“根系生物学”一个新兴的研究领域

作为现代生物科学的一个新分支,根系生物学(Root Biology Radical Biology)是近年来发展起来的一个边缘交叉学科,它的研究目的是从人们往往忽视的植物地下部分--根系入手,了解并利用根系及其微生态系统的特性和功能,从而为植物的生长调控、遗传改良提供理论基础.该学科的研究内容包括根系的形态、生理、遗传特性与植物功能,根系及根际化学,根际微生物及其共生体系,根际微生态,根系的生物物理特性及模拟,根系的食品和医药利用,等等.涉及到的学科有植物学、植物生理学、植物遗传学和分子生物学、植物营养学、土壤学、农业微生物学、农业工程学、食品科学和医药学等.     

薹草根系纤维土渗透和崩解性能试验

目的 以薹草为研究对象,研究薹草根系纤维土的渗透性和崩解性能,探究植物根系对土体性能的影响.方法 通过变水头渗透试验,分析各影响因素对根系纤维土渗透性能的影响;通过室内崩解试验,分析各影响因素对根系纤维土崩解性能的影响.结果 根系纤维含量越多,渗透性能越强;风干处理的根系纤维土的渗透性能高于浸水处理;土的含水率越高,渗...     

模拟酸雨对水芹根部NH4+、NO3-、H+离子通量的影响

氮素是植物生长发育必需的营养元素,利用水生植物吸收水体中的氮素是富营养化水体生态修复的重要途径。以水芹(Oenanthe javanica)为研究材料,在中富营养和超富营养两种水平下,探讨模拟酸雨对水芹根部H+、NH4+和NO3-离子流及根系活力的影响。结果表明,酸雨对水芹根系吸收水体中氮素产生影响,并随富营养化水平提高其影响加大。分析发现:(1)水芹对NH4+有吸收偏好;(2)与对照相比,模拟酸雨降低了根部H+的外排,相应地减弱了NH4+的内流,增加了NO3-的外排,但对根系活力无显著影响;(3)超富营养水平下,酸雨对水芹离子流的影响增强,并使根系活力显著降低。     

用于咸寒地区渠道衬垫的GCL特性试验

为了研究GCL膨润土防水毯用于咸寒地区渠道衬垫系统的有效性,对膨润土防水毯进行水化试验、干湿循环试验、冻融循环试验、自愈能力试验,研究GCL的膨胀和渗透特性,分析影响材料渗透系数的因素。结果表明:水化液对材料的渗透性影响较大,离子浓度越高,渗透系数越大,未经水化的材料不能直接用于施工中;材料经历干湿循环后,渗透系数变化不大,并具有良好的自愈性;随着冻融循环次数的增加,渗透系数逐渐减小,GCL在严寒条件下能保持良好的防渗性;膨润土的压缩率与渗透系数呈正相关,变形随着冻融次数的增加而减小,抗变形能力增加,GCL可用于北疆严寒区渠道防渗。     

图像分辨率对草本植物根系形态学参数的影响

应用EPSON V7000图像扫描仪,选择不同的图像分辨率,获得了北美车前(Plantago virginica)、加拿大一枝黄花(Solidago canadensis)、小飞蓬(Conyza canadensis)和春飞蓬(Erigeron philadelphicus)4种草本植物的根系图片,应用WinRhizo根系分析软件测定了不同分辨率下的每种植物的根总长、总面积、总体积这3个参数.结果表明:不同分辨率测定对根系形态参数均存在明显影响,分辨(X)和形态参数(Y)均符合:Y=A·e(B/X),拟合的相关系数均在0.92以上.分析表明:对于不同的植物,既能保证数据精度又能有较高工作效率的图像分辨率并不相同.例如北美车前和加拿大一枝黄花根系扫描时建议图像分辨率为200 dpi,而小飞蓬和春飞蓬的图像建议的分辨率为400 dpi.     

溶液特征对GCL膨胀和渗透特性的影响

利用自由膨胀试验和渗透试验研究了溶液阳离子的离子价、浓度和水化离子半径对GCL(土工织物膨润土垫)中膨润土膨胀特性和GCL渗透性能的影响.试验结果表明溶液的这些特征均对GCL的膨胀性和渗透性有不同程度的影响:膨润土的自由膨胀量随着阳离子离子价和浓度的增大而逐渐减小,而GCL的渗透系数则逐渐增大;1价阳离子溶液的浓度对GCL的膨胀量和渗透系数影响显著,而2价或3价阳离子溶液浓度的影响较小;对于1价阳离子溶液,膨润土的自由膨胀量随着水化离子半径的增大而增大,而GCL渗透系数则随之减小.最后,根据研究结果和相关理论对GCL的膨胀和渗透特性进行了机理分析.     

多孔介质曲折度对膨润土衬垫渗透性能的影响

膨润土的颗粒膨胀所引起的孔隙率及流径曲折度的改变是影响膨润土衬垫(Geo?synthetic Clay Liner,GCL)防渗性能的关键.通过COMSOL建立模拟膨润土中渗流的数值模型,研究了膨润土颗粒膨胀过程对GCL防渗性能的影响.COMSOL模型研究结果表明,流体通过膨润土粒间孔隙时,边界通道的最大速度明显小于非边界通道速度,这与泊肃叶公式的基本结论一致,初步验证了模型的准确性.同时,微观粒子速度分布规律与宏观流体场的速度分布规律基本一致,因此可以从微观的角度研究GCL的宏观渗透规律.利用COMSOL中的粒子轨迹监测方法,分析了颗粒膨胀对膨润土孔隙率和流径曲折度的影响.研究结果表明,流径的曲折度随孔隙率的增加而减小,且呈指数函数关系.基于GCL试样的多孔介质毛管模型和修正泊肃叶公式,考虑GCL孔隙率与流径曲折度之间的指数函数关系,提出了能综合反映孔隙率与流径曲折度影响的GCL渗透系数理论预测模型,并将理论预测结果与已有文献试验数据进行了对比,两者的比值介于1/5～5,验证了模型的准确性.     

UV-B和NO对玉米幼苗根系呼吸作用的影响

通过对玉米幼苗根系生物量、NO释放量、呼吸作用的分析测定,发现UV-B辐射能够促进根系生物量,却明显地抑制玉米幼苗根系NO的释放、交替呼吸途径活性和细胞色素呼吸途径活性,因而降低了根系的总呼吸量.NO尽管对交替呼吸运行量有抑制作用,但能够明显地促进玉米幼苗根系交替呼吸容量、细胞色素呼吸途径的呼吸容量和运行量以及总呼吸,这可能与玉米幼苗根系相对缺氧时,与根系组织中植物球蛋白协同NO对活性氧(ROS)的生成、清除和转化以及刺激通气组织的形成、供氧条件的改善有关.     

植物根系土的剪切强度简化计算方法

选取典型植物根系结构,建立根系相对面积随深度的变化函数,分析植物根系拉伸强度与根系直径、植物高度与地表根系主干面积、地表根系主干面积与竖直方向延伸深度的统计关系。根据加筋原理,解释了植物根系土的强度增强机理,建立了根系土剪切强度随深度减小的统一函数,该函数可由植物根系拉伸强度和根系面积沿深度分布直接计算根系土的剪切强度,简化了根系土剪切强度的确定方法,最后通过已有数据对该函数的可行性进行了验证。     

填埋场GCL/GM与保护层接触面抗剪强度研究进展

建造垃圾填埋场通常采用粘土作为防渗体或作为GCL/GM的保护层共同构成复合防渗系统,但粘土材料应用于西北干旱、半干旱、干湿冻融交替循环环境,存在抗剪强度低及料源匮乏等问题.本文综述了国内外填埋场GCL/GM与保护层接触面抗剪强度研究进展,针对西北干旱、半干旱地区填埋场防渗问题,提出了宽级配砾石土代替粘土作为GCL/GM防渗垫的保护层的新型防渗方案,并就该方案在下一步验证试验中可能遇到的一些问题进行了讨论.     

湿地植物再力花对铬胁迫的生理生化响应

在小型模拟人工湿地实验系统中,用不同浓度梯度(0、5、10、20、40、60 mg/L)的含铬废水对再力花进行污染胁迫,研究铬胁迫下湿地植物再力花的生理生化指标[如丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和根系活力(TTC)等]响应,为其在污染环境中作为水体环境修复植物的可行性提供科学依据。结果表明,随着铬胁迫浓度的增加,沙基质及其再力花体内的铬含量都随着胁迫浓度的增加而增加;叶片中叶绿素a、b及其总量均呈现先增后减,然后再增加的趋势;脯氨酸(Pro)表现为先降低后升高;谷胱甘肽(GSH)、MDA、超氧阴离子自由基、苯丙氨酸解氨酶(PAL)均总体呈现增加趋势;在铬浓度10 mg/L后,SOD和POD含量增加,而TTC和过氧化氢酶(CAT)随铬浓度的增加而降低。综上,再力花能够在铬胁迫下对其生理生化特性作出相应调节,具有较强的适应力和耐污力,可作为人工湿地处理含铬废水的湿地植物之一。     

内陆河流域浮床植物根际微生物群落特征与比较

为研究内陆河流域不同浮床植物的根际微生物群落结构、多样性、潜在生态功能及其差异,采集了位于沱江二级支流赤水河生态浮床上的风车草（Cyperus involucratus）、黄菖蒲（Iris pseudacorus）、再力花（Thalia dealbata）、鸢尾（Iris tectorum）、美人蕉（Canna indica）、梭鱼草（Pontederia cordata）6种植物生长旺盛时期的根系样本,通过细菌16sRNA片段高通量测序和生物信息学手段,分析了微生物群落结构组成、生物多样性以及潜在的生态功能。结果表明,变形菌门（Proteobacteria）在6种浮床植物根际细菌中占绝对优势,丰度达47.5% - 72.2%,在植物生长环境较为相似且空间距离较近的情况下,不同浮床植物根际微生物属水平优势种群丰度差异仍较大。微生物群落多样性由大到小依次为鸢尾、美人蕉、黄菖蒲、风车草、再力花、梭鱼草,同科同属的黄菖蒲和鸢尾根际细菌组成相对较为相似。风车草根际硝化/反硝化功能菌群丰度更高,梭鱼草根际芳香族化合物降解功能菌群丰度显著高于另外5种植物。根长、株高和生物量更大的植物根际微生物中芽殖杆菌属丰度显著更高,植物生长指标与部分根际细菌氮转化存在正相关关系。研究结果可为浮床植物根际微生物群落研究和生态浮床的建设优化提供参考。     

湿地状态对石油污染和植物长势影响的模拟研究

模拟实验中建立了一系列不同状态的“湿地桶”,桶中装有从黄河三角洲采集的被石油污染的土壤和当地的湿地植物。通过监测湿地植物（芦苇、香蒲等）的长势和化验土壤中总石油烃（TPH）及油和脂（O/G）随时间的变化,以探讨湿地状态对石油污染和植物长势的影响。结果显示：湿地环境对土壤中的石油污染有明显的降解作用,芦苇等挺水植物的生长量与积水深度呈正相关,土壤中少量含油并不构成对湿地植物生长的威胁。此实验可为建立油田的湿地缓冲带提供科学依据。     

芦苇与土壤间氮磷化学计量的灰色关联分析

多数水生植物对于湿地土壤中氮磷元素的固持起着至关重要的作用。为了明晰芦苇与土壤间氮磷元素的关系,笔者利用灰色关联分析方法,对溱湖湿地芦苇各器官氮磷含量、季节动态及其与各土层氮磷含量之间的关联度进行了研究。结果表明:①芦苇各器官氮磷元素含量规律基本相同,即总氮含量叶>穗>根>茎,总磷含量叶>根>穗>茎; ②由于芦苇根系的垂直分布特征,溱湖湿地芦苇与土壤氮磷元素交互关联主要集中在0～30 cm土层,说明土壤-植被系统固持水体营养元素过程主要集中在表层土壤中; ③植物生长相对旺盛的春、夏季,土壤-植被系统氮磷元素交互作用主要出现在土壤表层,同时由于地下水位上升,≥45～60 cm土层也会对芦苇氮磷含量产生重要影响。     

太湖梅梁湾不同沉积物对3种沉水植物生长的影响

在人工栽培的条件下,研究了太湖重污染区梅梁湾2种不同沉积物（湖泥、岸泥）对苦草（Vallisneria natans （Lour．）Hara）、黑藻（Hydrilla verticillata （Linn．f．）Royle）、马来眼子菜（Potamogeton malaianus Miq．）3种沉水植物生长的影响．在上覆水相同条件下,湖泥中培养的3种沉水植物均生长良好,生物量高,分枝较多,其中苦草最为显著,生长在湖泥中的苦草比岸泥中的植株高,且提前发育成熟至生殖生长阶段;在湖泥中,3种沉水植物的叶绿素含量均较高,苦草在2种不同沉积物中的差别最大,叶色区别明显;在湖泥中,苦草、黑藻的根长及根系活力等指标均高于岸泥,但岸泥中的根较为粗壮,根数相对较多．试验结果表明：苦草、黑藻、马来眼子菜3种沉水植物能够适应梅梁湾湖泥的肥沃底质条件,生长发育正常,可以进行现场引种栽培试验．     

不同水生植物配置模式对垃圾渗滤液尾水的净化效果

根据上海老港垃圾填埋场渗滤液尾水的水质特性,研究黄菖蒲、菖蒲和再力花3种挺水植物在不同配置模式下,在室内静水实验中,其植物的生物量变化及对尾水的TN、TP和COD净化效果.结果表明,植物对渗滤液尾水的TN和TP净化效果显著,去除率均在75.1%以上,对COD的去除率最高为62.8%;其中,3种植物混合模式对TN和TP净化效果优于两两混植和单种种植,对COD净化效果差异性不显著.另外,净化效果与植物生物量、单位富集量和不同植物问的协同净化作用密切相关.因此,在净化水体时,有必要结合实际情况,针对性地进行植物配置模式优化,以确保净化效果更有效.     

An analytical solution to contaminant advection and dispersion through a GCL/AL liner system

An one-dimensional model for contaminant advection and dispersion through a GCL/AL liner system was developed to analyze the equivalence between a GCL(geosynthetic clay liner) and a CCL(compacted clay liner).The continuity of contaminant concentration and flux at the interface between the GCL and the underlying attenuation liner(AL) are obeyed in the model,and background concentrations in the soil liner are also considered.Based on the assumption that contaminant transport through a GCL was a steady state process,an analytical solution was obtained.Increasing the leachate head from 0.3 m to 10 m results in a reduction of the breakthrough time of benzene by a factor of 2.7.The breakthrough time of benzene increases by a factor of 7.0 when the hydraulic conductivity of GCL decreases by one order of magnitude.The breakthrough curves are more sensitive to the hydraulic conductivities of the GCL and AL(attenuation layer) than to the thickness of the AL.The standard 75 cm CCL can be replaced by a combination of a GCL and a 1.0-4.0 m thickness of AL.The proposed method can be used for preliminary design of GCL composite liners,assessing the equivalence between GCL and CCL,preliminary design of a remediation method for contaminated soils,and evaluating experimental results.     

白洋淀典型挺水植物净化水质效果

通过在白洋淀建立种植芦苇及香蒲的围隔实验区,研究挺水植物对水质的影响。从2011年7月到8月每周采样一次,共7次。测定水中溶解氧(DO)、透明度(SD)、高锰酸盐指数(CODMn)、总氮(TN)、总磷(TP)。实验结果表明:实验围隔内水质明显好转。在实验组中,香蒲高密度围隔实验区对于水质改善作用最为明显,对DO、SD、TN等改变率分别达到120%、81%、29.41%。而对于水中CODMn、TP去除,第三组中密度芦苇围隔实验区相对更好,其改变率分别达到20%、36%。第七组香蒲与第三组芦苇富营养化指数分别为41.64和44.07,低于同期对照组54.43。因此,在水体修复中可选择种植高密度香蒲、中密度芦苇净化水质,这对于改善白洋淀水质有着重要的意义。