纳塔栎和柳叶栎对铅锌矿区污染土壤的修复潜力分析:田间试验

通过野外调查、采样和实验室分析方法,研究优新景观树种纳塔栎（Quercus nuttallii）和柳叶栎（Quercus phellos）对湖南郴州Pb、Zn矿区复合污染土壤的适应性和修复潜力。试验设计A、B、E区种植1年生纳塔栎,C、D区种植1年生柳叶栎,1年后测量株高、地径、生物量等生长指标,随机采集植物全株及根际土壤,测试植物根际土壤和树木组织中的重金属含量。试验结果：Pb、Zn矿区土壤受到重金属Cd、Pb、Zn和As的复合污染,不同区域的土壤表现出污染异质性,采用单污染指数（Pi）和内梅罗指数（P_N）评价不同地块的污染程度,A区尾矿库（P_N=20.08）和B区（P_N=3.14）为重度复合污染,C区（P_N=2.43）为中度复合污染,D区（P_N=1.55）和E区（P_N=1.07）为轻微污染。纳塔栎和柳叶栎在以上不同污染地块均能正常生长,株高、地径和生物量与复合污染指数（内梅罗指数）及重金属含量呈负相关。其中纳塔栎对Cd的生物富集系数（BCF）在A、B、E区分别为6.27-8.37、3.67-4.38、42.93-52.75,高于C、D区柳叶栎对Cd的生物富集系数1.79-2.15、0.89-1.07。B-E区Zn的转运系数（TF）在1.79-2.28之间,A区Zn的转运系数为0.43。结论：纳塔栎和柳叶栎表现出较强的重金属耐性,对Cd具有较高的生物富集能力,对Zn具有较高的转运能力。其中纳塔栎对重金属积累能力较强,可作为亚热带地区铅锌矿区Cd、Pb、Zn、As复合污染土壤的植被恢复及生态修复候选树种。     

木麻黄对土壤重金属的生长响应及积累特征

为了考察沿海防护林重要树种木麻黄对土壤重金属的耐性及修复潜力,比较了5个较耐寒木麻黄无性系(S-13、S-44、S-48、S-60和S-80) 1年生扦插苗在重金属Cu、Cd、Pb和Mn复合污染土壤中的生长表现、重金属积累和分配特征。土壤重金属设置为对照组(CK)、低浓度组(T1)、中浓度组(T2)和高浓度组(T3)等4个水平。结果表明:5个木麻黄无性系在不同处理组均维持了正常生长,不同无性系的表现有差异,与CK相比,T1、T2和T3显著促进了木麻黄无性系S-13、S-44的生长,但对S-48、S-60和S-80的生长无显著影响; T3显著抑制了S-13和S-44根瘤数,而对S-80则无显著影响,说明5个木麻黄无性系对重金属复合污染表现出较高耐性;木麻黄对重金属的吸收量随着土壤重金属浓度升高而增大;木麻黄对重金属的分配因重金属种类而不同,如Mn的含量为叶状小枝(小枝)茎根,各处理的转运系数均大于1,表明木麻黄具有较强的Mn转运能力,能把较多Mn从根部转运到地上部,地上部的Mn超过总积累量86%; Cu、Cd和Pb的含量为根茎小枝,表明木麻黄能把较多的Cu、Cd和Pb固定在根部,但地上部的重金属积累量超过了总积累量的50%; T3处理下,5个木麻黄无性系的重金属综合生物富集指数(CBCI)无明显差异,表明5个木麻黄无性系对重金属积累能力接近;综合生物量和CBCI表现,木麻黄无性系S-13和S-44对污染土壤具有较强的重金属修复能力;木麻黄对重金属Cu、Cd、Pb和Mn具有较强的耐性和较为突出的积累能力,对于重金属污染土壤尤其是Mn污染土壤的植物修复具有较大应用潜力。     

基于15N示踪技术的植物-土壤系统氮循环研究进展

同位素示踪技术是指外源添加与生物体内的元素或物质完全共同运行的示踪物,用来指示生物体内某元素或物质变化过程的一种方法。利用氮稳定同位素示踪技术,能从本质上揭示生态学过程发生的机理,从而成为生态学科研工作十分重要的工具之一。对近年来15N示踪技术应用于土壤氮素固定、植物氮素营养和植物-土壤系统氮迁移的研究进展进行了综述,并对稳定氮同位素技术在解决相关生态学难题可能的前景和不足方面进行了展望。     

不同混交措施下杉木人工林群落稳定性特征

混交是人工林近自然经营的重要措施,探究混交度和树种配置对杉木人工林群落稳定性的影响可以为构建可持续经营的杉木混交林提供依据。本研究以3种不同混交度(纯林/低度0.051、中度0.297、高度0.598)的杉木人工林为研究对象,以林内优势种的更新潜力、林地生产力、土壤肥力和物种多样性等4类指标12个因子为评价标准,对不同人工林的群落稳定性特征进行分析。结果表明:与杉木纯林相比,混交林的林下更新潜力分别提高了32%(中混交度)和100%(高混交度),更新幼苗的种类也更为丰富。其次,混交林的草本生物量和物种丰富度均高于纯林,但乔木树种的生物量却分别仅有纯林的58%(中混交度)和66%(高混交度)。此外,混交林较高的物种丰富度和林下更新能力,增加了对土壤养分的需求,其土壤肥力较纯林略低。应用模糊数学中隶属函数方法对各林地群落稳定性进行综合评价,结果表明,中度混交林地的群落稳定性最高(0.909),其次为高混交度林地(0.882),而纯林的稳定性最低,仅为0.856。因此,构建密度适宜的杉木-檫木-栎属树种中度混交林可以使杉木人工林朝着健康的森林演替方向发展,使森林群落的经济和生态效益得到持续发...     

柳树对水体氮素的去除率及其吸收动力学

在水培条件下,研究了2种柳树(Salix integra)无性系(“一支笔”和“微山湖”)对模拟富营养化水体中氮素的吸收状况,并采用常规耗竭法探讨了柳树幼苗根系对NH4+-N、NO3--N的吸收动力学特征.结果表明:2种柳树无性系对低浓度模拟富营养化水体中总氮的去除率均达90％以上,是高浓度情况下的2倍;对低浓度模拟污水中总磷的去除率达80％,高浓度下则达92％,且“一支笔”对总氮、总磷的吸收效果优于“微山湖”;2种柳树无性系对氮素的吸收均表现为水体中营养物质浓度越高,去除效果越好;只有NH4+-N或NO3--N存在时,“微山湖”的最大吸收速率和亲和力高于“一支笔”;当有其他氮源影响时,2种柳树无性系对NH4+-N和NO3--N的吸收效率则下降至50％;研究表明,柳树对富营养化水体的生态修复作用较强,是进行面源污染生态修复的优良树种.     

柳树新无性系(A42)对富营养水体不同浓度磷的吸收和净化机制

磷是评价水体富营养化的因子之一,也是植物生长必需营养元素,研究速生木本植物对富营养水体中磷的吸收具有重要意义.本研究以旱柳新无性系A42为对象,于2017年7—9月在温室大棚中进行浮床水培试验,研究了旱柳对不同磷营养水平水体(低磷0.1、0.2 mg·L^-1;中磷1.0、2.0 mg·L^-1;高磷10.0 mg·L^-1)的吸收和净化机制.结果表明:旱柳能有效净化水体中的磷营养(21 d达到79%以上),去除量与水体磷浓度呈正相关,但去除率随水体磷浓度增加呈先升高后降低趋势.旱柳可于7 d内将磷浓度为0.1～1 mg·L^-1的富营养水体中磷浓度降低至富营养阈值(0.016～0.032 mg·L^-1).旱柳富集同化的磷含量占水体磷总输入量的29.0%～66.9%,富集同化量与富集同化率分别与水体磷浓度呈正相关和负相关.旱柳在不同磷浓度水体中均能正常生长,根冠比随水体磷浓度下降而显著增加.氮、磷在旱柳体内积累均表现为茎>叶>根,旱柳的氮、磷转运系数均大于3,在高磷浓度水体中,氮磷营养在旱柳的茎部大量积累,氮、磷转运系数分别显著增加至4.53±0.24和4.92±0.62.表明旱柳在不同磷浓度富营养水体中均能正常生长且有良好的净化能力,能够通过富集转运磷营养至地上部来减少二次污染.实际应用中,对于低磷浓度水体,适合做短期净化;对于高磷浓度水体,适合做长期净化.     

喀斯特石漠化锑矿区植物群落主要物种生态位特征及其种间联结

锑矿的开采等活动剥离了喀斯特石漠化区的地上植被,导致该区群落物种组成与结构被破坏、生态系统受损或功能丧失。为了解锑矿开采后生态破坏区优势物种亮叶桦(Betula luminifera)群落特征及演替状态,并为复层植被重建的物种选择提供理论依据。基于贵州晴隆大厂镇锑矿生态破坏区调查数据,分析了该区优势物种的Levins生态位宽度和Pianka生态位重叠度,并运用卡方检验(χ²)、Ochiai指数(OI)和Pearson相关性计算了群落优势物种种间联结性。结果表明：(1)石漠化锑矿生态破坏区物种组成远低于未破坏区(30科53属68种),仅为14科18属22种,乔木层物种仅为亮叶桦,灌木层物种重要值由高到低依次为密蒙花(Buddleja officinalis)、茅莓(Rubus parvifolius)和水麻(Boehmeria penduliflora)等,草本层物种重要值由高到低依次为芒(Miscanthus sinensis)、头花蓼(Polygonum capitatum)、破坏草(Ageratina adenophora)、艾草(Artemisia argy...     

不同氮处理下速生柳对水体氮的吸收、分配及生理响应

采用水培法,研究了旱柳苗在外源添加不同氮水平(贫氮、中氮、富氮、过氮)的铵态氮(NH+4-N)和硝态氮(NO-3-N)的生长、氮吸收、分配和生理响应。结果表明:一定范围氮浓度的增加能够促进旱柳苗的生长,但过量氮会抑制其生长,且NH+4-N的抑制作用大于NO-3-N;两种氮处理下,旱柳表现出对NH+4-N的吸收偏好,在同一氮水平时,旱柳各部位氮原子百分含量Atom%15N(AT%)、15N吸收量和来自氮源的N%(Ndff%)均为NH+4-N处理大于NO-3-N处理,且随着氮浓度的增加,差异增大,且在旱柳各部位的分布为根﹥茎﹥叶;2种氮素过量和不足均会对旱柳根和叶生理指标产生不同的影响,其中在过氮水平时,NH+4-N和NO-3-N处理下根系活力比对照减少了50.61%和增加了19.53%;在过氮水平时,NH+4-N处理柳树苗根总长、根表面积、根平均直径、根体积和侧根数分别对照下降了30.92%、29.48%、19.44%、27.01%和36.41%,NO-3-N处理柳树苗相应的根系形态指标分别对对照下降了1.66%、5.65%、1.49%、5.06%和25.72%。可见,高浓度NH+4-N对旱柳苗的胁迫影响大于NO-3-N,在应用于水体氮污染修复时可通过改变水体无机氮的比例,削弱其对旱柳的影响,从而提高旱柳对水体氮污染的修复效果。     

余姚滨海不同盐碱度土壤微生物群落组成及土壤酶活性的变化

在2015年10月于余姚滨海采集不同盐碱度的土壤,对盐碱地土壤微生物群落组成、土壤过氧化氢酶、脲酶活性及土壤理化性质的变化规律进行了研究.结果表明:硝化螺菌属在细菌群落中占绝对优势,其与全钾最相关;枝孢属和镰刀菌属在真菌群落中占主要优势,脲酶、全氮与枝孢属的相关性最大,同时脲酶与镰刀菌属也最相关.各盐碱地表层土细菌和真菌群落的物种组成最丰富且均匀程度高.重度、中度及轻度盐碱地土壤过氧化氢酶活性分别为3.52～4.56、3.08～4.61及5.81～6.91 mL·g^-1,过氧化氢酶活性均表现为随土层加深而逐渐增大的特征;土壤全钾和过氧化氢酶直接相关,pH、有机质、全氮和全磷通过全钾与过氧化氢酶间接相关.各盐碱度土壤脲酶活性分别为0.04～0.52、0.08～1.07及0.27～8.21 mg·g^-1,脲酶活性均呈现为随土层加深而逐渐减小的趋势;土壤全氮和脲酶直接相关,pH、有机质和全钾通过全氮与脲酶间接相关.CCA排序表明,全磷对细菌群落的影响程度最大,而脲酶对真菌群落的影响最大.     

北亚热带3种森林群落对大气湿沉降重金属的调控

森林群落截留消纳沉降重金属的能力影响着森林集水区溪水输出重金属的情况,决定着小流域的水质安全。为评价北亚热带地区典型森林生态系统对大气降水中主要重金属离子的截留能力和分配特征,以浙江庙山坞林场3种典型森林群落(毛竹林、杉木林、青冈阔叶林)和森林集水区-小溪为研究对象,于2018年7月—2019年6月监测了12次降水事件,分析、比较和讨论了大气降水、林内穿透雨、树干茎流、枯透水、地表径流和集水区溪水中7种重金属(铅(Pb)、锌(Zn)、镉(Cd)、铜(Cu)、砷(As)、镍(Ni)和锰(Mn))的质量浓度和通量的动态变化。结果表明,大气降水中7种重金属,Pb、Cd、As、Cu、Zn、Mn和Ni的年均浓度分别为0.974、0.124、0.512、3.42、36.7、8.48和1.94μg/L,3种森林群落林冠层截留的干沉降重金属中Zn和Mn的比例最高,林冠层降水对重金属Mn和Zn的淋溶量极高,超过大气降水沉降量的2.78倍和54.2倍,同时截留了降水中的As和Ni;枯落物层对Mn、Cd和Zn表现出截留作用,对Cu和Ni有淋溶或释放的作用;3种森林群落的地表径流中Pb、Mn、Cd和Zn浓度明显降低,As和Ni的浓度略高于枯透水,但由于地表径流量非常小,土壤表层对降水中重金属均表现出极强的截留作用。3种森林群落对大气降水中的重金属均表现出极高的截留率,森林群落之间没有显著差异,其中青冈阔叶林的截留能力最强,杉木林较弱。而地表径流及土壤渗透水等汇集到森林集水区后,溪水中重金属Mn、Ni、Cd和Zn的浓度和通量均有大幅的增加,仅对重金属As和Cu呈现截留的作用,这可能与森林土壤重金属本底值偏高以及森林长期接收的重金属沉降在降水淋溶下从酸性土壤中大量溶出有关。