土壤污染对植物根系生长影响的研究进展

人类活动所产生的污染物通过各种途径进入土壤,其数量和速度超过了土壤的容纳和净化能力,致使土壤的自然功能失调、土壤质量恶化,从而严重影响植物的正常生长发育,造成有害物质在植物体内累积。土壤污染物进入植物体内最先进入根系,污染物在根系积累最大,浓度最高,根部受害最严重。本文以重金属砷、镉、铬和有机物农药、除草剂为例,结合相关资料探讨了土壤污染对植物根系生长的影响,植物根系对重金属的吸收与重金属的理化性质及不同植物的特性有关,对有机物的吸收与有机物的结构特性和土壤性质有关,并且讨论了该研究仍需解决的一些问题。     

不同轮作和管理措施下根系呼吸对土壤呼吸的贡献

根系呼吸对土壤呼吸的贡献是研究土壤碳排放和土壤碳平衡的重点和难点.本研究采用根系排除法联合运用Li-8100土壤碳通量系统测定了华北平原冬小麦-夏玉米一年两熟传统管理体系(Con.W/M)、冬小麦-夏玉米一年两熟优化管理体系(Opt.W/M)、冬小麦-夏玉米(或夏大豆)-春玉米两年三熟优化管理体系(W/M-M、W/S-M)和春玉米一年一熟优化管理体系(M)作物根区土壤呼吸和非根区土壤呼吸,以根区和非根区土壤呼吸差异除以根区土壤呼吸计算根系呼吸的贡献.结果表明,根区土壤呼吸和非根区土壤呼吸具有明显的季节变化特征,二者具有显著的拟合关系.Con.W/M和Opt.W/M处理小麦季非根区土壤呼吸可分别解释根区土壤呼吸变异的65%和87%,玉米季非根区土壤呼吸的分别解释根区土壤呼吸变异的48%和65%.W/M-M、W/S-M和M处理春玉米非根区土壤呼吸可分别解释根区土壤呼吸变异的68%、76%和58%.Con.W/M处理小麦和玉米季根系呼吸对土壤呼吸贡献分别为25.0%和29.6%,Opt.W/M处理则分别为31.1%和35.0%.不同轮作和管理措施对春玉米根系呼吸的贡献无显著影响,W/M-M、W/S-M和M处理春玉米季根系呼吸贡献分别为23.7%、24.8%和24.9%.5 cm土壤温度对根区土壤呼吸的影响程度大于非根区土壤呼吸.     

秸秆覆盖条件下小麦生长季根系呼吸对土壤呼吸作用的贡献

在紫色土丘陵区连续6年进行秸秆覆盖试验的"旱三熟"农田系统中,于2012年12月—2013年4月小麦生长季内对土壤呼吸进行测定,并对小麦根系生物量、土壤温度、土壤水分和土壤有机碳含量等指标进行监测,以分析土壤呼吸动态变化的影响因素.结果表明,秸秆覆盖措施显著提高了土壤呼吸速率,秸秆覆盖(S)和秸秆覆盖+腐熟剂(SD)处理分别比对照(CK)增加了45.0%和29.4%.曲线估计表明,土壤呼吸作用与根系生物量呈显著线性关系,通过建立二者的线性回归方程,采用生物量外推法估算小麦根系呼吸作用占土壤呼吸作用的比例,在分蘖期(2012年12月)、拔节期(2013年1月)、抽穗期(2012年3月)和灌浆期(2013年4月),根系呼吸分别占土壤呼吸的28.2%、44.0%、56.9%、56.2%,平均贡献为46.3%,并呈先增加再降低的趋势,在抽穗期达到最大,与根系生物量的变化同步.按照不同处理建立根系生物量与土壤呼吸间的线性回归方程,经计算得出CK、S和SD 3个处理中,根系呼吸作用占土壤呼吸作用的比例分别为42.9%、43.8%和43.7%,秸秆覆盖对根系呼吸作用比例无显著影响.     

石油污染土壤的植物修复研究进展

石油的开采、加工、输送及使用过程中,对大气、土壤、水体带来了严重污染,对土壤环境的危害尤为严重。植物修复以其处理成本低、吸收污染物的生物量大等优点已成为人们普遍能接受的去除污染物的首选技术。植物主要通过三种途径去除土壤中有机污染物,即植物直接吸收有机污染物;释放分泌物和酶,刺激根区微生物活性和生物转化作用;增强根区的矿化作用。植物修复石油烃污染土壤的影响因素有:环境条件、污染物的浓度和滞留时间、营养元素、表面活性剂、根系分布等。通过植物-微生物联合修复、机械-微生物-植物多技术联用等措施,可提高石油烃的降解率。     

基于改进H?kanson法的水稻根系土壤重金属生态风险评价

H?kanson潜在生态风险评价法（简称“H?kanson法”）是综合考虑污染物种类、丰度效应、沉积效应和敏感效应的沉积物生态风险评价方法,将其应用在农田土壤生态风险评价中必须考虑土壤和沉积物环境中污染物种类、沉积效应和敏感效应的差异.该研究以安徽省某区域内水稻根系土壤为例,基于污染物种类改进H?kanson法（简称“修正法1”）和基于污染物种类-生物吸收系数改进H?kanson法（简称“修正法2”）,对水稻根系土壤重金属Pb、Hg、Cr、Cd和As进行生态风险评价.结果表明:修正法1和修正法2得到的Pb、Cr和As评价结果一致,但Hg和Cd的评价结果差异较大;基于稻米质量安全和保守原则,两种改进方法均能准确评价水稻根系土壤Pb、Cr和As生态风险,且修正法1对Cd生态风险评价较合理,修正法2对Hg污染风险评价较合理.研究显示,修正法1和修正法2均能合理地评价水稻根系土壤重金属尤其是Hg和Cd的生态风险.      

月季根系分泌物促进根际土壤有机氯农药降解研究

文章以园林植物月季根系分泌物为研究对象,通过采用3 a模拟修复实验来验证根际土壤中的群落结构、微生物氮含量以及微生物碳含量变化情况,同时对其中的有机氯农药(OCPs)各残留组分的降解特征与根系分泌物之间的相关关系进行研究,进而研究根系分泌物对根际微生物在结构、功能、组成以及数量等不同的群落特征的相关影响。结果表明,供试OCPs含量范围内,OCPs污染物去除受到根系分泌物介导下的土壤-微生物系统的影响,去除率更高。根际土壤(TR2)中OCPs去除率与是否添加根系分泌物紧密相关,如果添加20 d后,去除率可以达到95%,这是在无添加条件下的灭菌处理组与OCPs污染组(TR1)无法达到的。在剂量、污染水平相同的实验情况中,根系分泌物对3组实验对象的影响不同,对艾氏剂、HCHs、HCB、γ-氯丹、毒杀芬等这一类组分的强化去除率最高,其次是对OCPs的强化率（p<0.05）,强化去除率最低的是硫丹Ⅰ、DDTs、狄氏剂、环氧七氯以及灭蚁灵等这几类组分。在污染水平同等的实验情况中,微生物氮和磷、土壤微生物碳、土壤酶活性（蔗糖酶活性、脲酶活性和酸性磷酸酶活性）在TR2组中的含量也显著高于无根系分泌物的TR1组,这显示根际微生物的生长活性受到根系分泌物的激活,而土壤酶活性的增加也与根系分泌物相关。细菌的磷脂脂肪酸含量比其他含量都多,真菌的磷脂脂肪酸含量要少一点,其变化趋势与土壤中OCPs的降解特征基本吻合。结果表明根系分泌物会在OCPs降解过程对根际土壤中菌群的种群数量及群落结构产生一定的影响,主要是在某种程度上会对细菌、真菌的群落数量和结构等起到一定的改变作用,并在OCPs的降解过程中发挥着促进作用。     

油菜/玉米轮作农田土壤呼吸和异养呼吸对秸秆与生物炭还田的响应

土壤呼吸是农田生态系统碳排放的主要途径,为研究土壤呼吸、其组分和水热因子对秸秆与生物炭还田的响应,在重庆国家紫色土肥力与肥料效益长期监测基地采用根系排除法联合运用土壤呼吸自动监测系统(ACE-002/OPZ/SC)测定了无物料还田(CK)、秸秆还田(CS)、秸秆+速腐剂还田(CSD)、生物炭还田(BC)、秸秆+生物炭1∶1还田(CSBC)5种处理下的紫色土丘陵区油菜/玉米轮作制中油菜和玉米生长季的土壤呼吸及其水热因子,并计算了根系呼吸贡献.结果表明,秸秆与生物炭还田显著影响土壤呼吸季节性变化特征和峰值,除BC处理外,其他处理均促进了土壤呼吸和碳排放;油菜季土壤呼吸呈单峰曲线,在0.12~2.29μmol·(m~2·s)~(-1)波动,不同处理土壤呼吸差异显著,表现为CSCSDCSBCCKBC处理;玉米季各处理土壤呼吸变化较复杂,变化范围为1.02~15.32μmol·(m~2·s)~(-1),其中CS、CSD和CSBC呈双峰型曲线,CK和BC呈单峰曲线.土壤异养呼吸能够解释土壤总呼吸变化的86.50%~93.94%,各处理的玉米季根系呼吸贡献(26.49%~32.86%)显著低于CK处理(53.65%).土壤呼吸速率的变化主要受5cm土壤温度控制,与土壤含水量无显著关系;5cm土壤温度能够解释土壤呼吸季节变化的82%~94%.土壤呼吸的温度敏感性系数Q10值在3.28~4.47之间,与CK处理相比,CS、CSD、CSBC处理的Q10分别降低了26.62%、18.12%、20.58%;而BC处理则增大了12.53%.水热双因子对土壤呼吸不存在协同作用,仅用土壤温度单因子指数函数可较好地模拟土壤呼吸速率的动态变化.可见,秸秆、秸秆+速腐剂和秸秆+生物炭还田显著促进了土壤呼吸,生物炭还田抑制了土壤呼吸.     

残留地膜对土壤物理性质及玉米根系生长的影响

为研究农业生产实践中残留地膜对土壤物理性能及玉米根系生长的影响,作者采用大田试验,以PPC地膜和普通地膜为供试材料,设置3种处理,分别为普通地膜处理(PF)、PPC地膜处理(JF)、无地膜处理(CK);通过室内试验分析,对玉米生长期间的土壤物理性质和玉米根系形态进行研究。结果表明,玉米生长期间,PF处理的含水率显著低于CK、JF处理,导致土壤三相比增加,影响土壤的固相、气相和液相比例;JF处理与PF处理相比,JF处理减少了残留地膜对土壤含水率、容重、孔隙度及渗透率的负面影响,减少了地膜残留对土壤结构的破坏,以及其对玉米根系生长的阻碍。与CK处理相比,由于PPC地膜在试验期间未能达到完全降解,所以对土壤物理性质和玉米根系生长均存在一定的负面影响。但与PF处理相比其可减少残留地膜对土壤的破坏及阻碍玉米根系生长等问题。     

四环素与镉复合污染对水稻根系的影响

为阐明抗生素与重金属复合污染对水稻根系的影响机制,考察了四环素（TC）与镉（Cd）单一和复合污染条件下,水培分蘖期水稻根系生长、污染物积累和根系分泌物的变化特征.结果表明：TC与Cd单一处理时,根部生物量和叶绿素含量下降,表现出毒害作用,低剂量的TC与Cd共同作用能够缓解其毒性效应;TC与Cd单一/复合污染均使根的伸长和植株蒸腾量表现出低促高抑现象.水稻根系对TC和Cd的吸收积累呈现出显著的剂量效应,且两者共存会改变污染物的生物可利用性及在根系的亲和力,从而协同促进TC和Cd在水稻根系的吸收积累,但更多的TC会与Cd络合导致根系Cd吸收减少.TC与Cd单一污染可显著抑制根系分泌物的分泌,复合污染条件下,对根系分泌物的影响随浓度升高存在差异：低浓度时能在一定程度上缓解TC/Cd对光合作用的抑制作用,且伴随蒸腾作用的增加,水稻根系分泌物增多;而高浓度时根系细胞完整性可能受损,进而抑制根系分泌物的分泌.进一步分析发现,高浓度时,根系分泌物中氨基酸及衍生物类、有机酸类和糖醇类物质的分泌显著增加,可能是因为TC与Cd的络合作用使Cd的生物可利用性降低,缓解了高Cd胁迫对水稻的毒性,促进分泌有机酸类、氨基酸及衍生物类和糖醇类物质,增强自我防护作用.本研究结果可为保障水稻安全生产,建立有效控制抗生素-重金属类复合污染的根际调控措施提供参考数据.     

螯合剂和泥炭对苎麻吸收土壤镉的影响

通过生物盆栽试验研究了施用螯合剂(EDTA、柠檬酸)与泥炭对强化苎麻修复重金属镉污染土壤的作用.结果表明,施加泥炭能改善土壤的理化性质,增加苎麻的生物产量,泥炭单施、螯合剂(EDTA、柠檬酸)和泥炭的组合措施的相对产量分别为1.23、1.13和1.41,因此泥炭和柠檬酸配施处理更有利于植物生长.就植物吸收镉能力来说,螯合剂(EDTA、柠檬酸)和泥炭的配施处理能更好地促进苎麻对镉的吸收,其土壤交换态镉所占镉形态质量分数为61.6%和58.3%,具有强化植物修复的效果.螯合剂(EDTA、柠檬酸)和泥炭2种组合方式的地上部富集系数分别为1.33和1.32,大于单施(EDTA、柠檬酸和泥炭)处理1.11、1.11和1.05,具有较好的富集效应,同时螯合剂(EDTA、柠檬酸)和泥炭的组合处理对土壤镉的净化率分别达到了1.13%和1.22%,而柠檬酸和泥炭配施具有较大的生物量,使植株总镉量略高于EDTA与泥炭的组合处理,因而更有利于镉污染土壤的修复.因此,利用螯合剂和泥炭的组合修复措施对强化苎麻修复镉污染土壤能取得更佳的效果.     

接种Penicilliumsp.和根际分泌物对土壤甲磺隆的协同降解研究

通过接种Penicillium sp.和模拟小麦根际环境的方法,研究了甲磺隆在Penicillium sp.和小麦根际分泌物协同作用下的生物降解特性.结果表明,根系分泌物丰富了土著微生物和外源微生物,对甲磺隆的降解具有显著的促进作用.接种Penicillium sp.的根际土壤中甲磺隆降解半衰期为8.6 d,其降解速率是接种Penicillium sp.的非根际土壤的1.8倍,是普通根际土壤的2.7倍.继续追加甲磺隆的试验表明,接种菌株Penicillium sp.对甲磺隆的降解具有可持续性.     

Influence of Indian mustard （Brassicajuncea） on rhizosphere soil solution chemistry in long-term contaminated soils： A rhizobox study

This study investigated the influence of Indian mustard (Brassica juncea) root exudation on soil solution properties (pH, dissolved organic carbon (DOC), metal solubility) in the rhizosphere using a rhizobox. Measurement was conducted following the cultivation of Indian mustard in the rhizobox filled four di erent types of heavy metal contaminated soils (two alkaline soils and two acidic soils). The growth of Indian mustard resulted in a significant increase (by 0.6 pH units) in rhizosphere soil solution pH of acidic soils and only a slight increase (< 0.1 pH units) in alkaline soils. Furthermore, the DOC concentration increased by 17–156 mg/L in the rhizosphere regardless of soil type and the extent of contamination, demonstrating the exudation of DOC from root. Ion chromatographic determination showed a marked increase in the total dissolved organic acids (OAs) in rhizosphere. While root exudates were observed in all soils, the amount of DOC and OAs in soil solution varied considerably amongst di erent soils, resulting in significant changes to soil solution metals in the rhizosphere. For example, the soil solution Cd, Cu, Pb, and Zn concentrations increased in the rhizosphere of alkaline soils compared to bulk soil following plant cultivation. In contrast, the soluble concentrations of Cd, Pb, and Zn in acidic soils decreased in rhizosphere soil when compared to bulk soils. Besides the influence of pH and DOC on metal solubility, the increase of heavy metal concentration having high stability constant such as Cu and Pb resulted in a release of Cd and Zn from solid phase to liquid phase.     

磺胺嘧啶胁迫下作物根际微生物群落结构响应

为了研究在磺胺类兽药胁迫下,两种作物在不同生长期根际微生物群落结构的响应,采用室内根际箱培养实验,测定玉米、小麦根际微界面土壤磷脂脂肪酸的量,研究在磺胺嘧啶（SD）胁迫下,不同作物根际土壤微界面微生物群落结构的空间变化.结果表明,SD对根际微生物活性的有抑制作用,且强度随浓度增加而增强.同一浓度SD作用下,根际微界面微生物生物量不同,在实验中,根际3mm和根室的微生物生物量最大,且二者之间差异不显著.不同微生物对根际效应敏感程度不同,细菌、革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、蓝细菌和硫酸盐还原菌根际效应明显.在SD胁迫下,根际不同微界面土壤微生物群落结构变化明显.细菌、G⁺、G^-、放线菌的生物量,随SD浓度升高而下降,主要表现为抑制效应,而对真菌生物量则表现为激活效应,生物量增加. 小麦根际土壤真菌：细菌（F/B）随SD浓度的升高,比值增大,在高浓度（5mg/kg）胁迫下,F/B比值最大（0.74）,与对照差异显著（P < 0.05）,说明土壤污染修复能力增强,而sat/mono比值在高浓度SD胁迫下降低,说明微生物群落结构向有利于SD降解的方向转化.根际效应有助于SD的降解,在1mg/kg SD作用下,小麦根际土壤降解率为7.01%,而非根际土壤降解率仅为2.49%,不同作物表现出的根际效应强弱不同,玉米根际效应强于小麦.     

Effects of humic acid on phytodegradation of petroleum hydrocarbons in soil simultaneously contaminated with heavy metals

Effects of humic acid on phytoremediation of petroleum hydrocarbons in soil simultaneously contaminated with heavy metals were evaluated.     

水稻根际土壤中汞的微生物循环过程

甲基汞(MeHg)是一种具有神经毒性的环境污染物。稻田土壤中在微生物作用下由无机汞转化产生的甲基汞,经水稻根系吸收后最终会富集于稻米中,由此造成人体的甲基汞暴露风险。水稻根际土壤在此过程中可能扮演着至关重要的作用。受水稻根系分泌的有机碳及氧气等的影响,根际土壤被视为稻田环境中的特殊生境,其间的微生物群落结构与丰度以及若干关键元素的循环过程与非根际土壤相比存在巨大差异。这一特殊生境会对无机汞(IHg)以及甲基汞在稻田环境中的命运产生重要影响。本文首先简要综述了稻田土壤环境中甲基汞产生与降解的微生物学过程研究进展,并进一步着重分析了水稻根际土壤中Fe、S、C、N和P等关键元素对汞的微生物循环过程的影响。深刻认识这些过程,有助于研究者准确评估汞污染区稻田土壤甲基汞的产生及向水稻体内的转移效率,这对未来选择适当的农业手段降低人体甲基汞暴露风险具有重要意义。文章最后提出了若干值得探索的研究方向,期望能为相关研究提供新思考。     

有机污染土壤植物修复机理的研究现状

综述了国内外有机污染土壤植物修复机理的研究现状,并从植物直接修复和植物增强的根际修复两方面具体介绍了植物修复有机污染土壤的机理。对今后有机污染土壤植物修复研究的重点作了展望。     

Tracing the behaviour of hexachlorobenzene in a paddy soil-rice system over a growth season

Hexachlorobenzene (HCB), a persistent organic pollutant (POP), has been found in paddy soils. To improve the understanding of HCB contamination in paddy soils, a laboratory simulative study was carried out to investigate the behavior of HCB in a paddy soil and rice plants. This study was divided into three experiments. First, an experiment aimed to examine the evaporation of HCB in paddy soil. In the second experiment, rice was planted in 10 mg/kg HCB contaminated soil and after pot culture at 3, 6, 9, and 27 weeks (at maturity), both soil and plant samplings were scheduled to be sampled. The soil samples comprised rhizosphere soil, nonrhizosphere soil, and unplanted contaminated soil, whereas plant samples included shoots, roots, and rice grains (dehusked). Lastly, in this part, HCB in xylem saps was designed to be examined. The results showed that (1) the HCB translocation from paddy soil to rice by vaporization; (2) the HCB concentration in rice grains was surprisingly high; (3) the observed HCB decrease in rice rhizosphere offers a potential means for in situ HCB degradation; (4) HCB might not be transported along transpiration in rice.     

4种草本植物对氯代有机磷酸酯阻燃剂污染土壤的修复能力研究

以4种常用的有机污染土壤修复植物高羊茅(Festuca arundinacea)、黑麦草(Lolium perenne L.)、苕子(Vicia villosa Roth var)和紫花苜蓿(Medicago sativa L.)为研究材料,通过盆栽试验考察了4种草本植物在磷酸三(1-氯-2-丙基)酯[tris-(1-chloro-2-propyl) phosphate, TCIPP]污染土壤胁迫下的耐受和富集特征,以期筛选出具有一定TCIPP污染土壤修复能力的植物。结果表明：TCIPP具有一定的植物毒性效应,能够抑制4种植物的生长发育,但仅黑麦草的生物量显著降低,其他3种植物的生物量减少不显著。TCIPP易于从植物根部向地上部迁移,其在4种植物组织中的浓度分布均表现为叶>根>茎。4种植物中,苕子叶组织中TCIPP的浓度为15.0 mg/kg,每盆土壤可积累TCIPP 34.9 mg。苕子和紫花苜蓿对土壤中TCIPP的吸收、积累和转运效率较高,其地上部富集系数分别为1.39和1.50,转运系数分别为2.61和3.24。4种植物对TCIPP污染土壤均有较好的修复能力,对土壤中...     

Plant enhanced degradation of phenanthrene in the contaminated soil

The degradative characteristics ofphenanthrene, microbial biomass carbon, plate counts ofheterotrophic bacteria and most probable number （MPN） of phenanthrene degraders in non-rhizosphere or rhizosphere soils with uninoculating or inoculating phenanthrene degraders were measured. At the initial concentration of 20 mg phenanthrene/kg soil, the half-lives of phenanthrene in uninoculated non-rhizosphere soil, uninoculated rhizosphere soil, inoculated non-rhizosphere soil, and inoculated rhizosphere soil were measured to be 81.5, 47.8, 15.1 and 6.4 d, respectively, and corresponding kinetic data fitted first-order kinetics. The highest degradation rate of phenanthrene was observed in inoculated rhizosphere soil. The degradative characteristics of phenanthrene were closely related to the effects of vegetation on soil microbial process. Vegetation could enhance the magnitude of rhizosphere microbial communities, microbial biomass content, and heterotrophic bacterial community, but barely influence those community components responsible for phenanthrene degradation. Results suggested that combination of vegetation and inoculation with degrading microorganisms of target organic contaminants was a better pathway to enhance degradation of the organic contaminants in soil.     

苜蓿对多环芳烃菲污染土壤的修复作用研究

采用盆栽试验方法,研究了苜蓿(Medicago sativa L.)对多环芳烃菲污染土壤的修复作用.结果表明,多环芳烃菲对苜蓿的生长具有抑制作用,土壤中菲初始浓度越高抑制作用越明显.445.22 mg/kg条件下苜蓿茎叶和根的生物量最小,仅为无污染对照土壤的57.31%和31.20%.经过60 d的修复试验,苜蓿能够明显促进土壤中菲的降解.根际和非根际土壤中菲的去除率分别为85.68%～91.40%和75.25%～86.61%.同处理中根际土壤中菲残留浓度低于非根际土壤,而脱氢酶活性高于非根际土壤.无论是在非根际还是根际土壤中随着菲初始浓度增大,菲降解率和脱氢酶活性降低.脱氢酶活性与降解率的关系表明,脱氢酶活性与菲降解率显著正相关.所以植物根系的存在能够有效促进土壤中多环芳烃菲的降解.