重金属污染土壤植物修复中的微生物功能研究进展

综述了国内外在重金属污染土壤植物-微生物联合修复领域的研究报道,总结了近5年的研究实例。植物-微生物联合修复体系具有生物固定与生物去除土壤重金属的两种功能,根际微生物可以菌根、内生菌等方式与根系形成联合体,通过增强植物抗性和优化根际环境,促进根系发展,增强植物吸收和向上转运重金属的能力。建立植物-微生物联合修复体系,可充分发挥植物与微生物作用功能的优势,提高污染土壤的修复效率。增强植物修复体系中微生物功能的重点是深入研究根际微生物、根系和介质载体三者之间复合功能,结合污染土壤类型与植物群落配置的特点筛选扩繁高效菌种与菌群。     

锰矿修复区植物生态系统自由能与化学势分析

基于热力学理论建立了生态系统Gibbs自由能方程,用以计算湘潭锰矿生态修复区植被系统的自由能(G)和物种化学势(μ)。生态修复区(及对照区)以泡桐(Paulownia fortunei)和栾树(Koelreuteria bipinnata)作为建群植物,总面积为4 hm~2,修复区泡桐和栾树的根际施用了含有自试验点废弃矿渣中筛选出的耐性菌株的有机菌肥,目的是为植物生长提供必要养分和降低根际土壤重金属毒性,对照区泡桐和栾树的根际施用了等量的化肥。泡桐和栾树种植后5 a期间,修复区与对照区均自然萌发生长了许多本土植物种类。试验结果表明,修复区植物种类数达到48,为对照区的3.7倍;修复区的总生物量、锰吸收量分别达到23324 kg/hm~2和4280 g/hm~2,为对照区对应值的20.6和2.6倍;修复区系统自由能G远远大于对照区的值,说明有机菌肥具有显著的改良污染土壤根际环境的效果。修复区和对照区植物种类之间的化学势μ均存在显著差异(P0.001),μ值差异范围分别为-3.79—6.76和-3.42—3.59,该一差异反映不同物种适应和修复锰污染环境的能力。G和μ值包含了生态系统生产力、生物多样性,植物种类生长势、重金属富集能力、生态学行为等综合信息,能反映生态系统与立地环境的关系和修复植物的生态学特性,可作为重金属污染区植被修复效果评价和修复植物筛选的重要指标。     

长沙城市斑块湿地资源的时空演变

利用GIS技术,对长沙市1955、1972和1990年地形图湿地数据及2007年长沙市湿地资源普查数据进行提取和分析,选取最具代表性的斑块湿地作为研究对象,从时间与空间、动态与静态、规模与填埋等视角,研究50年来城市斑块湿地生态系统各层次要素的时空演变过程和变化规律.结果表明:(1)时间层次上,长沙城市斑块湿地总面积呈现先增后减、总体增加的态势;斑块湿地面积变化幅度不断加大,速率逐步加快;(2)规模层次上,面积在32 hm2规模以下的斑块湿地呈增加态势,32 hm2规模以上斑块湿地呈减少态势;(3)动态空间层次上,被填埋斑块湿地的比例在建成区和郊区呈相反的演变结果;(4)静态空间层次上,斑块湿地密度在建成区范围和郊区范围演变结果相背.研究显示,伴随着城市化进程,不同时间尺度、不同规模尺度、不同空间属性、不同空间状态的城市斑块湿地常常呈现差异很大、甚至是截然相反的演变结果;无论是动态空间还是静态空间,建成区与郊区的空间分界线往往是城市斑块湿地演变态势的分水岭.     

人工湿地不同季节与单元之间根际微生物多样性

采用选择性平板培养基法和PCR-DGGE法比较研究了三级垂直潜流人工湿地污水处理系统中不同季节与单元之间根际微生物数量与多样性,结果表明,随着“秋-冬-春-夏”的季节的变化,2种方法测定的微生物数量都呈现“高-低-高”季节性变化现象,但选择性平板培养基法显示秋季数量最多,PCR-DGGE法显示夏季数量最多.从三级处理单元的1-3级,两种方法测定的微生物数量都呈现“低-高-低”的规律.除土样11外,其余相同季节的土样均出现聚集在同一个分支下.得到的4个差异序列(YP1-YP 4),经BLAST比较,分别找到同源性最近的已知类群,分别为肠杆菌属、弧菌、欧文氏菌、产酸克雷伯菌.BLASTX比较发现YP1与细菌代谢分解有机物有关;YP2蜡样芽胞杆菌生命活动相关,具有解磷的作用;YP3与APOE载脂蛋白e功能相似,参与细菌的分解代谢;YP4功能可能与细菌去氮有关.     

林木生长与养分动态模型研究IV.杉木林分断面积方程

基于杉木胸径（ Ｄ）生长方程 Ｄ＝ Ｄｍ ｔ／（ Ｋ＋ ｔ）,本文进一步提出林分断面积（ Ｇ）的动态方程： Ｇ＝ Ｇｍ ［ｔ／（ Ｋ＋ ｔ）］２ ．新方程表达形式简单,基本参数（断面积极值 Ｇｍ 和生长特征系数 Ｋ）生物意义确切,应用精确度高,能够反映杉木林分断面积随林分年龄增长的变化规律     

林木生长与养分动态模型研究：Ⅳ.杉木林分断面积方程

基于杉木胸径生长方程Ｄ＝Ｄｍｔ（（Ｋ＋ｔ）本文进一步提高林分断面积的动态方程：Ｇ＝Ｇｍ「ｔ／（Ｋ＋Ｔ）＾２」,新方程表达形式简单,基本参数生物意义确切,应用精确度高,能够反映杉木林分断面积随林分年龄增长的变化规律。     

人工湿地污水处理系统中的植物效应与基质酶活性

为了解植物在湿地污水净化系统中的作用与机理,构建了A-B-C三级串连垂直流人工湿地系统,并选择水葱(Scirpus validus)风车草(Cyperus alternifolius)、美人蕉(Canna indica)、和芦苇(Phragmites australis)作为测试植物,进行了生活污水处理试验.结果表明,系统中有植物单元单位面积污染物的去除量均高于无植物对照单元.与对照相比,在A、B、C三级系统中由植物效应产生的CODCr去除增量分别为43.52 g/(m2·d),20.38 g/(m2·d),30.94 g/(m2·d);TN去除增量为13.14 g/(m2·d),28.61 g/(m2·d),6.97 g/(m2·d);TP去除增量为1.2 g/(m2·d),0.66 g/(m2·d),0.06 g/(m2·d).从A到C级,污水中污质浓度递减,呈现根系活力显著增强,而植物生长量、过氧化物酶含量、生长量与氮磷积累量等显著下降趋势.基质酶活性在对照单元中较低,在有植物单元中,基质酶活性明显增大并与根系活力成正相关.     

DGGE技术在环境微生物多样性研究中的应用

微生物是污水净化的主要作用者之一.采用变性梯度凝胶电泳(denaturing gradient gel electrophresis,DGGE)方法培育和鉴定土壤微生物具有可靠性强、重复性好、方便快捷等优点,已被广泛应用于环境科学和污染防治研究领域.综述了基于PCR-DGGE技术的基本原理、关键环节及其在微生物多样性研究中的应用,同时就其自身存在的不足进行了评价并提出了解决方案.     

4种木本植物在潜流人工湿地环境下的适应性与去污效果

为解决冬季植物问题,将4种木本植物引入潜流人工湿地环境,进行植物适应性和去污效果研究,结果表明:(1)4种木本植物在潜流人工湿地环境下的净光合速率日变化规律为夹竹桃、栀子、女贞变化规律是"双峰"型,木槿则是"单峰"型;叶片气孔导度日变化规律为木槿是"单峰"型,其他3个品种没有明显规律;植物胞间CO2浓度的日变化规律与净光合速率日变化规律相反对应关系;蒸腾速率日变化规律为4种植物都呈现"单峰"型规律,且高峰出现在11:00—13:00之间。(2)除女贞外较低外,其余3种植物叶绿素含量较高但差异不大;丙二醛含量较高的是木槿与栀子,女真最低;氮磷积累量最高是夹竹桃,最低的是木槿;基质脲酶活性夹竹桃、木槿高于栀子、女贞,基质磷酸酶活性在4种植物中比较接近。(3)4种木本植物引入湿地后长出了白色的水生根系,且数量多于陆地土壤栽培条件的土培根系;在内部结构上也有较大差异,土培根系的组织非常致密,水生根系则有发达的通气组织。(4)试验期间系统TN平均去除率为40.2%,TP平均去除率为80.8%。COD Cr的平均去除率较低为15.4%,NH+4-N的平均去除率为61.8%,各月份间的差异随着季节温度的变化基本一致。     

林木生长与养分动态模型研究IV.杉木林分断面积方程

基于杉木胸径(D)生长方程D=Dmt/(K+t),本文进一步提出林分断面积(G)的动态方程:G=Gm[t/(K+t)]2.新方程表达形式简单,基本参数(断面积极值Gm和生长特征系数K)生物意义确切,应用精确度高,能够反映杉木林分断面积随林分年龄增长的变化规律.