河濱緩沖帶植物根系和根際微生物特征及其對農(nóng)業(yè)面源污染物去除效果

1、中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報2010年3月第18卷第2期Chinese Journal of Eco-Agriculture, March 2010, 18(2: 365370DOI: 10.3724/SP.J.1011.2010.00365河濱緩沖帶植物根系和根際微生物特征及其對農(nóng)業(yè)面源污染物去除效果*堯水紅1劉艷青2 王慶海1* 肖波1宋佃麗3(1. 北京市農(nóng)林科學院北京草業(yè)與環(huán)境研究發(fā)展中心北京 100097; 2. 南京農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境科學學院南京 210095;3.山東省莒南縣農(nóng)業(yè)局莒南 276600摘要對河濱緩沖帶常見的3種水生植物根系形態(tài)特點、活力特征及其土壤微生物群落多樣性進行了研究,

2、并對其農(nóng)業(yè)面源污染物的去除效果進行了調(diào)查。結(jié)果表明, 3種水生植物根系形態(tài)和活力特征具有顯著差異。根系活力表現(xiàn)為水生鳶尾>菖蒲>千屈菜, 與根尖數(shù)呈顯著相關(guān)。同時, 3種水生植物具有顯著的根際效益, 根際土壤微生物生物量顯著高于非根際土壤; 根際土壤微生物群落數(shù)量為細菌>放線菌>真菌; 土壤微生物群落多樣性指數(shù)為水生鳶尾>菖蒲>千屈菜, 這與3種水生植物根系活力特征表現(xiàn)一致。3種水生植物河濱緩沖區(qū)對農(nóng)業(yè)面源污染物TN、TP 和 COD Cr的去除效果表現(xiàn)為水生鳶尾>菖蒲>千屈菜。說明不同水生植物根系結(jié)構(gòu)導致根系活力不同, 由此引起的土壤微生物群落

3、多樣性差異對水生植物農(nóng)業(yè)面源污染物去除效果有一定影響。關(guān)鍵詞河濱緩沖帶根系結(jié)構(gòu)根系活力土壤微生物微生物生物量微生物多樣性去除效果農(nóng)業(yè)面源污染物中圖分類號:X171.4 文獻標識碼:A 文章編號: 1671-3990(201002-0365-06Characteristics of aquatic plant roots, soil microbes and agricultural non-point source pollutant mitigation in riparian buffer zonesYAO Shui-Hong1, LIU Yan-Qing2, WANG Qing-Hai1

4、, XIAO Bo1, SONG Dian-Li3(1. Beijing Research and Development Center for Grass and Environment, Beijing 100097, China; 2. College of Resources andEnvironmental Sciences, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China; 3. Agricultural Bureau of Junan Country,Shandong Province, Junan 276600, C

5、hinaAbstract An experiment was conducted on the characteristics of root morphology and vitality, and soil microbial community di-versity of three typical aquatic plants to determine their mitigation efficiency of agricultural non-point source pollutants in riparian buffer zones. All the aquatic plan

6、ts used have significantly differences in the characteristics of root morphology and vitality. Root vitality values of the aquatic plants are in the following order: Iris pseudacorus > Acorus calamus > Lythrum salicaria. Root vitality has a significant correlation with root tip number. The aqu

7、atic plants show significant rhizosphere effect, soil microbial biomass in rhizosphere is markedly higher than that in bulk soils. Furthermore, microbial community in rhizosphere soils of the riparian buffer zone has the composition sequence as: bacteria > actinomycetes > fungi. Soil microbial

8、 community diversity index is as follows: I. pseudacorus > A. calamus > L. salicaria, having the same tendency as that of root vitality. The order of removal efficiency of TN, TP and COD Cr by the aquatic plants in the riparian buffer zone is I. pseudacorus > A. calamus > L. salicaria. T

9、he results suggest that variations in root vitality caused by differences in root structure of aquatic plants influence soil microbial community structure and diversity. This results in the differences in removal efficiencies of agricultural non-point source pollutants in riparian buffer zones. Key

10、words Riparian buffer zone, Root structure, Root vitality, Soil microbe, Microbial biomass, Microbial diversity, Re-moval efficiency, Agricultural non-point source pollutant(Received Aug. 5, 2009; accepted Dec. 11, 2009*財政部、農(nóng)業(yè)部社會公益項目“綠色農(nóng)業(yè)科學研究與示范”(2060302和北京市科技新星計劃(2006B03資助*通訊作者,E-mail: wqhgrass-堯水紅

11、(1978, 女, 博士, 主要從事土壤生態(tài)、土壤物理、土壤化學與環(huán)境的研究。E-mail: shuihongyao收稿日期: 2009-08-05 接受日期: 2009-12-11366 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報 2010 第18卷河濱緩沖帶作為水陸間生態(tài)交錯的重要生態(tài)系統(tǒng), 其生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能完整性對控制水體富營養(yǎng)化、保障飲用水源安全、提高生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量具有十分重要的意義1。河濱緩沖帶的生態(tài)系統(tǒng)功能主要是通過植物根系、微生物和土壤相互影響來實現(xiàn)2。植物根際是植物、微生物和土壤相互影響最強烈的區(qū)域。不同植物的根系相對生長優(yōu)勢、根系形態(tài)及根系分泌物的變化將改變根際土壤微生物活性、群落結(jié)構(gòu)和多樣性

12、3。目前對河濱緩沖帶的研究多集中在污染物去除效果方面, 對其生態(tài)系統(tǒng)多樣性的研究少見報道, 而有關(guān)河濱緩沖帶不同植物根系形態(tài)、活力性狀及其對土壤微生物群落結(jié)構(gòu)影響的研究更少。磷酯脂肪酸(PLFAs是微生物細胞膜的主要成分, 提取并測定的土壤 PLFAs 可指示土壤微生物生物量。PLFAs 圖譜分析能提供微生物群落結(jié)構(gòu)的信息, 已經(jīng)被越來越多地用于精確定量或半定量描述各種生境內(nèi)微生物的群落結(jié)構(gòu)46。本文從研究河濱緩沖帶生態(tài)系統(tǒng)完整性和生物多樣性的角度出發(fā), 選取了3種河濱緩沖帶建植時常用的水生植物: 水生鳶尾(Iris pseudacorus、菖蒲(Acorus calamus和千屈菜(Lyth

13、rum salicaria為研究對象, 探討其根系形態(tài)、活力特征及根際和非根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的差異, 并比較3種水生植物對農(nóng)業(yè)面源污染物的去除效果, 為人工調(diào)節(jié)與優(yōu)化河濱緩沖帶生態(tài)系統(tǒng)提供理論支撐和實踐依據(jù)。1材料與方法1.1試驗地概況試驗于2008年410月在農(nóng)業(yè)部綠色農(nóng)業(yè)示范基地山東試驗點(山東省莒南縣清水澗水庫河濱緩沖帶, 118°49E, 35°10N, 海拔200 m, 河濱緩沖帶上方為農(nóng)作物種植區(qū)進行。試驗地年平均氣溫12.4 , 年降水量838.1 mm, 坡度5°7°。供試土壤為中性偏酸壤土(pH 6.7, 潮棕壤, 含沙粒(>

14、0.05 mm 57.29%、粉粒(0.050.002 mm23.94%、黏粒(<0.002 mm18.77%。有機質(zhì)含量為6.92 gkg1, 全氮0.21 gkg1, 全磷0.23 gkg1, 全鉀14.37 gkg1, 速效鉀13.85 mgkg1, 堿解氮16.32 mgkg1, 速效磷2.75 mg·kg1。河濱緩沖帶進水口處水樣 pH 7.09, 濁度19.20 NTU, 硝態(tài)氮(NO3-N 3.50 mgL1, 氨態(tài)氮(NH4+-N0.57 mgL1, 全氮(TN55.16 mgL1, 全磷(TP0.109 mgL1, 化學需氧量(COD Cr157.4 mgL1

15、。水質(zhì)參數(shù)中化學需氧量和全氮嚴重超標, 全磷也僅為類水標準(GB38382002。1.2試驗設(shè)置及樣品采集河濱緩沖帶土壤經(jīng)旋耕、犁平后均勻劃分為4個區(qū)域, 每個區(qū)域以PVC板間隔為3個小區(qū), PVC 板高35cm(15 cm埋于地下, 20 cm露于地面, 小區(qū)面積為75 m2(長7.5 m×寬10 m。4個區(qū)域中有1個區(qū)域為裸地對照, 整個試驗周期內(nèi)未種植任何水生植物; 另外3個區(qū)域于2008年4月分別移栽3種供試水生植物水生鳶尾、菖蒲和千屈菜。移栽時盡量挑選大小一致的植株, 移栽的株行距均為40 cm, 每個區(qū)域內(nèi)種植1 500株。水生植物栽植后定期去除各區(qū)域內(nèi)雜草。在河濱緩沖帶

16、與其上方的農(nóng)作物種植區(qū)間設(shè)置一條寬0.3 m、深0.2 m的間隔溝, 在雨季農(nóng)作物種植區(qū)內(nèi)產(chǎn)生大量徑流時, 徑流經(jīng)過間隔溝進入河濱緩沖帶。本試驗在間隔溝內(nèi)齊溝面埋設(shè)5個水分收集桶, 定期收集水樣作為河濱緩沖帶進水口處水樣, 同時, 在河濱緩沖帶的各個區(qū)域內(nèi)埋設(shè)6個真空吸水杯, 每個小區(qū)2個, 定期抽取水樣測定土壤滲流水水質(zhì)。2008年10月17日在各植物生長區(qū)域內(nèi)隨機選擇3株植株, 采集根際土壤(Rhizosphere soil, 在以植株為圓心、0.13 m為半徑的圓形區(qū)域內(nèi)取樣, 挖出020 cm深土壤, 抓住植株, 輕輕抖落附在根上的土壤, 抖動大約 1 min 后仍附著于根系的土壤即為

17、根際土壤。非根際土樣(Bulk soil按梅花狀在小區(qū)內(nèi)植株行間采集 020 cm深土壤, 5點混勻為1個樣。每種植物3次重復。將根際和非根際土樣帶回實驗室, 迅速去除石塊、動物和植物殘體, 過2 mm 篩, 混合均勻后置于無菌自封袋中, 4 冰箱內(nèi)保存, 于1周內(nèi)完成土壤微生物量和微生物群落結(jié)構(gòu)多樣性分析。采集根際土壤時, 分離出的植物根系洗凈后裝入自封袋, 置于4 冰箱中保存以備根系形態(tài)指標的測定。1.3樣品分析與測定根系分析植物根系洗凈擦干后, 用多功能根系掃描分析儀(Multi-functional root analyser, LC-4800進行根系形態(tài)特征分析, 精度為0.01 m

18、m², 分辨率為1 600×1 600 dpi, 分析指標為根總長、根平均直徑、根總面積、根總體積、根尖數(shù); 并采用TTC 法測定根系活力, 用甲烯藍蘸根法測定根系總吸收表面積和活躍吸收表面積。土壤微生物群落結(jié)構(gòu)分析土壤微生物磷脂脂肪酸(PLFAs提取參照文獻79, 酯化C23:0 為內(nèi)標, 分析流程如下: 取相當于2 g干土的新鮮土壤, 加氯仿甲醇檸檬酸緩沖液(120.8, v/ v/ v直接抽提樣品的總PLFAs; 提取的PLFAs經(jīng)硅膠柱第2期堯水紅等: 河濱緩沖帶植物根系和根際微生物特征及其對農(nóng)業(yè)面源污染物去除效果 367 (SPE-SI分離為中性脂肪酸、糖脂肪酸和

19、磷脂酸。磷脂酸溶于甲醇/甲苯(11, v/ v 溶液, 然后加 0.2 mol L 1KOH, 37 酯化15 min 后, 用 GC-MS (Gas chromatograph-mass spectrometry分析儀進行分子分離, 然后用脂肪酸標準譜圖(Bacterial fatty acid standards和美國的 MIDI 系統(tǒng)(Microbial identifi-cation system識別與定量磷脂脂肪酸。磷脂脂肪酸種類用“總碳原子數(shù)雙鍵數(shù)量”表示, 其后的數(shù)字表示雙鍵相對于甲基末端的位置1012。182 6和182 6, 9 代表真菌源PLFAs1315; 細菌源PLFA

20、s 有更多的iso-和anteiso-, 或者其他支鏈脂肪酸, 單一未飽和脂肪酸或環(huán)脂肪酸也代表細菌源PLFAs 1011; 放線菌源PLFAs 常在離羧基端第10碳原子上有1個甲基團12。土壤其他指標測定 有機質(zhì)含量采用K 2Cr 2O 7- H 2SO 4 氧化法測定, pH 用pH S-3CT 酸度計測定, 全氮含量用半微量凱氏定氮法測定, 全磷含量采用NaOH 熔融鉬銻抗比色法測定, 水分采用烘干稱重法測定, 質(zhì)地采用吸管法分析, 微生物生物量用氯仿熏蒸法測定, 微生物群落多樣性指數(shù)(Shannon- Weiner index, H 采用下式計算:1ln si i i H P P =

21、(1式中, S 為物種豐度, 即 PLFAs 的數(shù)量; P i 為第i 種PLFA 數(shù)量占總PLFAs 數(shù)量的比例。水質(zhì)測定 河濱緩沖帶進水口處水樣的水質(zhì)參數(shù)用多參數(shù)水質(zhì)儀測定(YSI 6500, 其余參照文獻16。 1.4 統(tǒng)計分析不同植物根系形態(tài)數(shù)據(jù)及根際和非根際土壤微生物群落數(shù)據(jù)用 SPSS13.0 軟件進行方差分析(ANOVA和相關(guān)性分析, 差異顯著性(P < 0.05用最小顯著差數(shù)法(LSD檢驗。2 結(jié)果與討論2.1 河濱緩沖帶3種水生植物根系形態(tài)及活力特征供試3種植物的根系總長度、表面積、體積、根平均直徑和根尖數(shù)等根系形態(tài)參數(shù)如表1所示。從表1可以看出, 菖蒲的根系總表面積最

22、大, 達 1 735 cm 2, 其次是水生鳶尾(1 024 cm 2 , 千屈菜(760 cm 2最小。根系總長、總體積、平均直徑與總表面積的順序相同, 且3種植物間所有參數(shù)差異顯著(P <0.05。表1 河濱緩沖帶不同水生植物的根系形態(tài)特征Tab. 1 Root morphology of different aquatic plants in riparian buffer zone植物種Plant species 根總表面積Total root surface area(cm 2根總長 Total root length(cm根總體積 Total root volume(cm 3

23、根平均直徑Average root diameter(mm根尖數(shù) Root tip number千屈菜 L. salicaria 760c 5 639c 22.85c 0.44c 15 584c 菖蒲 A. calamus 1 735a 8 152a 78.07a 2.98a 28 599b 水生鳶尾 I. pseudacorus1 024b6 374b48.55b2.07b36 391a不同小寫字母表示不同處理在5%水平上差異顯著, 下同。Different small letters mean significant difference at 5% level. The same bel

24、ow.根總表面積在不同直徑根系間的分布比例(圖1表明: 供試3種植物直徑>4 mm 根系的比例, 千屈菜最大, 為14.2%, 菖蒲為11.4%, 水生鳶尾最小, 僅為7.1%; 直徑24 mm 根系的比例, 菖蒲較小, 為6.3%, 水生鳶尾和千屈菜間無顯著差異; 直徑12 mm 的根系為千屈菜>菖蒲>水生鳶尾; 直徑<1 mm 的根系所占比例, 水生鳶尾為48.7%, 菖蒲為46.8%, 千屈菜為36.9%(圖1。植物的根尖主要集中在直徑<1 mm 的根系中, 因此, 河濱緩沖帶的3種水生植物根尖數(shù)(表1順序為: 水生鳶尾>菖蒲>千屈菜(P <

25、;0.05。根尖是根生命活動最活躍的部分, 除生長和組織分化外, 根對水分和養(yǎng)料的吸收主要在根尖內(nèi)進行17。因此, 3種供試植物的根系活力特征指標(根總吸收面積、根活躍吸收面積和根總活性與根尖數(shù)量表現(xiàn)一致: 水生鳶尾根活性最強, 菖蒲次之, 千屈菜最小(表2。相關(guān)分析表明, 根總吸收面積(P =圖1 河濱緩沖帶不同水生植物的不同直徑等級根系總表面積分布情況Fig. 1 Distribution of total root surface area with different root diameter of different aquatic plantsin riparian buffer

26、 zone0.047, n =9和根活躍吸收面積(P =0.030, n =9與根尖數(shù)顯著相關(guān), 根總活性與根尖數(shù)極顯著相關(guān)(P = 0.002, n=9。368中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報 2010 第18卷表2 河濱緩沖帶不同水生植物的根系活力特征Tab. 2 Root activity of different aquatic plants inriparian buffer zone植物種 Plant species 根總吸收面積 Total abstract areas of root (cm 2 根活躍吸收面積Activate abstract area of root(cm 2 根總活性 T

27、otal vitalitiesof root (mg g 1h 1千屈菜 L. salicaria 591±78b 264±39c 49.85±8.92c 菖蒲 A. calamus 724±104ab 315±27bc 74.07±10.21b 水生鳶尾 I. pseudacorus896±98a 375±11a 98.55±10.97a2.2 河濱緩沖帶3種水生植物土壤微生物群落結(jié)構(gòu)特征根際是一個特殊的微區(qū)域, 受植物根系影響, 其物理、化學和生物性質(zhì)與土壤主體不同。大量研究表明, 植物在吸收養(yǎng)分的同

28、時, 通過根系向周圍環(huán)境釋放有機分泌物, 其成分從簡單的碳水化合物、氨基酸到復雜的生長物質(zhì)3, 17, 這些分泌物是土壤微生物的重要碳源, 因此植物根系的差異會引起土壤微生物尤其是根際微生物的變化。3種水生植物根際與非根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)見表3。共鑒定到28種 PLFAs,C 鏈長度從11到20, 包括飽和、不飽和、甲基化分支和環(huán)化脂肪酸。PLFAs 分析結(jié)果表明, 供試3種水生植物根際與非根際土壤中細菌 PLFAs (11:0, 12:0, 13:0, 14:0, i15:0, a15:0, 15:0,i16:0, 16:19, 16:0, i17:0, cy 17:0, 17:0, 18

29、:19, 18:111, 18:0, cy 19:0, 19:0, 20:0 占整個微生物群落總生物量的 62.4%71.6%, 3種水生植物中菖蒲和水生鳶尾的根際與非根際間細菌PLFAs 相對含量差異顯著, 且3種植物種植區(qū)根際細菌數(shù)量均顯著小于裸地(74.2%(P <0.05, 表3。因此, 土壤細菌不僅受土壤母質(zhì)的支配, 植被對其也有相當?shù)挠绊?。? 河濱緩沖帶不同水生植物根際及非根際土壤微生物群落PLFAs 的相對含量Tab. 3 Relative content of PLFAs of soil microbial community of different aquatic

30、plants in riparian buffer zone%千屈菜L. salicaria菖蒲A. calamus水生鳶尾 I. pseudacorus微生物種類 Microbe PLFAs裸地 Bare land非根際土Bulk soil根際土 Rhizosphere soil 非根際土Bulk soil 根際土 Rhizosphere soil 非根際土Bulk soil根際土Rhizospheresoil11:00 2.54 3.65 4.37 5.40 9.38 11.28 16.9212:00 25.45 20.39 22.59 19.18 17.32 17.72 12.36 13

31、:00 15.32 13.83 19.23 21.00 5.57 14.78 8.59 14:00 3.12 2.42 0.52 0.61 1.71 1.90 1.53i 15:0 2.58 2.97 0.63 1.43 1.89 2.82 1.47 a 15:0 2.76 1.16 1.53 0.60 1.74 0 1.3915:00 0.06 1.93 1.83 0.46 1.28 02.97 i 16:0 0.92 0.73 1.15 6.05 1.19 2.03 1.56 16:1 90.644.381.9311.626.1816:00 0.40 0 0.24 0.46 13.22 2

32、.56 1.15i17:0 0.54 0.45 0.65 00.27 0 2.14 cy 17:0 3.26 0 0.96 1.32 0.42 1.74 2.16 17:00 1.20 1.60 0.85 0.06 0.90 2.42 1.9318:1 9 0.31 1.60 0.34 0.60 0.92 0 2.47 18:1 11 2.02 0.69 0.26 0.97 0.54 0 2.1418:00 2.07 2.20 0.27 0.61 0.66 0 1.68 cy 19:00.350.750.244.590.321.250.4319:00 0.85 0 0.44 0.58 0.59

33、 1.26 1.57 20:00 9.80 10.25 1.87 0.25 2.06 01.21 細菌 Bacteria合計 Total74.19* 64.62 62.35 69.10 71.60* 59.76 69.85* 10Me 17:0 0.75 1.10 7.10 2.30 4.07 5.90 2.60 放線菌Actinomycetes10Me 18:0 0.90 3.20 7.90 3.00 3.21 1.10 2.57 合計 Total 1.65* 4.30 15.00* 5.30 7.28* 7.005.17* 真菌 Fungi 18:2 6, 9 1.16* 4.35 5.6

34、3* 2.42 3.62 * 4.25 4.58* 2-OH 10:0 11.18 14.956.13 8.36 6.01 9.37 9.04 2-OH 12:07.28 1.63 2.11 4.66 3.97 3.63 2.92 3-OH 12:0 1.26 5.73 7.82 6.71 4.17 9.01 4.20 2-OH 14:0 0.55 1.20 0.45 1.06 1.51 2.90 1.47 3-OH 14:0 2.18 1.38 0.38 1.31 1.67 2.69 1.62 其他 Others2-OH 16:00.561.850.151.090.181.401.17*表示

35、根際土與非根際土間 5% 水平上差異顯著, *表示植物種植區(qū)與裸地間5%水平上差異顯著。* means significant difference betweenbulk soil and rhizosphere soil at 5% level. * means significant difference between plant area and bare area at 5% level.第2期堯水紅等: 河濱緩沖帶植物根系和根際微生物特征及其對農(nóng)業(yè)面源污染物去除效果 369 3種植物的根際真菌和放線菌相對含量均顯著高于非根際(P <0.05, 表3。3種水生植物根際與非根際

36、土壤真菌 PLFA(18:2 6,9和放線菌 PLFA (10Me 17:0 和 10Me18:0都具有較高豐度, 植物種植區(qū)較裸地真菌 PLFAs 高 2.093.95倍, 放線菌 PLFAs 高2.619.69倍(表3。3種供試植物非根際土壤微生物的總生物量(總 PLFAs以水生鳶尾最高431.61 nmol g 1(soil, 其余 2種植物較小, 且與裸地192.26 nmol g 1(soil間無顯著差異(P >0.05。3種供試植物根際土壤微生物總生物量和細菌生物量均表現(xiàn)為: 水生鳶尾>菖蒲>千屈菜, 且差異顯著(P < 0.05, 表4。從3種水生植物根際

37、與非根際土壤微生物總生物量及真菌、細菌和放線菌的分布來看, 根際與非根際間差異顯著, 這進一步說明植物根系通過根系分泌物、脫落物和分解物等改變土壤微環(huán)境, 顯著影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)。表4 河濱緩沖帶不同水生植物的根際和非根際土壤微生物生物量和類群Tab. 4 Microbial biomass and groups in rhizosphere and bulk soil of different aquatic plants in riparian buffer zone細菌Bacteria真菌 Fungi 放線菌Actinomycetes 總微生物生物量 Total PLFAs BS R

38、SBS RSBS RSBS RS植物種Plant species nmol g 1(soilRS/BSnmol g 1(soil RS/BSnmol g 1(soilRS/BSnmol g 1(soilRS/BS千屈菜 L. salicaria 130.37b 156.62c* 1.20b 8.78b 14.14b* 1.61b 8.68c 37.68a* 4.34a 201.75b 251.19c* 1.25b 菖蒲 A. calamus145.23b 299.93b* 2.07a5.09c 15.16b* 2.98a11.14b30.52b* 2.74b 210.17b 418.89b*

39、1.99a 水生鳶尾 I. seudacorus 257.93a 352.81a* 1.37b 18.34a23.11a*1.26c 30.21a*26.11c0.86c 431.61a 505.09a*1.17bRS: 根際土 Rhizosphere soil; BS: 非根際土 Bulk soil 。不同小寫字母表示植物間5%水平上差異顯著 Different small letters mean sig-nificant difference among plant species at 5% level; *表示根際土與非根際土間 5% 水平上差異顯著 * means signific

40、ant difference between BS and RS at 5% level.土壤微生物群落的多樣性指數(shù)在一定程度上指示微生物群落結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性1819。從圖2可以看出, 3種水生植物根際微生物群落多樣性指數(shù)為水生鳶尾>菖蒲>千屈菜, 非根際微生物群落多樣性指數(shù)植物間變化與根際相近, 但各植物間差異很小; 且各植物均表現(xiàn)為根際>非根際。說明3種水生植物根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)均較非根際穩(wěn)定。物種豐度也是群落生物組成結(jié)構(gòu)的重要指標, 反映了群落所含物種的多寡, 3種水生植物物種豐度依次為菖蒲>水生鳶尾>千屈菜。2.3 河濱緩沖帶水生植物對農(nóng)業(yè)面源污染的去除效

41、果河濱緩沖帶對農(nóng)業(yè)面源污染的去除機理包括: (1 通過植被種植, 滯緩徑流, 截留泥沙, 使部分營養(yǎng)物質(zhì)隨顆粒物被截留; (2 植物自身直接吸收利用面源污染物和土壤中的營養(yǎng)物質(zhì); (3 植被增加有機物來源, 改善土壤結(jié)構(gòu), 根系生長可增加土壤滲透能力, 使部分營養(yǎng)物質(zhì)被土壤固持/吸附; (4 植物通過發(fā)達的根系向土壤中輸送微生物降解面源污染物所需的氧, 提高微生物對面源污染物的降解能力。河濱緩沖帶各水生植物根系及其微生物群落對農(nóng)業(yè)面源污染物的去除主要是后3種機理。故本研究測定了水生植物對地表層以下滲流中農(nóng)業(yè)面源污染物的去除效果2021。由表5可知, 在河濱緩沖帶進水處農(nóng)業(yè)面源污染TN 、TP

42、和 COD Cr 濃度相同的情況下, 不同水生植物緩沖區(qū)滲流出水TN 、TP 和 COD Cr 去除效果均為水生鳶尾>菖蒲>千屈菜。這與植物根尖數(shù)、根系活力特征指標(表2及各水生植物緩沖區(qū)內(nèi)土壤微生物群落的多樣性指標(圖2結(jié)果一致, 說明不同植物的根系活力不同, 使土壤微生物群落結(jié)構(gòu)多樣性不同, 進而不同水生植物緩沖區(qū)對農(nóng)業(yè)面源污染物去除效果不同。圖2 河濱緩沖帶不同水生植物根際和非根際土壤微生物群落多樣性指數(shù)和物種豐度Fig. 2 Shannon-Wiener index and species richness of microbe estimated by PLFAs in

43、rhizosphere and bulk soil of differentaquatic plants in riparian buffer zone370 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報 2010 第 18 卷 表5 Tab. 5 河濱緩沖帶不同水生植物對土壤滲流中 TN, TP 和 CODCr 的去除效果 Removal rates of TN, TP and CODCr from seepage by different aquatic plants in riparian buffer zone 滲流出水濃度 Concentration in seepage (mg·L1 TN 30.1

44、3 26.59 20.39 TP 0.083 0.063 0.027 COD Cr 56.20 46.98 39.83 TN 去除率 Removal rate (% TP CODCr 64.30b 70.15ab 74.70a 12231233 8 Frostegard A, Bth E, Tunlid A. Shifts in the structure of soil microbial communities in limed forests as revealed by phospholipid fatty acid analysisJ. Soil Biology and Bioche

45、mistry, 1993, 25: 723730 9 Tunlid A, White D C. Biochemical analysis of biomass, community structure, nutritional status, and metabolic activity of microbial communities in soilM/Stotzky G, Bollageds J M. Soil biochemistry. New York: Marcel Dekker, 1992: 229262 10 Bligh E G, Dyer W J. A rapid method

46、 of total lipid extraction and purificationJ. Can J Biochemical Physiology, 1959, 37: 911917 11 White D C, Davis W M, Nickels J S, et al. Determination of the sedimentary microbial biomass by extractible lipid phosphateJ. Oecologia, 1979, 40: 5162 12 Petersen S O, Klug M J. Effects of sieving, stora

47、ge, and incubation temperature on the phospholipid fatty profile of a soil microbial communityJ. Applied and Environmental Microbiology, 1994, 60(7: 24212430 13 Bth E, Anderson T H. Comparison of soil fungal/bacterial ratios in a pH gradient using physiological and PLFA based techniquesJ. Soil Biolo

48、gy and Biochemistry, 2003, 35(7: 955963 14 Bailey V L, Smith J L, Bohon H Jr. Fungal-to-bacterial ratios in soils investigated for enhanced C sequestrationJ. Soil Biology and Biochemistry, 2002, 34(7: 9971007 15 Klamer M, Bth E. Estimation of conversion factors for fungal biomass determination in co

49、mpost using ergosterol and PLFA 18:2 6, 9J. Soil Biology and Biochemistry, 2004, 36: 5765 16 魯如坤. 土壤農(nóng)業(yè)化學分析方法M. 北京: 中國農(nóng)業(yè)科技 出版社, 2000 17 韋紅群, 鄧建珍, 曹建華, 等. 柱花草根系與根際微生物類 群的研究J. 草業(yè)科學, 2009, 26(1: 6973 18 Ibekwe A M, Kennedy A C. Phospholipid fatty acid profiles and carbon utilization patterns for analysis of microbial community structure under field and gree