畜禽粪便处理下矿山生态型水蓼磷积累及去除能力研究北大核心CSCD

研究磷富集植物对畜禽粪便施用土壤中过量磷的积累及去除能力,可为利用植物提取土壤过剩磷以降低磷造成的非点源污染提供科学依据。采用两期土培盆栽试验,以矿山生态型水蓼为研究对象,探讨不同用量(0、25、50、75、100 g·kg^(-1))鸡粪、猪粪和牛粪处理下矿山生态型水蓼的磷积累能力,分析适宜用量畜禽粪便处理下矿山生态型水蓼在不同生长时期(6、8、10、12周)的磷积累特征及磷去除能力。结果表明:1)随着畜禽粪便用量的增加,矿山生态型水蓼地上部生物量和磷积累量均在75 g·kg^(-1)鸡粪(PM_(75))、100 g·kg^(-1)猪粪(SM_(100))和100 g·kg^(-1)牛粪(DM_(100))时达到最大,地上部磷积累量分别为158.64、204.05和128.92 mg·株^(-1),是不施畜禽粪便处理的5.47~8.66倍。2)适宜用量畜禽粪便(PM_(75)、SM_(100)、DM_(100))处理下,矿山生态型水蓼生物量和磷积累量分别在12和8周时达到最大,地上部磷积累速率在6~8周时最高。8周后,各适宜用量畜禽粪便处理下矿山生态型水蓼磷去除能力无显著变化,磷提取率可达5.84%~19.36%、植株有效数为4~6株。8周为适宜用量畜禽粪便处理下矿山生态型水蓼的适宜收获时期。3)不同畜禽粪便处理下矿山生态型水蓼磷积累能力存在较大差异,在0~6周时,DM_(100)处理下矿山生态型水蓼地上部磷积累速率明显高于其他处理;在6周后,PM_(75)和SM_(100)处理下矿山生态型水蓼地上部磷积累速率均迅速增加,地上部磷积累量在8周时分别是DM_(100)处理的1.19和1.27倍。综上,在75 g·kg^(-1)鸡粪、100 g·kg^(-1)猪粪、100 g·kg^(-1)牛粪的土壤中,矿山生态型水蓼生长良好,磷积累和磷去除能力强,可高效提取畜禽粪便施用土壤中的磷以降低过量磷对环境的威胁,且对猪粪、鸡粪处理土壤中磷的提取效果优于牛粪处理土壤。     

适宜施氮量对粗齿冷水花根际微域土壤磷组分及磷酸酶活性的影响

  【目的】  适宜施氮可提高磷富集植物对磷过剩土壤的修复效率,研究适宜施氮处理下磷富集植物根际微域土壤磷组分的变化,可为利用磷富集植物提取土壤中过剩的磷提供理论依据。  【方法】  采用多隔层根箱土培试验,以磷富集植物矿山生态型粗齿冷水花为材料,非矿山生态型为对照,设磷处理的P质量浓度为800 mg/kg,氮处理的N质量浓度为0 (CK)和140 mg/kg,分析对比了两种生态型粗齿冷水花磷富集能力及根际微域土壤磷组分与磷酸酶活性的变化。  【结果】  1)适宜施氮量下,两种生态型粗齿冷水花地上部、地下部生物量和磷积累量均显著升高;矿山生态型地上部生物量和磷积累量分别为非矿山生态型的1.28和1.45倍。2)适宜施氮量下,两种生态型根际土壤中H₂O-P和NaHCO₃-Pi含量均增加;土壤H₂O-P和NaHCO₃-Pi含量均在距矿山生态型根际4 mm微域内显著高于非根际土壤,分别在距非矿山生态型根际4和2 mm微域内显著高于非根际土壤;土壤NaHCO₃-Po和NaOH-Pi、NaOH-Po含量在距两种生态型根际6 mm微域内显著低于非根际土壤;土壤HCl-Pi和HCl-Po和Residual-P含量在根际微域和非根际土壤之间无显著变化。不施氮和适宜施氮量下矿山生态型根际微域NaHCO₃-Pi含量均显著低于非矿山生态型,矿山生态型对土壤NaHCO₃-Pi的吸收利用能力更强。3)适宜施氮量下,两种生态型粗齿冷水花根际土壤磷酸酶活性均较对照增加,土壤酸性磷酸酶、碱性磷酸酶活性分别在距根际4和2 mm微域内显著高于非根际土壤,植酸酶活性在距根际8 mm微域内显著高于非根际土壤。不施氮和适宜施氮量下,矿山生态型根际微域土壤磷酸酶活性更高。  【结论】  高磷条件下,适宜施氮量 (140 mg/kg)增加了两种生态型粗齿冷水花根际微域土壤磷酸酶活性,且矿山生态型根际土壤磷酸酶活性更高,有利于根际微域土壤中磷由低有效态组分向高有效态组分转化,从而促进了植株的生长和磷素积累。     

无机氮处理对矿山生态型水蓼氮积累及根系形态的影响

氮肥的过量施用,导致土壤中过量的氮易随渗漏、径流等方式进入水体,造成水体的富营养化加剧。矿山生态型水蓼为前期试验筛选的氮磷修复植物,明确根系形态变化对无机氮处理的响应特征可以为矿山生态型水蓼对氮素的吸收积累机理提供一定理论基础。采用砂培试验,以氮磷富集植物矿山生态型水蓼为研究对象,设置不同铵态氮浓度(25、50、75 mg·L^-1)和硝态氮浓度(25、50、75 mg·L^-1),研究了矿山生态型水蓼植株氮积累以及根系形态各参数的变化。结果表明,矿山生态型水蓼生物量和氮积累量均在供氮50 mg·L^-1时达到最大值。供氮浓度为50和75 mg·L^-1时,矿山生态型水蓼生物量表现为硝态氮处理显著高于铵态氮处理。矿山生态型水蓼氮含量和氮积累量均表现为铵态氮处理高于硝态氮处理。随着铵态氮浓度的增加,矿山生态型水蓼的根长、根表面积和根体积均显著减小;随着硝态氮浓度的增加,矿山生态型水蓼根长、根表面积、根体积均在供氮50 mg·L^-1时最大。在供氮为25 mg·L^-1时,矿山生态型水蓼根系形态各参数表现为铵态氮处理大于硝态氮处理,在供氮50和75 mg·L^-1时则表现为硝态氮处理显著大于铵态氮处理。适宜浓度硝态氮能促进矿山生态型水蓼的生长和侧根发育,从而促进对氮素的吸收。而铵态氮浓度过高会抑制矿山生态型水蓼的根系生长,但并不抑制其对氮素的吸收积累能力,这可能与矿山生态型水蓼根系的抗逆性有关。     

高磷对矿山生态型水蓼磷富集特性的影响

采用土培试验,以磷富集植物矿山生态型水蓼为研究对象,研究了高磷条件下（P 800 mg/kg）矿山生态型水蓼4周、 8周、 12周的磷富集特性,为利用矿山生态型水蓼提取土壤或水体中过量的磷, 防治磷的非点源污染提供理论依据。结果表明, 1）高磷处理下,矿山生态型水蓼根干重在4周、 8周、 12周时分别为不施磷处理的4.50、 8.12、 3.17倍;茎干重分别为不施磷处理的6.83、 11.47、 15.14倍;叶干重分别为不施磷处理的5.77、 10.49、 7.11倍。矿山生态型水蓼生物量在12周达到最大,增加幅度明显高于非矿山生态型。2）高磷处理下,矿山生态型水蓼各器官磷含量明显高于不施磷处理,且随着生长期延长逐渐降低。矿山生态型水蓼磷富集系数均大于1,且在高磷处理下高于非矿山生态型。各生长期下,矿山生态型磷迁移率均大于50%,且在高磷处理下分别为不施磷处理的1.21、 1.21、 1.20倍。矿山生态型水蓼地下部与地上部磷积累量在12周时,分别达到 9.76、 105.12 mg/plant, DW,为非矿山生态型的2.29、 3.29倍。 3）矿山生态型水蓼根系酸性磷酸酶活性在8周时达到峰值,在4周和8周时表现为高磷处理大于不施磷处理且显著高于非矿山生态型（P0.05）。而植酸酶活性随生长期延长逐渐降低,在12周时表现为高磷处理大于不施磷处理且高于非矿山生态型。表明在高磷处理下,矿山生态型水蓼对磷具有较强的吸收和积累能力,是一种理想稳定的磷富集材料。     

植物对不同形态磷响应特征研究进展

磷是植物生长发育所必需的大量营养元素之一,参与植物体内许多重要化合物的合成与代谢。土壤中磷素具有多种形态,且不同形态磷的植物有效性差异较大;植物在不同形态磷环境下,体内会形成相应的适应性机制。植物吸收积累磷通常与根形态、根系分泌物、体内磷转运等因素有关,受到特异基因表达的调控。了解植物对磷的吸收积累特性是筛选磷高效植物或磷富集植物的前提,也是充分利用土壤磷素资源、修复磷过剩环境的关键。根据国内外研究现状,本文从磷素吸收积累、根系形态特征、磷酸酶与植酸酶的变化以及磷营养高效的分子机制,综述了植物对不同形态磷的响应特征,并对未来该领域的研究进行了展望。     

高磷处理下矿山生态型水蓼根系耐受特征

  【目的】  磷富集植物对高磷具有良好的耐性是其应用于植物修复的前提。本研究探讨磷富集植物矿山生态型水蓼根系对高磷的耐受能力,为后期利用其修复环境中的过量磷提供一定的理论依据。  【方法】  采用矿山生态型和非矿山生态型水蓼(ME和NME)进行了水培试验,营养液中设置无机磷2、4、8、16 mmol/L 4个高浓度处理,以正常磷0.5 mmol/L浓度为对照,分析对比了两种生态型水蓼根系对高磷的耐受特征。  【结果】  随着磷浓度的增加,ME地上部和根系生物量和磷积累量均先显著增加后降低,在磷浓度4 mmol/L时出现峰值,而NME则大体呈降低趋势。高磷处理ME地上部和根系生物量分别为NME的1.35～2.56和1.18～1.86倍,除磷浓度16 mmol/L处理外,ME地上部和根系磷积累量分别为NME的1.35～2.58和1.36～1.96倍,磷积累能力更强。ME根系质膜开始受到明显损伤的营养液磷浓度是8 mmol/L,而NME是磷浓度4 mmol/L。随着磷浓度的增加,ME根系中H₂O₂、MDA和NME根系中的MDA含量均表现为先稳定后显著增加,而NME根系中的H₂O₂含量则持续增加;两种生态型水蓼根系SOD、POD和CAT活性均先显著增高后降低,分别在磷浓度4和2 mmol/L时显著高于对照。与NME相比,ME根系抗氧化酶活性更高,对H₂O₂和MDA的清除能力更强。两种生态型水蓼根系亚细胞组分磷含量均表现为可溶部分(含液泡)＞细胞壁＞细胞器。随着磷浓度的增加,两种生态型水蓼各亚细胞组分磷含量均显著增加,且在磷浓度2和4 mmol/L处理下,根系可溶部分(含液泡)磷分配比例明显高于对照,液泡是其磷素储存的重要场所。  【结论】  矿山生态型水蓼对高磷的耐受能力和磷积累能力均强于非矿山生态型水蓼。高磷处理下矿山生态型水蓼存在根系自由基和保护酶动态平衡、细胞壁固持和可溶部分的液泡区隔化现象,这是其根系的重要耐受特征。