超积累植物东南景天（Sedum alfredii Hance）根际微生态特征研究

【摘要】：重金属污染土壤的植物修复(phytoremediation)是近年来国际上兴起的一种治理重金属污染土壤的全新技术。超积累植物对重金属的耐性反应主要由其遗传特性控制,而这种遗传特性必将表现在根际微生态过程及其特征的变化。同时,根际微生态过程又影响重金属的形态转化、生物有效性和移动性。为提高植物修复技术的应用效果,有必要了解和把握超积累植物与重金属相互作用的根际微生态过程。东南景天(Sedum alfredii Hance)是在我国东南部地区一些古老的铅锌矿上发现的一种新的锌镉超积累植物,同时对铅具有富集作用。本研究以超积累植物东南景天为材料,采用野外调查和室内盆栽方法,较系统地研究了超积累生态型东南景天根际环境的变化,包括重金属有效性的变化、根际微生物的代谢特征以及根际微生物群落结构和功能多样性,取得的主要研究结果如下: 1.在铅锌矿区富含重金属或重金属污染的环境条件下,部分植物经过长期进化和自然选择作用,逐渐进化为重金属超积累生态型,形成超积累植物—根际微生物—土壤这样一个特殊的共生体系,在这个体系中,土壤微生物活性(包括微生物生物量,基础呼吸,代谢商等)、土壤酶活性、植物重金属积累特性等都不同于其它地段。矿区植物体内重金属含量与土壤重金属全量和有效态含量呈显著正相关。矿区土壤随着重金属含量的增加,土壤微生物生物量碳逐渐降低,而土壤基础呼吸、微生物代谢商则升高,矿区中心污染土壤微生物生物量碳只有对照土壤的72%,而基础呼吸和微生物代谢商分别是对照土壤的1.6倍和2.3倍。铅锌矿口附近污染区土壤酶活性较低,对照土壤的各种酶活性最高。其中土壤脱氢酶的活性变化最大,作为矿区重金属污染的指标更灵敏。 2.采用盆栽试验研究了不同污染土壤中种植东南景天后地上部重金属含量和根际土壤物理化学特性。研究结果表明,超积累生态型东南景天地上部Zn、Cd含量和积累量显著高于非超积累生态型,并且在介质Zn、Cd浓度较低时,仍然显示超积累特性;种植超积累生态型东南景天后,三种土壤根际pH值降低0.1个单位,而非根际土壤的pH值基本保持不变;矿山土壤和九溪土壤根际有机碳含量分别比非根际高10.2%、7.5%,差异达显著水平;三种土壤根际可溶性有机质含量分别比非根际高13.8%、10.4%和7.8%,而对于非超积累生态型,根际和非根际可溶性有机质变化不大。种植超积累生态型东南景天后,根际土壤有效态锌镉明显降底,有效态铅铜的含量变化不明显。 3.采用盆栽试验研究了不同程度污染土壤中,东南景天根际土壤酶活性变化及其与有效态重金属的关系。种植超积累生态型东南景天后,根际土壤脲酶和脱氢酶