秋茄根際氮循環(huán)研究.pdf

1、隨著城市及流域工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，農(nóng)藥大量使用，礦產(chǎn)、化工、冶金等工業(yè)排放的“三廢”劇增，沿海污水排放量日益增加，河口生態(tài)系統(tǒng)污染日趨嚴(yán)重。紅樹林濕地系統(tǒng)具有潛在的凈化污水的能力及過(guò)濾陸地徑流和內(nèi)陸帶出的有機(jī)污染物和營(yíng)養(yǎng)鹽的生態(tài)功能，對(duì)來(lái)自陸地的污染物有緩沖作用。進(jìn)入紅樹林濕地的營(yíng)養(yǎng)鹽最先在根際中完成轉(zhuǎn)化，而紅樹林對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的去除機(jī)制在于其對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的截留能力，但是這種去除機(jī)制目前尚不明朗。本研究立足于秋茄根際氮輸入下的根際動(dòng)態(tài)過(guò)程，以根際非

2、根際的理化性狀為切入點(diǎn)，通過(guò)定量PCR定量秋茄根際與氮相關(guān)的微生物功能群，研究了根系分泌物、硝化反硝化強(qiáng)度，以及秋茄根際非根際的無(wú)機(jī)氮賦存形態(tài)，探索了氮營(yíng)養(yǎng)鹽在秋茄根際的轉(zhuǎn)化機(jī)制及影響因素。
　　 根系分泌物是根際轉(zhuǎn)化中的重要生物化學(xué)過(guò)程，低分子量有機(jī)酸作為其中的重要組成部分，在氮循環(huán)轉(zhuǎn)化的生物化學(xué)過(guò)程中扮演重要角色。本研究模擬5種低分子量有機(jī)酸，加入到沉積物環(huán)境中，探討低分子量有機(jī)酸在氮轉(zhuǎn)化過(guò)程中的功能作用。同時(shí)，本研究開展九

3、龍江口秋茄林野外原位試驗(yàn)。通過(guò)沿入?？诜较蛟O(shè)置了林內(nèi)外的5個(gè)樣點(diǎn)，探索原位條件下秋茄對(duì)沉積物無(wú)機(jī)氮形態(tài)的作用，驗(yàn)證了室內(nèi)控制試驗(yàn)的結(jié)果，探討研究秋茄根際氮的轉(zhuǎn)化機(jī)制，以期為解釋紅樹林對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的去除提供新的研究思路，為以后的研究提供研究基礎(chǔ)。本研究主要結(jié)論如下:
　　 1)外源氮添加下，秋茄根際非根際土壤中脲酶、硝酸還原酶、亞硝酸還原酶以及羥胺還原酶活性都有顯著的升高。秋茄根際非根際pH值在銨鹽的添加下具有顯著性的升高，而硝酸鹽的

4、添加則降低了秋茄根際非根際pH值;外源氮的添加都顯著提高了秋茄根系活力。外源氮添加下，秋茄根際非根際的潛在硝化強(qiáng)度和反硝化強(qiáng)度都有顯著的提高，這表明不同形態(tài)無(wú)機(jī)氮的添加激活了土壤酶的活性和硝化強(qiáng)度、反硝化強(qiáng)度，促使氮在根際中的轉(zhuǎn)化加快。秋茄根際非根際的微生物碳氮較對(duì)照組均有顯著的升高，且根際部分高于非根際部分?？偟⑾跛猁}、銨鹽、亞硝酸鹽較對(duì)照組均有顯著的升高，且最高值出現(xiàn)在最高的處理濃度。外源氮添加下，秋茄各個(gè)器官中的總氮含量為:葉片

5、＞根＞莖。葉片中的總氮隨處理濃度的升高而升高，所有的處理組顯著高于對(duì)照組。
　　 2)外源氮添加下，秋茄根系的低分子量有機(jī)酸主要包括草酸、酒石酸、甲酸、乙酸、檸檬酸。根系分泌的氨基酸和糖類總量均顯著高于對(duì)照組，而根際非根際的氨基酸和糖類均有不同程度的升高。銨鹽添加下，二元酸占低分子量有機(jī)酸總量的50％以上，而硝酸鹽的添加下，三元酸占主要組成部分。
　　 3)通過(guò)對(duì)應(yīng)的引物擴(kuò)增出5種與氮循環(huán)相關(guān)的微生物基因(nifH、AO

6、A、AOB、nirS、nirK)，并通過(guò)基因TA克隆單菌落驗(yàn)證，建立對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)曲線，對(duì)紅樹林濕地沉積物中的5種微生物功能群進(jìn)行基因定量。在銨鹽添加下，秋茄根際非根際土壤中其它4種微生物功能群均有不同程度的顯著升高，而nirS則隨處理濃度的升高而升高。在硝酸鹽添加下，5種微生物功能群均有不同程度的顯著升高。
　　 4)銨鹽添加下，在秋茄根際部分，AOA、AOB、nirS、nirK、pH、硝化強(qiáng)度、反硝化強(qiáng)度、氨基酸與硝酸鹽、銨鹽、

7、亞硝酸鹽形態(tài)都有顯著的相關(guān)關(guān)系;非根際中，AOA、AOB、nirS、nirK、pH、硝化強(qiáng)度、反硝化強(qiáng)度、氨基酸、糖與硝酸鹽、銨鹽、亞硝酸鹽形態(tài)也都有顯著的相關(guān)關(guān)系。根際非根際中，氨基酸、糖、硝化強(qiáng)度、反硝化強(qiáng)度與nifH、AOA、AOB、nirS、nirK間都有顯著的相關(guān)關(guān)系。硝酸鹽添加下，nifH、AOA、AOB、nirK、pH、硝化強(qiáng)度、反硝化強(qiáng)度、氨基酸和秋茄根際的硝酸鹽、銨鹽、亞硝酸鹽形態(tài)都有顯著的相關(guān)關(guān)系;非根際中，氨基酸、

8、糖、硝化強(qiáng)度、反硝化強(qiáng)度與nifH、AOA、AOB、nirS、nirK間都有顯著的相關(guān)關(guān)系。
　　 5)低分子量有機(jī)酸的添加顯著提高了沉積物中脲酶、硝酸還原酶、亞硝酸還原酶以及羥胺還原酶活性，所有的處理組顯著高于對(duì)照組，以混合酸的效果最為顯著。低分子量有機(jī)酸的添加顯著提高了沉積物的微生物碳氮，碳氮比呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)。沉積物的pH值在有機(jī)酸的作用下顯著低于對(duì)照組，潛在硝化和反硝化作用有不同程度的升高。低分子量有機(jī)酸的添加降低了沉積物

9、中硝酸鹽及銨鹽的含量，但提高了沉積物中亞硝酸鹽的含量。
　　 6)林外光灘樣點(diǎn)中，微生物碳無(wú)顯著性差異，微生物氮在樣點(diǎn)1顯著低于其它樣點(diǎn);林內(nèi)硝化強(qiáng)度高于林外，但林內(nèi)反硝化強(qiáng)度低于林外。硝酸鹽和亞硝酸鹽沿入?？诜较蛑饾u升高，銨鹽沒有明顯分布規(guī)律。林外樣點(diǎn)中，nifH、AOA、AOB、nirS及nirK與氮含量及硝化反硝化強(qiáng)度均有顯著的相關(guān)關(guān)系。
　　 7)林內(nèi)樣點(diǎn)中，微生物碳均無(wú)顯著性差異，微生物氮在樣點(diǎn)1顯著低于其它樣