论文部分内容阅读
海岸盐沼湿地土壤中的硫循环可以分为还原和氧化两个过程。盐沼土壤中由微生物介导的转化是盐沼湿地土壤硫循环的主体。本研究主要通过盐城海滨滩涂土壤以及其中有硫氧化还原功能的纯培养微生物为研究对象,探讨不同滩涂土壤硫氧化还原反应速率以及不同环境因子对微生物介导的转化是盐沼湿地土壤硫循环的问题,从土壤硫氧化还原能力,土壤微生物氧化还原能力的一些实验结果,提出了植被通过改变环境因子影响以微生物介导的土壤硫循环以及硫元素化学武器假说,为互花米草入侵机制提供一定的理论基础。结果表明:
1.互花米草盐沼土壤的硫氧化还原能力在几种滩地中是最高的。互花米草滩的总生物量和组织含硫量是最高的,这可能意味着互花米草滩地土壤中硫循环比其他滩地活跃。
2.硫的利用是一个随着盐度而显著变化的环境因子。海水中的硫通常很高,硫浓度在盐水沼泽里面时间上和空间上都改变着,不仅随着盐度的变化而变化,而且也随着硫循环的沉淀而变化,在缺氧的环境下,硫是作为有机质分解的最终电子接受者,甚至是在相对低盐度的地区也是如此。米草属植物从海水中高度积累硫,并且通过微生物降解植株残体提高了沉积物的硫浓度,增强了自然潮汐带的硫循环。结合第三章的结果,可能是这些环境因子对硫细菌的影响造成了硫循环的不同。
3.综合比较几种环境因子对于土壤微生物的氧化还原能力的影响。pH对硫氧化细菌的氧化能力影响重大,特别是对于混合硫氧化菌,随着pH的升高,其氧化能力下降。而底物浓度对于硫酸盐还原菌的还原能力的影响重大,随着底物浓度增加,其还原能力增加。
4.有研究表明硫酸盐还原菌的活性和互花米草之间存在联系。可能因为植物的分泌SRB底物,创造了合适条件,其硫酸盐还原速率和硫酸盐还原细菌的丰度在植物生长季明显升高。结合第四章和第五章内容,互花米草可能通过分泌硫酸盐底物以及改变土壤pH等途径,改变硫氧化菌和硫酸盐还原菌活性,影响土壤硫循环。
通过上述研究,提出元素化学武器假说:
植物入侵的新型武器假说-硫元素化学武器假说的提出:尽管硫是植物的一个微量元素,但毫无疑问高硫浓度对大多数植物来说是普遍的植物毒素。禾本科和菊科是入侵植物最多的科,其中的一些植物可以在生物体内积极地依靠生理学过程储存非常高浓度的硫(DMSP和它的衍生物),然后在植株死亡后通过酶作用和细菌分解重新回到土壤和沉积物(大多以硫化物和硫酸盐形式)里,从而导致了他们生长的环境保持了一个高硫状态。通过这种化学武器,大多数湿地中,入侵种米草属植物成功地竞争取代了本土植物例如芦苇。考虑到全球范围内已经发生的和即将发生的酸雨,以及海水对盐沼地带的持续淹没,硫源的无限性是存在的。硫元素化学武器很可能在全球范围内发生作用。植物根部吸收土壤或孔隙水中的硫酸盐硫化物及部分有机硫,转化为Met,DMSP等形式,在植物地上部分通过气孔释放出多种含硫气体,其中无机气体主要是H2S,有机气体主要是DMS;而土壤和海水也通过微生物或藻类的作用也能释放这些气体;海水冲刷到米草滩涂,可能是米草的另一个重要硫源;同时,降水中的硫酸盐,雾气和飞沫中的含硫化合物也是植物的一个硫源。在缺少互花米草的光滩上,土壤通过微生物作用也能释放含硫气体;海水中的藻类和微生物也能释放这些气体;海水冲刷和涨落对光滩的硫也用影响;同时,降水中的硫酸盐,雾气和飞沫中的含硫化合物也是光滩的一个硫源。因此我们提出植物入侵的化学武器假说应包含两个方面:生物化学(化感作用)和元素(硫等)。