论文部分内容阅读
随着城市及流域工农业生产的发展，农药大量使用，矿产、化工、冶金等工业排放的“三废”剧增，沿海污水排放量日益增加，河口生态系统污染日趋严重。红树林湿地系统具有潜在的净化污水的能力及过滤陆地径流和内陆带出的有机污染物和营养盐的生态功能，对来自陆地的污染物有缓冲作用。进入红树林湿地的营养盐最先在根际中完成转化，而红树林对营养盐的去除机制在于其对营养盐的截留能力，但是这种去除机制目前尚不明朗。本研究立足于秋茄根际氮输入下的根际动态过程，以根际非根际的理化性状为切入点，通过定量PCR定量秋茄根际与氮相关的微生物功能群，研究了根系分泌物、硝化反硝化强度，以及秋茄根际非根际的无机氮赋存形态，探索了氮营养盐在秋茄根际的转化机制及影响因素。
根系分泌物是根际转化中的重要生物化学过程，低分子量有机酸作为其中的重要组成部分，在氮循环转化的生物化学过程中扮演重要角色。本研究模拟5种低分子量有机酸，加入到沉积物环境中，探讨低分子量有机酸在氮转化过程中的功能作用。同时，本研究开展九龙江口秋茄林野外原位试验。通过沿入海口方向设置了林内外的5个样点，探索原位条件下秋茄对沉积物无机氮形态的作用，验证了室内控制试验的结果，探讨研究秋茄根际氮的转化机制，以期为解释红树林对营养盐的去除提供新的研究思路，为以后的研究提供研究基础。本研究主要结论如下:
1)外源氮添加下，秋茄根际非根际土壤中脲酶、硝酸还原酶、亚硝酸还原酶以及羟胺还原酶活性都有显著的升高。秋茄根际非根际pH值在铵盐的添加下具有显著性的升高，而硝酸盐的添加则降低了秋茄根际非根际pH值;外源氮的添加都显著提高了秋茄根系活力。外源氮添加下，秋茄根际非根际的潜在硝化强度和反硝化强度都有显著的提高，这表明不同形态无机氮的添加激活了土壤酶的活性和硝化强度、反硝化强度，促使氮在根际中的转化加快。秋茄根际非根际的微生物碳氮较对照组均有显著的升高，且根际部分高于非根际部分。总氮、硝酸盐、铵盐、亚硝酸盐较对照组均有显著的升高，且最高值出现在最高的处理浓度。外源氮添加下，秋茄各个器官中的总氮含量为:叶片＞根＞茎。叶片中的总氮随处理浓度的升高而升高，所有的处理组显著高于对照组。
2)外源氮添加下，秋茄根系的低分子量有机酸主要包括草酸、酒石酸、甲酸、乙酸、柠檬酸。根系分泌的氨基酸和糖类总量均显著高于对照组，而根际非根际的氨基酸和糖类均有不同程度的升高。铵盐添加下，二元酸占低分子量有机酸总量的50％以上，而硝酸盐的添加下，三元酸占主要组成部分。
3)通过对应的引物扩增出5种与氮循环相关的微生物基因(nifH、AOA、AOB、nirS、nirK)，并通过基因TA克隆单菌落验证，建立对应的标准曲线，对红树林湿地沉积物中的5种微生物功能群进行基因定量。在铵盐添加下，秋茄根际非根际土壤中其它4种微生物功能群均有不同程度的显著升高，而nirS则随处理浓度的升高而升高。在硝酸盐添加下，5种微生物功能群均有不同程度的显著升高。
4)铵盐添加下，在秋茄根际部分，AOA、AOB、nirS、nirK、pH、硝化强度、反硝化强度、氨基酸与硝酸盐、铵盐、亚硝酸盐形态都有显著的相关关系;非根际中，AOA、AOB、nirS、nirK、pH、硝化强度、反硝化强度、氨基酸、糖与硝酸盐、铵盐、亚硝酸盐形态也都有显著的相关关系。根际非根际中，氨基酸、糖、硝化强度、反硝化强度与nifH、AOA、AOB、nirS、nirK间都有显著的相关关系。硝酸盐添加下，nifH、AOA、AOB、nirK、pH、硝化强度、反硝化强度、氨基酸和秋茄根际的硝酸盐、铵盐、亚硝酸盐形态都有显著的相关关系;非根际中，氨基酸、糖、硝化强度、反硝化强度与nifH、AOA、AOB、nirS、nirK间都有显著的相关关系。
5)低分子量有机酸的添加显著提高了沉积物中脲酶、硝酸还原酶、亚硝酸还原酶以及羟胺还原酶活性，所有的处理组显著高于对照组，以混合酸的效果最为显著。低分子量有机酸的添加显著提高了沉积物的微生物碳氮，碳氮比呈现降低的趋势。沉积物的pH值在有机酸的作用下显著低于对照组，潜在硝化和反硝化作用有不同程度的升高。低分子量有机酸的添加降低了沉积物中硝酸盐及铵盐的含量，但提高了沉积物中亚硝酸盐的含量。
6)林外光滩样点中，微生物碳无显著性差异，微生物氮在样点1显著低于其它样点;林内硝化强度高于林外，但林内反硝化强度低于林外。硝酸盐和亚硝酸盐沿入海口方向逐渐升高，铵盐没有明显分布规律。林外样点中，nifH、AOA、AOB、nirS及nirK与氮含量及硝化反硝化强度均有显著的相关关系。
7)林内样点中，微生物碳均无显著性差异，微生物氮在样点1显著低于其它样点。nifH与总氮呈显著负相关，与反硝化强度呈显著正相关;AOA与总氮呈显著负相关，与nifH呈极显著正相关;AOB与微生物氮、铵盐、亚硝酸盐、硝化强度、TOC和总磷呈极显著正相关，与pH、盐度、反硝化强度呈极显著负相关;nirS与总氮呈极显著负相关，与nifH及AOA呈极显著正相关;nirK与TOC呈显著正相关，与nifH、AOA及nirS呈极显著负相关关系。