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近年来,红树林湿地有机污染问题越来越突出,日益引起了人们的关注。根际是植物进行物质交换频繁的特殊微型生态区域,是有机物特别是持有性有机污染物进入红树植株内部的门户。根际微域复杂的微生物对植物的生长非常重要,并与有机污染物的吸收、转化和降解等生态化学行为及毒理效应密切相关。然而有关红树林湿地,营养元素对有机污染物毒害调节作用的研究鲜见报道,特别是对红树植物根际的微生物生态效应我们仍然所知甚少。
本研究通过自制根际套管,完全做到了根际研究器皿体积小,能避免施毒不匀、植物个体差异等实验干扰因素,不易对植物产生定向诱导。能直观表征次外层和外层根系活动,较好揭示根系活力范围和土壤微生物在根系作用下的分层以及施毒后的原位变化。根际套管栽种红树植物白骨壤(Avicennia marina)幼苗,分离根际与全土区域,研究营养元素氮对多环芳烃菲对白骨壤幼苗不同根际区域微生物指标的影响。试验设置对照、10、50mg·kg-1三个菲胁迫处理,对照、30、80、300mg·kg-1的氮素处理,进行全交互实验。沙培育苗60天后,转移至根箱,土培白骨壤幼苗50天,对不同根际微域(根际、近根际、远根际、非根际)的菲残留量、土壤微生物生物量碳、氮含量,FDA水解酶、脱氢酶、过氧化物酶活性以及植物生理指标等方面进行测定分析,探讨了氮素对于菲的调节作用。主要的结论有:
1.菲对不同土壤酶的影响各异:菲对FDA酶起到抑制的作用。多酚氧化酶、过氧化物酶和脱氢酶在低浓度菲处理时,活性有增高,随着菲浓度上升,酶活性降低。适当浓度的氮素可以促进酶活性的增加,高浓度氮素会产生一定的抑制效用,特别是在根际区域。
2.微生物量对低浓度菲响应不显著,只有菲浓度上升到50mg/kg时,出现抑制。微生物量碳、氮对于氮素的施加非常敏感,外源性施加氮素会大幅提升微生物量。氮素的抑制作用同样也集中在根系区域,非根系区域不显著。施加氮素后,微生物量C:N值上升。低浓度的菲也可以引起微生物量C:N值上升,高浓度菲则会引起下降。
3.白骨壤幼苗根际、近根际区域的土壤微生物生物量和酶活性均显著大于非根际环境。说明根系诱导的根际效应促进了根际微生物和酶的活性,有利于白骨壤幼苗的生长4.根箱盆栽50天后,由于受到白骨壤幼苗根系活动和土壤微生物的影响,沉积物中的菲半数以上已经降解。在根系相同位置的低浓度菲降解量比高浓度菲高4.28%-7.26%。根际区域的降解比率远高于非根际区。氮素对菲的降解作用,随浓度的上升,从促进最终转为抑制。
5.菲在白骨壤不同器官中的的残留量有显著差异,根系中菲残存浓度高于茎和叶中。其中以须根中的浓度最高。施加氮素后,茎中的菲残留量不随氮素的施加而改变,但是根系和叶片中的菲随着氮素浓度的提升而显著降低。但是高浓度氮素会对根系菲的降解产生一定的抑制。
6.施加氮素后,白骨壤根系中多酚氧化酶等酶活性变化不显著,但是根系活力和根系生物量有显著提高。低浓度的菲可以刺激白骨壤根系的多酚氧化酶活性提升,保护植物细胞质膜不受损伤,高浓度菲生物毒性过强,白骨壤的酶系统无法完成生物解毒,因而造成质膜过氧化程度增加,生物量降低。
7.综上所述,氮素可以促进菲的降解,保护植物在一定程度内避免菲的毒害,但是如果氮素施加浓度过高,也会对植物产生胁迫作用。