潮滩湿地植物—微生物对磷素形态转化影响的研究

来源 :中国林业科学研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:scarllie
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磷的过量输入是导致水体发生富营养化的主要因素之一,由磷污染引发的近海水体富营养化及由此产生的对潮滩地区生态环境的危害已成为全球重大环境问题。潮滩湿地在削减入海河流对近海的污染、减少输入海水营养盐量和防止近海富营养化等方面有重要作用。污染物质的截留主要通过湿地植物-微生物的吸收利用、土壤的物理化学作用(沉淀、吸附)以及颗粒沉积等途径来实现,即生物过程和非生物两个过程。目前,在土壤对水体磷截留的物理化学机制方面的研究开展较多,而生物学机制,特别是微生物和酶对磷素形态转化的机制尚不明确。因此,本文以杭州湾潮滩湿地为对象,系统研究了潮滩湿地土壤中不同形态的磷、微生物群落特征及碱性磷酸酶活性的时空分布特征,并利用模拟湿地量化分析芦苇湿地对磷的净化作用,为揭示磷在湿地生态系统中的循环、转化机制提供理论依据。主要结论如下:杭州湾潮滩湿地土壤中,3大类微生物数量大小顺序为:细菌>放线菌>真菌,细菌数量占98%以上。磷细菌的数量变化规律与细菌相似,不同植被类型土壤微生物数量不同,植被群落土壤中微生物数量大于光滩土壤。利用Biolog-Eco技术对土壤微生物群落功能多样性分析发现,植被类型初步决定微生物群落的组成。对0-5cm、10-20cm土层土壤微生物群落生长曲线进行拟合,所得K值的平均值表现为光滩(0.6104)<海三棱藨草(0.8889)<芦苇(1.0110),微生物群落的碳代谢活性随着植被向高阶段的演替而增加。各月份光滩土壤微生物Shannon指数大于其他植被类型土壤,初步说明光滩土壤微生物种类较多。微生物群落Simpson指数差异不显著(p>0.05),说明杭州湾湿地演化时间短,植被的生长没有从根本上改变微生物群落结构,4种土壤微生物群落中具有相似的优势种。对杭州湾潮滩湿地土壤无机磷和有机磷分别采用连续提取法进行测定。无机磷形态中的可交换态磷(Exch-P),铁/铝结合态磷(Fe/Al-P)及钙结合态磷(Ca-P)的含量均表现为5月>7月>10月>2月,5月与2月之间具有显著性差异(p<0.05)。有机磷形态中的活性有机磷(L-P)的含量动态变化为:7月>5月>10月>2月;中等活性有机磷(ML-P)的含量2月>5月>10月>7月;非活性有机磷(NL-P)的含量没有明显的动态变化。杭州湾潮滩湿地土壤碱性磷酸酶活性的分布具有显著的时空差异,在时间尺度上总体表现为7月最高(38.59104.74mg·kg-1·h-1),2月最低(8.2140.61mg·kg-1·h-1),7月与2月之间具有显著性差异(p<0.05);不同植被型土壤碱性磷酸酶活性总体表现为芦苇(39.72104.63mg·kg-1·h-1)>互花米草(32.1873.23mg·kg-1·h-1)≈海三棱藨草(9.6883.48mg·kg-1·h-1)>光滩(8.2149.50mg·kg-1·h-1),其中光滩与其他类型土壤具有显著性差异(p<0.05)。相关性分析结果显示,碱性磷酸酶活性与有机磷细菌数量显著正相关(r=0.58,p<0.01),有机磷细菌是影响碱性磷酸酶活性的主要因素之一。土壤碱性磷酸酶活性与无机磷组分中的Fe/Al-P(r=0.39,p<0.05),有机磷组分中的L-P (r=0.37,p<0.05),NL-P(r=0.31,p<0.05)显著正相关,潮滩湿地土壤中的NL-P是生物有效磷的潜在磷源。运用自制多层隔网根箱,设置3个不同磷浓度处理T1(0.2mg·L-1)、T2(0.6mg·L-1)、T3(2.0mg·L-1),研究芦苇湿地根箱对上覆水磷素净化率及土壤磷形态转化的影响。结果表明,根箱对各浓度磷溶液的净化速率在04天内快速增加,之后出现一定范围的波动。与对照湿地箱相比,芦苇的生长使得湿地箱对磷素的吸收能力增强,T1浓度水平下磷净化率有显著性差异;T2浓度水平净化率提高了4.05%12.16%;T3浓度水平净化率提高了2.87%14.51%。芦苇的生长对土壤中总磷(TP)的分布没有显著影响,但有效促进了有机磷(TOP)的积累,总体上减少无机磷(TIP)的含量。由于芦苇的吸收作用,相较于无植被生长的湿地箱,各浓度处理箱中Exch-P含量均有所降低,分别为38%,52.1%和31.1%。生长有芦苇的根箱中,S0中Al/Fe-P的含量均显著小于其他各根室(p<0.05)。T1除S0外,芦苇根箱中S1、S2、S3、S4的Al/Fe-P大于CK。不同根室中微生物群落代谢活性在T1浓度下表现为S0>S1>S2≈S3≈S4,T2、T3浓度下则表现为S0>S1>S2>S3>S4,根室的微生物群落代谢活性最大。芦苇的生长增强了模拟根箱湿地对上覆水水中磷素的吸收能力,增强了微生物活性且改变了土壤中的磷形态分布。
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