夢清園蘆葦濕地根際微生物特性研究

1、第26卷第2期2007年4月四川環(huán)境SICHUANENVIRONMENTVol126,No12April2007試驗研究夢清園蘆葦濕地根際微生物特性研究丁浩,凌云,徐亞同,米文秀(華東師范大學環(huán)境科學系,上海)摘要:量、,R/S平均值分別為7013、915、219。,無論根際還是非根際的亞硝酸細菌數(shù)量均高于硝酸細菌的數(shù)量。,而根際反硝化細菌數(shù)量則減少。菌劑和酶制劑的加入使、真菌、放線菌和亞硝酸細菌比對照組稍高,硝酸細菌和反硝化細菌則較少;而根際泥樣中加菌劑和酶制劑組微生物數(shù)量比空白組高出12個數(shù)量級,在投加菌和酶制劑后酶活性無論在根際還是非根際都得到提高,高于對照組約56個酶活單位。關鍵詞:蘆

2、葦;根際微生物;酶活性;微生物數(shù)量中圖分類號:X17文獻標識碼:A文章編號:100123644(2007)0220006205InvestigationonRhizosphereMicrobesofBulrushWetlandofMengqingGardenDINGHao,LINGYun,XUYa2tong,MIWen2xiu(DepartmentofEnvironmentalScience,EastChinaNormalUniversity,Shanghai200062,China)Abstract:Thisresearchisaboutthedistributionofrhizospher

3、emicrobesofbulrushinMengqingGarden,Shanghaisoastofindoutthefactorswhichaffecttheirpatternsanddistribution.Theresultsindicatethatthenumberofthebacteria,epiphyteandactinomycetesinrootingzonearemorethanthoseinnon2rootingzone,andthemeansofR/Sarerespectively7013,915,219.Therootingeffectismoreobviousonnit

4、rosomonasthanonnitrobacter.Thenitrosomonasaremorenitrobacterbothintwozones.Thenumberofheterotrophicbacteriaandnitrifyingbacteriaincreasedwiththetimeofthehydraulicretentiontime,contrarytothenitrobacter.TheHeterotrophicbacteria,nitrosomonas,epiphyteandrhizosphereinnon2rhizospherezonesaremorethanthecon

5、trastinthesamplewiththeinoculantsandenzyme,contrarytothenitrobacteranddenitrifyingbacteria.Themicroorganismsinrhizospherearemorethanthecontrastwith12magnitudesinthesamplewiththeinoculantsandenzyme.Theactivityofenzymehasbeenimprovedbothintwozonesinthesamplewithinoculantsandenzyme,whichhigherthantheco

6、ntrastwith56magnitudes.Keywords:Bulrush;rhizospheremicrobes;activityofenzyme;microbialbiomass植物是人工濕地系統(tǒng)的重要組成部分,除植物吸收作用去除氮、磷等污染物外,植物更重要的作用是通過根分泌物影響系統(tǒng)中微生物的種類、數(shù)量及其活性,進而影響系統(tǒng)的處理效果1是植物體與土壤物質(zhì)、能量交換的場所,一方面植物體通過呼吸、分泌有機物質(zhì)影響根際土壤性2質(zhì);另一方面,土壤又通過根際區(qū)以各種方式向植物體提供營養(yǎng)物質(zhì)。目前國內(nèi)雖然關于人工濕地凈化污水的機制研究已經(jīng)有不少報道,但主要集中于濕地植物的氣體代謝、植物生理生態(tài)、

7、水力動力學等方面,人工濕地植物的根際微生物和酶活性方面的研究國內(nèi)外尚不多見。但現(xiàn)有研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn),在人工濕地凈化污水的過程中,根際微生物和。根際區(qū)收稿日期:2006209226基金項目:國家863項目“上海城市水環(huán)境質(zhì)量改善技術與綜合示范”課題資助(課題編號:2003AA601020Z)。作者簡介:丁浩(1982-),男,安徽鳳陽人,華東師范大學環(huán)境科學專業(yè)2004級碩士研究生,主要研究方向為環(huán)境微生物。© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 2期丁浩等:夢

8、清園蘆葦濕地根際微生物特性研究7酶活性起到了極其重要的作用。本試驗通過以上海市夢清園示范工程的人工蘆葦濕地為研究對象,來考察蘆葦濕地中的根際和非根際微生物數(shù)量分布及水力停留時間對根際微生物的影響。有益微生物技術是日本微生物專家發(fā)明的有益微生物制劑的培殖生產(chǎn)并在生態(tài)農(nóng)業(yè)、環(huán)境保護等領域中廣泛應用的綜合性科學技術,為此設置試驗和空白對照圍隔來研究投加菌劑和酶制劑對根際微生物數(shù)量和酶活性的作用,對研究根際微31111樣地圖1夢清園蘆葦濕地及其采樣點分布Fig111ThedistributionofsamplingspotsonthebulrushwetlandofMengqingGarden蘇州河夢

9、清園是根據(jù)上海水環(huán)境目前面臨的突出問題,在技術優(yōu)化、比選基礎上,選擇在蘇州河中游夢清園建立綜合性的示范工程,開展城市水環(huán)境質(zhì)量改善技術與綜合示范研究。建成后的蘇州河夢清園將成為生態(tài)環(huán)境教育的重要場所。通過環(huán)保展示中心的模型演示和室外生態(tài)景觀的實際觀察,市民可充分認識河流污染的危害及其形成機制,以及水生態(tài)系統(tǒng)重建對水質(zhì)改善的意義和重要作用。夢清園蘆葦濕地及采樣點位置分布見圖1。進水由泵從蘇州河抽提,經(jīng)過折水澗進入到蘆葦濕22地。蘆葦濕地面積800m,其中蘆葦面積795m,水深018m,河水在蘆葦濕地有3號和4號出水口,其中3號出水口為短流出水,在4號水力停留時間比3號出水口長,然后流入下湖。為研

10、究菌劑、酶制劑對蘆葦根際微生物及酶活性的影響,根據(jù)試驗需要設置了圍隔實驗直接從折水澗進水,圍隔分為兩格,每格5×1m,分別設置為空白對照組、試驗組,兩組水力停留時間均為1128天。每兩個月用投加裝置把菌劑和酶制劑加入試驗組的底泥中。投加量:酶可邦清淤劑(MICROPANAQUAP1E1)3為5g/m水體,利蒙系列產(chǎn)品中的淡水2號-3(N1)為115×10mL/L水體。112蘆葦濕地蘆葦濕地采樣點(如圖1所示):(1)蘆葦濕地號短流出水口即蘆葦濕地北出水;(2)蘆葦濕地號出水口蘆葦濕地南出水;(3)空白圍格號對照圍隔;(4)投加菌劑圍格號試驗圍隔。113分析方法微生物的數(shù)量和

11、酶活性測定參照土壤微生4物分析方法手冊,其中細菌、真菌、放線菌計數(shù)采用平皿培養(yǎng)法(混菌法),硝酸細菌、亞硝酸細菌和反硝化細菌的計數(shù)采用MPN法。土壤的理5化性質(zhì)測定參照土壤農(nóng)化分析手冊。114夢清園土壤的本底值蘆葦濕地的水處理功能,主要來自三方面:基質(zhì)的作用、大型植物蘆葦?shù)淖饔?、微生物的作用。而微生物的作用、蘆葦?shù)淖饔糜钟匈囉诨|(zhì)的,可見,基質(zhì)是濕地的關鍵和核心所在。通常自由表面流濕地多以自然土壤為基質(zhì),本實驗的蘆葦濕地是表面流濕地,其土壤的性質(zhì)見表1。表1夢清園土壤的性質(zhì)Tab11SoilpropertiesoftheMengqingGarden有機質(zhì)含量(%)NH32Nmg/kg(干重)2

12、71952PO3P42mg/kg(干重)泥土115731162結果與分析211蘆葦濕地根際和非根際微生物的數(shù)量分布為了研究蘆葦根際對土壤微生物數(shù)量的影響,試驗隨機采蘆葦根際和非根際土壤為研究對象。21111根際和非根際細菌、放線菌和真菌的數(shù)量分布微生物是人工濕地中有機污染物及其它污染物去除的主要執(zhí)行者,人工濕地中微生物主要包括細菌、真菌和放線菌。根際由于其獨特理化條件,特別是根系分泌物的存在,使其具有不同于非根際的© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 8

13、四川環(huán)境26卷表2蘆葦根際與非根際細菌、放線菌和真菌的數(shù)量Tab12Thequantityofthebacteria,epiphyte、actinomycetesinrhizosphereandnon-rhizospherezones(個/g干土)而亞硝酸的根際效應更加明顯,亞硝酸細菌的R/S為711,反硝化細菌的R/S為519,硝酸細菌的R/S為414。(2)無論在根際還是非根際亞硝酸細菌的數(shù)量均比硝酸細菌多,EMay等研究一個碎石床處理系統(tǒng)(GraveBedHydroponicsystem)的氮轉化細菌,發(fā)現(xiàn)亞硝酸菌高于硝酸菌,這與我們的測定結果相似。,硝酸細菌對pH。由于蘆葦泌氧作用,在

14、低溶解氧條件下亞硝酸細菌對溶解氧的親和力較硝酸細菌強,使亞硝酸細菌的活性及繁殖速度大于硝酸細菌的活性和繁殖速度。212水力停留時間和投加菌劑及酶制劑對根際微生物影響21211水力停留時間對根際異養(yǎng)細菌、反硝化細異養(yǎng)細菌根際蘆葦非根際R/S216×108317×1067013放線菌711×105214×105219真菌210×104211×103915注:R/S是根際與非根際數(shù)值比值,以下同;表中數(shù)據(jù)為8月到11月的平均值。微生物數(shù)量;)布是相似的,放線菌>真菌,其中異養(yǎng)細菌的數(shù)量最多;(2)微生物的根際效應明顯,異養(yǎng)細菌、放線菌

15、和真菌在根際均比在非根際的數(shù)量多,其中異養(yǎng)細菌的根際效應最為明顯,異養(yǎng)細菌的R/S為7013,放線菌R/S為219,真菌R/S為915。21112根際與非根際反硝化細菌、硝酸細菌和亞硝酸細菌的分布反硝化細菌、亞硝酸細菌和硝酸細菌是生物硝化脫氮中起主要作用的微生物,它們直接影響硝化效果和生物脫氮效果。在水生高等植物根際存在氧化還原微環(huán)境,空氣中的氧氣通過水生高等植物的根莖葉通氣組織到達水生高等植物根部,并擴散到根表面,環(huán)繞根形成一層薄的氧化層(即根際氧化6帶aerobicrhizosphere);在這一氧化層外,由于水生高等植物的覆蓋及其呼吸代謝作用,往往處于缺氧狀態(tài)。正是由于在水生高等植物根區(qū)

16、存在這樣一個富氧-缺氧的氧化還原微環(huán)境,因此,反硝化、硝酸、亞硝酸細菌能夠同時出現(xiàn)并發(fā)揮其作用。表3蘆葦根際與非根際反硝化細菌、亞硝酸細菌和硝酸細菌的數(shù)量Tab13Thequantityofthedenitrifyingbacteria、nitrosomonasandnitrobacterinrhizosphereandnon-rhizospherezones(個/g干土)菌和硝化細菌的數(shù)量的影響圖28月到11月蘆葦濕地3號和4號出水口根際異養(yǎng)細菌、反硝化細菌和硝化細菌數(shù)量Fig12Thequantityofrhizosphereheterotrophicbacteria,denitrifyi

17、ngbacteriaandnitrifyingbacteriafromAugusttoNovemberaroundtheNO13andNO14clarifiedwaterexitsofbulrushwetland由圖2比較從2005年8月到11月在3號出水口和4號出水口的根際微生物數(shù)量,可以看出除了反硝化細菌,其他微生物的數(shù)量在4號出水口均高于3號出水口,即隨著水力停留時間增加而增加。由于3號出水為短流,所以有機質(zhì)的濃度比4號高,但夢清園蘆葦濕地是表面流濕地,表流濕地與垂直流濕地不同之一就是表面流的植物根際很難得到充分利用,所以雖然在短流出有機質(zhì)的濃度高,由于停留時間過短根際異養(yǎng)細菌很難充分利

18、用有機質(zhì),隨著停留時間的增加根際微生物能降解更多的反硝化細菌根際蘆葦非根際R/S214×104411×103519硝酸細菌710×104116×104414亞硝酸細菌310×105411×104711注:表中數(shù)據(jù)為8月到11月的平均值。由表3可以得出:(1)反硝化細菌、硝酸細菌和亞硝酸細菌的根際效應明顯,反硝化細菌、硝酸細菌和亞硝酸細菌在根際的數(shù)量均比非根際多。© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved

19、. 2期丁浩等:夢清園蘆葦濕地根際微生物特性研究9真菌、放線菌和亞硝酸細菌比對照組稍高,硝酸細菌和反硝化細菌則較少;而根際泥樣中加菌劑和酶制劑組微生物數(shù)量比空白組高出12個數(shù)量級,這說明由于根際為微生物的生長提供了較好的生存圖38月到11月蘆葦濕地3號和4號出水口和Fig13ThefromNOandNO14exitsofbulrushwetland圖5投加菌劑和酶制劑組根際與非根際微生物數(shù)量比較Fig15Thecomparisonofmicrobiomassinrhizosphereandnon2rhizospherezoneafterinputofinoculantsandenzyme環(huán)境,

20、加入到底泥中的復合微生物菌劑及酶制劑主要集中在根際周圍,促進了土著微生物的生長著性增長,也說明菌劑的加入同時也可以促進(影響)蘆葦?shù)纳L,形成了良好的共生關系,從而加強了整個蘆葦濕地系統(tǒng)的生物代謝強度,更有利于系統(tǒng)中污染物的去除。21213投加菌劑和酶制劑對根際和非根際酶活性的影響圖48月到11月蘆葦濕地3號和4號出水口COD的變化Fig14ThevariationsoftheCODfromAugusttoNovemberaroundtheNO13andNO14clarifiedwaterexitsofbulrushwetland有機質(zhì),同時異養(yǎng)細菌的數(shù)量也增加。另一個重要原因是在3號出水口的

21、有機質(zhì)濃度較高(從圖4可以看出),需要消耗大量的溶解氧來氧化分解有機質(zhì),使得3號出口基質(zhì)溶解氧降低甚至達到厭氧狀態(tài),不利于好氧細菌的生長,但有利于反硝化細菌的厭氧微生物生長繁殖。4號流出的根際硝化細菌高于3號短流出的硝圖6投加菌劑和酶制劑組根際與非根際酶活性的比較Fig16Thecomparisonofactivitybetweenrhizosphereandnon2rhizospherezonesafterinputofinoculantsandenzyme化細菌的數(shù)量。這是因為:(1)在4號水的停留時間長,隨有機物濃度的降低,促進硝化反應,氨氮和亞硝酸鹽被氧化,硝化細菌在其中得到營養(yǎng)增殖,

22、同時停留時間長也有利于世代較長的硝化細菌的繁殖;(2)由于4號出口的有機質(zhì)濃度低于3號口則氧化有機質(zhì)需氧量少,這樣就有利于好氧微生物的生長繁殖(如硝化細菌)。21212投加菌劑和酶制劑對根際和非根際微生物由圖6可知,(1)從兩圍隔數(shù)據(jù)來看無論是對照組還是試驗組,根際泥的腺酶、磷酸酶和蛋白酶活性均明顯高于非根際泥樣各類酶的活性,根際區(qū)土壤酶活性高是土壤研究者一再證明了的事7,8實。根區(qū)有大量根系分泌的粘液和根表脫落物質(zhì),其上都附著各種植物分泌的酶,其次,根區(qū)土壤微生物數(shù)量較多,這些微生物也常釋放出酶9類,從而使根區(qū)土壤酶活性高于非根際。(2)無論是根際還是非根際的樣品,加菌劑和酶制劑組數(shù)量的影響

23、從圖5數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)試驗組非根際泥樣異養(yǎng)細菌、© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 10四川環(huán)境26卷的腺酶、磷酸酶和蛋白酶活性顯著高于對照組各酶的活性,約56個酶活單位。說明復合菌劑及酶制劑的加入增強了根際生物的代謝活性,使根際酶活性增強,為污染物的降解提供了條件。高,高于對照組約56個酶活單位。在環(huán)境生物修復可以投加酶制劑和生物促生劑,可以提高微生物的數(shù)量和活性,加快環(huán)境修復的速度。參考文獻:3結論蘆葦濕地微生物的根際效應明顯,根際的異養(yǎng)細菌、真菌和放線菌

24、的數(shù)量均比非根際多,R/S值分別為7013、915、219,異養(yǎng)細菌>放線菌>。,R/S分別為414和711,由于受到環(huán)境條件的影響,無論根際還是非根際的亞硝酸細菌數(shù)量均高于硝酸細菌的數(shù)量。在表流人工濕地中,根際異養(yǎng)細菌和硝化細菌數(shù)量隨著水力停留時間的增加而增加,而根際反硝化細菌的數(shù)量減少。蘆葦根際微生物數(shù)量和酶活性高于非根際,酶制劑和生物促生劑的加入使得加菌非根際泥樣異養(yǎng)細菌、真菌、放線菌和亞硝酸細菌比對照組稍高,硝酸細菌和反硝化細菌則較少;而根際泥樣中加菌劑組微生物數(shù)量比空白組高出12個數(shù)量級,在投加菌劑后酶活無論在根際還是非根際都得到提1Jvymazal1Removalmec

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