鹭鸟栖息对杭州湾湿地土壤磷累积及形态分布的影响

土壤中磷含量对维持生态系统平衡起着重要作用。为研究杭州湾湿地迁徙候鸟栖息以及鸟粪的输入对栖息地土壤生态环境的影响,开展了鹭鸟筑巢树林下（影响区）和无鹭鸟筑巢树林下（对照区）土壤磷累积、土壤及鸟粪磷形态分布研究。结果表明：鹭鸟影响区土壤有机碳（Soil Organic Carbon,SOC）、全氮（Total Nitrogen,TN）、全磷（Total Phosphorus,TP）、有效磷（Available Phosphorus,AP）含量显著高于对照区（P<0.05）;对照区土壤TP含量为718.33 mg/kg,影响区土壤TP平均含量最高可达2040 mg/kg,其中钙结合态磷（Ca-bound P,Ca-P）含量最高,约占55.22%-62.96%,其次是残渣态磷（Residual Phosphorus,RP）、有机磷（Organic Phosphorus,OP）、铁铝结合态磷（Fe/Al-bound P,（Al+Fe）-P））、交换态磷（Exchangeable P,Exch-P）。鸟粪中有机碳（Organic Carbon,OC）、TN、TP含量分别是表层土壤的11.18-40.90倍,94.22-148.11倍,15.41-43.22倍,差异极显著（P<0.01）。TP含量与Exch-P、（Fe+Al）-P、Ca-P、AP极显著正相关,与RP显著正相关,与pH显著负相关。结果表明鸟粪输入使杭州湾湿地土壤TP含量显著提高,Exch-P、（Fe+Al）-P、Ca-P、AP含量均有提高,且占TP百分比增大,鸟粪输入造成了该地土壤磷素累积的同时增加了土壤磷素的流失风险。     

池塘内循环流水养殖模式对养殖塘上覆水-沉积物-间隙水磷时空分布特征及释放通量的影响

为了揭示池塘内循环流水养殖模式(Inner-circulation Pond Aquaculture, IPA)上覆水-沉积物-间隙水不同磷形态时空分布特征, 探讨沉积物-水界面磷的释放通量及其主要影响因素, 在IPA一条水槽前后端设置6个采样点, 共设置4条, 同时对常规传统池塘(Usual Pond Aquaculture, UPA)设置5个采样点, 采用SMT(磷形态标准测试程序)法测量沉积物中磷的形态组成, 对上覆水-沉积物-间隙水磷时空分布特征进行了分析, 统计了磷释放通量及主要影响环境因子的关系。结果表明: (1)从整体上, IPA上覆水及间隙水中不同形态磷含量低于UPA, 且IPA水体磷空间分布差异较大, 水槽后端沉积物向上覆水释放, 水槽前端则表现为上覆水向沉积物汇集; (2)在养殖中后期, 空间上, IPA水槽后端沉积物不同磷形态随着距离增加逐渐降低, 且均低于UPA; 时间上, 2种模式TP、IP、OP和Fe/Al-P随着养殖的进行而显著增加, Ca-P呈先降低后增加的趋势; (3)UPA基本表现为沉积物对磷的吸收, 而IPA磷释放通量时空差异较大, 养殖初期, 水槽前端表现对磷的吸收, 水槽后端10 m内则少量释放; 至养殖中后期, 槽后端10 m内表现对磷的大量释放; 而后端20和30 m在养殖初期磷通量较小, 至养殖中期均转变为对磷的吸收, 至养殖末期则转变为对磷的释放; (4)2种模式磷通量和环境因子的关系基本一致, TP、IP释放通量和pH呈显著正相关, 各形态磷释放通量和沉积物Eh呈显著负相关, 其中温度的升高对各沉积物不同形态磷的释放有显著的促进作用。综上所述, IPA沉积物磷组分时空差异较大, 主要集中分布在水槽后端10 m内, 且在养殖中后期向上覆水大量集中释放。研究旨在为IPA改进固体颗粒物拦截方法、提高残饵和粪便的收集效率及养殖水环境调控提供理论依据。     

三级串联垂直潜流人工湿地的脱氮性能及微生物学特征

探究了3种水力负荷(HLR)下三级串联垂直潜流人工湿地(T-VFCWs)对农村生活污水的处理效果,并解析了系统中的氮素转化机制。结果表明: 当系统HLR由0.10增至0.20 m³·m^-2·d^-1时,T-VFCWs始终保持着对农村生活污水高效的处理效果,系统出水水质满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准。T-VFCWs中顺次连接的3个VFCW单元(标记为V-1、V-2和V-3)在限氧环境下因其进水水质的差异可形成各自不同的氮素转化途径,并通过协同作用实现系统的高效脱氮。当T-VFCWs在试验期间连续运行时,V-1、V-2和V-3中主要的脱氮途径分别为短程硝化/反硝化作用、基于亚硝化的全程自养脱氮(CANON)作用和反硝化作用,上述3单元对进水中总氮(TN)和NH₄⁺-N去除的贡献率分别为(51.3±4.4)%和(63.7±2.6)%、(30.9±4.8)%和(35.5±4.5)%、(17.8±5.0)%和(0.8±0.1)%。该研究可为组合式人工湿地的研发及工程化应用提供科学依据和技术支撑。     

不同磷水平下玉米-大豆间作系统根系形态变化

本研究通过盆栽试验,探讨不同磷水平(0、50、100 mg P₂O₅·kg^-1,分别用P₀、P₅₀、P₁₀₀表示)下玉米与大豆间作系统根系形态的变化及其与磷吸收的关系,以明确玉米-大豆间作系统促进磷吸收的作用机制。结果表明: 不同磷水平下,间作显著改变了玉米和大豆的根系形态参数,提高了大豆根冠比。与单作模式相比,间作使玉米和大豆的根长、根表面积、根体积、根系干重分别显著增加25.6%、22.0%、39.2%、34.3%和28.1%、29.7%、37.3%、62.3%,而平均根直径分别显著降低15.2%和11.7%。不同磷水平下,磷素吸收当量比(LER_P)>1,玉米-大豆间作具有明显的磷吸收优势,且LER_P不受磷水平调控。间作诱导根系形态改变与磷吸收增加密切相关,其中玉米根系表面积增大、大豆根系长度增加是驱动玉米-大豆间作系统磷高效吸收的主要机制。根据回归方程,玉米根表面积和大豆根系长度增大10%,磷吸收量提高5%～10%。因此,与中等施磷水平(P₁₀₀)下的单作相比,玉米-大豆间作条件下磷肥减施1/2(P₅₀)并未降低玉米的磷吸收量。综上,玉米-大豆间作体系在减施磷肥条件下具有维持作物磷吸收的潜力。     

中亚热带不同母质发育森林土壤磷组分特征及其影响因素

本研究以福建三明砂岩和花岗岩发育的米槠林土壤和杉木林土壤为对象,分析土壤磷组分、铁铝氧化物、微生物生物量以及磷酸酶活性等指标,研究母质和森林类型对土壤磷组分的影响程度和机制。结果表明: 母质和森林类型显著影响土壤不同磷组分含量。总体上,砂岩发育土壤全磷含量、活性无机/有机磷、中等活性无机/有机磷以及惰性磷含量均显著高于花岗岩发育土壤,并且砂岩发育米槠林土壤活性有机磷含量、中等活性无机/有机磷以及惰性磷含量显著高于砂岩发育杉木林土壤,而花岗岩发育米槠林与杉木林土壤磷组分的含量差异不显著。花岗岩发育的2种森林土壤酸性磷酸酶(ACP)活性显著高于砂岩,而砂岩发育米槠林土壤微生物生物量碳(MBC)和微生物生物量磷(MBP)显著高于砂岩发育杉木林土壤。土壤不同磷组分的含量与土壤不同形态铁铝氧化物含量、MBP、MBC呈显著正相关,而与土壤pH、ACP呈显著负相关,表明土壤母质和森林类型可能主要通过土壤铁铝氧化物赋存形态、ACP、MBP等生物及非生物因子影响中亚热带森林土壤磷组分分配特征。     

既主内政, 又辖外交——以PHR为中心的基因网络调控植物-菌根真菌的共生

磷是植物生长发育必需的大量矿质营养元素, 但自然界大部分土壤都存在严重缺磷的问题。为了适应这一营养逆境, 植物演化出一系列低磷胁迫应答反应。通过改变基因的转录水平调控低磷胁迫应答反应, 而转录因子PHR1在调控植物对低磷胁迫的转录响应中起关键作用。此外, 大部分陆生植物还能与丛枝菌根真菌建立共生关系, 通过丛枝菌根真菌更有效地从土壤中获取磷元素。最近, 中国科学院分子植物科学卓越创新中心王二涛研究组发现, 以PHR为中心的转录调控网络控制植物-丛枝菌根真菌共生的建立。因此, PHR不但在维持植物细胞自身的磷稳态中发挥作用, 而且参与植物与外界微生物的相互作用, 为植物有效地从环境中获得磷元素提供了另外一条途径。     

不同生活型被子植物功能性状与基因组大小的关系

基因组大小在被子植物物种之间存在着巨大的变异, 但目前对不同生活型被子植物功能性状与基因组大小的关系缺乏统一的认识。本研究基于被子植物245科2,226属11,215个物种的基因组大小数据, 探讨了不同生活型物种种子重量、最大植株高度和叶片氮、磷含量4个功能性状与基因组大小之间的关系。结果表明, 被子植物最大植株高度和种子重量与基因组大小间的关系在草本和木本植物中存在显著差异。草本植物最大植株高度与基因组大小的关系不显著, 但种子重量与其呈极显著的正相关关系。木本植物最大植株高度与基因组大小显著负相关, 但种子重量与其关系不显著。木本植物叶片氮含量与基因组大小呈显著正相关, 但其他生活型植物的叶片氮、磷含量与基因组大小均无显著相关性。本研究表明被子植物功能性状与基因组大小的相关性在不同生活型间存在差异, 这为深入研究植物多种功能性状和植物生活型与基因组大小的权衡关系在植物演化和生态适应中的作用提供了重要依据。     

土壤氮磷添加下豆科草本植物生物固氮与磷获取策略的权衡机制

豆科草本植物固氮是陆地生态系统重要的自然氮输入方式, 影响着草地生产的经济性和可持续性。为探讨氮磷交互作用影响豆科草本植物生物固氮率的潜在生理生态机制, 该研究选取8种豆科草本植物分别种植在对照、氮肥添加、磷肥添加和氮磷耦合添加处理的土壤中, 进行野外盆栽实验。测定了初花期植物生物量和营养含量、根部碳水化合物含量、根际pH、根际柠檬酸含量、根际有效磷含量、植物根瘤生物量、磷含量及其生物固氮率。主要结果: 依赖于豆科物种, 氮添加显著促进了豆科草本植物根际磷的活化, 降低了根生物量分配以及根系非结构性碳水化合物含量。在两种磷添加处理下, 氮添加导致8种豆科草本植物根瘤生物量平均下降27%-36%, 生物固氮率平均下降20%-33%。磷添加降低了根际的磷活化, 但促进了豆科草本植物根系发育和非结构性碳水化合物的积累。在施氮和不施氮条件下, 磷添加分别使8种豆科草本植物的生物固氮率提高了45%-69%和0-47%。氮添加降低豆科草本植物生物固氮率, 其原因是氮添加提高了植物磷需求, 为活化更多磷, 豆科草本植物降低根系生物量和根系非结构性碳水化合物的含量, 导致根瘤发育受到限制。在氮添加的同时进行磷添加, 能够改善土壤氮磷平衡, 促进根系生长和非结构性碳水化合物积累, 缓解了增氮对生物固氮的抑制作用。     

钝顶螺旋藻SP1(Spirulina platensis)对集约化养殖尾水氮磷的去除效果

针对集约化养殖模式后期硝酸盐氮和磷酸盐浓度较高的问题, 实验设置生物絮团养殖尾水(BFW)和BG11培养液(BGW)两种水体环境, 并以池塘常见优势微藻--绿色颤藻OC1(Oscillatoria chlorina)作为对比, 研究分析了钝顶螺旋藻SP1(Spirulina platensis)对集约化养殖尾水氮磷的去除效果及其生长状况。结果发现, 在BFW组中两种微藻均对硝酸盐氮(NO3--N)、总无机氮(TIN)和磷酸盐(PO43--P)去除效果明显(P<0.05), 其中, 螺旋藻对NO3--N、TIN和PO43--P的最大去除率分别为79.60%、46.06%和98.55%, 相应的浓度值分别从130.04 mg·L-1、130.85 mg·L-1和10.23 mg·L-1降至26.53 mg·L-1、70.58 mg·L-1和0.15 mg·L-1,其数量降低的绝对值分别为103.51 mg·L-1、60.27 mg·L-1、10.08 mg·L-1; 在BGW组中两种藻对氮磷均具有一定的去除效果, 但总体仍低于BFW组。实验过程中两种微藻的细胞数量均无明显变化(P>0.05)。可见, 钝顶螺旋藻SP1和绿色颤藻OC1均可在BFW和BGW两种水体营养环境下存活, 且对水中的氮磷均有良好的去除效果; 虽然颤藻亦是集约化养殖水环境中的常见微藻优势种, 但它能分泌蓝藻毒素, 因此, 从产业应用的可行性考虑可将螺旋藻作为集约化养殖尾水净化的备选藻株。     

污水处理过程中微生物群落多样性及其对环境因子响应的研究进展

污水生物处理系统的性能和稳定性与微生物群落结构和动态密切相关。通过深入了解活性污泥中微生物群落结构及其影响因素,有助于提高污水厂污染物的去除效果。在不同污水活性污泥处理系统中细菌群落主要以变形菌、绿弯菌、放线菌、厚壁菌和拟杆菌为功能菌群;活性污泥中寄居的大多数真菌来自于子囊菌门,还有少量担子菌门;古菌以产甲烷菌为主;而病毒中分布最广的噬菌体和致病性病毒是最主要的关注点。本文通过对相关文献分析及总结,综述了进水组成、不同处理工艺、参数(理化参数和运行参数)、地理位置和气候条件等环境因子对活性污泥中细菌、真菌、古菌以及病毒群落组成的影响,尽可能全面地介绍污水厂微生物群落多样性及其对环境因子的响应。同时,对未来研究方向进行探讨,以期能够为活性污泥中功能微生物的应用及调控提供理论和应用基础。