土壤中铜和镍的植物毒性预测模型的种间外推验证

在基于物种敏感性分布法推导土壤金属生态阈值过程中,利用毒性预测模型对来源于不同土壤的毒理学数据进行归一化处理可消除土壤性质差异的影响,但目前建立的毒性预测模型仅限于少数物种。本研究通过比较土壤中小白菜、西红柿和大麦的铜和镍的毒性预测模型应用于其他高等植物的预测效果,以及归一化前后各物种毒性阈值的种内变异程度,考察了土壤中铜和镍的植物毒性预测模型种间外推的可行性和适用范围,解决了铜和镍土壤生态阈值导出过程中的方法学问题。土壤中镍对小白菜的毒性预测模型能较好地预测芥菜和青椒的镍毒性阈值,利用该模型对芥菜和青椒在不同土壤中的镍毒性阈值进行归一化后亦能显著降低其种内变异,其种内变异系数分别从1.18和1.25降至0.31和0.06;但将镍对小白菜、西红柿和大麦的毒性预测模型应用于莴笋和莴苣的毒性阈值预测时,在pH<6.0的酸性土壤中其预测值均小于实测值,其实测值与预测值的比值在3.2到6.8之间。对小麦、黄瓜和青椒的铜毒性阈值而言,小白菜模型预测效果优于西红柿和大麦模型。利用西红柿模型归一化黄瓜铜毒性阈值,其毒性阈值的种内变异系数从0.83降至0.14。大麦的铜毒性预测模型能较准确地预测水稻、洋葱、芥菜、包菜和萝卜的毒性阈值,且这5个物种的铜毒性阈值经大麦模型归一化后其种内变异均显著降低。本研究结果可为土壤中铜和镍的植物毒性预测模型的种间外推提供科学依据。     

土壤水溶态铜对小白菜的毒害效应及其预测模型

土壤中铜(Cu)重金属的生物毒性/有效性主要取决于它们在土壤液相中含量和土壤溶液的性质。探寻土壤有效态Cu的生物毒害效应,表征量化其与土壤溶液性质关系,可为土壤Cu的环境风险评价提供参考。选取17种典型农田土壤,探讨了有效态Cu(土壤孔隙水以及CaCl_2浸提态)对小白菜生长的毒性效应及其预测模型。结果表明:土壤孔隙水中Cu对小白菜生长10%抑制的毒性阈值值(EC_(10))和50%抑制的毒性阈值(EC_(50)),最大值与最小值相差为14.7和14.6倍;同样,对于CaCl_2提取态Cu的EC_(10)和EC_(50),最大值与最小值相差12.7和7.7倍,表明土壤溶液性质对水溶性Cu对小白菜的毒性阈值影响很大。建立了土壤溶液的重要因子(溶解性有机碳、土壤溶液pH值、电导率、全硫含量、Ca~(2+)、Mg~(2+)、K~+、Na~+)和水溶性Cu阈值之间的多元回归关系,结果显示,土壤溶液性质可以较好地预测水溶性Cu对小白菜的毒性阈值。同时,土壤溶液中Mg~(2+)、K~+和S的含量是控制孔隙水中Cu对小白菜生长毒性的最重要因子,单一的S能分别解释34%的EC_(10)变异,K~+解释26%的EC_(50)变化。本研究结果可为陆地环境中水溶性Cu的风险评价提供基础。     

氯丹和灭蚁灵污染场地土壤对陆生生物的毒性效应

为向污染土壤的监测、生态毒理诊断及修复提供方法和数据,以氯丹、灭蚁灵污染场地土壤为供试土壤,测定了氯丹、灭蚁灵复合污染对蚯蚓的急性毒性效应以及对小麦、小白菜、玉米和水稻4种植物种子发芽率和根伸长抑制率的影响.结果表明,蚯蚓对本场地污染响应十分敏感,处理d 3高浓度组开始出现死亡,此后死亡率随污染物浓度增大而上升,d 14部分高浓度组死亡率达到100%;同一浓度下,氯丹和灭蚁灵对4种植物种子根伸长抑制率均显著大于对种子发芽的抑制率,植物的根生长比种子发芽对有机污染物的毒性更为敏感.4种植物种子对污染场地土壤的敏感性为小麦>小白菜>水稻>玉米.氯丹和灭蚁灵对蚯蚓的毒性要大于对这几种植物的毒性,蚯蚓对氯丹和灭蚁灵的响应更加敏感.因此,蚯蚓作为指示生物,其急性毒性试验可作为氯丹和灭蚁灵污染场地的诊断指标,诊断周期以14 d为宜.     

磷灰石等改良剂对土壤-黑麦草系统中铜行为的影响

以黑麦草作为修复植物,开展了石灰、磷灰石、木炭、猪粪等4种改良剂对重金属Cu污染土壤的田间原位修复研究.结果表明,改良剂提高了土壤pH值并促进土壤Cu从可利用态向潜在可利用态和不可利用态转化,以降低对生物和环境的直接毒害作用,促进黑麦草的生长.以黑麦草生物量和Cu富集量作为评价指标,添加改良剂的4种处理修复Cu污染土壤...     

全氟辛烷磺酸短期暴露对不同作物苗期生长的影响

全氟辛烷磺酸(PFOS)作为一种新型持久性有机污染物,目前国内外对其生态毒性研究主要集中在水环境领域,而高等植物的生态毒性数据尚不完善。因此,本研究采用内培养方式,选取小麦、大麦、小白菜、三叶草、绿豆作为供试植物,利用根伸长、芽伸长、地上部分生物量等评价指标,研究了PFOS短期暴露对不同供试作物苗期生长的影响,建立了PFOS和作物苗期生长的剂量-效应关系,并对不同的评价指标进行相关性分析,筛选出表征PFOS生态毒性的敏感植物。结果表明,不同供试作物培育3 d后,PFOS对其于不同毒性终点的最小EC₅₀值为：小麦352 mg·kg^-1(根伸长)、大麦434 mg·kg^-1(根伸长)、三叶草794 mg·kg^-1(地上部分生物量鲜重)、小白菜829 mg·kg^-1(地上部分生物量鲜重)、绿豆>1 000 mg·kg^-1,因此敏感程度依次为：小麦>大麦>三叶草>小白菜>绿豆。须根系作物小麦、大麦较直根系作物三叶草、小白菜和绿豆敏感,而须根系作物各评价指标的敏感程度依次为：根伸长>地上部分生物量鲜重>芽伸长>地上部分生物量干重,可见小麦的根伸长对PFOS污染最为敏感。各评价指标间均呈正相关关系,表明PFOS对同种植物的不同评价指标影响趋势一致。     

铜-磺胺嘧啶复合胁迫对蔬菜种子发芽的急性毒性效应

研究了黄潮土中常用兽药磺胺嘧啶(SD)与重金属铜(Cu)单一及复合污染对小白菜和西红柿种子发芽(发芽率、根伸长、芽伸长)的影响,分析了土壤中药物浓度与作物生长抑制的剂量-效应关系及复合污染的毒性效应。结果表明,无论是在Cu或SD单一污染物作用下,根伸长和芽伸长抑制率与污染物浓度显著相关(P0.01),发芽抑制率与污染物浓度不相关(P0.05);污染物对根伸长及芽伸长的抑制高于对种子发芽的抑制;SD对2种作物的毒性效应明显强于Cu,SD对小白菜和西红柿根伸长的ID50(抑制率为50%时污染物浓度)分别为1.7和33.6 mg·kg~(-1),而Cu为273.6和457.7 mg·kg~(-1)。Cu-SD复合污染,对西红柿的根和芽伸长的拮抗作用显著(P0.01);但对小白菜来说,在低浓度Cu(100 mg·kg~(-1))作用下,二者的联合拮抗作用不显著(P0.05),随Cu的增加,拮抗作用显著(P0.01)。     

添加植物物料对2种酸性土壤可溶性铝的影响

在室内培养试验条件下,研究了添加非豆科的油菜秸秆、小麦秸秆、稻草、玉米秸秆和豆科的大豆秸秆、花生秸秆、蚕豆秸秆、紫云英、豌豆秸秆对酸性茶园黄棕壤和红壤可溶性铝总量及其形态的影响.结果表明,黄棕壤除添加油菜秸秆、小麦秸秆和稻草处理外,其余添加植物物料处理土壤可溶性铝总量、总单核铝和3种无机单核铝的含量有不同程度的降低,因为加入这些植物物料均使土壤pH值增大.5种豆科植物物料对黄棕壤pH值的影响大于非豆科植物物料,前者对土壤中3种无机单核铝含量的影响也大于后者.9种植物物料也使红壤pH值有不同程度升高,土壤可溶性铝含量降低,其中4种非豆科植物物料、花生秸秆和蚕豆秸秆处理效果较好.因此,施用植物秸秆能够有效改良土壤酸度,缓解土壤中铝对植物的毒害.总体而言,9种植物物料中花生秸秆增加酸性土壤pH值和降低土壤有毒形态铝含量效果最好.     

有机无机肥配合施用对菜园土壤及蔬菜硝酸盐类动态的影响

通过田间小区试验和室内测定,研究了有机肥与化肥以不同比例配合施用对小白菜硝酸盐和亚硝酸盐含量以及土壤硝酸盐含量的影响。结果表明:有机肥与化肥配合施用可以明显降低小白菜硝酸盐含量,减少硝酸盐在土壤剖面中向下淋溶,尤以有机肥与化肥施用比例为1∶1(质量比)时小白菜产量较高,体内硝酸盐含量较低,土壤下层的硝酸盐含量也较低,达到蔬菜高产优质,生态环境清洁健康的目标。     

秸秆还田少免耕对冲积土微生物多样性及微生物碳氮的影响

土壤微生物是耕地质量的重要指标,为阐明秸秆还田少免耕对土壤质量的影响及其机理,在成都平原(温江)冲积水稻土区,开展了水稻–小麦/油菜轮作秸秆还田培肥定位试验(2003～2008年),在小麦生长季节,系统研究了土壤耕层微生物数量和微生物生物量的变化特征.结果表明,秸秆还田翻耕与秸秆还田免耕的土壤耕层微生物总量分别增加了51.7%、12.8%,土壤微生物数量增加主要来自土壤细菌数量的增加;从小麦全生育期看,在小麦分蘖期的增加幅度高于小麦播种期和小麦收获后,有利于促进小麦养分吸收与生长发育.秸秆还田少免耕显著增加了微生物生物量,秸秆还田翻耕和秸秆还田免耕处理土壤微生物碳总量分别比对照提高74.1%、25.8%,土壤微生物氮分别提高60.2%和12.1%.秸秆还田循环利用显著增加了土壤微生物数量和生物量,有利于土壤养分循环与转化,有利于提高土壤有机质含量并改善有机质质量,是耕地质量建设的重要途径.     

有机无机肥配合施用对菜园土壤及蔬菜硝酸盐类动态的影响

通过田间小区试验和室内测定，研究了有机肥与化肥以不同比例配合施用对小白菜硝酸盐和亚硝酸盐含量以及土壤硝酸盐含量的影响。结果表明：有机肥与化肥配合施用可以明显降低小白菜硝酸盐含量，减少硝酸盐在土壤剖面中向下淋溶，尤以有机肥与化肥施用比例为1：1(质量比)时小白菜产量较高，体内硝酸盐含量较低，土壤下层的硝酸盐含量也较低，达到蔬菜高产优质，生态环境清洁健康的目标。     

Sensitive crop species and appropriate bioassays for potential use in phytotoxicity assessment of Pb-contaminated soils

The present study aims to determine the phytotoxic effects of lead (Pb) on corn (Zea mays), wheat (Triticum aestivum), cucumber (Cucumis sativus), cabbage (Brassica oleracea) and lettuce (Lactuca sativa) and to identify the sensitive crop species and appropriate bioassays for potential use in phytotoxicity assessment of Pb-contaminated soil. In a laboratory experiment, Pb(NO₃)₂ was added to the background soil to obtain eight Pb treatments. The results indicate that the seed germination rate of lettuce decreases by 14.44%, 30.00% and 40.00% at 2000, 3000 and 4000 mg Pb kg^?1 soil, respectively. However, the germination of corn, wheat, cucumber and cabbage is not significantly influenced by the Pb-contaminated soil treated with all the tested concentrations. Furthermore, the root elongation is more sensitive to Pb than is seed germination. The minimum concentrations of adverse effect of maize, wheat, cucumber, cabbage and lettuce are 2000, 3000, 1300, 800 and 300 mg Pb kg^?1 soil, respectively. Moreover, dicotyledon species are more sensitive than monocotyledon species. In the genotoxicity study, the mitotic index (MI) fluctuates with an increasing Pb concentration. The micronuclei (MN) frequencies of cucumber, cabbage and lettuce exhibit a dose-dependent effect at concentrations ranging from 1300 to 4000 mg Pb kg^?1 soil. It can be concluded that lettuce is a good candidate for indicating the toxicity of Pb in soil. Root elongation and the micronucleus frequency of dicotyledon are appropriate bioassays for potential use in phytotoxicity assessment of Pb-contaminated soil.     

臭氧对农业生态系统影响的综合评估：以长江三角洲为例

如何评价和预测近地层臭氧(O3)浓度持续升高对作物的影响是污染生态学研究的热点之一.依据改进的开顶式气室(Open-top chamber,OTC)实验资料,建立了我国长江三角洲地区O3与3种典型农作物(水稻、冬小麦和油菜)的剂量-响应(Dose-response)函数,并对该地区2003年作物产量损失进行了综合估算.研究结果表明:1)水稻、冬小麦和油菜3种作物的O3临界水平值分别为7.434、2.280和7.328ppm·h,冬小麦最为敏感;2)O3污染已造成该地区较为严重的产量损失,2003年水稻、冬小麦和油菜分别减产3.04%、17.08%和5.92%,经济损失达到5.76、7.68和2.61亿元.长江三角洲地区高浓度O3污染必须引起足够的重视。     

油菜根系分泌物对不同作物幼苗生长的化感效应

在实验室采用发芽试验的方法研究了油菜Brassicacampestris根系分泌物对小麦、油菜、蚕豆和玉米种子活力、幼苗生长发育及生理生化特性造成的化感效应。结果表明,油菜根系分泌物的化感累加作用对不同作物种子发芽率、幼苗芽长、芽质量、根长、根质量、根系活力以及幼芽过氧化物酶(POD)活性和丙二醛(MDA)含量均具有显著影响,其化感效应对小麦的影响程度最弱,其中对小麦的种子发芽率、幼苗根长、芽干物质量、POD活性和根系活力以及各作物幼芽细胞膜的毒害程度均表现出促进作用,而对小麦幼苗其它生长特性以及油菜、蚕豆和玉米幼苗的所有生长特性均表现为抑制作用,表明油菜根系分泌物对不同作物及不同生长特性的化感效应具有不同的选择性。因此,合理搭配油菜作物的间、套、轮作是其夺取优质、高产栽培的关键技术。     

Population health risk via dietary exposure to trace elements (Cu,Zn, Pb,Cd, Hg,and As) in Qiqihar,Northeastern China

The estimated daily intakes (EDIs) of six trace elements (Cu, Zn, Pb, Cd, Hg, and As) in vegetables (leafy vegetable, i.e., bok choy, fruit vegetables, i.e., cucumber and tomato, and other categories, i.e., mushroom, kidney bean, and potato), cereals (rice and wheat flour), and meats (pork, mutton, and beef) most commonly consumed by adult inhabitants of Qiqihar, Northeastern China, were determined to assess the health status of local people. The average EDIs of Cu, Zn, Pb, Cd, Hg, and As were with 20.77 μg (kg bw)^?1 day^?1 of Cu, 288 μg (kg bw)^?1 day^?1 of Zn, 2.01 μg (kg bw)^?1 day^?1 of Pb, 0.41 μg (kg bw)^?1 day^?1 of Cd, 0.01 μg (kg bw)^?1 day^?1 of Hg, and 0.52 μg (kg bw)^?1 day^?1 of As, respectively, which are below the daily allowance recommended by FAO/WHO. However, the maximum EDIs of Pb and Cd were 4.56 μg (kg bw)^?1 day^?1 and 1.68 μg (kg bw)^?1 day^?1, respectively, which are above the recommended levels [i.e., 3.58 μg (kg bw)^?1 day^?1 for Pb and 1.0 μg (kg bw)^?1 day^?1 for Cd] by FAO/WHO. This finding indicates that the potential health risk induced by daily ingestion of Pb and Cd for the local residents should receive a significant concern. Similarly, we detected elevated Pb and Cd concentrations, i.e., with average of 13.58 and 0.60 mg kg^?1 dw, respectively, in the adult scalp hairs. Consumption of rice, potato, bok choy, and wheat flour contributed to 75 and 82% of Pb and Cd daily intake from foodstuffs. Nevertheless, human scalp hair is inappropriate biological material for determination of the nutritional status of trace elements in this region.     

玉米（Zea mays）对镉积累与转运的品种差异研究

通过田间实验,研究了25个玉米（Zea mays）品种在Cd质量分数为50 mg·kg-1胁迫条件下,Cd对不同玉米品种生长的影响,以及不同玉米品种对Cd积累和转运的品种差异,以期筛选出Cd低积累玉米品种。结果表明：25个玉米品种的生物量和产量对Cd胁迫的响应,以及不同品种根、茎叶和籽粒对Cd的吸收、累积及转运能力存在显著差异（P＜0.05）。有20个品种生物量和19个品种产量下降;有2个品种籽粒的Cd质量分数超过了国家规定的食品卫生标准（≤0.1 mg·kg-1）,占供试品种的8.0%,所有品种茎叶的Cd质量分数均超过了国家规定的饲料卫生标准（≤0.5 mg·kg-1）,超标率为100%;25个玉米品种的富集系数范围为0.063~0.899、茎叶转运系数范围为0.038~0.554、籽粒转运系数范围为0.000~0.111,均小于1,其中有8个品种富集系数〉0.5,1个品种茎叶转运系数〉0.5,而所有品种的籽粒转运系数均〈0.5,说明玉米对土壤Cd仍有一定的吸收能力,但地下部向地上部转运能力以及由茎叶向籽粒的转运能力较弱;根据玉米生物量、产量、籽粒Cd含量以及对Cd的富集系数和转运系数等指标进行评价,认为云瑞8号、会单4号、路单7号3个品种可作为Cd低累积玉米品种,可在云南Cd重度污染土壤上推广种植。     

不同培养介质中纳米氧化铜对小麦毒性的影响

采用琼脂培养和水培方法比较了纳米氧化铜(CuONPs)在不同暴露介质中的环境化学行为及其对小麦根生长的影响,并探讨了不同培养介质对CuONPs植物毒性的影响机制.结果表明,琼脂介质相对水相(营养液)环境可以减少CuONPs的团聚,增强其分散性.在琼脂和水相中Cu离子溶出随CuONPs浓度变化规律存在明显差异,在50～1000mg CuONPs·L-(1以Cu计)范围内,CuONPs在琼脂中无论是Cu2+的溶出浓度还是溶出比率均低于其在水相中的值.CuONPs在不同介质中表现出显著的小麦毒性差异.琼脂培养下小麦根生长半抑制效应浓度EC50(以CuONPs浓度表示)为108mg·L-1,而在水培方式下为9.0mg·L-1,说明琼脂介质极大缓解了CuONPs引起的植物毒性.分析表明,Cu2+溶出浓度较CuONPs投放量与小麦根生长抑制效应之间存在更好的指数相关关系,这说明该研究体系下CuONPs小麦毒性主要是由纳米颗粒释放Cu2+引起的.此结论较好地解释了当培养介质从水相变成琼脂时,Cu2+溶出减少,纳米毒性降低的现象.该研究结果认为,当前国内外使用水培法获得的纳米材料植物毒性研究结果在外推至实际土壤状况时将高估其环境安全性风险,推荐使用琼脂作为纳米材料土壤环境风险评价的模拟介质.     

Assessment of the pulp and paper mill effluent on growth,yield and nutrient quality of wheat (Triticum aestivum L.)

Assessment of agropotentiality of the effluent coming out from century pulp and paper mill, Ghanshyamdham, Lalkua (Uttaranchal) has been made on wheat (Triticum aestivum var. UP-2329) crop grown in two soils differing in texture with different effluent concentrations. Diluted effluent increased the chlorophyll content, plant height, shoot and root biomass, grain yield, protein, carbohydrate and lipid contents in wheat grains, while undiluted effluent caused inhibition in plant growth resulting in a sharp decline of yield. Pure soil provided better growth and yield results than those soil mixed with sand.     

高产田养分平衡及其环境风险特征研究

选择连续四年产量20000kg·hm-2以上的高产田为研究对象,并以当地常规农田为对照,分析了秸秆还田条件下冬小麦-夏玉米高产轮作体系中养分平衡及环境风险特征。结果表明,高产田和常规农田的氮、磷、钾素在冬小麦-夏玉米轮作体系中都有盈余,分别盈余130和202、122和162、315和119kg·hm-2。高产田氮素和磷素的盈余量小于常规农田,钾素盈余量高于常规农田。在冬小麦-夏玉米轮作体系的各生育期,高产田0～100cm土体硝态氮均存在大量累积,小麦季大于玉米季,高产田大于常规农田,存在较高的淋溶风险。土壤电导率均小于土壤盐渍化的临界值,尚未出现土壤盐渍化的现象。