湿地植物根际微生态系统对土壤有机磷形态转化的作用机制

Plants play a crucial role in phosphorus cycling and non-point pollution control for wetland ecosystems. Plant rhizosphere is the core active area. As an important part of soil phosphorus, the transformation of organic phosphorus will affect wetland water qualities directly. Therefore, to study the influence of plant rhizospheres on the transformation of organic phosphorus has a theoretical and practical significance. From the perspective of plant rhizosphere microecosystem, this project intends to study the dynamic distribution of phosphatase activities in soils and its solutions collected from different plant rhizospheres. The relationship between different forms of organic phosphorus and phosphatase activities will then be explored. Based on molecular ecology techniques, the dynamic changes of microbial community structures as well as its diversities in plant rhizospheres will be analyzed. The root box cultivation method will be applied to study the distribution characteristics of microbial community structures and phosphatase activities in plant rhizospheres under different conditions. The coupling effect of microbe and phosphatase on the transformation of soil organic phosphorus will then be discussed. By gene cloning and sequencing, the dominant microflora in plant rhizospheres will be identified and its succession rules will be discussed. After that the mechanism of plant rhizosphere microecosystem on phosphorus biogeochemical cycling will be revealed at genetic level. The results will provide scientific proofs for plants to play a full role in utilizing phosphorus, slowing down non-point source pollution, as well as keeping ecological functions of wetlands.

植物在湿地生态系统磷循环及面源污染控制中起着非常关键的作用，植物根际区域则是作用的核心。有机磷作为湿地磷的重要组成部分，其形态转化将直接影响湿地水体水质。因此，研究植物根际微环境对有机磷形态转化的影响具有非常重要的理论和实际意义。本项目拟从植物根际微生态系统学角度出发，研究不同湿地植物根际土壤及其溶液中磷酸酶活性的动态分布规律；探讨根际土壤及其溶液中不同形态有机磷含量与磷酸酶活性的关系；基于分子生态学技术，研究湿地植物根际土壤微生物群落结构及多样性的动态变化；采用根箱培养法，研究不同环境条件下植物根际微生物群落结构和磷酸酶活性的分布特征及其对土壤有机磷形态转化的耦合作用机理；通过克隆测序，鉴定植物根际优势菌群并探讨其演替规律；进而从基因水平揭示植物根际微生态系统在湿地磷生物地球化学循环中的作用机制，为充分发挥植物在利用磷素、减缓面源污染、保障湿地生态功能等方面的作用提供科学依据。

本课题对野鸭湖湿地植物根际土壤有机磷（OP）及无机磷（IP）形态分布特征、土壤磷酸酶时空分布规律、土壤微生物群落结构及其与磷素形态转化的关系进行了研究，结果表明：不同形态有机磷含量变化与植物生长相关，其中活性有机磷（L-OP）和中活性有机磷（ML-OP）是植物最易转化分解的OP形态，受植物类型及植物生长状况影响最大，其分布与磷酸酶有显著相关性，同时磷酸单酯酶和磷酸二酯酶与ML-OP也表现了显著的相关性，这与ML-OP的有效性有关。中稳定有机磷（MR-OP）和高稳定有机磷（HR-OP）在植物生长周期内变化相对较小，磷酸二酯酶与MR-OP呈显著负相关性，说明磷酸二酯酶可以降解部分MR-OP。植酸酶是三种酶类中唯一与HR-OP含量相关的酶类，说明其对土壤中难降解、稳定性强的有机磷有催化分解能力。本研究成功构建了用于介质复杂的环境样品中低分子有机酸检测的方法，并发现湿地挺水植物根际与非根际土壤溶液中主要存在草酸与丙二酸。土壤微生物群落结构的研究发现，主要存在的三种菌群大小顺序为：细菌＞真菌＞放线菌，细菌/真菌主要受植物生长影响，在植物旺盛生长期，细菌/真菌比值达到峰值。G-/G+的组成变化主要受根际土壤养分水平影响，随着植物生长，G-/G+比值显著降低。在植物旺盛生长时期，根际/非根际土壤中优势菌均表现为PLFA为16:0的好氧菌，优势菌种类差异不大。细菌为磷形态转化的主要功能菌类，能利用大部分形态的OP和IP，并且对HR-OP、闭蓄态（Oc-P）和钙磷（Ca-P）等稳定态磷有一定的转化分解作用。土壤微生物量磷与大部分IP和OP显著负相关关系，说明微生物在土壤无机磷与有机磷循环转化过程中具有重要作用。筛选分离出11株具有较高解磷能力的菌株并进行16SrDNA鉴定，发现Pseudomonas属、Enterobacter sp.属等常见的解磷微生物，且无机解磷菌的解磷能力普遍高于有机解磷菌。

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