湿地植物根系泌氧及其在自然基质中的扩散效应研究进展

湿地植物根系径向泌氧(ROL)是构造根际氧化-还原异质微生态系统的核心要素,其扩散层为好氧、厌氧微生物提供了良好生境并促进其代谢活动,使湿地植物根际成为有机物降解、物质循环及生命活动最为强烈的场所,已有成果证明湿地植物根系ROL的强弱与污染物的去除效果密切相关。因此,开展湿地植物根系ROL及其在自然基质中的扩散效应研究,对于了解湿地植物根系ROL机理及其根际氧环境特征,进而发挥湿地植物的污染去除功能具有十分重要的意义。基于此,首先归纳了湿地植物根系ROL特征及其受影响机制的研究现状,而后从种属差异、时空分布及对微生物的影响等方面对根系ROL在自然基质中的扩散效应国内外研究成果进行了总结,最终根据研究现状与不足对今后的研究方向进行了简要展望。创新之处在于:1)提出影响根系氧供给及氧输送释放通道的环境、生物等因素,阐述了其对根系ROL的影响机制;2)着重阐述了目前研究较少提及的根系ROL扩散效应测定方法。

生物炭添加对湿地植物菖蒲根系通气组织和根系泌氧的影响

在处理污水的潜流人工湿地中,湿地植物容易受到缺氧胁迫.尽管菖蒲(Acorus calamus L.)是一类对缺氧条件具有显著抵抗能力的湿地植物,但菖蒲的生理响应并不能完全消除湿地长期缺氧带来的胁迫.生物炭添加能够缓解菖蒲体内超氧化物和过氧化物的积累,显著降低膜脂过氧化程度,但生物炭对缓解缺氧胁迫的具体机制尚不清晰.因此,本研究通过在温室内构建5种不同的生物炭湿地,采用植物生态学分析方法,将植物根系通气组织、根孔隙度和根系泌氧相结合,研究菖蒲根部组织对生物炭添加的响应机制.结果表明,通过在传统潜流人工湿地中添加生物炭,有利于菖蒲形成根系通气组织,增大根孔隙度,生物炭投加量与根孔隙度具有显著正相关关系.在湿地中添加生物炭将利于O_2通过通气组织传输至地下部分,并以根系泌氧(radial oxygen loss,ROL)的形式扩散至根际,显著提高根系泌氧量.与其它光强相比,在3 000μmol·(m^2·s)^(-1)条件下,菖蒲泌氧能力较强,生物炭投加比例对植物ROL的影响不显著.

水培条件下两种植物根系分泌特征及其与污染物去除的关系

分别以黑臭河涌污水和霍格兰营养液作为培养液,选取种内个体大小基本一致的风车草(Cyperus alternifolius)和美人蕉(Canna indica)各2株分别水培于2种培养液中,研究经污水驯化和营养液培养后植物的生长状况、根系分泌物、根系径向泌氧以及污水净化效果。结果表明,美人蕉在营养液中的增长速率明显高于污水,而风车草在2种培养液中的增长速率相差不大。2种植物在2种培养液中的单位重量分泌能力存在显著差异。在经过污水及营养液培养后,风车草单位重量分泌能力均高于美人蕉;就单种植物而言,污水水培的植株单位重量分泌能力均高于营养液水培的植株。风车草(营养液)、风车草(污水)、美人蕉(营养液)和美人蕉(污水)的最大分泌量分别为2.89、34.76、1.28、1.82 mg·g-1·d-1。在2种培养液中,风车草的根系泌氧速率均明显高于美人蕉。就单种植物而言,经污水驯化的植物,其泌氧速率均高于营养液中培植的植物,风车草(污水)泌氧速率最大,为0.92μmol O2·h-1·g-1(植株)或6.69μmol O2·h-1·g-1(根),美人蕉(营养液)泌氧速率最小,为0.20μmol O2·h-1·g-1(植株)或1.15μmol O2·h-1·g-1(根)。植物经过一段适应期后,对氨氮、TN、TP的去除率稳定达到90%以上;COD的去除率整体不高,单位重量的风车草和美人蕉对COD的去除量分别为6.95±1.78和1.35±0.52 mg·g-1,而对TP的去除量最小,分别为0.28±0.06和0.06±0.02 mg·g-1。对于COD、氨氮、TN和TP,风车草的单位重量去除量显著高于美人蕉,这与风车草根系分泌有机物能力及根系泌氧能力较美人蕉强有明显的一致性。研究表明,采用风车草作为浮床植物应用于污染水体修复,能达到更佳的效果。