多环芳烃在土壤-蔬菜界面上的迁移与积累特征

研究了南京市工业区周边污染农田土壤中16种优先控制的多环芳烃（PAHs）污染物由土壤向蔬菜迁移的特征及其在蔬菜体内的积累规律.结果表明,蔬菜体内PAHs的浓度与其生长土壤环境中PAHs的浓度呈正相关关系,且土壤中PAHs的浓度显著高于生长在该土壤上的蔬菜根和茎叶组织中的浓度(p<0.05),根中PAHs的浓度显著高于茎叶组织中的浓度(p<0.05).蔬菜根中低环PAHs与PAHs总浓度的比值（∑LMW-PAHs∑PAHs）显著高于其土壤中相应的比例(p<0.05).与高环PAHs（HMW-PAHs）相比,LMW-PAHs易被蔬菜根部吸收,表现出较高的生物有效性.生长在同种污染土壤中的4种叶菜类蔬菜体内PAHs的浓度差异不显著,即这4种蔬菜吸收积累PAHs的差异较小.     

限制分配模型预测黑麦草吸收PAHs

采用水培体系检验了限制分配模型预测黑麦草同时吸收苊、芴、菲和芘4种多环芳烃(PAHs)的准确性.结果表明,限制分配模型能够较好地预测黑麦草吸收积累PAHs的程度.但由于该模型仅考虑根部传输,忽略了叶面吸收,导致模型对茎叶中PAHs含量预测的准确性较差.根系和茎叶的预测误差(预测值与实测值之差除以实测值的百分数)分别小于57.4%和98.5%.若考虑叶面吸收对模型预测的影响,则能显著降低茎叶中4种PAHs的预测误差.由于叶面吸收的影响随PAHs脂溶性升高而增大,预测误差降低程度为芘>菲>芴>苊,其中芘的最大预测误差由98.5%下降至69.4%.     

基于被动采样技术的垃圾焚烧厂及周边大气中PAHs分布研究

垃圾焚烧是大气PAHs污染的重要来源,为监测垃圾焚烧过程产生的PAHs,利用被动采样技术对垃圾焚烧厂及周边大气中的多环芳烃(PAHs)进行了定量分析.结果表明,PAHs总量为146.29～396.30 ng·d-1,其中气相中PAHs为128.03～377.05 ng·d-1,颗粒相中PAHs为10.698～19.251 ng·d-1.气相中PAHs组成以菲、荧蒽、芴等低环化合物为主,菲的含量高达55.1%.选定松针作为被动植物样品,测得松针中PAHs的浓度为651.88～1 044.43 ng·g-1;考察土壤中PAHs的分布特征,测得土壤中PAHs浓度为35.04～998.89 ng·g-1.被动采样和松针、土壤中所含的PAHs分布特征相似,说明被动采样能反映PAHs在环境中的真实积累情况.此外,通过比较主动采样与被动采样结果,表明两者对大气中PAHs的富集能达到基本一致的效果.     

不同作物根系多环芳烃吸收特征差异的比较研究

为选育不/少或超量吸收多环芳烃(PAHs)的植物品种进而进行农产品的安全生产和PAHs污染环境的植物修复,以菲为PAHs的代表物,比较了水培条件下3种常见农作物(大豆、小麦、胡萝卜)根系吸收菲的动力学特征差异.结果表明,3种作物根系对水培液中的菲有明显的吸收和累积作用,且菲的吸收量随时间延长而增加,整个吸收过程可分为快速吸收和慢速吸收2个阶段;3种作物根系菲吸收能力的大小为大豆>胡萝卜>小麦;作物根系吸收菲量与吸收时间的关系可以用Elovich方程拟合,大豆、胡萝卜和小麦根系菲吸收速率常数分别为4.31、4.10和2.84 mg.(kg.h)-1;作物根系菲吸收的动力学曲线可用米氏方程表征,大豆、胡萝卜和小麦根系菲的Km值分别为0.117、0.124和0.540 mg.L-1;根系菲吸收会导致营养液pH升高,pH升高的趋势和吸收速率常数k与Km值相对应,且与3种作物根系吸收能力的大小一致.因此可用根系吸收速率常数k、米氏常数Km值和水培液pH的变化表征作物根系吸收PAHs的能力差异,且从受影响因素的多寡角度考虑,吸收速率常数k和米氏常数Km较pH变化更适合.     

原位生物修复提高多环芳烃污染土壤农用安全性

为了减少多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)在作物体内的富集,降低食源性PAHs对人类的潜在风险,提高PAHs污染土壤的农用安全性,在受到PAHs污染的麦田中施用类球红细菌(Rhodobacter sphaeroide)菌剂(RS)进行原位修复.以叶面喷施(B)和根部喷施(D)50倍稀释的RS两种方式处理,以喷施等量清水的处理为对照(A),不做任何处理的麦田为空白(CK),从小麦苗期开始处理,到小麦成熟期测定了土壤和小麦籽粒中PAHs含量以及根际土壤微生物群落结构的变化,探讨了施用RS对PAHs污染土壤的强化修复作用.结果表明,施加RS的B区、D区与空白(CK)区相比,标识土壤微生物的磷脂脂肪酸(PLFAs)种类均有29.6%变异率;土壤PAHs的去除率分别提高了1.59倍和1.68倍;富集因子分别降低了58.9%和62.2%;50穗小麦籽粒的干重分别提高了8.95%和12.5%.RS的施用改变了土壤微生物群落结构,活化了土壤微生物的代谢活性,从而加快了土壤PAHs的降解;同时,RS的施用也降低了PAHs在小麦籽粒的富集量,提高了小麦的产量,显示出RS在提高PAHs污染土壤的农用安全性方面具有应用潜力.     

樟树对14CO2的吸收和积累

为了探明14CO2在环境中的行为,采用同位素示踪技术研究了樟树对14CO2的吸收和积累动态,并探讨了樟树作为监测大气14CO2污染指示植物的可能性和优越性.结果表明,通过叶片光合作用从空气中吸收的14CO2会在樟树叶片中积累,检测到的14C比活度数值较大,表明空气中的14CO2易于通过叶片的光合作用而进入樟树叶片组织中;在污染前期14CO2主要被新叶组织中吸收,后期主要积累在老叶中,反映出新叶对空气14CO2污染比较敏感,而老叶积累效应明显.樟树叶片的这一特性可用于监测大气14CO2污染.     

有色冶炼污染区土壤污染及重金属超积累植物的研究

对某省两个有色冶炼污染区进行了土壤和植物采样，并对6个样点土壤和11种植物中的As、Pb、Cd、Zn等重金属含量做了测定分析。结果表明：①该区域土壤已经受到不同程度的重金属污染。其中以As和Cd污染最为严重;②从植物地上部重金属富集系数和体内含量来看．钻形紫苑具备了As-Pb-Cd超积累植物的基本特征。进一步研究的价值很大，白苞蒿地上部As、Pb、Cd及小白酒草地上部Cd富集系数均大于1．也具备了超积累植物的基本特征；③大部分植物富集As、Pb、Cd、Zn均呈现地上部高于地下部的富集规律，是通过根系吸收转移还是叶片吸收还有待实验室内人工栽培确定。     

生物炭和锌对土壤镉赋存形态及小麦镉积累的影响

为探讨生物炭单独施用及其联合锌施用对镉污染土壤安全利用的可行性,采用污灌区镉污染土壤种植小麦盆栽试验,结合小麦生长参数、抗氧化酶活性、相关基因表达,研究单独施用0、1.0%、1.5%和2.0%小麦秸秆生物炭以及与锌混施(在上述4个处理组土壤中施加30 mg/kg七水合硫酸锌)对镉胁迫下土壤镉形态特征和小麦镉积累特征的影响. 结果表明:①施用生物炭可促使土壤可交换态、碳酸盐结合态向稳定性强的有机结合态和残渣态转化,且随着生物炭施用量的增加,转化比例显著增加,但锌施用对土壤镉形态没有显著影响. ②土壤施加1%~2%生物炭能够显著降低小麦籽粒镉含量29%~57%,且施用2%生物炭可将籽粒镉含量降至0.1 mg/kg以下,土壤同时施用生物炭和锌可在单施生物炭基础上降低籽粒镉含量21%~39%,具有协同效应. ③施用生物炭和锌均可促进植物生长,提高小麦产量,并通过调节小麦丙二醛(MDA)和抗氧化酶(SOD、POD和CAT)活性提升小麦根系细胞抗氧化能力,以及调节镉转运基因(TaNramp5、TaLCT1、TaHMA3和TaHMA2)的表达,降低小麦根系从土壤吸收镉以及向地上部分转运,从而减少小麦对镉的吸收和积累. 研究显示,向土壤添加生物炭和锌对污灌区小麦的安全生产具有参考和指导意义.      

小麦和水稻对纳米硒的吸收和转运

通过水培试验,研究了不同粒径纳米硒(Se NPs)和不同p H条件对小麦(Triticum aestivum L.)及水稻(Oryza sativa L.)吸收、转运硒的影响.结果表明,小麦和水稻对不同粒径(50、100和150 nm) Se NPs的吸收规律不同. 24 h和72 h处理下,小麦根系对3种粒径Se NPs的吸收无显著差异,但其地上部中的硒含量(以干重计,下同)在50 nm Se NPs处理下达到最高,分别为(1. 89±0. 47)μg·g-1和(5. 18±1. 51)μg·g-1.硒在小麦体内的转运系数也在50 nm Se NPs处理24 h时显著高于其他粒径Se NPs处理2. 38倍(P 0. 05).对于水稻而言,50 nm Se NPs处理24 h时根系中的硒含量分别比100 nm和150 nm Se NPs处理增加了11. 18%和41. 81%,但在72 h时3种粒径Se NPs处理间根系对硒的吸收无显著差异.同时,硒在水稻中的地上部含量和转运系数也在50 nm Se NPs处理达到了最大值.另外,p H条件也会影响植物对硒的吸收和转运. Se NPs处理24h时,小麦根系在p H为6时对硒的吸收量最大,并高于亚硒酸盐处理89. 47%,但在p H为4时小麦对硒的转运能力最强.水稻在p H较低时(p H为3. 5和5. 5),对Se NPs的吸收量显著低于亚硒酸盐,且Se NPs在p H为3. 5时更易转运.以上结果表明水稻和小麦均可以吸收Se NPs,并且在p H较低的环境下Se NPs粒径越小越容易在植物体内转运.     

施肥对花红苋菜吸收和积累土壤中PAHs 的影响

施用农业生产中广泛使用的无机氮肥和有机肥,以花红苋菜为典型叶菜类蔬菜,研究了不同施肥方式对蔬菜吸收和积累土壤中多环芳烃(PAHs)的影响.结果表明,蔬菜根部积累的PAHs 总浓度显著大于其地上部分积累的浓度.有机肥处理下,低环PAHs 在蔬菜根中的生物富集因子(RCFs)显著小于其余处理的对应值,表明添加有机肥更有利于降低低环PAHs 的生物有效性.土壤低环PAHs 的RCFs 值显著大于高环PAHs 的RCFs 对应值.种植蔬菜后,根际土壤PAHs 的总浓度显著降低;有机肥处理比无机氮肥处理有利于根际土壤中PAHs 的消解.     

土壤中十溴二苯乙烷(DBDPE)的植物吸收传输特征及微观机制研究

采用温室土培实验,研究了土壤中新型溴代阻燃剂十溴二苯乙烷（DBDPE）在不同种属植物中的吸收和传输特征,以及植物脂的影响作用;进一步应用计算模拟的手段解析了植物载脂蛋白与DBDPE的分子间相互作用,以阐明DBDPE的植物吸收传输的微观机制.结果表明,在玉米、小麦和黄瓜3种植物的根和地上部均检测到了DBDPE,根中DBDPE的含量高出地上部1~2个数量级.植物中累积的DBDPE量随时间的变化存在明显的生长稀释效应（p<0.05）.DBDPE的根吸收和茎向传输表现出植物种属间的显著差异（p<0.05）,根富集因子（RCF）顺序为黄瓜（0.30~0.57） > 小麦（0.10~0.39） > 玉米（0.03~0.26）,而传输系数（TF）为小麦（0.17~0.20） > 玉米（0.16~0.19） > 黄瓜（0.04~0.07）.DBDPE的根吸收量及RCF值与植物根脂含量成显著正相关关系（r=0.94,p<0.01;r=0.98,p<0.01）;其地上部累积量及TF值与植物地上部脂含量显著正相关（r=0.77,p<0.05;r=0.94,p<0.05）,但与植物根脂含量呈显著负相关关系（r=-0.74,p<0.05;r=-0.76,p<0.05）,说明脂是控制植物吸收和传输DBDPE的重要组分.分子对接的结果显示,DBDPE能键合进入3种植物载脂蛋白的活性区域并与载脂蛋白特异性的活性位点作用,且DBDPE与载脂蛋白的结合方式及结合能力存在植物种属的显著差异,两者的结合强弱与根吸收DBDPE能力的顺序一致,印证了实验结果.本研究有助于理解植物中DBDPE的吸收传输特征及机制,可为深入认识DBDPE的陆生生态环境行为提供重要依据.     

施硅对白菜体内镉的分布及其吸收迁移的影响

在土壤外源镉污染下,施硅考察土培盆栽条件下白菜体内不同部位间镉的分布及其吸收迁移状况。试验表明,施硅显著降低白菜根、茎、叶中的镉含量和镉累积量,随土壤外源镉污染加剧,施硅抑制白菜各器官吸收累积镉的效果愈好,且不同硅水平处理间的差异亦渐趋显著。硅降低根的镉吸收系数,在土壤外源镉处理下,施硅降低镉的初级转移系数和次级转移系数以及地上部的镉转移系数,显著降低地上部的镉吸收系数;施硅增加白菜根、茎、叶中的硅含量和硅累积量,硅含量和硅累积量的分布为根>叶>茎和叶>茎>根,与镉含量和镉累积量的分布规律一致,白菜体内有可能形成硅-镉复合物以减轻镉的毒害。     

土施和喷施锌肥对镉低积累油菜吸收镉的影响

采用盆栽试验,研究了土施和喷施不同用量Zn SO4对镉(Cd)低积累油菜生长、Cd吸收及微量元素含量的影响,并通过分析Cd在油菜体内的累积分配规律及土壤Cd有效性变化来揭示其作用机理.结果表明,土施锌(Zn)肥可以显著提高Cd低积累油菜的地上部生物量,最大可使其比对照处理增加71.4%;而喷施Zn肥对Cd低积累油菜地上部生物量没有显著影响.土施和喷施Zn肥都可显著降低Cd低积累油菜的地上部Cd含量,最大降幅为41.4%;在Zn肥用量相差8~10倍的情况下,二者降低油菜地上部Cd含量的效果无显著差异.土施Zn肥可使Cd低积累油菜地上部Cu和Fe含量显著升高,而喷施Zn肥对其没有显著影响,土施和喷施Zn肥都使Cd低积累油菜地上部Mn含量显著降低.土施Zn肥可显著提高土壤有效态Zn含量,但对土壤有效Cd含量没有显著影响;土施和喷施Zn肥可以显著降低油菜根部Cd净吸收量和Cd转运系数,油菜地上部Cd含量与根部Cd净吸收量呈显著的正相关关系(p0.01),而与Cd转运系数无显著的相关性,这表明施用Zn肥降低油菜地上部Cd含量主要是由于抑制根部Cd吸收引起的.总之,喷施Zn肥是调控Cd低积累油菜安全生产的较好措施.     

7个柳树无性系在Cu/Zn污染土壤中的生长及对Cu/Zn的吸收

通过盆栽试验来评价7个柳树无性系(旱柳?杞柳和金丝柳)修复Cu/Zn污染土壤或矿砂的潜力.研究了7个无性系在2种污染介质中的生长,叶绿素含量?根系形态及其对Cu、Zn的吸收转移.结果表明,150d后,7个柳树无性系在污染介质中都能生长,其中旱柳和金丝柳生长较好,其他无性系生长受到明显抑制.各无性系叶片出现黄化现象,叶绿素相对含量降低.根系发育受到一定程度的抑制.各无性系对Cu的积累主要在地下部,而对Zn的积累主要在地上部,特别是在叶片中.7个无性系在铜土中更容易积累重金属.各无性系生物富集系数(BCF)Cu.Cu的转移系数(TF)值均<1,Zn的TF值在1.36~2.49之间.旱10?旱34和金丝柳对Cu和Zn有较强的耐性和一定积累能力,适合在尾矿区造林和修复.     

Uptake and accumulation of phenanthrene and pyrene in spiked soils by Ryegrass(Lolium perenne L.)

Phytoremediation has long been recognized as a cost-effective method for the removal of polycyclic aromatic hydrocarbons （PAHs） from soil. A study was conducted to investigate the uptake and accumulation of PAHs in root and shoot of Lolium perenne L. Pot experiments were conducted with series of concentrations of 3.31-378.37 mg/kg for phenanthrene and those of 4.22-365.38 mg/kg for pyrene in a greenhouse. The results showed that both ryegrass roots and shoots did take up PAHs from spiked soils, and generally increased with increasing concentrations of PAH in soil. Bioconcentration factors（BCFs） of phenanthrene by shoots and roots were 0.24- 4.25 and 0.17-2.12 for the same treatment. BCFs of pyrene by shoots were 0.20-1.5, except for 4.06 in 4.32 mg/kg treatment, much lower than BCFs of pyrene by roots （0.58-2.28）. BCFs of phenanthrene and pyrene tended to decrease with increasing concentrations of phenanthrene and pyrene in soil. Direct uptake and accumulation of these compounds by Lolium perenne L. was very low compared with the other loss pathways, which meant that plant-promoted microbial biodegradation might be the main contribution to plant-enhanced removal of phenanthrene and pyrene in soil. However, the presence of Lolium perenne L. significantly enhanced the removal of phenanthrene and pyrene in spiked soil. At the end of 60 d experiment, the extractable concentrations of phenanthrene and pyrene were lower in planted soil than in non-planted soil, about 83.24%-91.98% of phenanthrene and 68.53%-84.10% of pyrene were removed from soils, respectively. The results indicated that the removal of PAHs in contaminated soils was a feasible approach by using Lolium perenne L.     

植物根系质外体溶液的提取方法研究:以多环芳烃为例

根系质外体溶液中多环芳烃(PAHs)的分析对于阐明植物根系PAHs吸收运移机制及阻控意义重大.然而,迄今鲜有便捷成熟的植物根系质外体溶液提取方法的报道.为此,本研究以小麦为材料,菲为PAHs的代表,探究了植物根系质外体溶液的真空渗透离心提取方法.结果表明,小麦根系质外体菲提取量随真空度、真空时间、离心速率、离心时间的增加而增大;小麦根系质外体六磷酸葡萄糖脱氢酶(G6PDH)活性随真空度、真空时间、离心速率、离心时间的增加而升高.依据质外体溶液受原生质污染程度小于1%且尽量提取完全的原则,真空渗透离心提取法的最佳真空度为70 k Pa,最佳真空时间为10 min,最佳离心速率为3 068 r·min-1,最佳离心时间为15 min.研究结果可为污染物的植物根系质外体运输研究提供有效、简便的方法支撑.     

叶面调理剂对复合污染农田小麦籽粒Cd、As和Pb累积的阻控效应

针对麦田土壤镉（Cd）、砷（As）和铅（Pb）复合污染问题,采用田间小区试验,于拔节期、孕穗期和灌浆初期对小麦进行叶面单独和混合喷施Zn（0.2% ZnSO₄）、Mg（0.4% MgSO₄）和Mn（0.2% MnSO₄）处理,以期探究叶面调理剂对小麦籽粒Cd、As和Pb累积的阻控效应,最终筛选出适用于北方重金属复合污染区有效阻控小麦籽粒中Cd、As和Pb累积的叶面调理剂.结果表明,与对照相比,叶面喷施Zn+Mg+Mn复配溶液能够显著降低小麦籽粒中Cd、As和Pb含量,降幅分别为18.96%、23.87%和51.31%,TF_{籽粒/秸秆}分别降低了14.62%、27.73%和47.70%,该叶面调理剂能够通过抑制Cd、As和Pb从小麦茎叶到籽粒的转运进而降低其在籽粒的累积;研究还发现,对照的籽粒中Cd和As主要分布在中心胚乳（34.08%~37.08%）,而Pb主要分布在果皮和种皮（27.78%）.喷施Zn+Mg+Mn复配溶液可显著降低Cd和As在糊粉层含量,分别比CK降低81.10%和82.24%,而Pb除果皮和种皮、中心胚乳外,各层次Pb含量均显著降低（降幅为42.85%~91.15%）,各层次面粉只有糊粉层（P2）重金属含量与Zn含量呈显著负相关.综上所述,对于北方石灰性土壤Cd、As和Pb中度复合污染农田,于小麦拔节期、孕穗期和灌浆初期各喷施一次Zn+Mg+Mn复配的叶面调理剂,可有效阻控Cd、As和Pb在小麦籽粒尤其是糊粉层的累积.在此基础上,可通过去除麦麸来进一步降低重金属尤其是Cd的污染,保证小麦安全生产和粮食安全.     

Mercury accumulation and dynamics in montane forests along an elevation gradient in Southwest China

Understanding atmospheric mercury (Hg) accumulation in remote montane forests is critical to assess the Hg ecological risk to wildlife and human health. To quantify impacts of vegetation, climatic and topographic factors on Hg accumulation in montane forests, we assessed the Hg distribution and stoichiometric relations among Hg, carbon (C), and nitrogen (N) in four forest types along the elevation of Mt. Gongga. Our results show that Hg concentration in plant tissues follows the descending order of litter > leaf, bark > root > branch > bole wood, indicating the importance of atmospheric Hg uptake by foliage for Hg accumulation in plants. The foliar Hg/C (from 237.0 ± 171.4 to 56.8 ± 27.7 µg/kg) and Hg/N (from 7.5 ± 3.9 to 2.5 ± 1.2 mg/kg) both decrease along the elevation. These elevation gradients are caused by the heterogeneity of vegetation uptake of atmospheric Hg and the variation of atmospheric Hg° concentrations at different altitudes. Organic soil Hg accumulation is controlled by forest types, topographic and climatic factors, with the highest concentration in the mixed forest (244.9 ± 55.7 µg/kg) and the lowest value in the alpine forest (151.9 ± 44.5 µg/kg). Further analysis suggests that soil Hg is positively correlated to C (r² = 0.66) and N (r² = 0.57), and Hg/C and Hg/N both increase with the soil depth. These stoichiometric relations highlight the combined effects from environmental and climatic factors which mediating legacy Hg accumulation and selective Hg absorption during processes of organic soil mineralization.