c t e r i a d e n i t r i f y i n gb a c t e r i a n i t r a t eb a c t e r i a ) a m o n gw h i c h t h em o s ts i g n i f i c a n tr h i z o s p h e r e e f f e c ti sn i t r i t eb a c t e r i a t h ei n t e n s i t yo fr e s p i r a t i o nw h i c hi n c r e a s e sa st h eq u a n t i t y g r o w t h o fm i c r o o r g a n i s mi nt h es o i lo ft h i z n s p h e r ez o n ei sh i g h e rt h a n n o n - r h i z o s p h e r ez o n e 2d u et oo x y g e ne x c r e t i o ni nt h er e e dr h i z o s p h e r ez o n et h ee hw h i c hi n c r e a s e sa s t h eg r o w t ho fm i c r o o r g a n i s mq u a n t i t yi nt h es o f ti sh i g h e rt h a nn o n - r h i z n s p h e r ez o n e o nt h ec o n t r a r y , t h ep hi nt h er h i z o s p h e r ez o n es o i li sl o w e rt h a nn o n - r h i z o s p h e r eo n t h ea c c o u n to fr e l a t i v es t r o n ga b s o r p t i o no fr e e dt oa m m o n i aa n dn i t r o g e n 3e x p e r i m e n t sw i t hb u l r u s hu n i th a v ei m p l i e dt h a tt h eq u a n t i t yo fh e t e r o t r o p h i c b a c t e r i a , a c t i n o m y c e s , e u m y c e t e ，n i t r i t eb a c t e r i a , d e n i t r i f y i n gb a c t e r i aa n dn i t r a t e b a c t e r i ai n c r e a s e sw h i l et h ed e t e n t i o nt i m ei sl e n g t h e n e d t h ec o n c e n t r a t i o no f p o l l u t e dw a t e rc a nn o t b eo v e rl i m i t a t i o no t h e r w i s et h e q u a n t i t yo fa e r o b i c m i c r o o r g a n i s mw i l ld e c r e a s e sb e t 阻n s et h eo x y g e ne x c r e t i o n 啪n o ts a t i s f yt h en e e d o fa e r o b i cm i c r o o r g a n i s m 4c o m p o u n dm i c r o o r g a n i s mp r o d u c tw h i c hw a sa c c l a i m e db yp o l l u t e dw a t e rf i - o m s h u z h o uc r e e kf o r3w e e k sc o u l dp r o m o t et h et r a n s f o r m a t i o no ft o t a lo r g a n i cn i g e n t a n dn h 4 + - n t h eb e s tt r a n s f o r m a t i o nr a t ef o rn i - l t + ni s8 8 4 a f t e r3 6 h w h i c hi st w o t i m e st h a nt h eo t h e rm i c r o o r g a n i s mp r o d u c t s t h ee x a m i n a t i o no fc o m p o u n d m i c r o o r g a n i s ms h o wt h a ts p e c i e sa n dd i v e r s i t yo fc o m p o u n dm i c r o o r g a n i s mp r o d u c t a r em o r et h a nt h o s em i c r o o r g a n i s mp r o d u c t s , w h i c hv a l i d a t e dt h em e t h o do f a c c l i m a t i o ni se f f e c t i v e 5 t h eq u a n t i t yo fm i c r o b ea n da c t i v i t yo f 比t y m ei nr h i z o s p h e r ea n dn o n - r h i z o s p h e r ez o n e sh a v ei n c r e a s e dl a r g e l ya f t e ri n p u to fi n o c u l a n t sa n de n z y m e ，t h e b a c t e r i ai nr h i z o s p h e r ez o n e b e , c a u s eo fi n c r e a s i n gm i c r o o r g a n i s mq u a n t i t ya n dt h e e n z y m ea c t i v i t y , t h ee x p e r i m e n t a li sh i g h e rt h a nt h eb l a n kc o m p a r i s o ng r o u pi n c o n t a m i n a t i o nr e m o v i n gr a t e r e g a r d l e s so fa d d i n gt h em i c r o b i a li n o c u l u mo rn o t , b e t w e e nt h ee n z y m ea c t i v i t y | n dt h eq u a n t i t yo fm i c r o b ei sb e t t e r , a f t e ri n p u to f i n o c u l a n t sa n de n z y m e ，t h er e l e v a n c ea c h i e v e sa b o v e0 8 6 c o m p a r e dt h eq u a n t i t yo f a n dl o w e rm i c r o b e si nr h i z o s p h e r ea n dn o n r h i z o s p h e r ez o n e so fb u l r u s hw e t l a n d , t h eq u a n t i t yo ft h eb a c t e r i ai nu p p e rn o n r h i z o s p h e r ez o n ei sh i g h e rt h a nl o w e r ，b u tl o w e ri nn i t r o s o m o n a s ，t h eq u a n t i t yo f t h e b a c t e r i aa n dn i t r o b a c t e r i ai nl o w e rr h i z o s p h e r ez o n ei sh i g h e rt h a nt h eu p p e r 7 t h em i c r o b e s m a s sc h a n g e sb i g g i s hw i t hd i f f e n ts e a s o n s a c t i n o m y c e t e s 、 d e n i t r i f y i n gb a c t e r i aa n dn i t r i f y i n gb a c t e r i ac h a n g e ss m o o t h , b u tt h eq u a n t i t yo f t h e b a c t e r i ah a sal i t t l ec h a n g ei nr h i z o s p h e r ez o n e t h i si n d i c a t e di nt h eb u l r u s hg r o w t h p r o c e s st h er o o ts y s t e ms e c r e t i o n e a c hk i n do fm e t a b u l i t eh a sp r o v i d e dt h en u t r i t i o nf o r t h em i c r o o r g a n i s m , e v e ni fu n d e rt h el o wt e m p e r a t u r ei ta l s oc a ne n a b l et h eb u l r u s h r h i z o s p h e r et oh a v et h ev e r yh i g hb i o m a s s 8 s t u d i e st h em a i nr e s u l tw i t ht h ep c r - s s c pt e c h n o l o g yt ot h eb u l r u s hw e t l a n d r h i z o s p h e r ea n dm i 四o f l o r a s t r u c t u r ei s ：( 驴n er h i z o s p h e r em i c r o o r g a n i s md i v e r s i t y i n d e xi s h i g h e rt h a nt h en o f l - r h i z o s p h e r e , a n dt h er h i z o s p h e r em i c r o o r g a n i s m d i v e r s i t yi n d e xc h a n g e si sn o tb i g , t h en o n r h i z o s p h e r em i c r o o r g a n i s md i v e r s i t y i n d e x p r e s e n t s t h es e a s o n a l c h a n g e s ，d i s p l a y sd r o p s i n t h ew i n t e r t h e m i c r o o r g a n i s ms i m i l a r i t ya l o n gi s l o w e ri n n o n - r h i z o s p h e r e , b u th i g e ri n r h i z o s p h e r em i a o o r g a n i s m s i m i l a r i t y w i t hs e a s o n a lv a r i a t i o n t h e r h i z o s p h e r e m i c r o o r g a n i s ma n dt h en o n - r h i z o s p h e r em i c r o o r g a n i s ms i m i l a r i t yi sl o w e r a f t e r m e a s u r e st h ef o r e w o r da n dt h e g e n e b a n k s e q u e n c ec o n t r a s t , t h e d o m i n a n t m i c r o o r g a n i s mi sb a c i l l u ss p p 1 0 f - 4i nn o n - b u tt h ed o m i n a n tm i c r o o r g a n i s mi sn o t o n l yb a c i l l u ss p p l o f - 4b u ta l s oa e r o m o n a sv e r o n i ib y s o b r i as t r a i nr k7 7 3 4 3 、 p s e u d o m o n a ss p j n l 8 a 1 7 一ri nt h er h i z o s p h e r e ，t h e ya r ep l a y i n gt h ev i t a lr o l e p r o c e s s i n g s e w a g ei nt h eb u l r u s hw e t l a n ds y s t e m k e yw o r d s ：w e t l a n d b u l r u s hm i c r o b eo fr h i z o s p h e r ez o n ei n o c u l s n t s p c r s s c p 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及 取得的研究成果据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意 作者签名： 平l 魄立旦 学位论文授权使用声明 本人完全了解华东师范大学有关保留，使用学位论文的规定，学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论 文进入学校图书馆被查阅有权将学位论文的内容编入有关数据库进 行检索有权将学位论文的标题和摘要汇编出版保密的学位论文在 解密后适用本规定 学位论文作者签名l 泥 魄业 导师签名：彳企亚l 习 日期：丑。! ： 第1 章引言 第1 章引言 1 9 0 4 年，德国学者l o r c n zh i l t n e r 首先提出了根际( r h i z o s p h e r e ) - - 词，并阐述 了根与植物营养、生长和发育的关系，根际在植病和病原学上的效应。从此，根 际微域的研究得到世界范围的重视，近几十年来成为植物营养学、植物生理学、 植物病原学及土壤学等学科研究的热门和重点之一。现在，根际是指围绕根面 1 - 2 m m 厚，受根系分泌物控制的土壤薄层。植物根系在生长过程中和土壤进行着 频繁的物质交换，不断改变根系周围环境的养分、水分、p h 、氧化还原电位和通 气状况，从而使根际范围内的土壤环境不同程度上区别于根际外的土壤，研究者 们一再证明，根际是植物生长过程中微生物、植物和土壤相互作用，同时也是微 生物生长的特殊生态环境。植物和土壤理化特性从多方面影响着根际微生物的数 量和种群，使得植物根系表现出特定的“根际效应”，根际效应对根际微生物最重 要的影响是营养选择和富集，使根际土壤中的微生物不仅数量多，而且在群落结 构与植物相互作用等方面不同于非根际土壤，而且根际微生物数量、群落结构及 其变化和植物病害的发生发展关系密切。 1 1 根际环境特征及其环境学意义 简单地说，根际就是受植物根系活动影响的部分土壤。它的范围一般是离根 表数毫米到1 - 2 c m 。但实际区分根际与非根际较为困难，因为根系性质存在梯度 变化。同常用模拟方法，如根箱( r h i z o b o x ) 1 1 】或根际袋( r h i z o b a g ) 2 1 等方法加以 区分。根际环境具有独特的物理、化学和生物学特性。关于根际环境特征已有较 多的论著1 3 4 1 ，这里简述于环境科学较为密切的一些性质。 1 1 1 p h 根际p h 明显地不同于土体，这主要是因为植物根系对阴阳离子吸收不平衡 引起的，根呼吸及微生物呼吸代谢产生的c 0 2 ，根际分泌的有机酸1 5 1 对根际p h 有一定的影响1 6 1 。此外，根际p h 还受植物种类1 7 9 1 、土壤p h 及其缓冲性 s l 、肥 料类型( 尤其是氮素) 1 7 9 l 以及环境胁迫( 如p 【1 0 l 、f e l l l 】的缺乏、c d 的过剩) 的 影响。其变化范围可高可低于土壤p h l 2 个单位，甚至4 个单位【1 2 1 。 第1 章引言 1 1 2e h 和0 2 的浓度 由于根系和根际微生物呼吸耗氧、根系分泌物中含有还原性物质，因而早作 下根际e h 一般低于土体5 0 1 0 0 m v i t 3 】，水稻由于其根系特殊的泌氧特征，根际 e h ( 氧化还原电位) 高于非根际【1 4 1 植物类型【1 5 l 、介质养分状况【1 6 1 对根际e h 有很大的影响。 水生植物根系有泌氧功能，在根系周围可形成氧气梯度，这是高等水生植物 处理污水的基础 土壤p h 和e h 是影响重金属和有机毒物化学过程的两个主要因子 1 7 1 ，因而 根际p h 和e h 的变化将改变根际中污染物的化学过程。 1 1 3 根系分泌物 植物生长过程中，大部分的光合产物被转移至根部，并且其中大部分通过根 系分泌到根际，即根沉过程( r h i z o d e p o s i t i o n ) i 堋。如小麦在种植后4 2 1 5 4 天的 根沉积物可达1 3 t h a 11 1 9 1 ，这些根系分泌物会作为微生物能源产生根际效应，或 与重金属形成配位体，或与变价重金属形成配体，或与变价重金属发生氧化还原 反应，或在根际微生物解有机毒物时起“共代谢”( c o - m e t a b o l i s m ) 作用，此外还 影响根际p h 和e h 环境。 1 1 4 微生物 微生物的“根际效应”是众所周知的事实。微生物的根际效应有促进根际有机 毒物的降解，通过改变土壤溶液p h ，产生h 2 s 和各种有机物质，来影响重金属 化学行为，其细胞壁及粘液层也可直接吸收、固定重金属，而它分解有机物时又 释放出原来固定的重金属来影响重金属的化学行为【捌；水生植物根区好氧厌氧 微生物的连续分布是去除b o d 5 和氮的基础；而根际中c 、n 转化是温室效应气 体发生机制之一。 此外，根际养分特征、酶活性、物理性质也有异于非根际，它们对污染物的 根际化学也存在影响。 总之，根际环境是一个在植物生长、吸收和分泌过程作用下形成的物理、化 学和生物学性质不同于土体的、复杂的、动态的微型生态系统。它是土壤圈、生 物圈、水圈和大气圈相互作用的结果，并与它们优质密切的关系，是一个开放体 系。正是由于它的界面性和物理化学和生物学性质的独特性使其直接影响污染物 在各圈层的循环转化及归宿。因而从环境科学角度来说，根际环境是重要的环境 界面。 2 第1 章引言 1 2 土壤根际植物系统与食物链污染 “痛痛病”等环境公害事件促使人们不仅注意到污染物对农作物的生育障碍， 更注意到由于植物吸收所带来的食物链污染中毒问题。根际环境作为土壤植物 系统交界面，直接影响污染物在这系统中的传递。 图1 - 1 ：根际环境与其它圈层的关系 f i g l - 1 ：r c l a t i o n s h i pb e t w e e nr h i z o s p h e r ea n do t h e rs p h e r e s 1 2 1 根际中重金属的化学过程 1 2 1 1 酸- 碱反应 x i a n 等报道，当土壤p h 从7 o 下降至4 5 5 时，交换态镉增加，磷酸盐结合 态镉减少，铁锰结合态镉稍有减少，而有机态和残留镉不受影响；同时发现，植 物吸收的镉量与交换态的碳酸盐态最为密切，认为这与根际p h 变化改变碳酸盐 态镉含量有关【2 1 捌。最近的研究表明，随着小麦根际的酸化或碱化，根际镉的可 提取性相应地增加或减少。虽然没有直接证据表明根际中发生有毒重金属的酸碱 反应，但已能说明根际的p h 的变化在一定程度上调节着植物对重金属的吸收1 2 1 。 1 2 1 2 氧化- 还原反应 铁锰氧化物与根系分泌物进行氧化还原反应的报道颇多 2 3 2 4 1 。j a u r e g u i 和 r e i s e n a u e r 给出了苹果对s m n 0 2 的氧化还原机理。植物缺铁情况下增加还原性 有机酸的分泌已被认为是双子叶植物的适应机制之一1 2 5 1 。 许多有毒重金属如铬、汞和砷等在土壤中以多种价态存在，不同价态离子的 生理生态毒性不同，它们在土壤中的化学行为已进行了一定的研究，结果表明， 土壤组分如铁锰氧化物、有机质参与了它们的氧化还原过程。根际中锰氧化物一 般受p h 、根系分泌物的影响而活化；根际的有机质因根系分泌物的加入而在数 量、组成和性质上发生变化，但根际的这些变化对有毒变价重金属的化学行为会 带来什么样的影响以及这些影响对它们在食物链中迁移转化的作用尚未见报道。 3 第1 章引言 显而易见，研究变价重金属离子在根际中的氧化还原行为极为重要，考虑到根际 环境的动态特征，如以动力学方法来研究这些问题更有实际意义。 1 2 1 3 络合反应 m e r c k x 等应用1 4 c 示踪技术在不干扰土界面下收集玉米和小麦根系分泌的 可溶物质，加，5 7 c o 、舒办、和5 m n ，6 周后玉米根际土壤中3 种金属离子的络 合量分别是加入量的6 1 、1 6 和6 ，对于小麦，这3 个量分别是3 1 、1 5 和1 ，而非根际土壤则分别为6 1 、1 9 9 和0 2 1 2 6 l 。m o r e l 等m e n c h 等测定 了分泌物各组分( 粘胶、高分子和低分子分泌物) 与镉，铜，锌和铅的最大络合 量和稳定常数1 2 7 2 s 2 9 ( 见表1 ) 。表明分泌物各组分均可与重金属发生络合作用， 但其作用不同，高分子和低分子的络合物可能有助于重金属向根的表面迁移，而 粘胶包裹在根尖表面，可认为是重金属向根系迁移的“过滤器” 表1 - 1 ： 重金属与根系分泌物组成的最大络合量( m b a ) 和稳定常数c l o g , k ) t a b 1 1 ：m a x i n ) u mb i n d i n ga m o u n t ( m b a ) a n di t ss t a b i l i t yc o n s t a n t ( l o g k ) b f t w * n h e a v y m e t a l sa n dc o m p o n e n t so f r o o ts y s t e ms e c r e t e s 络合物参数 全星墨王 p b ( i i )c a ( i i )c d ( i i )z n ( i i ) 粘胶枷b a 2 3 71 5 29 9 0 k 喀k 4 1 74 1 44 1 7 一 m b a1 ( 3 01 9 41 9 82 0 6 向分于 b g k 3 6 5 3 43 3 5 3 1 5 低分子l o g k 3 8 04 13 4 0 1 2 1 4 吸附解吸 王建林和刘芷研究了铜在4 种土壤种稻后根际和非根际土壤的吸附和解吸 特性，结果表明，根际土吸附铜的量大于非根际土；吸附的铜可分为易解吸态铜 和难解吸态铜，根际土中易解吸态铜的量少于非根际土，难解吸态的铜的量则相 反m3 c h e r t 研究结果表明，随着黄棕壤p h 的提高，或红壤根际p h 的下降， 根际土对镉的吸附亦相应地增强或减弱，解吸则相反1 2 l 。 1 2 1 5 形态转化和植物吸收 根际中重金属发生的各种化学过程最终将表现在重金属的形态转化，改变其 生物有效性和生物毒性，从而影响植物对它们的吸收。 在我们的结果中根表面1 2 ) 与根外土壤相比，黄棕土中小麦根际中锰氧化物结 合态镉可提取性( 表1 2 ) 降低；红壤根际和非根际交换态镉均占以上，因 而形态变化不明显，但根际镉可提取性仍高于非根际( 表1 - 2 ) 。这表明除了根系 吸收之外，根际环境的变化参与了根际中重金属的形态转化过程。显然，根际中 4 第1 章引言 有毒重金属有效性的增加有助于植物的吸收；而有效性降低则减少了重金属在土 壤植物系统的传递。 表1 - 2 ：小麦根际，非根际c d 的可提取性 t a b l - 2 ：e x t r a c t a b i l i t y o f c d i nr h i z o s p h e r ea n d n o n - r h i z o s p h e r e o f w h e a t 土壤 添加c d根l t g c d 非c 根d 际 差值 ， 化合物( p p m ) ( p p m ) ( p p m ) 检验 a )黄棕壤c d 提取剂为0 1 0m o l c a c l 2 ( p h 7 o ) ；红壤c d 提取剂为o 1 0 咖i i n 0 3 呻7 o ) ； b ) 4 个重复平均值；c ) 为极显著水平( t o 0 1 ) 1 2 2 有机毒物在根际中的降解 有机毒物在土壤中受生物和化学作用最终分解成h 2 0 、c 0 2 、n 2 、c a 2 等简单 产物而消失 研究表明，不管是旱地还是水作，一些除草剂和除虫剂如二嗪农、对硫磷在 根际中的分解速率加快，周期缩短。例如，对硫磷在水稻根际中降解2 2 6 时， 非根际仅降解5 5 ，前者是后者的4 倍多。这些实验为根际这一独特的环境有 利于表层土壤微生物降解周期长的有机毒物提供了证据和前景。 关于有毒物质在根际中的降解行为报道极少。w 址t o n 和a n d e n s o n 报道了三 氯乙烯在根际中的降解情况阁。生物量、三氯乙烯矿化效率的测定都表明在根际 中三氯乙烯的降解速率要快的多。 根际环境有利于有机毒物降解的原因被认为是：( 1 ) 微生物“根际效应”的 存在；( 2 ) 根系分泌物在微生物降解有毒物时起“共代谢”或协同作用。此外，r e d d y 和s e t h a n a t h a n 认为二嗪农降解的水稻根际效应还与根氧化酶呈正相关。 毫无疑问，根际环境对有机毒物降解过程的影响尚有待于进一步研究，以便 于明确影响降解过程的主要影响因子，充分利用根际环境来消除有机毒物，减少 其对植物的毒害和植物的吸收。 5 第1 章引言 1 3 根际水体系统与污水净化 利用高等水生植物净化生活污水和工业废水已引起科学工作者愈来愈大的 兴趣。仅2 0 年来的研究表明，这种以大型水生植物为基础的处理系统( a q u a t i c m a c r p h y - b a s e dt r e a t m e n ts y s t e m , 简称a m a t s ) 是一项投资少、耗能低、效率高、 管理方便、不污染地下水、充分利用污水资源的污水处理生态工程 3 6 3 7 1 。其中人 工湿地在英、法、美、德等几十个国家的许多地区得以广泛应用。a m a t s 有2 种主要形式：( 1 ) 在热带、亚热带地区主要是利用漂浮植物，如风眼莲等，建立 的处理系统( f l o a t i n g a q u a t i cm a c r o p h y t es y s t e m ，简称f a m s ) 1 3 8 1 ：( 2 ) 在温带 地区主要是以土壤或砾石为基质利用芦苇、香蒲等高等水生植物建立的处理系统 ( 统称为根区法，r o o t z o n em e t h o d ，简称r z m ) p 9 1 它们不仅用于处理生活 污水，也开始用于处理工业废水l 伽、硫化合物【4 1 j 和重金属1 4 2 l 。 在a m a t s 中，水生植物起很大的作用，包括水分蒸发：吸收和贮存污水中 的n 、p 、k 重金属和有机毒物；根系还可过滤、沉淀悬浮物质，但水生植物的 最大作用是建立根区生态系统1 4 3 删 水生植物具有泌氧功能，除用于根系呼吸外，一部分0 2 分泌到根周围的水 体( e a m s ) 或根际土壤( r z m ) 中，形成一个氧化层，氧气的扩散时起外围形 成缺氧层和厌氧层，好氧微生物在氧化层大量生长，分解有机碳和有机毒物；硝 化细菌以0 2 作为电子受体将n i l 4 + 氧化成n 0 3 , n 0 3 扩散至厌氧层，作为兼性和 厌氧微生物物的电子受体分解有机碳成c 0 2 , n o i 反硝化成n 2 而得以去除1 4 1 卅。 在以水葫芦或破铜钱属植物p e n n y w o r t 为主的f a m s 中，污水中4 2 9 2 的 n 【朔，9 0 以上的b o d 5 4 4 1 通过根区生态系统而得以去除。b o d 5 去除率可达8 8 ， n h 4 + 达7 7 ，d o 值可达6 1 m g u 1 闱。g e r s b e r g 等用b u l r u s h 、芦苇和c a t l a i l 建 立的人工湿地定量地评价这三种水生植物在污水处理中的作用，在1 6 个月中进 水的n h 4 + 浓度为2 2 1 m g l 1 ；钱属植物的b o d 分别为5 3 和2 2 1m g r 1 ，未 种植物的对照出水b o d 为3 6 4m g l 1 ，这比二级处理的效果( b o d 3 0 m g l - 1 ) 还要好，表明根际能大大促进硝化反硝化过程和b o d 的降解1 4 7 】。 因而植物的供氧功能是系统处理污水能力的一个重要标志，不同植物的供氧 能力有很大的差别【鹌】。c c l o p c r 和b o o n 认为芦苇的传递0 2 功能在污水处理中有 着重要作用 4 9 1 ，但最近b r i x 实验结果表明，芦苇泌氧0 2 能力仅o 0 2 9 0 2 n i - 2 d a y 1 ， 远远达不到r z m 的设计要求，使得r z m 未能充分发挥作用冈。 总之，利用根际高泌氧能力的水生植物建立的a m a t