根系分泌物介导的根际效应及在水体生态修复中的应用潜力

文章主要以根系分泌物为核心, 综述了根系分泌物的分类、发生机理及影响因素; 围绕着植物-土壤-微生物三者的关系, 阐述了根系分泌物介导的植物与植物之间的化感作用、植物与根际微生物之间的协同作用以及植物微生物相互作用对土壤物质循环的影响。水生植物以其生境的特殊性和功能的不可替代性, 对沉积物污染物去除和水体生态修复产生显著的影响。在水体生态问题较为严峻的今天, 充分认识水生植物根系分泌物介导的根际过程将为水生植物生态学和水体生态修复领域的发展提供基础, 并为学科应用潜力的开发提供依据。     

根际促生菌对沉水植物的促生效应及其与沉积物氮磷赋存形态的关系

研究在沉积物高有机质条件下, 通过接种根际促生菌(Plant growth-promoting rhizobacteria, PGPR) PC2(Bacillus stratosphericus)、H19(Bacillus subtilis)和L3(Bacillus cereus)的方式探讨其对苦草(Vallisneria natans)植株的促生效应及其与沉积物氮磷赋存形态的关系。结果表明, 接种组对苦草生长具有显著促进作用, 空白处理种植的苦草生长受到抑制, PGPR对苦草生长促进的综合影响为PC2>H19>L3, PC2处理组株高、根长、地上鲜重和根鲜重比空白分别增加了165.0%、17.4%、378.8%和165.1%。进一步分析不同时期苦草的各种生长指标增量与氮磷赋存形态增量的关系, 通过RDA分析及皮尔森相关分析, 苦草生长指标增量与沉积物中无机氮(Inorg-N)、亚硝态氮(NO₂-N)、硝态氮(NO₃-N)、无机磷(Inorg-P)和铁/铝磷(Fe/Al-P)等增量显著负相关, 表明PGPR对沉积物中无机态N、P具有一定的控制作用。因此, 接种PGPR对解决受污染湖泊沉水植物恢复及内源污染等问题具有一定潜力。     

沙颍河下游城市黑臭内河沉积物微生物群落季节变化特征

为了研究沙颍河下游城市黑臭内河不同季节沉积物微生物群落特征,对安徽省阜阳市黑臭内河中清河、七渔河表层沉积物进行16S rDNA高通量测序。结果发现:黑臭河流中沉积物的微生物多样性指数均不高,但是表现出一定的变化规律,即春季>冬季≥夏季>秋季;通过冗余性分析发现微生物多样性受季节与沉积物pH影响较显著。分析沉积物门水平上的微生物群落结构发现,季节、温度、TN及SOM对微生物影响较大。变形杆菌、厚壁菌门、绿弯菌门、疣微菌门、拟杆菌门和放线菌门等优势菌门的相对丰度在季节水平上存在差异,春季厚壁菌门、绿弯菌门、放线菌门和酸杆菌门相对丰度较高,其中绿弯菌门和酸杆菌门是已知指示污染的微生物,变形杆菌门相对较少。秋季疣微菌门与拟杆菌门相对丰度显著减小,变形杆菌门相对其他季节显著增加。样品中共发现16个硫酸盐还原菌(SRB)菌属,其中Desulfoprunum是丰度最高的菌属。春季沉积物中SRB的类群最多,相对丰度最大;硫酸盐还原菌群与SO42-、TN、SOM、Cl–等呈显著正相关。上述结果为营养盐控制时机的选择从而有效避免河流中黑臭物质的产生提供了一定参考。     

水平潜流人工湿地堵塞初期微生物群落结构变化

为了寻找合适的湿地堵塞监测指标, 文章通过运行4组湿地装置来模拟水平潜流人工湿地堵塞的过程, 并研究人工湿地中微生物群落在湿地堵塞初期的响应。在人工湿地反应器运行过程中, 定期监测基质过滤速率与人工湿地处理性能, 包括化学需氧量(COD)、总氮(TN)和总磷(TP)去除效率, 同时应用高通量测序技术测定并分析湿地反应器中微生物群落结构组成与多样性。结果表明: 随着堵塞的形成, 在4组人工湿地中, 基质过滤速率和TP的去除效率持续下降, 而COD和TN的去除效率分别为50%—85%和10%—20%; 16S rDNA测序结果表明堵塞会降低细菌群落的丰富度和多样性; 人工湿地系统中的优势菌门主要是变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)和绿弯菌门(Chloroflexi)等, 且当湿地进入堵塞初期后, 变形菌门丰度明显增加, 具体表现为其门下的反硝化细菌属(Thauera、Zoogloea和Rhizobium) 丰度显著增加, 此外厚壁菌门和绿弯菌门的有机物降解菌属(Clostridium sensu stricto、Gracilibacter和Levilinea)的丰度也明显增加, 这表明上述菌属有望成为人工湿地系统堵塞初期的预警指示菌。     

长江宜昌至武汉段岸线1 km近二十年土地利用及景观格局时空变化研究

长江拥有中国最长、开发条件最好的内陆岸线, 岸线资源的存量大且开发潜力高。了解岸线资源的利用现状, 为保障岸线资源开发、生态环境保护提供科学依据。研究以2000、2005、2010、2015和2019年土地利用为数据源, 分析长江宜昌至武汉段岸线1 km区域不同时期土地利用类型面积与景观格局指数。研究结果表明, 2000—2019年, 研究区域土地利用主要以农田和建筑用地为主, 变化的明显特点是农田面积在2019年较2000年下降了9.39%, 建筑用地和草地/林地面积扩张, 其中农田-建筑用地的转化较为剧烈。研究区域湿地资源丰富, 湿地总面积占比均在70%以上, 人工湿地占总湿地面积比均在92%以上。从斑块类型水平上看, 各用地类型斑块数量增长明显, 均发生了不同程度的景观破碎化现象; 其中草地/林面积虽增加了35.63 km2, 但斑块数量从0.114万个增加到0.618万个, 景观形状指数由34.92增加到95.19, 景观聚集度指数下降了10.82%, 其斑块趋向破碎化、形状不规则化, 这会阻碍种群间的基因交流、改变物种生存的生物地理环境, 减少生物物种多样性, 结构趋向紧凑对某些干扰的蔓延如虫灾、火灾等的抑制作用减弱。在景观类型层级, 斑块数量由1.24万个增加到2.34万个, 香农多样性指数增加了0.14, 蔓延度指数下降了8.48%, 整个研究区域景观的破碎化现象加剧, 区域原本优势的斑块类型破裂, 优势度差距逐渐缩小, 且空间的连通性降低, 空间优势减弱。文章定量揭示了长江宜昌至武汉岸线土地利用景观格局时空变化特征, 可为该区域景观格局的进一步优化提供依据。     

影响沉水植物恢复的环境阈值研究进展

沉水植物的恢复和重建是水体生态修复的核心目标, 然而植物恢复的进程受到多种环境条件的综合限制。综述水下光照条件、水体和沉积物营养盐等对沉水植物生长影响的研究进展, 总结出光照强度、水体氮磷含量、沉积物氮磷含量等单个因子对不同沉水植物物种的作用范围。在生态工程的应用实践中, 单一因子的作用阈值会由于因子间的交互作用而产生变化, 因此提出多重因素联合影响研究的必要性, 以期丰富沉水植物的生理生态学的基础理论, 并对生态修复工程实施提供切实的理论依据和实践指导。