梦清园芦苇湿地根际微生物特性研究

1、第26卷第2期2007年4月四川环境SICHUANENVIRONMENTVol126,No12April2007试验研究梦清园芦苇湿地根际微生物特性研究丁浩,凌云,徐亚同,米文秀(华东师范大学环境科学系,上海)摘要:量、,R/S平均值分别为7013、915、219。,无论根际还是非根际的亚硝酸细菌数量均高于硝酸细菌的数量。,而根际反硝化细菌数量则减少。菌剂和酶制剂的加入使、真菌、放线菌和亚硝酸细菌比对照组稍高,硝酸细菌和反硝化细菌则较少;而根际泥样中加菌剂和酶制剂组微生物数量比空白组高出12个数量级,在投加菌和酶制剂后酶活性无论在根际还是非根际都得到提高,高于对照组约56个酶活单位。关键词:芦

2、苇;根际微生物;酶活性;微生物数量中图分类号:X17文献标识码:A文章编号:100123644(2007)0220006205InvestigationonRhizosphereMicrobesofBulrushWetlandofMengqingGardenDINGHao,LINGYun,XUYa2tong,MIWen2xiu(DepartmentofEnvironmentalScience,EastChinaNormalUniversity,Shanghai200062,China)Abstract:Thisresearchisaboutthedistributionofrhizospher

3、emicrobesofbulrushinMengqingGarden,Shanghaisoastofindoutthefactorswhichaffecttheirpatternsanddistribution.Theresultsindicatethatthenumberofthebacteria,epiphyteandactinomycetesinrootingzonearemorethanthoseinnon2rootingzone,andthemeansofR/Sarerespectively7013,915,219.Therootingeffectismoreobviousonnit

4、rosomonasthanonnitrobacter.Thenitrosomonasaremorenitrobacterbothintwozones.Thenumberofheterotrophicbacteriaandnitrifyingbacteriaincreasedwiththetimeofthehydraulicretentiontime,contrarytothenitrobacter.TheHeterotrophicbacteria,nitrosomonas,epiphyteandrhizosphereinnon2rhizospherezonesaremorethanthecon

5、trastinthesamplewiththeinoculantsandenzyme,contrarytothenitrobacteranddenitrifyingbacteria.Themicroorganismsinrhizospherearemorethanthecontrastwith12magnitudesinthesamplewiththeinoculantsandenzyme.Theactivityofenzymehasbeenimprovedbothintwozonesinthesamplewithinoculantsandenzyme,whichhigherthantheco

6、ntrastwith56magnitudes.Keywords:Bulrush;rhizospheremicrobes;activityofenzyme;microbialbiomass植物是人工湿地系统的重要组成部分,除植物吸收作用去除氮、磷等污染物外,植物更重要的作用是通过根分泌物影响系统中微生物的种类、数量及其活性,进而影响系统的处理效果1是植物体与土壤物质、能量交换的场所,一方面植物体通过呼吸、分泌有机物质影响根际土壤性2质;另一方面,土壤又通过根际区以各种方式向植物体提供营养物质。目前国内虽然关于人工湿地净化污水的机制研究已经有不少报道,但主要集中于湿地植物的气体代谢、植物生理生态、

7、水力动力学等方面,人工湿地植物的根际微生物和酶活性方面的研究国内外尚不多见。但现有研究已经发现,在人工湿地净化污水的过程中,根际微生物和。根际区收稿日期:2006209226基金项目:国家863项目“上海城市水环境质量改善技术与综合示范”课题资助(课题编号:2003AA601020Z)。作者简介:丁浩(1982-),男,安徽凤阳人,华东师范大学环境科学专业2004级硕士研究生,主要研究方向为环境微生物。© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 2期丁浩等:梦

8、清园芦苇湿地根际微生物特性研究7酶活性起到了极其重要的作用。本试验通过以上海市梦清园示范工程的人工芦苇湿地为研究对象,来考察芦苇湿地中的根际和非根际微生物数量分布及水力停留时间对根际微生物的影响。有益微生物技术是日本微生物专家发明的有益微生物制剂的培殖生产并在生态农业、环境保护等领域中广泛应用的综合性科学技术,为此设置试验和空白对照围隔来研究投加菌剂和酶制剂对根际微生物数量和酶活性的作用,对研究根际微31111样地图1梦清园芦苇湿地及其采样点分布Fig111ThedistributionofsamplingspotsonthebulrushwetlandofMengqingGarden苏州河梦

9、清园是根据上海水环境目前面临的突出问题,在技术优化、比选基础上,选择在苏州河中游梦清园建立综合性的示范工程,开展城市水环境质量改善技术与综合示范研究。建成后的苏州河梦清园将成为生态环境教育的重要场所。通过环保展示中心的模型演示和室外生态景观的实际观察,市民可充分认识河流污染的危害及其形成机制,以及水生态系统重建对水质改善的意义和重要作用。梦清园芦苇湿地及采样点位置分布见图1。进水由泵从苏州河抽提,经过折水涧进入到芦苇湿22地。芦苇湿地面积800m,其中芦苇面积795m,水深018m,河水在芦苇湿地有3号和4号出水口,其中3号出水口为短流出水,在4号水力停留时间比3号出水口长,然后流入下湖。为研

10、究菌剂、酶制剂对芦苇根际微生物及酶活性的影响,根据试验需要设置了围隔实验直接从折水涧进水,围隔分为两格,每格5×1m,分别设置为空白对照组、试验组,两组水力停留时间均为1128天。每两个月用投加装置把菌剂和酶制剂加入试验组的底泥中。投加量:酶可邦清淤剂(MICROPANAQUAP1E1)3为5g/m水体,利蒙系列产品中的淡水2号-3(N1)为115×10mL/L水体。112芦苇湿地芦苇湿地采样点(如图1所示):(1)芦苇湿地号短流出水口即芦苇湿地北出水;(2)芦苇湿地号出水口芦苇湿地南出水;(3)空白围格号对照围隔;(4)投加菌剂围格号试验围隔。113分析方法微生物的数量和

11、酶活性测定参照土壤微生4物分析方法手册,其中细菌、真菌、放线菌计数采用平皿培养法(混菌法),硝酸细菌、亚硝酸细菌和反硝化细菌的计数采用MPN法。土壤的理5化性质测定参照土壤农化分析手册。114梦清园土壤的本底值芦苇湿地的水处理功能,主要来自三方面:基质的作用、大型植物芦苇的作用、微生物的作用。而微生物的作用、芦苇的作用又有赖于基质的,可见,基质是湿地的关键和核心所在。通常自由表面流湿地多以自然土壤为基质,本实验的芦苇湿地是表面流湿地,其土壤的性质见表1。表1梦清园土壤的性质Tab11SoilpropertiesoftheMengqingGarden有机质含量(%)NH32Nmg/kg(干重)2

12、71952PO3P42mg/kg(干重)泥土115731162结果与分析211芦苇湿地根际和非根际微生物的数量分布为了研究芦苇根际对土壤微生物数量的影响,试验随机采芦苇根际和非根际土壤为研究对象。21111根际和非根际细菌、放线菌和真菌的数量分布微生物是人工湿地中有机污染物及其它污染物去除的主要执行者,人工湿地中微生物主要包括细菌、真菌和放线菌。根际由于其独特理化条件,特别是根系分泌物的存在,使其具有不同于非根际的© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 8

13、四川环境26卷表2芦苇根际与非根际细菌、放线菌和真菌的数量Tab12Thequantityofthebacteria,epiphyte、actinomycetesinrhizosphereandnon-rhizospherezones(个/g干土)而亚硝酸的根际效应更加明显,亚硝酸细菌的R/S为711,反硝化细菌的R/S为519,硝酸细菌的R/S为414。(2)无论在根际还是非根际亚硝酸细菌的数量均比硝酸细菌多,EMay等研究一个碎石床处理系统(GraveBedHydroponicsystem)的氮转化细菌,发现亚硝酸菌高于硝酸菌,这与我们的测定结果相似。,硝酸细菌对pH。由于芦苇泌氧作用,在

14、低溶解氧条件下亚硝酸细菌对溶解氧的亲和力较硝酸细菌强,使亚硝酸细菌的活性及繁殖速度大于硝酸细菌的活性和繁殖速度。212水力停留时间和投加菌剂及酶制剂对根际微生物影响21211水力停留时间对根际异养细菌、反硝化细异养细菌根际芦苇非根际R/S216×108317×1067013放线菌711×105214×105219真菌210×104211×103915注:R/S是根际与非根际数值比值,以下同;表中数据为8月到11月的平均值。微生物数量;)布是相似的,放线菌>真菌,其中异养细菌的数量最多;(2)微生物的根际效应明显,异养细菌、放线菌

15、和真菌在根际均比在非根际的数量多,其中异养细菌的根际效应最为明显,异养细菌的R/S为7013,放线菌R/S为219,真菌R/S为915。21112根际与非根际反硝化细菌、硝酸细菌和亚硝酸细菌的分布反硝化细菌、亚硝酸细菌和硝酸细菌是生物硝化脱氮中起主要作用的微生物,它们直接影响硝化效果和生物脱氮效果。在水生高等植物根际存在氧化还原微环境,空气中的氧气通过水生高等植物的根茎叶通气组织到达水生高等植物根部,并扩散到根表面,环绕根形成一层薄的氧化层(即根际氧化6带aerobicrhizosphere);在这一氧化层外,由于水生高等植物的覆盖及其呼吸代谢作用,往往处于缺氧状态。正是由于在水生高等植物根区

16、存在这样一个富氧-缺氧的氧化还原微环境,因此,反硝化、硝酸、亚硝酸细菌能够同时出现并发挥其作用。表3芦苇根际与非根际反硝化细菌、亚硝酸细菌和硝酸细菌的数量Tab13Thequantityofthedenitrifyingbacteria、nitrosomonasandnitrobacterinrhizosphereandnon-rhizospherezones(个/g干土)菌和硝化细菌的数量的影响图28月到11月芦苇湿地3号和4号出水口根际异养细菌、反硝化细菌和硝化细菌数量Fig12Thequantityofrhizosphereheterotrophicbacteria,denitrifyi

17、ngbacteriaandnitrifyingbacteriafromAugusttoNovemberaroundtheNO13andNO14clarifiedwaterexitsofbulrushwetland由图2比较从2005年8月到11月在3号出水口和4号出水口的根际微生物数量,可以看出除了反硝化细菌,其他微生物的数量在4号出水口均高于3号出水口,即随着水力停留时间增加而增加。由于3号出水为短流,所以有机质的浓度比4号高,但梦清园芦苇湿地是表面流湿地,表流湿地与垂直流湿地不同之一就是表面流的植物根际很难得到充分利用,所以虽然在短流出有机质的浓度高,由于停留时间过短根际异养细菌很难充分利

18、用有机质,随着停留时间的增加根际微生物能降解更多的反硝化细菌根际芦苇非根际R/S214×104411×103519硝酸细菌710×104116×104414亚硝酸细菌310×105411×104711注:表中数据为8月到11月的平均值。由表3可以得出:(1)反硝化细菌、硝酸细菌和亚硝酸细菌的根际效应明显,反硝化细菌、硝酸细菌和亚硝酸细菌在根际的数量均比非根际多。© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved

19、. 2期丁浩等:梦清园芦苇湿地根际微生物特性研究9真菌、放线菌和亚硝酸细菌比对照组稍高,硝酸细菌和反硝化细菌则较少;而根际泥样中加菌剂和酶制剂组微生物数量比空白组高出12个数量级,这说明由于根际为微生物的生长提供了较好的生存图38月到11月芦苇湿地3号和4号出水口和Fig13ThefromNOandNO14exitsofbulrushwetland图5投加菌剂和酶制剂组根际与非根际微生物数量比较Fig15Thecomparisonofmicrobiomassinrhizosphereandnon2rhizospherezoneafterinputofinoculantsandenzyme环境,

20、加入到底泥中的复合微生物菌剂及酶制剂主要集中在根际周围,促进了土著微生物的生长著性增长,也说明菌剂的加入同时也可以促进(影响)芦苇的生长,形成了良好的共生关系,从而加强了整个芦苇湿地系统的生物代谢强度,更有利于系统中污染物的去除。21213投加菌剂和酶制剂对根际和非根际酶活性的影响图48月到11月芦苇湿地3号和4号出水口COD的变化Fig14ThevariationsoftheCODfromAugusttoNovemberaroundtheNO13andNO14clarifiedwaterexitsofbulrushwetland有机质,同时异养细菌的数量也增加。另一个重要原因是在3号出水口的

21、有机质浓度较高(从图4可以看出),需要消耗大量的溶解氧来氧化分解有机质,使得3号出口基质溶解氧降低甚至达到厌氧状态,不利于好氧细菌的生长,但有利于反硝化细菌的厌氧微生物生长繁殖。4号流出的根际硝化细菌高于3号短流出的硝图6投加菌剂和酶制剂组根际与非根际酶活性的比较Fig16Thecomparisonofactivitybetweenrhizosphereandnon2rhizospherezonesafterinputofinoculantsandenzyme化细菌的数量。这是因为:(1)在4号水的停留时间长,随有机物浓度的降低,促进硝化反应,氨氮和亚硝酸盐被氧化,硝化细菌在其中得到营养增殖,

22、同时停留时间长也有利于世代较长的硝化细菌的繁殖;(2)由于4号出口的有机质浓度低于3号口则氧化有机质需氧量少,这样就有利于好氧微生物的生长繁殖(如硝化细菌)。21212投加菌剂和酶制剂对根际和非根际微生物由图6可知,(1)从两围隔数据来看无论是对照组还是试验组,根际泥的腺酶、磷酸酶和蛋白酶活性均明显高于非根际泥样各类酶的活性,根际区土壤酶活性高是土壤研究者一再证明了的事7,8实。根区有大量根系分泌的粘液和根表脱落物质,其上都附着各种植物分泌的酶,其次,根区土壤微生物数量较多,这些微生物也常释放出酶9类,从而使根区土壤酶活性高于非根际。(2)无论是根际还是非根际的样品,加菌剂和酶制剂组数量的影响

23、从图5数据发现试验组非根际泥样异养细菌、© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 10四川环境26卷的腺酶、磷酸酶和蛋白酶活性显著高于对照组各酶的活性,约56个酶活单位。说明复合菌剂及酶制剂的加入增强了根际生物的代谢活性,使根际酶活性增强,为污染物的降解提供了条件。高,高于对照组约56个酶活单位。在环境生物修复可以投加酶制剂和生物促生剂,可以提高微生物的数量和活性,加快环境修复的速度。参考文献:3结论芦苇湿地微生物的根际效应明显,根际的异养细菌、真菌和放线菌

24、的数量均比非根际多,R/S值分别为7013、915、219,异养细菌>放线菌>。,R/S分别为414和711,由于受到环境条件的影响,无论根际还是非根际的亚硝酸细菌数量均高于硝酸细菌的数量。在表流人工湿地中,根际异养细菌和硝化细菌数量随着水力停留时间的增加而增加,而根际反硝化细菌的数量减少。芦苇根际微生物数量和酶活性高于非根际,酶制剂和生物促生剂的加入使得加菌非根际泥样异养细菌、真菌、放线菌和亚硝酸细菌比对照组稍高,硝酸细菌和反硝化细菌则较少;而根际泥样中加菌剂组微生物数量比空白组高出12个数量级,在投加菌剂后酶活无论在根际还是非根际都得到提1Jvymazal1Removalmec

25、hanismsinconstruetedwetlands,thefirstinternationalseminarontheuseofmacrophytesforwastewaterentin.EditedbyWerissmazal,21J1土壤,1993,25(5):3何建,杨治敏1“BTO”有益微生物技术的应用J1四川环境,2002,19(4):4624814徐光辉,郑洪元1土壤微生物分析方法手册(第1版)M.北京:中国农业出版社,1986.110228315劳家柽主编1土壤农化分析手册M.北京:中国农业出版社,1988.203227816ReddyKR,YuZ,LindauCW.Nitr

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