铜胁迫下海州香薷对鸭跖草的根际保育作用研究

摘要

土壤重金属污染是全球性的环境问题之一。土壤中的重金属主要来源于采矿和冶炼、降尘、污灌、化肥和农药施用,以及工业生产等。我国因采矿造成的重金属废弃地面积高达1.5×106公顷,并以每年4.67×104公顷的速度增长。重金属污染土壤的修复方法主要有物理法、化学法和生物法等。近年来,利用绿色植物转移、吸收、转化污染土壤中的污染物,从而达到净化作用的植物修复法,引起了科学家和环保部门的高度关注。与物理和化学修复相比,植物修复是一种原位、低耗、环境友好型的修复方法,发展前景十分广阔。虽然,植物修复技术有很多优点,但也存在明显不足。主要是植物修复周期相对较长,而且目前以种群水平修复为主,物种多样性低,系统稳定性差。
　　植物间的相互作用决定着植物群落的结构和功能,也是群落演替和恢复的重要驱动力之一。一直以来,在经典的生态学理论中植物间的竞争作用一直是研究的焦点,占据着主导地位。然而,过去二十年来,植物间的正向促进作用逐渐受到关注并开展了大量研究。研究表明,在胁迫环境中植物间的正向促进作用能够加速退化生境的恢复或重建。通过调查发现,铜矿废弃地上最初出现的先锋植物几乎全是海州香薷(Elsholtzia splendens Nakai),并形成斑块状分布的单优势群落,随后鸭跖草(Commelina communis L.)、茵陈蒿(Artemisia capillaries Thunb)、狗尾草(Setaria viridis(L.) Beauv.)、酸模(Rumex acetosa L.)等植物开始出现并伴生在海州香薷周围,群落多样性逐渐增加,但自然演替速度非常缓慢。在此过程中,海州香薷可能为其它植物的种子萌发和幼苗定植起到了创造和改善微生境的作用,而这种现象在退化生态系统中非常普遍。因此,我们提出了以下假设:在铜矿废弃地上海州香薷作为保育植物促进了相邻的鸭跖草的生长和定植。本研究通过野外区组实验,研究了单独生长和与海州香薷共生两种条件下鸭跖草根际土壤理化性质和生物学性质的变化,重金属的积累状况,以及土壤微生物多样性,分析了海州香薷对鸭跖草的保育作用。期望从群落水平上利用植物间的正向促进作用对铜矿废弃地进行修复。主要研究结果如下:
　　1.铜胁迫下,海州香薷对鸭跖草根际土壤理化性质有轻度改善作用,在一定程度上缓解了重金属对鸭跖草的胁迫压力;海州香薷对鸭跖草的遮阴效果不明显,但能够在一定时间段内增加鸭跖草根际土壤的湿度。
　　2.铜胁迫下,海州香薷能够明显地改善鸭跖草根际土壤生物学性质,增加鸭跖草根际土壤基础呼吸强度和土壤酶活性。因此,海州香薷与鸭跖草之间的促进作用可能是通过间接的方式实现的。
　　3.铜胁迫下,海州香薷能够在一定的胁迫水平下增加鸭跖草根际土壤细菌的多样性,影响细菌的群落结构和组成。系统发育树和序列分析结果显示:鸭跖草根际土壤细菌隶属于Acidobacteria, Proteobacteria, Actinobacteria, Firmicutes, Cyanobacteria, Bacteroidetes, Chloroflexi和 TM7菌纲,其中 Acidobacteria, Ktedonobacteria, Proteobacteria和 Flavobacteria为优势群落。冗余分析结果表明,铜胁迫水平和土壤营养状况是影响鸭跖草根际土壤细菌群落的主要理化因子。
　　4.铜胁迫下,海州香薷与鸭跖草之间存在保育作用,并且两者之间的相互作用强度和结果与铜胁迫水平、测定参数和研究方法的选择有关。
　　利用植物之间的互惠关系从群落水平上对退化生态系统进行植物修复,能够加速植物修复进程,提高生态系统物种多样性。本文通过研究铜矿废弃地中耐铜植物间的互惠作用,丰富了生态修复的理论和方法体系,可以为重金属污染土壤的生态修复提供参考。

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第一章 引言

1 研究背景

2 国内外研究进展

3 选题意义

4 研究内容

5 研究思路

第二章 铜胁迫下海州香薷对鸭跖草根际土壤理化性质和重金属积累的影响

1 材料与方法

2 结果

3 讨论

4 小结

第三章 铜胁迫下海州香薷对鸭跖草根际土壤生物学性质的影响

1 材料和方法

2 结果

3 讨论

4 小结

第四章 铜胁迫下海州香薷对鸭跖草根际土壤微生物多样性的影响

1 材料和方法

2 结果

3 讨论

4 小结

第五章 结论与展望

1 本研究的主要结果和结论

2 研究展望

参考文献

致谢

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