超積累植物東南景天（Sedum alfredii Hance）根際微生態(tài)特征研究.pdf

1、重金屬污染土壤的植物修復(fù)(Phytoremediation)是近年來國際上興起的一種治理重金屬污染土壤的全新技術(shù)。超積累植物對重金屬的耐性反應(yīng)主要由其遺傳特性控制，而這種遺傳特性必將表現(xiàn)在根際微生態(tài)過程及其特征的變化。同時，根際微生態(tài)過程又影響重金屬的形態(tài)轉(zhuǎn)化、生物有效性和移動性。為提高植物修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用效果，有必要了解和把握超積累植物與重金屬相互作用的根際微生態(tài)過程。東南景天(SedumalfrediiHance)是在我國東南部地區(qū)一

2、些古老的鉛鋅礦上發(fā)現(xiàn)的一種新的鋅鎘超積累植物，同時對鉛具有富集作用。本研究以超積累植物東南景天為材料，采用野外調(diào)查和室內(nèi)盆栽方法，較系統(tǒng)地研究了超積累生態(tài)型東南景天根際環(huán)境的變化，包括重金屬有效性的變化、根際微生物的代謝特征以及根際微生物群落結(jié)構(gòu)和功能多樣性，取得的主要研究結(jié)果如下： 1.在鉛鋅礦區(qū)富含重金屬或重金屬污染的環(huán)境條件下，部分植物經(jīng)過長期進化和自然選擇作用，逐漸進化為重金屬超積累生態(tài)型，形成超積累植物—根際微生物—土

3、壤這樣一個特殊的共生體系，在這個體系中，土壤微生物活性(包括微生物生物量，基礎(chǔ)呼吸，代謝商等)、土壤酶活性、植物重金屬積累特性等都不同于其它地段。礦區(qū)植物體內(nèi)重金屬含量與土壤重金屬全量和有效態(tài)含量呈顯著正相關(guān)。礦區(qū)土壤隨著重金屬含量的增加，土壤微生物生物量碳逐漸降低，而土壤基礎(chǔ)呼吸、微生物代謝商則升高，礦區(qū)中心污染土壤微生物生物量碳只有對照土壤的72％，而基礎(chǔ)呼吸和微生物代謝商分別是對照土壤的1.6倍和2.3倍。鉛鋅礦口附近污染區(qū)土壤酶

4、活性較低，對照土壤的各種酶活性最高。其中土壤脫氫酶的活性變化最大，作為礦區(qū)重金屬污染的指標更靈敏。 2.采用盆栽試驗研究了不同污染土壤中種植東南景天后地上部重金屬含量和根際土壤物理化學(xué)特性。研究結(jié)果表明，超積累生態(tài)型東南景天地上部Zn、Cd含量和積累量顯著高于非超積累生態(tài)型，并且在介質(zhì)Zn、Cd濃度較低時，仍然顯示超積累特性；種植超積累生態(tài)型東南景天后，三種土壤根際pH值降低0.1個單位，而非根際土壤的pH值基本保持不變；礦山土

5、壤和九溪土壤根際有機碳含量分別比非根際高10.2％、7.5％，差異達顯著水平；三種土壤根際可溶性有機質(zhì)含量分別比非根際高13.8％、10.4％和7.8％，而對于非超積累生態(tài)型，根際和非根際可溶性有機質(zhì)變化不大。種植超積累生態(tài)型東南景天后，根際土壤有效態(tài)鋅鎘明顯降底，有效態(tài)鉛銅的含量變化不明顯。 3.采用盆栽試驗研究了不同程度污染土壤中，東南景天根際土壤酶活性變化及其與有效態(tài)重金屬的關(guān)系。種植超積累生態(tài)型東南景天后，根際土壤脲酶和

6、脫氫酶活性均明顯高于非根際土壤，而非超積累生態(tài)型根際酶活性的增高趨勢相對不明顯，表明超積累生態(tài)型東南景天根際微生物的活性高于非根際，能夠活化根際重金屬，提高植物有效性。土壤脫氫酶活性在三種土壤之間變化幅度最大，與礦區(qū)調(diào)查的結(jié)果相一致，表明脫氫酶可以作為一種有效的重金屬污染指標。東南景天根際脫氫酶與脲酶的活性與DTPA提取態(tài)Zn的含量成顯著負相關(guān)，而其他有效態(tài)重金屬含量與酶活性相關(guān)性不明顯。 4.超積累生態(tài)型東南景天根際微生物生物

7、數(shù)量、生物量碳、根際土壤呼吸強度明顯高于非根際，表明根際微生物的數(shù)量和活性高于非根際，東南景天根際環(huán)境微生物能更有效地利用有機碳轉(zhuǎn)化為生物量碳。在重金屬污染土壤和礦山土壤上，兩種生態(tài)型相比，超積累生態(tài)型東南景天根際土壤微生物的數(shù)量、根際土壤呼吸作用明顯高于非超積累生態(tài)型，達到顯著水平，這可能與超積累生態(tài)型東南景天的特殊根際環(huán)境有關(guān)，在一定程度上緩解了重金屬污染對微生物造成的危害。在重度污染土壤上，兩種生態(tài)型東南景天根際的微生物生物量碳均

8、為最低。三種土壤的微生物代謝商分別為污染土＞九溪土＞礦山土，表明污染土壤上微生物受脅迫最強，礦山土最弱，推測在超積累生態(tài)型東南景天與礦山土壤相互作用下，經(jīng)過長期的選擇進化，在根際形成了特殊的微生物群落結(jié)構(gòu)，且其對重金屬的脅迫已經(jīng)適應(yīng)。 5.東南景天根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)功能多樣性分析結(jié)果顯示，重度污染土壤中，微生物群落結(jié)構(gòu)的組成和功能多樣性發(fā)生改變，微生物對單一碳源的利用能力也降低。室內(nèi)盆栽試驗的結(jié)果表明，同一污染土壤中，超積累