不同收割時(shí)間下人工濕地蘆葦根系分泌物的組成和特征

王俊力，劉福興*，付子軾，喬紅霞，陳桂發(fā)

1. 上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，上海 201403

2. 上海低碳農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心，上海 201415

3. 上海十方生態(tài)園林股份有限公司，上海 200233

植物通過(guò)不同策略適應(yīng)周圍環(huán)境并做出反應(yīng)，包括從根部向環(huán)境中分泌和釋放各種化合物，即根系分泌物[1]. 根系分泌物作為植物與根際微生物相互作用的媒介，不僅可以通過(guò)改變生長(zhǎng)環(huán)境的理化條件來(lái)調(diào)節(jié)植物性狀，促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)吸收，還可以為根際微生物提供碳源和能源[2]，并影響微生物的群落結(jié)構(gòu)及其驅(qū)動(dòng)的碳、氮循環(huán)反應(yīng)[3-4]. 植物種類、生長(zhǎng)階段等自身因素以及環(huán)境、生長(zhǎng)條件變化等外界因素均會(huì)影響根系分泌物的組成和含量[5-6].

蘆葦(Phragmites australis)是濕地生態(tài)系統(tǒng)中的主要植物之一，全球分布廣泛，在我國(guó)的亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，蘆葦通常在3月出芽，11月進(jìn)入枯萎期[7]. 研究發(fā)現(xiàn)，枯萎期蘆葦?shù)厣喜糠稚L(zhǎng)速度緩慢甚至停滯，地下根仍然生長(zhǎng)[8]，但是由于光合作用減弱，會(huì)抑制氧氣和有機(jī)物向根部輸送，導(dǎo)致根系分泌物發(fā)生變化從而影響植物生長(zhǎng)狀況和根際微生物的結(jié)構(gòu)及功能[9]；根系分泌物在植物生長(zhǎng)初期分泌量最大，進(jìn)入枯萎期后，逐漸降低，從而影響根際微生物活動(dòng)，進(jìn)而影響濕地中污染物的去除[10]. 收割是濕地植物最主要的管理措施之一，最優(yōu)收割時(shí)間的研究對(duì)于平衡植物在濕地系統(tǒng)中的功能發(fā)揮、冬季濕地的污染物去除以及收割時(shí)人力、物力等有限資源的合理分配均具有重要意義. 研究[7,11-12]表明，枯萎期不同時(shí)間收割會(huì)影響蘆葦濕地的脫氮效果、蘆葦?shù)厣吓c地下部分的養(yǎng)分分配以及根系的呼吸代謝特征等. 而收割時(shí)間對(duì)枯萎期蘆葦根系分泌物釋放的影響、根系分泌物的組成和特征與污染物去除效果的關(guān)系等方面研究還鮮見報(bào)道. 該研究系統(tǒng)探討了枯萎期不同收割時(shí)間情況下蘆葦根系分泌物的組成和特征變化，及其與濕地總有機(jī)碳(TOC)和總氮(TN)去除率之間的關(guān)系，以期探索收割時(shí)間對(duì)植物根系分泌物的調(diào)控機(jī)制，指導(dǎo)蘆葦收割的最佳時(shí)間，對(duì)人工濕地植物的維護(hù)與管理具有重要意義.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)研究位于上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院莊行綜合試驗(yàn)基地(30°53′N、121°23′E). 該區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，多年平均降水量1 191.5 mm，蒸發(fā)量1 236.8 mm，年均溫度16.1 ℃. 全年日照時(shí)數(shù)1 900.2 h，無(wú)霜期224.4 d.

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采取模擬蘆葦濕地的方式進(jìn)行，構(gòu)建12個(gè)相同結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)水平潛流濕地系統(tǒng)(見圖1)，長(zhǎng)、寬、深分別為150 cm×50 cm×80 cm，進(jìn)水端及出水端各設(shè)置長(zhǎng)度為20 cm的布水區(qū)和集水區(qū)，并設(shè)有出水管，填料區(qū)長(zhǎng)度為110 cm. 進(jìn)出水均采用穿孔板，出水孔與出水管底標(biāo)高一致. 為便于測(cè)定濕地內(nèi)部的水質(zhì)參數(shù)，在系統(tǒng)中間沿程豎向設(shè)置內(nèi)徑5 cm穿孔管. 填料粒徑為1~2 cm的礫石，層深70 cm，運(yùn)行時(shí)水在介質(zhì)表面以下流動(dòng)，水深為60 cm.

圖 1 蘆葦濕地試驗(yàn)系統(tǒng)示意Fig.1 Schematic diagram of a single reed wetland monitored experiment system

植物采用當(dāng)?shù)爻Ｒ娞J葦(Phragmites australis)，選取長(zhǎng)勢(shì)相近的蘆葦幼苗移栽至根袋(300目尼龍網(wǎng)袋，20 cm×30 cm)中，袋內(nèi)填料與袋外相同，系統(tǒng)內(nèi)的初始種植密度為2株/袋(約29株/m2)，蘆葦在系統(tǒng)中培養(yǎng)約2個(gè)月待長(zhǎng)勢(shì)平穩(wěn)后，開始進(jìn)水. 進(jìn)水利用河道水配置，用尿素調(diào)節(jié)進(jìn)水ρ(TN)，2年的進(jìn)水ρ(TN)不同，第1年(2017年7月-2018年3月)較高(17.60~34.65 mg/L)，第2年(2018年8月-2019年4月)較低(3.16~10.03 mg/L)，進(jìn)水水質(zhì)參數(shù)如表1所示. 利用恒流泵進(jìn)行連續(xù)進(jìn)水，水力負(fù)荷(HLR)為100 mm/d，水力停留時(shí)間(HRT)為2.4 d. 系統(tǒng)運(yùn)行約1個(gè)月趨于穩(wěn)定后，正式開始試驗(yàn)，第1年試驗(yàn)結(jié)束后，重新布置第2年試驗(yàn).

表 1 試驗(yàn)期間進(jìn)水水質(zhì)情況Table 1 Influent water quality during the experiment

研究地區(qū)的蘆葦在11月末地上部分的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)會(huì)逐漸向地下部分轉(zhuǎn)移[11]，該試驗(yàn)設(shè)置4個(gè)處理，即W1(對(duì)照，蘆葦不收割)、W2〔枯萎前(10月)收割，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)移前〕、W3〔枯萎中期(12月)收割，休眠期〕、W4〔枯萎末期(翌年2月)收割，出芽前〕，每個(gè)處理3次重復(fù)，各個(gè)時(shí)期植物生長(zhǎng)狀況詳見Wang等[11]的研究. 收割方式為去除濕地系統(tǒng)表面10 cm以上的植物部分，并定期對(duì)凋落物進(jìn)行清理. 以收割為節(jié)點(diǎn)將每年的試驗(yàn)分為4個(gè)階段，具體時(shí)間范圍如表2所示.2年試驗(yàn)各階段的濕地TN去除率如表3所示，具體參見王俊力等[7]的研究.

表 2 試驗(yàn)期間關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)Table 2 Key time nodes during the experiment

表 3 試驗(yàn)各階段不同收割時(shí)間下濕地TN去除率變化[7]Table 3 Wetland TN removal efficiency of different harvest time treatments under different experimental stages[7]

1.3 取樣與測(cè)定

水體取樣進(jìn)出水同時(shí)進(jìn)行，進(jìn)水在布水區(qū)采集(3個(gè)重復(fù))，出水在每個(gè)濕地系統(tǒng)的出水口采集，每月一次(階段1)，當(dāng)收割開始后，每月2次(階段2、3、4)，并現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定系統(tǒng)水體中的pH、ORP、EC、DO濃度、溫度(T)等指標(biāo).ρ(TOC)使用TOC分析儀(Apollo 9 000，Teledyne，美國(guó))測(cè)定.

根系分泌物取樣在每次收割時(shí)和試驗(yàn)結(jié)束時(shí)進(jìn)行，方法是將根袋從系統(tǒng)中拿出，稱取根袋內(nèi)與植物根系結(jié)合緊密(根際區(qū))的基質(zhì)100 g(鮮質(zhì)量)，在預(yù)冷無(wú)菌水沖洗、搖床振蕩、過(guò)膜(0.45 μm)后，用甲醇萃取，固相萃取小柱采用Supelclean ENVI-18，經(jīng)活化、上樣、淋洗、洗脫、干燥后，氮?dú)獯祾呦疵撘簼饪s定容至1 mL，用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GCMS-QP2010，Shimadzu，日本)分析.

GC-MS分析條件：色譜條件為毛細(xì)管柱Rtx-5MS(30.0 m×0.32 mm×0.25 μm)；柱溫50 ℃保持2 min，以6 ℃/min的速率升至250 ℃，保持10 min；進(jìn)樣口溫度為230 ℃，載氣He，采用不分流進(jìn)樣方式，流速為2.4 mL/min，進(jìn)樣量為1 μL. 質(zhì)譜條件為EI電離方式，電子能量70 eV，離子源溫度200 ℃，采用Scan采集方式，質(zhì)量范圍45~550 amu，掃描時(shí)間間隔0.2 s.樣品質(zhì)譜圖與數(shù)據(jù)庫(kù)(NIST11/NIST11s)進(jìn)行相似度檢索，保留相似度≥80%且2年試驗(yàn)和各處理的3次重復(fù)中均檢出的組分進(jìn)行后續(xù)分析.

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用峰面積歸一法計(jì)算根系分泌物含量，計(jì)算方法如下：

式中：R為各檢測(cè)組分相對(duì)含量(相似度80%以上物質(zhì))，%；A為各檢測(cè)組分的峰面積(相似度80%以上物質(zhì))，a.u.；At為檢測(cè)組分總的峰面積(相似度80%以上所有物質(zhì))，a.u..

利用IBM SPSS 22.0軟件對(duì)各參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，顯著性檢驗(yàn)采用Duncan在0.05顯著性水平下進(jìn)行；用SigmaPlot 12.5軟件作圖；用Canoco 5.0軟件進(jìn)行冗余分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 枯萎期蘆葦收割時(shí)間對(duì)濕地水體TOC的影響

從進(jìn)出水ρ(TOC)(見圖2)可以看出，第1年進(jìn)水ρ(TOC)較高(11.71~19.27 mg/L)，第2年較低(3.28~10.64 mg/L)；經(jīng)蘆葦濕地處理后，2年間的各處理出水ρ(TOC)均低于進(jìn)水.

圖 2 不同收割時(shí)間處理下蘆葦濕地的進(jìn)水ρ(TOC)和TOC平均去除率Fig.2 TOC inflow concentration and removal efficiency of the reed wetlands under different harvest time treatments

2年試驗(yàn)不收割處理的TOC平均去除率相似，第1年為29.6%±16.3%，第2年為29.0%±22.2%. 與W1處理相比，W2處理階段2的TOC平均去除率分別下降了36.7%(第1年)和7.3%(第2年)，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，去除率降低趨勢(shì)逐漸減小，階段4則分別增加了6.1%(第1年)和55.7%(第1年)；W3處理階段3和階段4的TOC平均去除率在第1年均與W1處理相當(dāng)，第2年則分別增加了40.9%和54.7%；W4處理階段4的TOC平均去除率在第1年和第2年分別增加了29.2%和102.9%.

2.2 枯萎期蘆葦收割時(shí)間對(duì)根系分泌物組成的影響

對(duì)2年試驗(yàn)和各處理3次重復(fù)中均檢出的化合物組分進(jìn)行分析，共檢出10類35種化合物(見表4)，包括16種烷烴、5種酯、3種酮(含4-羥基-4-甲基-2-戊酮)、3種酸、2種醇、2種硅烷以及酚、醛、酰胺、噻唑各1種. 烷烴類化合物在種類數(shù)量上占優(yōu)勢(shì)地位(占比為45.7%)，結(jié)構(gòu)特征上均為鏈狀結(jié)構(gòu)，其中正構(gòu)烷烴7種，支鏈烷烴9種.

進(jìn)一步分析不同處理檢出的化合物數(shù)量(見圖3)，2年試驗(yàn)各處理檢出的化合物數(shù)量均大于20，且每個(gè)采樣時(shí)期收割處理檢出的化合物數(shù)量均少于不收割處理. 試驗(yàn)2年同期相比，第1年前2次采樣檢出的化合物數(shù)量均高于第2年，后2次采樣則相反. 與W1處理相比，2年試驗(yàn)W2處理后均使烷烴數(shù)量明顯減少，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，烷烴數(shù)量逐漸增加；2年試驗(yàn)W3和W4處理后均表現(xiàn)出烷烴數(shù)量增加的趨勢(shì). 其余種類化合物由于數(shù)量較少，在收割時(shí)間處理下的數(shù)量變化無(wú)明顯規(guī)律.

2.3 枯萎期蘆葦收割時(shí)間對(duì)根系分泌物相對(duì)含量的影響

以色譜圖中檢出的組分峰面積來(lái)比較各處理的根系分泌物總量(見圖4)，2年試驗(yàn)的不同收割時(shí)間處理后，根系分泌物總量的變化趨勢(shì)不同. 第1年，與不收割處理相比，收割處理均降低了蘆葦根系分泌物總量，越早收割降低越為明顯；第2年，W2和W4處理降低了剛收割后的根系分泌物總量，W3處理則增加了剛收割后的根系分泌物總量，但隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，又低于W1處理.

第1年各處理根系分泌物中，烷烴類相對(duì)含量最高(45.9%~81.2%)，其次為酸類(5.1%~22.8%)和脂類(7.8%~12.9%)，與其他類型化合物相比達(dá)到差異顯著水平(P＜0.05)；第2年，酸類相對(duì)含量最高(32.4%~62.6%，P＜0.05)，其次為烷烴類(12.5%~43.6%，P＜0.05).不同處理間比較，第1年，與W1處理相比，W2、W3和W4處理后均表現(xiàn)出烷烴類相對(duì)含量增加而酸類相對(duì)含量減少的趨勢(shì)；第2年，W2處理后表現(xiàn)為酸類相對(duì)含量增加而烷烴類減少，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)烷烴類又逐漸增加，W3處理后酸類和烷烴類相對(duì)含量均增加，W4處理后則表現(xiàn)為酸類相對(duì)含量減少而烷烴類增加的趨勢(shì).

表 4 不同收割時(shí)間處理下蘆葦根系分泌物組成Table 4 Composition of reed root exudates under different harvest time treatment

2.4 濕地TOC和TN去除率與蘆葦根系分泌物的關(guān)系

用RDA分析濕地TOC和TN去除率與蘆葦根系分泌物的相互關(guān)系，以根系分泌物各類型含量(標(biāo)準(zhǔn)化峰面積)為環(huán)境變量，解釋濕地TOC和TN去除率的變化(見圖5). 試驗(yàn)第1年，烷烴類含量對(duì)濕地TOC和TN去除率的單獨(dú)和條件效應(yīng)解釋量最高(48.8%)，二者與烷烴類含量均呈顯著正相關(guān)(P＜0.05)；試驗(yàn)第2年，酸類含量對(duì)濕地TOC和TN去除率的單獨(dú)和條件效應(yīng)解釋量最高(33.0%)，二者與酸類含量均呈顯著負(fù)相關(guān)(P＜0.05)，烷烴類含量與濕地TOC去除率呈顯著正相關(guān)性最大.

圖 3 不同收割時(shí)間處理下蘆葦根系分泌物中的組分個(gè)數(shù)Fig.3 Component number of reed root exudates under different harvest time treatments

圖 4 不同收割時(shí)間處理下蘆葦根系分泌物的總量和各類型的相對(duì)含量Fig.4 Total and relative amount of reed root exudates under different harvest time treatments

進(jìn)一步分析烷烴類和酸類中各化合物含量對(duì)2年試驗(yàn)的濕地TOC和TN去除率變化的影響，結(jié)果如圖5所示，試驗(yàn)第1年，3-甲基十四烷、二十烷、十四烷、2-甲基十五烷、十五烷、十八烷含量對(duì)濕地TOC和TN去除率的單獨(dú)效應(yīng)解釋量分別為63.6%、59.6%、56.9%、55.0%、53.8%、31.8%，與TOC和TN去除率均呈顯著正相關(guān)(P＜0.05)；試驗(yàn)第2年，硬脂酸、3-甲基十四烷、棕櫚酸含量對(duì)濕地TOC和TN去除率的單獨(dú)效應(yīng)解釋量分別為40.6%、33.1%、29.0%，其中濕地TOC和TN去除率與硬脂酸和棕櫚酸含量呈顯著負(fù)相關(guān)(P＜0.05)，與3-甲基十四烷含量呈顯著正相關(guān)(P＜0.05).

圖 5 濕地TOC和TN去除率與蘆葦根系分泌物關(guān)系的RDA分析Fig.5 RDA analysis of wetland TOC and TN removal efficiency with reed root exudates

3 討論

3.1 不同收割時(shí)間對(duì)濕地有機(jī)物去除效果的影響

濕地對(duì)有機(jī)物的去除主要依賴微生物的生物降解活動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)[13]，該研究中，進(jìn)水ρ(TOC)與ρ(TN)成正比，即試驗(yàn)第1年的進(jìn)水ρ(TOC)和ρ(TN)均高于第2年，但兩年間的濕地TOC平均去除率差異較小(第1年為29.6%±16.3%，第2年為29.0%±22.2%)，說(shuō)明雖然進(jìn)水ρ(TN)對(duì)濕地的脫氮效果有一定影響[7,11]，但進(jìn)水ρ(TOC)對(duì)濕地有機(jī)物的去除效果可能影響不大. 濕地對(duì)有機(jī)物的去除效果與植物生長(zhǎng)周期和季節(jié)變化相關(guān)，研究[14]表明，低溫季節(jié)影響濕地的有機(jī)物去除效果，與該研究結(jié)果基本一致，冬季略微降低了濕地的TOC去除率，但與濕地脫氮效果相比影響較小，說(shuō)明與脫氮菌相比，主要分解有機(jī)物的異養(yǎng)菌可能受溫度的影響相對(duì)較小[14].

不同收割時(shí)間對(duì)濕地有機(jī)物去除效果產(chǎn)生影響，2年試驗(yàn)均表現(xiàn)出W1處理降低了濕地的TOC去除率，研究[15]表明，正在生長(zhǎng)的植物會(huì)將光合產(chǎn)物以有機(jī)碳的形式分泌到環(huán)境中，為微生物提供碳源，產(chǎn)生根際效應(yīng)[16]，龐大的根系也能為微生物的生長(zhǎng)繁殖提供良好場(chǎng)所，通過(guò)根系泌氧為微生物提供充足的氧氣，促進(jìn)其代謝活動(dòng)[17]，而枯萎前地上部收割會(huì)影響植物的光合作用和根系泌氧作用，從而影響微生物生長(zhǎng)活動(dòng)的根際微環(huán)境[18]，降低了微生物對(duì)有機(jī)物的降解.筆者研究結(jié)果表明，越晚收割則越能增加濕地的TOC去除率，可能是因?yàn)椴皇崭畹奶J葦根系會(huì)持續(xù)分泌有機(jī)碳，而冬季微生物活動(dòng)降低，對(duì)碳源的利用能力不足，根系分泌物釋放反而影響了濕地的有機(jī)物去除效果，這與濕地脫氮效果結(jié)果不同，即與W1處理相比，收割處理均降低了濕地的脫氮效果，但W4處理對(duì)濕地脫氮效果的影響較小[7,11]. 2年試驗(yàn)均表現(xiàn)出W4處理后濕地TOC去除率增加的趨勢(shì)，尤其是進(jìn)水ρ(TOC)較低的年份增加顯著(P＜0.05)，可能是因?yàn)閃4處理后，根系本身分泌物量降低，加上氣候逐漸變暖使微生物活動(dòng)逐漸增強(qiáng)，平衡了根系分泌物釋放量與微生物碳源利用量的關(guān)系，使有機(jī)物去除效果增加.

3.2 不同收割時(shí)間對(duì)根系分泌物組成和含量的影響

根系分泌物組成和含量變化是植物對(duì)環(huán)境變化響應(yīng)的集中表現(xiàn)，當(dāng)環(huán)境條件發(fā)生改變時(shí)，植物可以通過(guò)調(diào)節(jié)根系分泌物的釋放來(lái)適應(yīng)和改善其生長(zhǎng)環(huán)境[19]. 研究[20]表明，烷烴、醇、醛、酮等小分子化合物，具有低分子量、低沸點(diǎn)、高蒸汽壓、弱極性、親脂性等特點(diǎn)，有能夠長(zhǎng)距離傳播、介導(dǎo)有機(jī)體間非直接接觸的相互作用和低濃度即可被感知等優(yōu)勢(shì)，在根際微環(huán)境中起著重要作用[21]. 該研究的蘆葦根系分泌物中共檢出10類化合物，包括烷烴、酯、酮、酸、醇、硅烷、酚、醛、酰胺、噻唑等，其中烷烴類在種類數(shù)量上占比(45.7%)相對(duì)較大，與韋雪晶等[22]研究結(jié)果一致，其檢出蘆葦根系分泌物中烷烴類無(wú)論在種類數(shù)量還是相對(duì)含量上均占優(yōu)勢(shì). 已有研究[19]發(fā)現(xiàn)，香蒲根系分泌物組成有烷烴、烯烴、酸、苯酚、生物堿、脂、酮、醇、苯和唑等，烷烴類在種類數(shù)量和相對(duì)含量上占比亦較大. 烴類碳鏈結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，較難降解，在自然界中廣泛存在[6]，是植物根際微生物的重要碳源. 該研究中，雖然烷烴類在種類數(shù)量上占優(yōu)勢(shì)，但是在相對(duì)含量上可能與進(jìn)水ρ(TN)有關(guān)，進(jìn)水ρ(TN)較高的年份，烷烴類相對(duì)含量占比(45.9%~81.2%)最大，而進(jìn)水ρ(TN)較低的年份，酸類相對(duì)含量占比(32.4%~62.6%)最大. 研究[23]表明，高氮脅迫下蘆葦根系分泌有機(jī)酸會(huì)受到抑制，這可能是試驗(yàn)第1年根系分泌酸類化合物相對(duì)含量比第2年低的原因. 收割處理使根系分泌物在種類數(shù)量上有減少趨勢(shì)，不同收割時(shí)間處理下烷烴類在數(shù)量上有較明顯的變化，W2處理后烷烴類數(shù)量明顯減少，W3和W4處理后均表現(xiàn)出烷烴類數(shù)量增加的趨勢(shì)，這可能是植物通過(guò)調(diào)節(jié)根系分泌物的種類組成來(lái)適應(yīng)收割干擾后生長(zhǎng)狀況的變化.

盡管2年試驗(yàn)的進(jìn)水ρ(TN)不同，但根系分泌物總量沒有表現(xiàn)出年份之間的差異，與Zhao等[2]研究結(jié)果相似. 從不同收割時(shí)間對(duì)根系分泌物總量的影響來(lái)看，除第2年的第3次采樣外，收割處理均降低了蘆葦根系分泌物總量，且進(jìn)水ρ(TN)較高的年份，越早收割降低地越為明顯. 收割是對(duì)植物生長(zhǎng)的一種干擾，會(huì)影響光合產(chǎn)物以有機(jī)碳的形式從根部分泌，導(dǎo)致根系分泌物的降低，若進(jìn)水ρ(TN)較高，蘆葦根系活力亦較高[6]，植物生長(zhǎng)代謝活動(dòng)更加旺盛，枯萎前收割對(duì)植物的干擾相對(duì)更大. W4處理后，雖然根系分泌物的量降低，但濕地的TOC去除率卻增加，可能與根系分泌物釋放量與微生物碳源利用量的平衡有關(guān).

植物根部可以釋放不同類型的含碳化合物來(lái)刺激根際微生物的生長(zhǎng)[24]，其中，烷烴類和酸類本身及其次生代謝產(chǎn)物具有一定的化感作用[25]. 研究[26]表明，環(huán)境因子脅迫能夠誘導(dǎo)植物根系次生代謝途徑發(fā)生改變，導(dǎo)致根系次生代謝物質(zhì)成分發(fā)生變化，以抵御環(huán)境因子的脅迫，如香蒲在正常生境下，根系分泌烴類物質(zhì)以正構(gòu)烷烴為主，受到環(huán)境因子脅迫時(shí)，便會(huì)大量分泌支鏈烷烴和支鏈烯烴化合物. 酸類可作為有益菌在不同植物模式下的化學(xué)引誘劑[27]，從而有利于根際微生物的塑造和定殖，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)植物生長(zhǎng)和防御反饋[28]. 該研究中，2年試驗(yàn)的不同收割時(shí)間處理下，烷烴類和酸類相對(duì)含量變化趨勢(shì)不同. 其中，第1年，與W1處理相比，剛收割后各處理均表現(xiàn)出烷烴類相對(duì)含量增加而酸類減少的趨勢(shì)；第2年，不同收割時(shí)間處理后酸類和烷烴類相對(duì)含量變化趨勢(shì)表現(xiàn)不同，這可能與進(jìn)水ρ(TN)有關(guān)，植物生長(zhǎng)環(huán)境中的氮濃度不同，受干擾后的表現(xiàn)也不同，植物通過(guò)調(diào)節(jié)根系分泌物的釋放量，來(lái)滿足自身適應(yīng)環(huán)境變化的需要.

3.3 濕地污染物去除效果與根系分泌物的關(guān)系

通過(guò)RDA分析表明，濕地的TOC和TN去除率與根系分泌物含量之間密切相關(guān)，進(jìn)水ρ(TN)較高的年份，烷烴類含量對(duì)濕地TOC和TN去除率的解釋量(48.8%)最高，進(jìn)水ρ(TN)較低的年份，酸類含量對(duì)濕地TOC和TN去除率解釋量(33.0%)最高，說(shuō)明環(huán)境中氮濃度不同，植物通過(guò)調(diào)節(jié)根系分泌物的組成和含量來(lái)適應(yīng)收割干擾的策略不同，并與濕地污染物去除效果存在密切關(guān)系. 深入分析發(fā)現(xiàn)，進(jìn)水ρ(TN)較高的年份，濕地TOC和TN去除率主要受烷烴類中3-甲基十四烷、二十烷、十四烷、2-甲基十五烷、十五烷、十八烷等含量影響，且均呈正相關(guān). 進(jìn)水ρ(TN)較低的年份，濕地TOC和TN去除率主要受酸類中硬脂酸、棕櫚酸和烷烴類中3-甲基十四烷等含量影響，且與酸類含量呈負(fù)相關(guān)，與烷烴類含量呈正相關(guān).研究[29-30]發(fā)現(xiàn)，二十六烷和十四烷能促進(jìn)植物生長(zhǎng)，而棕櫚酸會(huì)抑制植物生長(zhǎng)，這可能在一定程度上解釋了該研究中濕地污染物去除效果與烷烴類含量呈正相關(guān)而與酸類含量呈負(fù)相關(guān)的原因，根系分泌物的組成和含量促進(jìn)或抑制了植物生長(zhǎng)，從而塑造了具有不同多樣性和功能的根際微生物群落[2]，繼而會(huì)影響濕地的污染物去除效果. 研究[31]發(fā)現(xiàn)，微生物也會(huì)釋放豐富的以烴類為主的物質(zhì)，而根系分泌物除包括根系的直接分泌產(chǎn)物外，還包括經(jīng)微生物代謝或直接來(lái)自微生物本身的產(chǎn)物[32]，后續(xù)有必要更加深入研究和分離根系分泌物中的根系直接分泌產(chǎn)物和根際微生物本身代謝產(chǎn)物，并闡明其作用機(jī)制，以了解各調(diào)控機(jī)制在濕地污染物凈化過(guò)程中的重要功能.

4 結(jié)論

a) 枯萎期不同時(shí)間收割影響蘆葦濕地的有機(jī)物去除效果和根系分泌物的組成和特征. 與不收割處理相比，枯萎前收割會(huì)降低濕地的TOC去除率，枯萎末期收割會(huì)增加濕地的TOC去除率，即濕地蘆葦在枯萎末期收割對(duì)有機(jī)物的去除效果最好.

b) 蘆葦根系分泌物檢出10類35種化合物，烷烴類數(shù)量占比最高. 與不收割處理相比，收割處理后根系分泌物數(shù)量均呈降低趨勢(shì).

c) 蘆葦根系分泌物中組分相對(duì)含量受收割時(shí)間和進(jìn)水ρ(TN)的影響. 進(jìn)水ρ(TN)較高的年份，根系分泌物中烷烴類相對(duì)含量最大，收割處理后均烷烴類相對(duì)含量增加而酸類減少；進(jìn)水ρ(TN)較低的年份，根系分泌物中酸類相對(duì)含量最大，枯萎前收割后酸類相對(duì)含量增加，烷烴類相對(duì)含量減少后又逐漸增加，枯萎中期收割后酸類和烷烴類相對(duì)含量均增加，枯萎末期收割后酸類相對(duì)含量減少而烷烴類增加.

d) 蘆葦濕地TOC和TN去除率與根系分泌物的組成特征存在一定的相關(guān)性，進(jìn)水ρ(TN)較高的年份主要受烷烴類含量的影響(呈正相關(guān))；進(jìn)水ρ(TN)較低的年份則主要受酸類含量的影響(呈負(fù)相關(guān)).