江西钨矿周边土壤重金属生态风险评价:不同评价方法的比较

对江西省大余县某钨矿区周边的农田土壤进行调查分析,并采用不同的方法对土壤进行评价,结果表明,土壤As、Pb、Zn、Cu和Ni的含量范围分别为15.33—154.65 mg·kg-1、156.29—346.98 mg·kg-1、47.73—277.72 mg·kg-1、19.06—210.24 mg·kg-1和12.00—35.11 mg·kg-1,一些土壤样点的As、Pb、Zn和Cu含量已超过国家土壤环境质量二级标准.利用地累积指数法对土壤进行评价,结果表明土壤均受到As、Pb、Zn、Cu和Ni不同程度的污染;根据CPI(综合污染指数)评价标准,65.7%的土壤处于污染状态;利用TCLP法对土壤生态风险进行评价,结果显示所有土壤并未受到重金属的污染,以内梅罗综合污染指数法对土壤进行综合评价,结果表明该农田土壤重金属生态风险处于安全范围;以潜在生态危害指数法评价,发现Pb、As和Cu达到或超过中等生态风险的样点分别占37.14%、25.72%和2.86%,其他重金属污染风险均属轻微以下.不同评价方法得出的评价结果有差异,人们在评价重金属污染土壤时要根据评价的目的慎重选择合适的评价方法.     

土壤Cd污染对跳虫Folsomia candida的生态毒性

采矿及冶炼等行为造成了严重的土壤重金属污染,其中Cd污染及其带来的健康风险近年来引起人们的高度重视。利用弹尾目跳虫开展土壤Cd污染的生态毒理研究,对Cd污染土壤的生态风险评价具有重要意义。本研究将跳虫Folsomia candida(F.candida)暴露在不同Cd浓度污染的人工土壤中,利用跳虫存活数量、繁殖数量及回避行为实验来评价重金属Cd污染对跳虫的生态毒性。结果表明,Cd对F.candida的急性毒性LC50值为2 086.93 mg·kg~(-1),慢性毒性的繁殖抑制(28 d)EC50值为224.95 mg·kg~(-1)。此外,Cd对跳虫回避行为影响的EC50(48 h)为721.26 mg·kg~(-1)。可以看出,慢性毒性的EC50值与Cd对回避行为影响的EC50值近似,但远低于急性毒性LC50值。因此,跳虫F.candida的回避行为和繁殖率对Cd污染土壤有较高的灵敏度,可用来表征土壤中Cd的生态毒性。     

外源Mo降低As(III)和As(V)对水稻的毒性及As的积累

通过溶液培养试验，研究外源添加Mo对2种价态砷(As(III)和As(V))胁迫下水稻吸收积累Mo和As的影响。结果表明，这2种价态的As对水稻生长均有抑制作用，As(III)比As(V)对水稻毒害更明显，添加Mo可缓解As对水稻的毒害。As添加可影响水稻根系和茎叶对Mo的吸收积累，但是不同价态As对Mo积累量的影响不一致。同时，Mo的添加也可以显著地降低水稻根系和茎叶对2个价态As的吸收积累。在100 μmol?L^-1 As(III)处理下，添加0.1和0.5 mg?L^-1的Mo可导致水稻根系As积累量分别比对照处理降低38.8%和52.8%，茎叶As积累量分别降低5.1%和10.6%；当As(V)浓度为100 μmol?L^-1时，添加0.1和0.5 mg?L^-1的Mo可导致水稻根系As积累量分别比对照处理降低15.4%和62.4%，茎叶As积累量分别降低11.9%和23.7%。Mo的添加还能显著地降低2种价态As在水稻根系和茎叶中的富集系数。因此，通过施用适量的Mo肥可以用来防治农田As污染，降低As对人体健康的危害。     

外源Mo降低As(Ⅲ)和As(Ⅴ)对水稻的毒性及As的积累

通过溶液培养试验,研究外源添加Mo对2种价态砷(As(Ⅲ)和As(Ⅴ))胁迫下水稻吸收积累Mo和As的影响。结果表明,这2种价态的As对水稻生长均有抑制作用,As(Ⅲ)比As(Ⅴ)对水稻毒害更明显,添加Mo可缓解As对水稻的毒害。As添加可影响水稻根系和茎叶对Mo的吸收积累,但是不同价态As对Mo积累量的影响不一致。同时,Mo的添加也可以显著地降低水稻根系和茎叶对2个价态As的吸收积累。在100μmol·L~(-1)As(Ⅲ)处理下,添加0.1和0.5 mg·L~(-1)的Mo可导致水稻根系As积累量分别比对照处理降低38.8%和52.8%,茎叶As积累量分别降低5.1%和10.6%;当As(V)浓度为100μmol·L~(-1)时,添加0.1和0.5 mg·L~(-1)的Mo可导致水稻根系As积累量分别比对照处理降低15.4%和62.4%,茎叶As积累量分别降低11.9%和23.7%。Mo的添加还能显著地降低2种价态As在水稻根系和茎叶中的富集系数。因此,通过施用适量的Mo肥可以用来防治农田As污染,降低As对人体健康的危害。     

外源钙对两种价态锑胁迫下水稻幼苗吸收积累锑和钙的影响

通过溶液培养试验,研究外源钙对两种价态锑[Sb(III)和Sb(Ⅴ)]胁迫下水稻吸收积累锑和钙的影响。结果表明,这两种价态的Sb对水稻生长均有抑制作用,Sb(III)比Sb(Ⅴ)对水稻毒害更明显,施Ca可缓解Sb对水稻的毒害。Sb(III)和Sb(Ⅴ)的添加对水稻根系和茎叶吸收积累Ca影响不一致。当溶液中的Ca浓度为5.0 mmol·L-1时,添加三价Sb 10和30μmol·L-1均可以显著地降低水稻茎叶中的Ca含量15.7%和49.4%,但是添加Sb(Ⅴ)浓度为30μmol·L-1时,却分别提高水稻茎叶和根系Ca含量26.2%和50.4%。Ca的添加可以显著地降低水稻根系和茎叶对两个价态Sb的吸收积累。在30μmol·L-1Sb(III)处理下,添加5.0和20 mmol·L-1的Ca可导致水稻根系和水稻茎叶Sb浓度分别比对照处理降低19.0%-79.4%和42.6%-71.8%;在30μmol·L-1Sb(Ⅴ)处理下,添加5.0和20 mmol·L-1的Ca可导致水稻根系和水稻茎叶Sb浓度分别比对照处理降低34.3%-70.6%和74.1%-84.6%。Ca的添加对Sb在水稻根系和茎叶中的富集系数和分配比率也有显著影响。综上所述,可以通过施用Ca肥来防治农田Sb污染,降低Sb对人体健康的危害。     

外源亚精胺对As5+胁迫下水稻种子萌发和As吸收积累的影响

农田As污染对农作物生长有毒害作用,导致农作物产量降低、品质下降.研究了外源添加亚精胺(Spd)对As~(5+)胁迫下水稻种子萌发和幼苗生长的影响.结果表明,外源添加Spd能够促进As~(5+)胁迫下水稻种子的萌发过程,提高种子的发芽势和发芽率,促进幼苗根系生长.添加Spd可以不同程度地提高As~(5+)胁迫下水稻幼苗和根系中的抗氧化酶系统过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)的活性,降低水稻幼芽和根系中的丙二醛(MDA)含量.当As~(5+)浓度为25μmol·L~(-1)时,添加500μmol·L~(-1)和1 000μmol·L~(-1) Spd使水稻根系中的MDA含量比对照处理分别降低12.3%和31.3%,水稻幼芽CAT活性分别提高105.1%和101.4%,水稻根系CAT活性分别提高29.9%和57.1%.添加Spd也影响水稻对As的吸收积累.当As~(5+)浓度为25μmol·L~(-1)时,添加500μmol·L~(-1)和1 000μmol·L~(-1) Spd导致水稻幼芽As含量与对照相比分别降低69.4%和75.1%,水稻根系As含量分别降低7.6%和24.4%.Spd可以有效地缓解As~(5+)对水稻的毒害作用.     

Cd胁迫下不同外源植物激素对水稻幼苗抗氧化系统及Cd吸收积累的影响

为了探讨外源添加植物激素对Cd胁迫下水稻幼苗的抗氧化系统及Cd吸收积累情况的影响,减少Cd在植物体内的运输和积累,从而来缓解Cd对水稻的胁迫.以中嘉早17水稻幼苗为研究对象,进行水培试验,设置0、5和25 μmol·L^-1这3个Cd浓度处理,3种外源植物激素处理：不添加植物激素、100 μmol·L^-1褪黑素（MT）、0.2 μmol·L^-12,4-表油菜素内酯（EBL）和0.2 μmol·L^-1茉莉酸（JA）,共12个处理,每个处理重复3次.测定水稻幼苗体内Cd的含量,同时也对水稻幼苗地上部及根部丙二醛（MDA）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）和还原型谷胱甘肽（GSH）含量进行分析.结果表明,在5 μmol·L^-1和25 μmol·L^-1 Cd胁迫下,外源添加MT、EBL和JA使地上部MDA含量显著降低了11%~24%,但是根系与地上部情况恰好相反,添加3种外源物质均导致根系中MDA含量增加,其中MT和EBL现象明显,在5 μmol·L^-1 Cd胁迫下,与CK相比,分别提高了45.5%和20.0%;在25 μmol·L^-1 Cd胁迫下,分别提高了46.2%和19.8%.外源添加植物激素可显著增加水稻幼苗地上部和地下部POD、CAT的活性,降低GSH以及Cd的含量,在5 μmol·L^-1 Cd胁迫下,添加MT、EBL和JA导致水稻地上部Cd含量分别降低39.4%、40.1%和51.6%,根部分别降低38.9%、40.2%和7.0%;25 μmol·L^-1 Cd胁迫下,地上部Cd含量分别降低18.9%、14.5%和35.6%,根部分别降低85.3%、81.1%和56.5%.由此可见,通过外源添加低浓度植物激素MT、EBL和JA,可缓解Cd对水稻的胁迫,降低Cd对水稻的毒害作用.     

铜胁迫对农田土壤酶活性、细菌和古菌数量的影响

为了研究铜矿周边农田土壤中不同Cu含量对土壤酶活性、细菌和古菌基因拷贝数的影响,在铜矿周边农田土壤中采集了8个不同Cu含量的土壤,测定土壤的酶活性、细菌和古菌基因拷贝数,结果表明,土壤总Cu含量为28.30~1 019.27mg·kg~(-1),酸可提取态Cu含量为335~415.11 mg·kg~(-1),细菌16S rRNA基因拷贝数在每克干土3.10×10~(10)~1.84×10~(11)个之间,古茵16S rRNA基因拷贝数在每克干土737×10~8~6.82×10~9个之间。土壤总Cu和酸可提取态Cu含量对土壤脲酶活性影响较大,但对土壤脱氢酶和转化酶活性影响不显著。土壤细菌基因拷贝数均与总Cu含量、各形态Cu含量呈极显著的负相关关系,同样土壤古菌基因拷贝数与总Cu含量、各形态Cu含量也均呈极显著的负相关关系,说明Cu胁迫对土壤细菌和古菌活性具有较大的抑制作用。     

不同螯合剂和有机酸对苍耳修复镉砷复合污染土壤的影响

为了提高苍耳对农田Cd和As污染的修复效率,探究了不同螯合剂和有机酸（EDTA、SAP、CA和MA）对苍耳提取农田土壤Cd和As的影响.结果表明,施用4种不同螯合剂和有机酸对苍耳的根、茎和叶生物量影响不大.不同螯合剂和有机酸对苍耳各器官Cd和As含量和积累量影响不同.与CK处理相比,施用EDTA、SAP、CA和MA均显著提高了苍耳叶部的Cd含量,增幅分别是44.1%、32.4%、41.2%和38.2%,苍耳根系As含量分别提高89.6%、7.4%、94.8%和61.5%.施用EDTA、SAP、CA和MA处理使苍耳植株总Cd积累量分别比CK处理提高70.2%、29.4%、28.9%和33.1%,而As积累量分别提高67.0%、19.6%、81.9%和40.8%.施用螯合剂和有机酸对苍耳各器官Cd和As的富集系数和转运系数也有不同影响.4种螯合剂和有机酸处理对根际土壤Cd和As含量影响均比较显著,与对照相比降幅分别是32.7%~38.2%和14.6%~20.5%.4种螯合剂和有机酸均可以提高苍耳提取农田土壤Cd和As的效率.     

外源茉莉酸对水稻幼苗根系砷积累及抗逆应答效应

砷（As）污染对作物生长有毒害作用,导致作物品质和产量降低,因此亟需采取安全有效的策略以减轻其毒害.采用水培法,通过荧光探针定位技术、差速离心技术和傅里叶红外光谱技术（FTIR）研究外源茉莉酸（JA）对水稻幼苗As积累及抗逆应答的影响.结果表明,外源添加JA使水稻地下部和地上部的As含量分别降低31.4%和51.4%,显著降低细胞壁和细胞液中的As含量.JA改变亚细胞组分中As的分布比例,使细胞壁中As的分布比例提高16.4%,细胞液中As的分布比例降低17.3%,增强细胞壁对As的固定,减少细胞液中的As含量.此外,JA提高根细胞中SOD、CAT、GSH和PEPC的水平,降低H₂ O₂和MDA含量,减轻脂质过氧化损伤,调节碳氮代谢,缓解As毒害.研究为水稻As污染防治提供了新思路.