根系分解对铬污染人工湿地铬化学形态转化的影响机制

It a critical step to remove heavy metal pollution by harvest the shoot of plant in phytoremediation. The root of plant will stay and decomposed in the soil and lead to increase of organic matter and the succession of microbial community, it can be also led to the change of chemical form of Cr in the soil. But the mechanism of the root decomposed and the change of chemical form of Cr is still unclear. In this research, micro-constructed wetland will be carry out study the effect of root decomposed on the change of chromium chemical form in heavy metal contaminated soils and waters. Research includes as following: The effects of root decompose on TOC, DOC and MBC in soil; the effects of root decomposed on the change of organic matter content and variety, and the complexation reaction of organic matter and chromium. By these studies can reveal relationship of root decomposed and the soil organic matter and the succession of microbial community, illustrate the effects of root decompose on the change of chromium chemical form. The study results have foundational signification for further understanding root decomposed and the chemical behavior of heavy meter in heavy metal contaminated soils and waters.

通过收割地上部分带走重金属是污染土壤、水体植物修复的重要措施，而根系则残留在土壤中，随着残根的分解，重金属释放会引起土壤有机质和微生物群落的变化，影响土壤重金属转化与迁移行为，但根系分解与重金属转化迁移关系尚不清楚。拟以耐湿耐旱薏米作为人工湿地植物，构筑微型人工湿地，采取连续进水、间歇进水和旱作等水分管理模式，应用13C标记、三维荧光、高通量测序等检测技术，研究铬污染土壤根系分解与湿地土壤铬转化及迁移的关系，研究内容如下：根系分解对土壤中总有机碳、活性有机碳以及微生物量碳的影响；根系分解不同阶段土壤有机质变化特征，以及有机质与铬的络合行为；根际/非根际微生物群落演替与铬化学形态转化的关系。通过本研究，揭示铬污染条件下，根系分解与土壤有机质和微生物群落演替的关系，弄清其对铬化学形态转化及迁移的影响，研究结果对于深入了解重金属污染土壤植物根系分解及重金属化学行为具有重要的参考价值。

通过收割植株地上部分是人工湿地处理污水管理的重要过程，而根系则残留湿地中分解，影响土壤生态，对污水处理过程产生影响。本研究通过构建微型模拟垂直流人工湿地（VC）和潜流薏苡人工湿地（HC），以研究不同浓度Cr6+对人工湿地植物根系对铬化学形态转化与迁移等指标的影响。结果表明：薏苡埋根分解速率均随Cr(Ⅵ)处理浓度的提高和时间的延长而降低，HC根系分解速率均大于VC。根系分解对植株吸收铬影响不大，VC薏苡各部位铬积累量及各形态铬含量均大于HC，植株各形态铬含量大小依次为残渣态>80%乙醇提取态>去离子水提取态>2%醋酸提取态>盐酸提取态>NaCl提取态，以难以移动状态为主。Cr6+胁迫下，薏苡叶片超氧化物歧化酶（SOD）以及过氧化物酶（POD）活性均下降，叶片丙二醛(MDA)含量提高，薏苡的生长受到抑制，进水中停止输入Cr6+后，植物生长恢复正常，此时根系分解不影响植物生长。根系分解导致基质中总铬以及各形态铬含量均有短时间内提高，随根细分解时间延长，提高幅度显著下降。基质各形态铬含量依次为残渣态>铁锰氧化物结合态>有机物结合态>可交换态>碳酸盐结合态，HC基质中难以移动形态铬含量大于VC。13C同位素标记研究表明，HC处理基质的DOC含量大于VC处理，而MBC含量却小于VC处理。根系分解碳主要分配到MBC，VC处理MBC含量提高幅度大于HC处理。基质颗粒态有机质（POM）溶解态有机质（DOM）主要来源于植物根系分解，VC处理POM、DOM含量及POM中铬含量均大于HC处理。POM及DOM内酰胺、羧基、芳香类等基团有利于铬的结合。根系分解提高了微生物群落多样性及丰度，HC处理基质中微生物丰度大于VC处理。根系分解对出水中Cr含量影响不大。.根系分解提高人工湿地有机质含量，提高微生物群落多样性及丰度，提高人工湿地基质铬含量，但其化学形态多以难以利用状态存在，短时间内，根系分解污水处理效果影响不大。