几种植物在模拟污水处理湿地中根际微生物功能群特征的研究 5页

农业环境科学学报2010，29(4)：764—768JournalofAgro—EnvironmentScience几种植物在模拟污水处理湿地中根际微生物功能群特征的研究江福英1，一，陈昕1，罗安程1(1．浙江大学环境与资源学院，杭州310029；2．福建省农业科学院茶叶研究所，福建福安355015)摘要：以美人蕉、香蒲、垂穗莎草、玉带草为材料，研究了在模拟人工湿地条件下水生植物根际与非根际土壤中的微生物数量、种群、土壤酶活性特征。结果表明，不同水生植物根际、非根际间的细菌数量无明显差异，而真菌与放线菌的根际与非根际间差异较显著。根际硝化细菌数和反硝化细菌数最多的水生植物都是香蒲，分别为2．17x102个·g。1干土和6．17x102个·g。1干土，有机磷细菌数最多的是美人蕉为5．68x104个·g。1干土，无机磷细菌数最多的是玉带草为3．72x103个·g。1干土。4种不同水生植物的根际土壤脲酶、磷酸酶、硝酸还原酶、亚硝酸还原酶活性都较非根际土壤高，湿地植物的根际效应显著。关键词：人工湿地；湿地植物；微生物；土壤酶；根际中图分类号：X171．5文献标志码：A文章编号：1672—2043(2010)04—0764—05InvestigationontheMicrobialFunctionalGroupsCharacteristicsofRhizoshphereofWetlandPlantsinMimicWastewaterTreatmentJIANGFu—ying“，CHENXinl，LUOAn—chen91(1．CollegeofEnvironmentalandResourceScience，ZhejiangUniversity，Hangzhou310029，China；2．TeaResearchInstitute，FujianAcade—myofAgricultureScience，Fuzhou355015，China)Abstract：Amimicexperimentwascaniedouttostudythemicrobialquantity，microflora，enzymeactivitiesintherhizosphereandnon—rhi—zosphereof4specieswedandplants(Cannagenera!is，Typhaorientalis，Cyperusnutans，Reineckiacarnea)．Resultsshowedthatthenumberoffungiandactinomycesinrhizospheresoilof4wedandplantswasobviouslyhigherthanthatinnon—rhizospheresoil．whilenosignificantd}ferencewasobservedinbacteria．Typhaorientalispossessedthelargestnunlberofnitrifyingbacteriaanddenitlffyingbacteriaintherhizo—sphere．whichwere2．17×102g-land6．17x102g-X,resprectively．Cannageneralishadthelargestnumberoforganicphosphobacteria．whichwas5．68x104g～．Reineckiacorneahadthelargestnumberofinorganicphosphobacteria，whichwas3．72×103g～．Theactivitiesofurease，phosphatase，nitratereductase，andnitritereductaseinrhizospheresoilof4wetlandplantswerehigherthanthoseinnon—rhizospheresoil．Therhizosphereeffectofwedandplantswasobvious．Keywords：constructedwetland；wedandplant；microbe；soilenzyme；rhizosphere人工湿地是近30年发展起来的一种污水处理新技术。该技术的原理是利用系统中基质+水生植物+微生物的物理学、化学、生物学三重协同作用，通过基质过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分收稿日期：2009—09—26基金项目：国家自然科学基金资助项目(30471039)作者简介：江福英(1975一)，女，福建建阳人，博士研究生，主要从事植物营养与环境生态方面的研究。E—mail：jfy98@sina．con通讯作者：罗安程E—mail：acho@zju．edu．cn解来实现对污水的高效净化1。31。许多研究已表明M，生长有植物的湿地系统对污染物的去除效果优于无植物的湿地系统。湿地植物作为人工湿地的重要组成部分，是湿地发挥作用的关键。植物的根系区域为微生物的生长提供了必要的营养与能量，有植物的湿地系统由于根际效应的存在，其微生数量显著高于无植物系统[7-9]。湿地植物的一个重要生理特征是其根系的泌氧作用，这一作用使其根部形成好氧微区，而非根际在淹水条件下为厌氧或缺氧区。因而，生长有植物\n第29卷第4期农业环境科学报的湿地系统，其微生物的数量、种类及系统内的氧化还原势与无植物的湿地系统有很大差别，可能正是这种原因造成了植物在人工湿地处理污水时效率差别，对于这些问题的研究，有助于我们进一步了解植物在人工湿地去除污染物中的机理【101。尽管如此，目前关于湿地植物根际微生物学特征研究较少，因而研究不同湿地植物根际化学和生物学特性，对于进一步揭示人工湿地去除污染物的机理、提高污水处理效率具有重要意义。1材料与方法1．1供试材料1．1．1供试植物试验选用美人蕉(Cannageneralis)、香蒲(Typhaorientalis)、垂穗莎草(Cyperusnutans)、玉带草(Rei—neckiacarnea)实生苗作为供试植物。1．1．2培养基质用于湿地植物栽培试验的基质为采自浙江大学华家池校区的小粉土与河砂的混合土。小粉土经风干、磨细后过o．5mm筛待用。河砂用清水冲洗干净，晒干后待用，土砂混合比为1：2。小粉土的理化性质为：全氮1．69g·kg，有机质25．4g·kg，全磷O．678g·kg～，碱解氮156mg·kg～，速效磷25．3mg·kg～，速效钾56mg·kg。1．2试验处理在苗高15～20cm时用淹水土壤根袋培养法进行培养，装置如图1所示[11]。称取砂土混合物2650g装入直径20cm、高17cm的塑料容器中。图中所示网袋由300目(40txm)孔径的尼龙绢网制成，根袋长20cm、宽10cm，根袋中装入850g基质。淹水漫过土表2—3em。根袋内的土壤视为根际土(R)，根袋外的土壤视为非根际土(NR)，每盆一株，重复3次，经过30d培养后采样。1．3测定方法1．3．1微生物数量的测定细菌、真菌、放线菌、有机磷细菌、无机磷细菌采用稀释平板法，硝化细菌、反硝化细菌的测定采用最大或然计数法(MPN)[121。1．3．2土壤酶活性测定硝酸还原酶、亚硝酸还原酶、磷酸酶的测定参照相关文献[13]，脲酶的测定参照文献[141。1．4数据处理所有试验结果都以烘干后土重为基础计算(105图1模拟人工湿地根袋培养Figure1Cultivationofwetlandplantsinnetbagfilledwiththemixtureofsoilandsands℃，24h)，用DPS数据处理系统进行统计分析。2结果与分析2．1不同湿地植物根际与非根际微生物数量变化2．1．1根际与非根际微生物区系变化试验结果表明，所有湿地植物其根际与非根际的微生物数量特征呈现出明显的差异。表1为不同湿地植物根际微生物总数的变化。从表中可见，不同湿地植物根际与非根际微生物数量之间差异很大。从微生物数量上来看，细菌>真菌>放线菌；在总体上，植物根际的微生物数量均显著大于非根际，这与前人的研究[10,1习结果相同。本研究还表明，基质中细菌数量较大的湿地植物为美人蕉和垂穗莎草，而真菌和放线菌数量较多的分别为是美人蕉和玉带草。通过方差分析发现，不同湿地植物根际与非根际问的细菌数量未达到统计显著差异水平；真菌与放线菌在根际与非根际间的差异大多达显著水平。不同湿地植物R／NR的比值细菌为o．82～1．07，真菌为1．40～2．58，放线菌为1．66～6．92。试验结果表明，本试验采用的湿地植物，其根系对细菌生长的促进作用不明显，但对真菌和放线菌具有明显的促进效应，美人蕉对真菌的促进作用最显著，而玉带草对放线菌的正效应最大。2．1．2根际与非根际微生物生理类群变化微生物生理类群的差异与污水处理中的污染去除有直接的关系。由表1可知，4种植物的根际反硝化细菌数和有机磷细菌数都远大于非限际，统计差异达显著水平。垂穗莎草与香蒲根际的硝化细菌数显著高于非根际，但玉带草与美人蕉则差异不显著。无机磷细菌数在4种植物的根际与非根际问的差异不大。4种湿地植物中硝化细菌和反硝化细菌数量最多的\n766江福英等：几种植物在模拟污水处理湿地中根际微生物功能群特征的研究2010年4月是香蒲，分别为2．17×102．6．17×102个·g。1干土；有机磷细菌数最多的是美人蕉为5．68x104个·g。1干土，而无机磷细菌数最多的是玉带草为3．72×103个·g。1干土。植物根系将氧气输送到根区，在植物根区周围的微环境中依次出现好氧区、兼氧区和厌氧区，氨在好氧区则被硝化细菌硝化，有机磷细菌将有机磷化合物转变为简单的磷化物(主要是磷酸盐)，使磷酸钙等可溶解性差的磷化合物溶解。正是由于根际泌氧作用形成富氧一缺氧的氧化还原微环境，造成湿地植物根际微生物分布的不同，本研究结果与凌云铮1司的研究结果相似。湿地植物根际与非根际微生物生理类群R／NR比值由高到低依次为：有机磷细菌3．77、反硝化细菌3．08、无机磷细菌1．26、硝化细菌1．21。4种湿地植物中垂穗莎草的反硝化细菌和有机磷细菌的R／NR比值最高，根际效应最显著。2．2不同湿地植物根际酶活性变化土壤直接参与了土壤中有机物质的转化。由图2可知，4种不同湿地植物的根际土壤脲酶、磷酸酶、硝酸还原酶、亚硝酸还原酶活性都较非根际高。4种植物中玉带草的根际与非根际的脲酶活性最高，分别为0．211、0．206mgNH3一N·g。1·24h～，但4种植物的根际与非根际脲酶活性无明显差异。磷酸酶活性也以玉带草的为最高，根际与非根际的磷酸酶活性分别为2．780、2．017mg酚·g。1·24h，且4种植物的根际与非根际磷酸酶活性差异均达显著水平(P