络合诱导植物修复的根际微生物响应机制和氮转化过程

Biodegradable chelant-enhanced phytoremediation offers an alternative treatment strategy in metal contaminated soils, but most studies to date have been addressed on phytoextraction efficiency rather than comprehensive understanding of the soil quality and environmental risk. Biodegradable chelants applications increase the metal concentration, provide sufficient nutrition for microorganisms and/or plants, and affect the biogeochemical cycling of C, N in soils. Therefore, three biodegradable chelants (EDDS, NTA, CA) with different nitrogen contents and ryegrass will be used in the pot experiment. The typical agricultural soil will be collected from lead/zinc mine in Shaanxi province. The impact of chelants applications on root exudates and soil microbial communities, as well as the nitrogen cycling in the soil-plant-air multiple surfaces will be investigated in the present study. It aims to characterize of microbial community, nitrogen transformation, plant growth, and metal removal in the phytoremediation process. The results will increase our understanding on the safe, effective remediation technology in the chelant-induced phytoremediation.

络合诱导修复技术已成为植物修复重金属污染土壤的热点和前沿，但大多数研究仅关注修复效率，而忽略了修复技术对土壤质量的影响和潜在的环境风险。修复过程中外源添加的生物降解螯合剂既可显著增加土壤溶液中金属浓度，又易生物降解释放大量C、N，从而影响植物生长、土壤微生物及C、N生物地球化学循环过程。因此，本研究选取陕西宝鸡凤县铅锌污染的农业土壤，三种不同含氮量的生物降解螯合剂（EDDS、NTA、柠檬酸）和可重复收割的黑麦草为研究对象，以根系分泌物和微生物群落结构动态变化特征和氮在土壤–植物–大气连续体系中的转化过程为重要线索，研究络合诱导植物修复体系中植物、螯合剂、微生物相互作用过程和机制。期望综合修复效率、土壤质量、环境风险等多个指标对修复效果进行整体评价，为安全、高效的络合诱导植物修复技术的构建提供重要科学依据。

重金属污染农业土壤的植物修复技术被认为是绿色、高效、环境友好的修复策略。本项目以重金属污染农业土壤为研究对象，研究各种植物修复措施下重金属提取效率和土壤理化性质的变化。我们重点分析了紫花苜蓿在接种抗铜根瘤菌下对铜胁迫的生理响应；基于盆栽实验研究微生物复合菌剂强化植物修复能力，分析植物-微生物-螯合剂（EDDS）的联合修复中复合菌剂提高植物耐性的作用；探讨了络合诱导植物修复体系中植物、螯合剂、微生物相互作用过程及机制，阐明外源螯合剂添加的环境效应及风险。我们发现根瘤菌-苜蓿共生体系有利于植物生长、叶绿素合成，提高光合反应速率，增加植物地上部和根部总氮含量；对调节抗坏血酸氧化还原和谷胱甘肽氧化还原有积极作用，提高植物抗性。植物-微生物联合修复过程中外源接种复合菌剂显著促进植物生长，提高植物铜吸收量强化植物修复效果，缓解铜对植物的毒害作用，提高植物的抗性，改善土壤微生物群落组成结构。以上结果提高了我们对重金属污染土壤的植物-微生物修复技术的认识。在本基金的支持下，共发表SCI研究论文15篇，培养研究生5名。