湖南南部铅锌矿区铅锌富集植物筛选研究

在湖南省桂阳县铅锌矿区采用调查和室内分析相结合的方法,采集植物和土壤样品112个,分别测定了土壤和植物样品的铅锌含量,筛选铅锌富集植物。结果表明：矿区土壤铅锌污染十分严重,矿区土壤铅和锌的平均质量分数分别为：2177.22、3165.89 mg·kg^-1。植物样品根系的铅锌质量分数分别为：264.00、666.11 mg·kg^-1,地上部铅锌质量分数平均为165.56、363.87 mg·kg^-1,植物根系的铅锌含量与土壤的铅锌含量呈显著正相关。通过对比分析,以地上部铅质量分数大于450 mg·kg^-1、锌质量分数大于750 mg·kg^-1、转运系数大于1、植物地上部形态高大为筛选条件,筛选出5种铅富集植物分别是：糯米团（Hyrtanandra）、水蓼（Polygonum hydropiper）、酸模（RumexacetosaLinn）、毛叶堇菜（Viola verecumda A.Gray）、地榆（Garden Burnet Root）;3种锌富集植物分别是：鬼针草（Bidens pilosa L.）、博落回（Macleaya cordata（Willd.） R. Brown）和糯米团;糯米团茎叶的铅锌质量分数分别为635.48、919.51 mg·kg^-1,可作为铅锌复合污染土壤修复的备选植物品种。     

复合污染下Cu、Cr、Ni和Cd在水稻植株中的富集特征

掌握水稻对污染土壤中重金属的吸收和富集特征,为科学认识水稻中重金属的残留问题、健康风险提供理论依据。采用田间试验,研究了4个不同处理量Cu、Cr、Ni、Cd复合污染下水稻的富集特征及其随生育期的变化规律。结果表明,重金属在水稻植株各部位中吸收富集系数的大小依次为：Cd〉Cu〉Ni〉Cr,根部重金属吸收富集系数是地上各部位的吸收富集系数的2~100倍。各重金属在水稻植株不同部位的积累分布明显不同,成熟期水稻植株中Cu在水稻不同部位的质量分数为根〉茎≥叶〉米粒〉谷壳,Ni的分布规律为根〉叶〉茎〉米粒〉谷壳,Cr的分布规律为根〉叶〉谷壳≥茎〉米粒,Cd的分布规律为根〉茎〉叶〉米粒〉谷壳;且随着重金属处理量的增加,水稻植株不同部位的重金属质量分数也呈上升趋势。成熟期米粒中Cu、Ni、Cr和Cd的质量分数范围分别为：4.50~6.19、1.86~4.63、0.72~0.76和0.08~0.39 mg·kg-1,与无公害食品标准（GB15199-94、GBT2762-2005）相比,米粒中Cu和Cr的质量分数均未超标,而Ni和Cd（Cd高剂量处理时）的质量分数均超标,存在食用安全风险。重金属在水稻植株不同部位的质量分数随生育期均呈现先升后降的趋势,灌浆中期达到最大,而到成熟期又明显降低。不同重金属在水稻植株中的富集能力和分布规律均呈现明显差异,不同生育期水稻植株中重金属的质量分数明显不同但其质量分数变化呈明显规律性。     

水稻不同生育期土壤砷形态分布特征及其生物有效性研究

采用田间原位试验和Tessier连续提取方法,在水稻（Oryza sativa L.）不同生育期研究了重金属复合污染高、中、低3个水平下的土壤砷的形态分布特征及其生物有效性。结果表明：在水稻不同生育期中,土壤各种形态的砷质量分数均表现为高污染水平土壤〉中等污染水平土壤〉低污染水平土壤;土壤中砷在水稻整个生育期均以残留态为主,占90%以上,交换态砷所占比例最低,不到0.5%;不同形态砷之间大都显著正相关,但是两种有效性较高的砷形态（交换态和碳酸盐结合态）与有机态砷之间的相关性较差;土壤砷的生物有效性表现为高污染水平土壤〉中等污染水平土壤〉低污染水平土壤,且随着水稻生育期的延长,土壤砷的生物有效性逐渐升高。     

玉米秸秆生物炭对水稻不同生育期吸收积累As、Cd的影响

近年来稻米As、Cd含量超标的事件屡有发生,稻米质量安全问题日益突出。通过盆栽种植水稻,向As、Cd复合污染土壤中分别添加质量分数为1.00%的玉米秸秆粉末(CS)和不同温度(300、400、500℃)下制备的玉米秸秆生物炭(CB-300、CB-400、CB-500),分析水稻分蘖期、抽穗期及成熟期各部位或器官中As、Cd含量变化,探讨不同处理对复合污染土壤水稻产量的影响。结果表明,不同时期水稻As、Cd含量分布规律为:根部茎部叶部糙米;玉米秸秆粉末和玉米秸秆生物炭的添加能一定程度上阻碍土壤As、Cd向水稻迁移,与CK相比,各处理均能显著降低不同时期水稻各部位Cd的含量(P0.05),CB-500处理在三大关键生育期处理效果最佳;玉米秸秆生物炭的施加能降低不同时期水稻各部位As的含量,但各处理未达到显著水平;水稻产量方面,与CK相比,生物炭处理和秸秆粉末处理使水稻增产6.93%~55.36%。研究结果可为生物炭对砷镉复合污染土壤的治理与水稻安全生产提供理论依据和数据支持。     

土壤重金属镉、铅及其复合污染对羊蹄(Rumex japonicus Houtt)生长及其抗性生理指标的影响

为探究重金属Cd、Pb及其复合污染对植物的生长及生理的影响,选用乐安河湿地优势乡土植物羊蹄(Rumex japonicus Houtt),采用室内土培盆栽实验,分别设置不同的Cd、Pb单因素及其双因素复合污染水平,研究羊蹄的生物量、株高等生长指标及植物组织中丙二醛(MDA)、可溶性糖等抗性生理指标的变化特性。结果表明:随着Cd、Pb污染胁迫浓度的增加以及胁迫时间的延长,羊蹄的生物量及株高均受到显著(P0.05)抑制,且Cd+Pb双因素复合污染胁迫的抑制作用大于单因素Pb或Cd的污染胁迫;羊蹄植物组织中的MDA含量及可溶性糖含量随Cd、Pb污染胁迫强度的增加及胁迫时间的延长显著增加(P0.05);在盆栽土壤中单因素Cd或Pb的高浓度胁迫下,羊蹄的自我调控能力显著增强(P0.05),MDA含量下降。不同污染水平的单因素Cd、Pb及Cd+Pb双因素复合污染胁迫对羊蹄可溶性糖含量的影响均存在显著性(P0.05)差异。     

镉胁迫对续断菊Sonchus asper L.Hill.根系分泌物的影响

通过盆栽试验,研究了不同Cd质量分数（0、50、100、200 mg.kg-1）对续断菊Sonchus asper L.Hill.根系分泌总有机酸、游离氨基酸、可溶性糖的影响,旨在探明根系分泌物对续断菊超积累Cd的影响。结果表明：Cd胁迫下续断菊根系分泌总有机酸、游离氨基酸和可溶性糖的质量浓度显著增加,同时,总有机酸、可溶性糖和游离氨基酸又促进了植株对Cd的吸收。随着Cd处理质量分数的增加,续断菊地上部和根部镉质量分数显著增加,90 d时续断菊地上部镉质量分数与可溶性糖、游离氨基酸的质量浓度呈极显著正相关,相关系数分别为0.999（P〈0.01）和0.995（P〈0.01）,根部镉质量分数与可溶性糖、游离氨基酸的质量浓度也呈显著正相关,相关系数分别为0.998（P〈0.01）和0.987（P〈0.05）;Cd对续断菊根系可溶性糖的分泌、游离氨基酸的合成有刺激作用,根系分泌的可溶性糖和游离氨基酸可能在续断菊累积镉的过程中有重要作用。     

根表铁锰膜对不同生育期水稻吸收和转运As的影响

采用土壤盆栽试验法,研究不同生育期水稻根表铁锰膜形成及其对As吸收和转运的影响。结果表明,两个水稻品种YD6和NK57均在分蘖期形成的铁锰膜量最多,成熟期形成的铁锰膜量最少。水稻根系和茎叶吸收积累As随着水稻不同品种和不同生育期变化较大,As的吸收和积累与铁锰膜形成存在相关性。与分蘖期相比,YD6和NK57成熟期根系As含量分别减少81.6%和62.1%。孕穗期YD6和NK57茎叶As含量分别比分蘖期减少86.4%和65.5%,比成熟期减少87.8%和67.1%。分蘖期水稻根系和茎叶As含量与DCB-Fe或DCB-Mn浓度均呈显著的负相关关系,而孕穗期水稻根系和茎叶As含量与DCB-Fe浓度呈显著的正相关关系,说明不同生育期铁锰膜对水稻植株吸收和转运As的影响不同。两个水稻品种不同生育期,As均主要富集和分配在根表铁锰膜中,铁锰膜中As的分配比率达62.9%～84.9%。NK57从根表铁锰膜、根系和茎叶向籽粒转运As的能力比YD6强,籽粒中As含量是YD6的2.1倍。结果表明可以通过选育As低积累和低转运的水稻品种,来降低污染地区As对人体健康的威胁。     

镉胁迫对续断菊Sonchus asper L.Hill.根系分泌物的影响

通过盆栽试验,研究了不同Cd质量分数(0、50、100、200 mg.kg-1)对续断菊Sonchus asper L.Hill.根系分泌总有机酸、游离氨基酸、可溶性糖的影响,旨在探明根系分泌物对续断菊超积累Cd的影响。结果表明:Cd胁迫下续断菊根系分泌总有机酸、游离氨基酸和可溶性糖的质量浓度显著增加,同时,总有机酸、可溶性糖和游离氨基酸又促进了植株对Cd的吸收。随着Cd处理质量分数的增加,续断菊地上部和根部镉质量分数显著增加,90 d时续断菊地上部镉质量分数与可溶性糖、游离氨基酸的质量浓度呈极显著正相关,相关系数分别为0.999(P<0.01)和0.995(P<0.01),根部镉质量分数与可溶性糖、游离氨基酸的质量浓度也呈显著正相关,相关系数分别为0.998(P<0.01)和0.987(P<0.05);Cd对续断菊根系可溶性糖的分泌、游离氨基酸的合成有刺激作用,根系分泌的可溶性糖和游离氨基酸可能在续断菊累积镉的过程中有重要作用。     

植物对污灌区土壤锌形态的影响

通过大田试验研究种植5种植物(玉米、向日葵、大豆、高粱、菊花)对污灌区土壤锌形态的影响.结果表明,污灌区土壤中锌含量均未超过国家二级标准,且主要以残留态存在.土壤中各形态锌与种植前相比,除可交换态锌呈增加趋势,其余各形态锌均呈下降趋势.其中可交换态锌在向日葵土壤中增加最明显,达24.19%;碳酸盐结合态锌在玉米土壤中下降最明显,达47.68%;铁锰氧化物态锌和残留态锌在菊花土壤中下降最明显,分别达35.65%、27.46%;总锌和有机结合态锌在向日葵土壤中下降最明显,分别达15.68%、44.23%.土壤中可交换态锌含量与植物籽粒中锌含量显著相关(P<0.05),适于用作土壤锌污染的生物评价指标.土壤中锌的生物活性系数与种植前相比,在玉米、高粱和菊花土壤中呈降低趋势,其中在玉米土壤中降低最明显,达31.43%,在大豆和向日葵土壤中呈增加趋势.总之,向日葵籽粒中重金属锌含量超出食品中锌限量标准(GB13106-1991),不宜在污灌区种植;玉米、高粱、大豆等植物籽粒中重金属锌含量均未超出食品中锌限量卫生标准(GB13106-1991),可以在污灌农田长期种植.     

根表铁膜对水稻铅吸收转运的影响

通过温室土壤盆栽试验研究不同生育期水稻根表铁膜形成对水稻吸收和转运Pb的影响。结果表明,两种水稻根表铁膜形成量(以DCB-Fe含量计)及铁膜中吸附的Pb量均随着生育期的延长而减少。水稻根表铁膜Fe含量与铁膜吸附的Pb量呈显著的正相关关系(r=0.798,p0.01)。水稻根系和茎叶吸收积累Pb随着不同品种和不同生育期而变化。品种NK57籽粒Pb含量显著高于品种YD6,前者为后者的1.9倍。从富集系数和分配比率来看,Pb主要富集在水稻的铁膜和根系中,而积累在茎叶和籽粒中的比率较少。Pb从水稻根表铁膜、根系和茎叶向籽粒中的转运系数在两个水稻品种间差异均不显著。水稻分蘖期和孕穗期根表铁膜量与根系Pb含量均呈显著的正相关关系(p0.05),但是成熟期水稻根表铁膜量与根系、茎叶和籽粒中Pb含量相关性均不显著,说明根表铁膜形成对水稻分蘖期和孕穗期吸收积累Pb有一定影响,但对水稻成熟期根系、茎叶和籽粒吸收积累Pb影响不大。     

磷胁迫对水稻基因型根系形态及吸收铁锰铜锌的影响

采用营养液培养方法研究了缺磷胁迫下4种水稻基因型(90-90—1、金23A、90-68-1、CDR22)的根系形态变化情况及其吸收微量元素铁、锰、铜、锌的影响。结果表明，(1)磷胁迫下，每个基因型在磷胁迫下其根系形态发生了明显变化、如根长、根冠比均呈增加趋势，并且根表有红棕色铁氧化物膜包被。(2)磷胁迫下根系形态的变化影响了水稻对生长介质中铁、锰、铜、锌的吸收：正常水稻植株中铁、锰、锌的含量高于磷胁迫植株，其中磷营养状况对水稻吸收铁、锰影响最明显；而磷营养状况对水稻植株铜含量的影响与铁、锰、锌正好相反，且影响程度较小。     

2种常规水稻Cd、Zn吸收与器官分配的生育期变化：品种、土壤和Cd处理的影响

Cd在土壤-作物-膳食食物链中的迁移是人类对环境Cd暴露及其健康风险的主要途径,而水稻是子粒Cd积累最强的大宗作物之一.采用全生育期淹水盆栽试验研究了2种常规水稻(高Cd吸收品种“苏香粳1号”和低Cd吸收品种“99-22”)在添加Cd(2mg·kg-1)和不添加Cd处理下对2种土壤(红沙泥田,乌栅土)中Cd、Zn的吸收及其生育期变化.结果表明:1)常规水稻对Cd、Zn的吸收积累受土壤、品种和外源Cd的影响.Cd处理、土壤、品种间的正交互作用(高Cd吸收品种植于高Cd处理且Cd有效性高的红壤中)使常规稻植株Cd/Zn比成数十倍提高,从而使子粒Cd/Zn比产生强烈升高;2)水稻对Cd、Zn的吸收强度因不同生育期而异,Cd吸收的主要时期是分蘖期和成熟期,而Zn吸收的主要时期则是分蘖期、抽穗期和灌浆期.在整个生育期中,水稻Cd吸收伴随着对Zn的排斥现象,这在高Cd吸收下尤为强烈;3)水稻各器官对Cd、Zn的吸收分配无论是同品种的生育期间抑或同生育期时的不同品种间均有显著差异.Cd积累量为根系>穗粒>茎叶,而Zn却表现为茎叶>根系、穗粒.观察到水稻吸收的Cd在生育后期向穗粒的强烈运移.相对于低Cd吸收品种来说,Cd向穗粒转运较强,而Zn的转运较弱是高Cd吸收品种子粒Cd积累强而Cd/Zn比高的植株因素.     

开放式空气CO2浓度升高对水稻根系形态的影响

在FACE（free-air carbon dioxide enrichment）技术平台上，采用水培的研究方法，观测了大气CO2浓度升高和两种氮水平下水稻根系形态的变化。结果表明，在水稻各生育期，CO2浓度升高都极显著增加了根干质量，且主要增加于根粗为2．0～2．5mm／n的部位。根系形态的各项指标均对高CO2浓度有积极的响应，在抽穗期尤为明显；N处理的差异很明显，低氮条件下根系表现为根长、根尖数和根表面积增加，常氮条件下根粗和发根数增加。各生育期的根冠比在高CO2浓度下极显著增加，尤其在LN处理下。水稻从分蘖期到抽穗期，因地上部分的增幅大，根冠比表现为逐渐降低的趋势。     

锌、镉复合污染对重金属蓄集植物黑麦草养分吸收及锌、镉积累的影响

采用根袋盆栽试验研究了锌、镉单一及复合污染对重金属蓄集植物黑麦草(Lolium perenne L．)生长、养分吸收及锌、镉积累的影响．结果表明,锌、镉单一及复合污染对黑麦草生物量存在不同程度的抑制作用．锌、镉单一及复合污染均明显降低了黑麦草植株N、P、K含量,以锌、镉复合污染对植株养分吸收的抑制作用最大．锌、镉污染共存下,黑麦草对锌、镉的吸收为协同效应．黑麦草吸收的锌、镉主要集中在地上部,以锌、镉复合污染植株对锌、镉的蓄集量最大,其地上部锌、镉含量分别达到3108．72、73．97 mg·kg-1．     

镉对3株不同地点生长的大麻生长及矿质元素吸收的影响

为了研究镉胁迫对不同大麻生长的影响,以来自山西的大麻M1和来自甘肃的大麻M2、M3为材料,通过土培盆栽试验,研究了镉胁迫对大麻SPAD值、光合参数、不同组织碳水化合物含量和矿质元素含量的影响及不同地点株间差异。结果表明:镉胁迫显著降低大麻SPAD值,及其光合能力,且不同植株间存在显著差异,M1受抑制严重;镉胁迫使大麻地上部蔗糖和总可溶性糖含量显著升高,根系、叶片和籽粒淀粉含量显著降低。镉含量分析结果显示,镉主要滞留在根系中,其中M1镉积累量最高;镉胁迫显著抑制了大麻M1根系对锰和铜元素的吸收,同时也影响了其在地上部各器官的分配和积累,降低了M3对锌元素的吸收。镉对大麻的影响因大麻不同植株间及组织部位而异。     

多种盐分离子作用下苋菜对重金属的吸收累积特征

模拟不同淋洗脱盐阶段滩涂土壤孔隙水中盐分和重金属含量,通过苋菜水培试验,研究多种盐分离子（SO42-、Cl-、NO3-、CO32-、Na＋、Ca2＋、K＋和Mg2＋等）的共同作用下,苋菜对Zn、Cu、Ni、Cr、Pb和Cd 6种重金属的吸收、累积和转运的变化。结果表明,与对照相比,在不同盐分离子浓度影响下,苋菜茎叶中Cd的累积增幅为69.2%～146.2%,而茎叶中其他重金属的含量无显著变化,苋菜根系中Cd、Pb、Cr、Ni和Cu含量的最大增幅分别为187.8%、197.7%、305.7%、228.1%和58.2%,但根系中Zn含量未受到显著影响。在相对较高的盐分离子浓度（〉1 312.4 mg.L-1）范围内,不同盐分离子浓度处理间苋菜茎叶和根系中6种重金属含量差异均不显著。盐分处理显著降低了苋菜对Pb、Cr、Ni和Cu的转移系数,但未显著影响苋菜对Cd和Zn的转移系数。     

铜、锌污染对水稻土中油菜（Brassica chinensis L.）生长的影响及累积效应研究

通过盆栽试验,系统研究了Cu、Zn重金属污染对油菜（Brassica chinensis L.）生长、SOD保护酶活性、脯氨酸、可溶性糖及Cu、Zn在油菜体内吸收富集的影响。结果表明：Cu、Zn污染对油菜生物量和生理生化指标（SOD保护酶活性、脯氨酸和可溶性糖）均有影响。随着Cu、Zn质量分数的升高,植株干物重和SOD保护酶活性表现为先增后降;当Cu质量分数达到1 000 mg？kg-1时,油菜干物重和SOD酶活性分别比对照下降36.79%、66.67%;当Zn质量分数达到3 000 mg？kg-1时,油菜干物重和SOD酶活性分别比对照下降55.21%、82.05%。Cu污染下,油菜叶片脯氨酸质量分数逐渐下降,总可溶性糖质量分数表现为先增后降;Zn污染下,脯氨酸和总可溶性糖质量分数均表现为先增后降。Cu、Zn污染使油菜幼苗叶片及根中的Cu、Zn质量分数明显增加,根部的积累尤其明显。当Cu处理为1 000 mg？kg-1时,油菜茎叶和根中质量分数分别为57.6、424.162 mg？kg-1;当Zn处理为1 000 mg？kg-1时,油菜茎叶和根中质量分数分别为240、608.54 mg？kg-1。与Zn相比,Cu主要积累在油菜的根部,向茎叶迁移累积的量很少,并且随着添加质量分数的增加,茎叶吸收Cu的量变化不大。总之,重金属Zn相对于Cu更容易积累于油菜的地上部分,从而更易进入食物链,它们在油菜体内富集都对其生理生化和营养产生了明显毒害作用。     

Cr6+和Cr3+对水花生几种生理生化指标的影响比较

通过Cr6 和Cr3 对水花生 (Alternantheraphiloxeroides)的叶及根的某些生理生化指标影响的对比研究发现 ,Cr6 和Cr3 均能对水花生产生毒害 ;铬污染后 ,水花生的叶绿素含量、超氧化物歧化酶 (SOD)、过氧化物酶 (POD)、过氧化氢酶 (CAT)活性和可溶性蛋白含量 5项重要生理生化指标发生相应变化 ;Cr6 的毒性明显大于Cr3 ,根的受害程度比叶严重。     

Accumulation of heavy metals in soil and paddy crop (Oryza sativa), irrigated with water of Ramgarh Lake,Gorakhpur, UP,India

Heavy metals, a highly polluting group of constituents known to exert adverse effects, tend to accumulate in living organisms. The objective of this study was to determine the accumulation and translocation of heavy metals in soil and in paddy crop irrigated with lake water compared to soil and paddy crop irrigated with bore-well water. The quantities of heavy metals (Cd, Cr, Cu, Pb, Zn, As, Mn, and Hg) were determined in different parts of rice plants (Oryza sativa). Results revealed that the mean levels of soil Cd, Cr, Pb, Zn, As, Mn, and Hg in experimental soil and in different parts of rice plant (root, straw, and grain) were higher than the control except for Cu. The content of eight toxic metals was significantly higher in root than in aerial parts of the rice (straw and grains). Rice roots were enriched in Cd, As, Hg, and Pb from the soil, while Cr, Cu, Zn, and Mn were hardly taken by the roots. Bioaccumulation factor for Hg was significantly higher than other heavy metals. Metal transfer factors from soil to rice plants were significant for Cd, Cr, Cu, Pb, Zn, As, Mn, and Hg. The concentrations of metals in lake water were found to be within the permissible limit of Indian standard prescribed by Central Pollution Control Board (2000), except for Hg and As, which were higher than the limit of Indian standard. However, the concentrations of heavy metals in soil and rice grains were still below the maximal levels, as stipulated by Indian Prevention of Food Adulteration Act (PFA, 1954) and World Health Organization (WHO, 1993) guidelines.