苏中地区小麦籽粒重金属含量水平及健康风险

通过随机采集苏中地区43组农田土壤和小麦籽粒样本,测定其中Cu、Zn、Pb、Cd含量,分析小麦籽粒的重金属富集能力及其影响因素,并评估食用本地产小麦的健康风险。结果表明:研究区土壤样品中Cd超标率为14.0%;小麦籽粒样品中Cd、Pb超标率分别为4.65%、27.9%。小麦籽粒对重金属富集能力强弱依次为ZnCdCuPb,且其对Cd的富集能力与土壤p H值呈显著负相关(P0.01,r=-0.41),需关注土壤酸化对小麦籽粒Cd富集的影响。不同暴露人群食用本地产小麦风险系数(HQ)和风险指数(HI)均在可接受水平内,若考虑其他暴露途径,仍有可能危害当地居民健康。     

田间施用锌肥对小麦籽粒镉累积的影响及施用风险

锌（Zn）和镉（Cd）的交互作用是近年来小麦Cd污染防治的重要研究方向.以华北地区典型小麦田为研究对象,通过田间试验,探究Zn肥对土壤-小麦系统Cd污染的控制效果和施用风险.结果表明,低用量Zn处理下,济源和开封两地小麦籽粒Cd含量均呈下降趋势,与对照相比下降幅度分别为33.4%和25.3%.高用量Zn处理下,两地小麦籽粒Cd含量不降反升,与低用量Zn处理下小麦籽粒Cd含量相比增幅为22.4%和34.2%.施Zn后两地土壤Zn总量和有效态含量均有显著升高,且造成了土壤Cd的部分活化.典型相关分析（CCA）显示,当土壤ω（Zn）小于200 mg ·kg^-1时,土壤Zn是土壤-小麦系统Cd富集的主要影响因子,而当土壤ω（Zn）大于200 mg ·kg^-1时,土壤Cd的活化是影响小麦籽粒Cd富集的主要原因.回归分析显示土壤Cd/Zn降至0.0089时（低用量Zn）,Zn和Cd表现出拮抗效应,土壤Cd/Zn降至0.0078时（高用量Zn）,Zn和Cd表现出协同效应.针对区域Cd污染特征,调整Zn肥用量可以提高污染防治效率并避免加剧Cd污染危害.     

P对小麦Cd和As吸收与转运的影响

为了探究磷（P）对小麦幼苗镉（Cd）和砷（As）吸收转运生理机制的影响,通过水培试验,以百农207为供试材料,研究了Cd和As胁迫条件下,外源供P和缺P处理对小麦幼苗生长、根系形态、光合参数、抗氧化系统、离子含量和根茎转移系数的影响.结果表明,与缺P处理相比,外源P供应显著增加As胁迫下小麦幼苗叶绿素的含量,促进根系的生长发育,提高了生物量,而对Cd胁迫下小麦幼苗的生长影响不显著.外源P供应时显著增加了Cd胁迫条件下根系的P和Cd含量,降低了地上部的P和Cd含量;同时显著提高了As胁迫条件下地上部的P和As含量以及As向地上部的转移系数.因此,供P与否对小麦幼苗Cd和As毒害的影响表现出明显的差异性;As胁迫时,外源供P提高了As向地上部的转运能力以及根系的CAT活性,降低了As对小麦的毒害,从而促进了小麦幼苗生物量的累积;而在Cd胁迫条件下,P与Cd之间表现出一定的协同效应,外源供P在一定程度上加重了Cd对小麦的毒害效应.     

铜胁迫对小麦根系微域微生物群落的影响

小麦是我国主要的粮食作物,土壤重金属污染会严重威胁作物生长和粮食安全.大量研究表明根际微生物在调控作物发育和抗逆性方面具有非常重要的作用.因此,本研究通过高通量测序技术研究铜胁迫条件下小麦根际微生物群落的变化,从微生物学角度揭示铜污染胁迫对小麦根际的影响作用.采用盆栽培养试验对铜污染处理中小麦非根际、根际以及根内微生物进行测序后,分别比较小麦不同根系分区环境中的微生物群落结构和多样性.结果发现,所有处理中小麦的根内微生物多样性均显著（P<0.001）低于根际和非根际微生物多样性,表明根表作为微生物进入根内环境的门户,对根内微生物的定殖起着过滤和筛选的作用.铜污染胁迫降低了根际土环境中的微生物多样性,且差异显著（P<0.05）;而在非根际和根内环境中,尽管铜污染胁迫降低了对应根系分区中的微生物多样性,但差异不显著（P>0.05）.变形菌门（Proteobacteria）和放线菌门（Actinobacteria）是小麦根际和非根际环境中的共有优势菌群,通过比较发现铜污染胁迫对这两种优势菌门的影响作用较小.另外,芽孢杆菌属（Bacillus）、假黄色单胞菌属（Pseudoxanthomonas）和鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）等菌属具有较强的抗逆性,能够在铜污染胁迫下存活且能够为植物提供营养物质.     

土壤-作物系统中重金属元素吸收、迁移和积累过程模拟

土壤-作物系统是重金属危害生态环境和人类健康的重要途径,研究和了解土壤-作物系统中重金属元素的吸收、迁移和积累过程,对重金属污染的防控与管理以及人类的健康具有重要意义.本文建立作物吸收重金属的模型,计算小麦根、茎、叶以及籽粒中的重金属含量,分析在小麦生长周期中,根、茎、叶以及籽粒的重金属积累随时间变化的过程,并将预测值与实测值作对比来检验模型的精确度.结果表明,小麦的不同部位对重金属的吸收能力不同,根的吸收能力最强,叶片次之,茎和籽粒重金属的吸收能力较弱.小麦的各部位中不同重金属的含量也存在明显的差异,Cu元素的含量最高,Ni次之,Pb元素和Cd元素的含量较小.在小麦生长过程中,茎、叶和籽粒中的重金属积累速度分别在小麦生长90、60和135 d左右开始减缓,重金属含量逐渐达到最大值,而根部重金属积累的速度则呈现不断增长的趋势.本文利用数值模拟技术研究了重金属在土壤-作物系统中的吸收、迁移和积累过程,可为防范重金属污染的生态和健康风险提供科学依据.     

Quantifying the adsorption and uptake of CuO nanoparticles by wheat root based on chemical extractions

This study screened out eluants for efficiently desorbing metal nanoparticles from plant root surface, and distinguished the proportions of CuO-nanoparticles uptake and adsorption.     

化肥减量与有机物料添加对华北潮土微生物氮循环功能基因丰度和氮转化遗传潜力的影响

有机物料作为生态友好型的化肥替代品为农业生态系统带来了巨大的经济和环境效益.然而,在化肥减量的基础上添加有机物料会对土壤氮（N）循环产生何种影响依旧知之甚少.在此,设置了常规施肥（NPK）、化肥减量（NPKR）、化肥减量配施秸秆（NPKRS）、化肥减量配施有机肥（NPKRO）、化肥减量配施秸秆和有机肥（NPKROS）共5种施肥处理,采用实时定量PCR方法测定微生物N循环功能基因丰度,并估算微生物N转化遗传潜力.结果表明,与NPK处理相比,有机物料添加显著增加了参与有机N分解、N固定和N还原的异养微生物数量,而降低了执行氨氧化的自养微生物丰度.因此,异养微生物的比例增加,自养微生物的比例降低.施肥措施变化显著提高了微生物N存储和气态N排放潜力,降低了NO₃^-淋溶潜力,N₂ O还原潜力也有所提升.基于距离的冗余分析（db-RDA）表明,5种施肥处理间N循环功能基因丰度差异显著（PERMANOVA,P=0.002）,NH₄⁺是驱动这种变化的关键因子,施用有机肥有利于异养N循环功能微生物,并且同时加入秸秆增强了这种影响.Pearson相关分析表明N存储潜力和气态N排放潜力均与NH₄⁺含量显著负相关;NO₃^-淋溶潜力与SOC和TN含量显著负相关,而与NH₄⁺含量显著正相关.综上所述,在化肥减量基础上添加有机物料有利于增加农田土壤N库,降低土壤N淋溶损失,甚至在特定环境下可以降低N₂ O排放的环境风险.     

不同土壤-小麦体系中铅镉交互作用与转运特征

选用海伦黑土、咸宁棕红壤和长武黑垆土这3种土壤,分别设置4组不同含量配比的Pb和Cd复合处理,进行为期5个月的小麦种植(郑麦9023号)盆栽试验,结合小麦植株各部位Pb和Cd含量,分析3种土壤-小麦体系中Pb和Cd交互作用对小麦富集转运重金属的影响.结果表明,低pH棕红壤水溶态Cd和Pb含量最高,且土壤颗粒表面Pb和Cd交互作用显著,高有机质黑土及高碳酸钙含量的黑垆土中Cd和Pb活性较低.3种土壤中黑垆土种植小麦的株高和干重表现最差,但Pb和Cd复合作用使其株高较对照增加了2.68～8.49 cm, Pb和Cd交互作用对黑土中小麦的株高和干重影响最小,但抑制了棕红壤中小麦生长.3种土壤-小麦体系的Pb和Cd交互作用差异较大,棕红壤中Pb和Cd间存在协同作用,125 mg·kg^-1和250 mg·kg^-1Pb处理下棕红壤种植的小麦籽粒Pb含量随Cd添加量升高分别显著增加73.2%和19.1%;黑土中Pb和Cd间存在拮抗作用,0.3 mg·kg^-1和0.6 mg·kg^-1 Cd处理下黑土中小麦籽粒Cd含...     

开花后小麦地上部镉、砷分布及其转运特征

为了探明小麦开花后叶片和茎节对籽粒中镉(Cd)和砷(As)累积的影响效应,采用田间小区试验,研究了山农28(SN28)和济麦22(JM22)两个小麦品种地上部各器官Cd和As的分布规律和迁移特征.结果表明,在灌浆期,小麦地上部的Cd主要分布在节中,Cd由节间3到节2、节间2到节1和叶鞘1到节1的转运能力显著强于其他部位.在成熟期,Cd主要分布于叶片中,Cd由叶鞘到叶片和由节1到穗轴的转运能力显著增强.此外,JM22中颖壳到穗轴和穗轴到籽粒的Cd转运能力显著低于SN28,使JM22的穗轴、颖壳和籽粒中Cd含量与SN28相比分别显著降低了22.3%、 40.8%和44.4%.同时,从灌浆期到成熟期小麦地上部的As主要分布于叶片中,且JM22颖壳和籽粒中As含量显著低于SN28,降幅分别为25.8%和33.3%.在灌浆期和成熟期,小麦中As转运系数由叶鞘到节显著高于叶到叶鞘和节到节间,平均增幅为438%和190%.此外,JM22中As由颖壳到籽粒和穗轴到籽粒的转运系数分别比SN28显著降低40.6%和44.4%.总之,开花后小麦旗叶、节1和穗轴调控了Cd转运及其在籽粒的累积,而小麦的叶3、旗...     

不同钝化剂对微碱性土壤镉、镍形态及小麦吸收的影响

通过大田试验,研究生物炭、褐煤、鸡粪对土壤Cd、Ni形态变化及小麦植株对Cd、Ni富集吸收的影响.结果表明,生物炭可提高土壤pH,褐煤降低土壤pH,均未达显著水平,鸡粪可显著降低孕穗期、成熟期土壤pH,分别降低0. 23和0. 20个单位.生物炭、鸡粪和褐煤单一施用对可交换态Ni含量降低不显著,而对可交换态Cd降低效果显著,小麦不同生长期均以褐煤2%处理降幅最大,分别为30. 50%、43. 34%和31. 20%.小麦地上部、地下部重金属Cd、Ni的含量均有所下降,且降幅随钝化剂添加量的增加而增加,不同生长期均以褐煤2%处理小麦根部Cd含量降幅最大,分别达38. 35%、58. 00%和50. 20%.孕穗期、成熟期均以褐煤2%处理小麦根部Ni含量降幅最大,分别达41. 33%和51. 35%. 3种钝化剂均可降低微碱性土壤中Cd和Ni的有效性,且对镉的钝化效果优于镍;均可有效降低不同时期小麦植株不同器官中Cd和Ni的含量.对于重金属镉,3种钝化剂同等剂量水平下,小麦器官中镉的降低效果依次为褐煤生物炭鸡粪.