气温和土壤湿度变化对3种典型荒漠植物种子发芽的影响

植物种子发芽对气温和土壤湿度变化的响应是气候变化对荒漠生态系统影响的关键. 为了分析荒漠植物种子发芽对气温和土壤湿度变化的响应趋势,选择典型荒漠植物沙拐枣(Calligonum mongolica)、泡泡刺(Nitraria sphaerocarpa)和麻黄(Ephedra przewalskii),在人工气候箱中分析在3种土壤湿度(3%,5%和15%),2种气温(16 ℃/22 ℃ 和21 ℃/27 ℃)和浸种(12 h)与不浸种处理下种子的发芽趋势. 结果显示:沙拐枣和泡泡刺种子的发芽率随土壤湿度的增加而增加,浸种下随气温的升高其发芽率增幅比不浸种下大;不浸种下气温升高麻黄种子发芽率增幅比不浸种下大,浸种下土壤湿度为3%时气温升高其发芽率增幅比土壤湿度为5%和15%时大(P<0.05). 3种植物种子发芽指数随气温的升高和土壤湿度的增加而增加,不浸种下气温升高沙拐枣和泡泡刺种子的发芽指数显著增加,浸种下其发芽指数增幅不大;不浸种下气温升高麻黄种子发芽指数增幅较小,浸种下其发芽指数增幅较大. 3种植物种子均在培养初期发芽速率增加较快. 荒漠植物种子发芽受气温和土壤湿度的共同影响,不同植物种子发芽对这些因素的变化有不同的响应.      

土壤重金属对白菜种子发芽与根伸长抑制的生态毒性效应

测定了水溶液和4种土壤(红壤、草甸棕壤、暗棕壤和栗钙土)条件下,铜、锌、铅、镉单一污染对白菜种子发芽与根伸长的抑制率,以及暗棕壤条件下重金属的复合污染效应.结果表明,同一浓度下,重金属对白菜根伸长抑制率均明显大于对种子发芽抑制率.重金属在土壤中对白菜根伸长抑制效应明显低于其在水体中的抑制效应, 这表明土壤对重金属污染有重要的缓冲作用.铜、锌、铅、镉污染对白菜根伸长抑制率与土壤有机质和土壤氮含量显著负相关;但与土壤pH和土壤钾含量的相关性不显著.铜、锌、铅、镉单一污染对白菜根伸长为刺激作用浓度下,复合污染即产生明显的协同作用,其结果使白菜根伸长的抑制效应阈值明显降低.     

锰胁迫对美洲商陆种子发芽及幼苗生长的影响

以美洲商陆(Phytolacca Americana L.)种子为材料,采用培养皿滤纸水培培养法,研究不同ρ(Mn2+)(0、50、100、200、300、400和500 mg/L)对美洲商陆种子发芽参数(发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数)及幼苗生长指标(鲜重、芽长和根长)、超氧化物歧化酶(SOD)和丙二醛(MDA)含量的影响。结果表明,Mn2+处理对美洲商陆种子发芽产生负效应,降低了发芽率、发芽指数和种子活力,提前了种子集中萌发时间;低浓度Mn2+(≤200 mg/L)处理促进幼苗生长,但随着ρ(Mn2+)增加,幼苗生长受到抑制,且对芽的抑制大于对根的抑制;随着ρ(Mn2+)升高,美洲商陆幼苗SOD活性先升后降,ρ(Mn2+)为200 mg/L时达最大,在SOD活性升高时,MDA含量缓慢增加,在SOD活性降低时,MDA含量骤然增加,表明美洲商陆幼苗SOD活性与丙二醛含量存在某种关系,此外,美洲商陆幼苗对Mn2+胁迫具有一定耐性,其耐性机制可能与超氧化物歧化酶活性有关;高ρ(Mn2+)对美洲商陆幼苗产生毒性,其毒性机制可能与膜质过氧化有关。     

微塑料与铅复合污染对玉米种子萌发与生长的影响

为探明微塑料和重金属复合污染对作物种子萌发与生长的影响,以玉米种子为对象,探究了铅(Pb)和3种微塑料[聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)]不同单一及复合浓度暴露对玉米种子萌发及其生长的影响.结果表明,Pb单一暴露对玉米种子发芽的抑制总体上随其浓度的升高而增强;与CK相比,500、 1 000和1 500 mg·L^-1PE暴露显著抑制玉米种子发芽,100 mg·L^-1和300 mg·L^-1暴露影响不显著(第5 d除外);所有PP浓度暴露均显著抑制玉米种子发芽;相比PP和PE,PVC单一暴露对玉米发芽抑制较轻.Pb和3种微塑料复合暴露均显著抑制玉米种子发芽,随着时间的增长,抑制逐渐减弱.玉米种子的发芽指数、发芽势和活力指数均随着Pb及3种微塑料单一暴露浓度升高而减小,且在Pb和PE复合暴露下较CK显著减小,但在Pb和PP、 Pb和PVC复合暴露下均无显著变化;3种微塑料中,PVC对玉米种子活力影响相对最轻.10 mg·L^-1Pb和100 mg·L^-1的3种微塑料单...     

垃圾渗滤液对黑麦草和高羊茅种子萌发的影响

为了解垃圾渗滤液作培养液时草本植物种子萌发的情况。以黑麦草和高羊茅两种草本植物种子为研究材料,分别研究了垃圾填埋场渗滤液处理站的渗滤液原液、渗滤液生物处理出水以及渗滤液最终出水在6个不同配比的稀释溶液(V渗滤液/V蒸馏水=1/0,3/1,1/1,1/2,1/3,1/4)下对这两种种子萌发的影响。结果显示:随着渗滤液稀释强度的降低,种子的发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数均增加,V渗滤液/V蒸馏水为1/3时,种子发芽率均为最高,黑麦草种子发芽率达96%,高羊茅种子发芽率达79%。用渗滤液作培养液时,更有利于黑麦草种子的萌发;用最终出水作培养液时,更有利于种子的萌发。这两种不同的渗滤液,在不同配比的稀释浓度下对种子的发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数等均具有显著的生理作用。     

重金属对西红柿种子发芽与根伸长的抑制效应

测定了水溶液和4种土壤中铜、锌、铅、镉单一污染对西红柿种子发芽与根伸长抑制率以及草甸棕壤条件下重金属复合污染的生态效应.结果表明,重金属对西红柿根伸长抑制率均明显大于对种子发芽抑制率.土壤重金属明显低于水体重金属对西红柿根伸长的抑制.抑制率大小排列为红壤>>草甸棕壤>栗钙土>暗棕壤.铜、锌、铅、镉对西红柿根伸长抑制率与土壤有机质、土壤凯氏氮、全钾含量显著线性负相关(P=0.05);与土壤pH值和土壤全磷含量线性不相关(P=0.05).重金属复合污染对西红柿根伸长表现为协同作用和拮抗作用.     

铜、砷单一及复合污染对黑藻的毒性效应

通过室内模拟试验,研究了铜(Cu)、五价砷〔As(Ⅴ)〕单一及复合污染对黑藻〔Hydrilla verticillata (L.f.) Royle〕生长、富集Cu和As的能力以及对超氧化物歧化酶(SOD)活性的影响.毒性测试结果表明,Cu和As(Ⅴ)对黑藻的4 d-EC₅₀分别为2和12 μmol/L,单一Cu对黑藻的毒性远高于As(Ⅴ). 复合污染试验结果表明,对于5 μmol/L As(Ⅴ)处理组,低浓度Cu〔c(Cu)<2 μmol/L〕的加入,促进了植物生长,降低了植物体内的As总量〔w(As)〕,同时降低了植物体中占主要部分的三价砷的含量(w〔As(Ⅲ)〕). 对于Cu处理组,As(Ⅴ)的加入同样抑制了黑藻对Cu的富集,SOD活性也高于单一Cu处理,可见在低浓度Cu处理下,Cu和As(Ⅴ)之间存在拮抗作用;而高浓度Cu〔c(Cu)≥2 μmol/L〕的加入,虽然植物对Cu和As(Ⅴ)的富集与单一Cu和As(Ⅴ)处理相比均显著降低,但植物生长受到抑制,SOD活性与单一处理相比也显著降低(P<0.05),因此高浓度Cu处理下,二者对黑藻毒性起协同作用. 总之,黑藻具有应用于处理低浓度Cu和As(Ⅴ)单一及复合污染水体的潜力.      

磺胺间甲氧嘧啶-镉复合污染对作物种子发芽的影响

测定了黄潮土中常用兽药磺胺间甲氧嘧啶(SMM)与重金属镉(Cd)单一及复合污染对小麦和西红柿种子发芽(根伸长、芽伸长和发芽率)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,在单一污染物作用下,根伸长抑制率和芽伸长抑制率与药物浓度显著相关(P0.05);药物对根伸长及芽伸长的抑制高于对种子发芽的抑制;SMM对2种作物的毒性效应明显强于Cd,SMM对小麦和西红柿根伸长的IC50(抑制率为50%时污染物浓度)分别为33.7,49.3mg/kg,而Cd为507.3,599.8mg/kg.SMM和Cd复合污染时,在低Cd(200mg/kg)的胁迫下,联合作用主要体现为协同作用,但随着SMM浓度的增加,协同效应不显著(P>0.05);在高Cd(500mg/kg)作用下,二者的联合效应中Cd起主要作用.     

不同微塑料赋存环境对小麦萌发与幼苗生长影响研究

为揭示不同微塑料赋存环境对小麦（Triticum aestivum L.）种子萌发和幼苗生长的影响,选取聚丙烯（Polypropylene,PP）、高密度聚乙烯（HDPE）和聚乳酸生物可降解塑料（PLA）3种微塑料,并分别设置3种微塑料粒径（150μm、1000μm和4000μm）和质量浓度（0.1g/kg、0.5g/kg和1g/kg）在自然环境条件下开展盆栽试验,通过统计分析和方差分析对不同微塑料组合处理下小麦种子的发芽率、发芽抑制率、生长特征及幼苗生长趋势进行分析.结果表明：不同微塑料胁迫下均降低了小麦种子平均发芽水平,小麦种子平均发芽抑制率呈现出HDPE>PLA>PP;微塑料的粒径和质量浓度处于中粒径和中浓度条件下对小麦种子的平均发芽抑制率最大分别为5.65%和4.55%,而处于低或高粒径和质量浓度条件下微塑料对小麦种子发芽的抑制作用有所减弱;微塑料粒径对小麦种子发芽率的影响作用较大,微塑料类型和质量浓度次之.与对照组相比微塑料HDPE和PLA对小麦种子生长特征指标（发芽势、发芽指数、活力指数和平均发芽时间）的影响作用比微塑料PP的影响作用更加显著,其中小麦种子活力指数受微塑料类型、粒径和质量浓度的影响最为显著.对照组和不同微塑料类型对小麦幼苗平均生长速率呈现出CK>PP>HDPE>PLA,而不同微塑料对小麦幼苗生长的抑制作用呈现为PLA>HDPE>PP,微塑料类型对小麦幼苗生长的影响作用最显著.     

不同pH条件下CdCl2对紫花苜蓿种子萌发的胁迫效应

采用培养皿滤纸萌发试验,研究在3种pH(4.0、6.0和8.0)条件下,不同质量浓度(0、5、10、20、40和80mg/L)的CdCl₂溶液对紫花苜蓿种子萌发的胁迫效应. 结果表明,低质量浓度的CdCl₂(≤20mg/L)显著提高了紫花苜蓿种子的发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数,ρ(CdCl₂)为20mg/L、pH为6.0时活力指数与对照组相比明显增加,达到177.52±16.61;随着ρ(CdCl₂)的提高,CdCl₂对苜蓿幼苗生长的促进效应不断增强,ρ(CdCl₂)为20mg/L时,3种pH条件下的芽鲜质量分别为(6.60±0.11)、(6.68±0.20)和(9.51±0.16)mg,根鲜质量分别为(6.71±0.10)、(7.09±0.08)和(9.10±0.08)mg,达到最大; 当ρ(CdCl₂)达到40和80mg/L时,紫花苜蓿种子萌发和幼苗生长则受到显著抑制,ρ(CdCl₂)为80mg/L时发芽率和活力指数分别仅为对照组的14.8%和46.5%;ρ(CdCl₂)为80mg/L时芽鲜质量最低,3种pH条件下分别为(3.48±0.15)、(4.03±0.19)和(7.00±0.22)mg. 研究还发现,紫花苜蓿种子发芽率和活力指数随pH降低而降低,弱碱(pH=8.0)条件下紫花苜蓿在ρ(CdCl₂)为80mg/L时的发芽率为66.40%±3.19%,大于酸性条件(pH=4.0、6.0)下的发芽率(11.20%±3.61%、9.20%±4.22%),而活力指数(93.90±10.71)也高于酸性条件(pH=4.0、6.0)下的活力指数(49.77±3.25、56.67±3.48),表明pH由酸性到碱性的变化过程能够缓解CdCl₂对紫花苜蓿种子萌发和幼苗生长的毒性.      

Ability of chestnut oak to tolerate acorn pruning by rodents

Acorns of many white oak species germinate soon after autumn seed fall, a characteristic widely interpreted as a general adaptation to escape predation by small rodents. However, the mechanism by which early, rapid germination allows escape and/or tolerance of seed damage remains unclear. Here we reported how specific germination traits of chestnut oak (Quercus montana) acorns, and those of other white oak species, allow successful escape from acorn pruning by rodents. During germination, chestnut oak acorns develop elongated cotyledonary petioles, which extend beyond the distal end of the acorn (1–2 cm) to the point at which the epicotyl and radicle diverge. However, granivorous rodents often prune the taproots above or below the plumule when eating or caching these germinated acorns in autumn. Hence, we hypothesized elongation of cotyledonary petioles allows chestnut oaks to escape acorn pruning by rodents. We simulated pruning by rodents by cutting the taproot at different stages of germination (radicle length) to evaluate the regeneration capacity of four resulting seedling remnants following taproot pruning: acorns with the plumule (remnant I), acorns without the plumule (remnant II), and pruned taproots with (remnant III) or without the plumule (remnant IV). Our results showed that remnant I germinated into seedlings regardless of the length of the taproot previously pruned and removed. Remnant III successfully germinated and survived provided that taproots were ≥6 cm in length, whereas remnant IV was unable to produce seedlings. Remnant II only developed adventitious roots near the severed ends of the cotyledonary petioles. Field experiments also showed that pruned taproots with the plumule successfully regenerated into seedlings. We suggest that the elongated cotyledonary petioles, typical of most white oak species in North America, represent a key adaptation that allows frequent escape from rodent damage and predation. The ability of pruned taproots to produce seedlings suggests a far greater resilience of white oaks to seed predation than previously anticipated.     

不同浓度锌处理下水稻幼苗对镉的累积效应

为探究锌（Zn）对水稻镉（Cd）累积的影响及其根表铁膜所发挥的作用,选取Cd高累积型水稻品种中9优547（简称"Z547"）和Cd低累积型水稻品种金优402（简称"J402"）,采用温室水培试验,研究0、2、5、10、15和20 μmol/L等6个Zn浓度下水稻幼苗对Cd的累积效应,以及不同浓度Zn处理对根表铁膜生成量的影响.结果表明:①随着c（Zn）的增加,Z547和J402水稻幼苗生物量均呈先增后减的趋势,分别在c（Zn）为2和10 μmol/L时达到最大值.②Z547和J402水稻幼苗中w（Cd）均呈先降后增的趋势,分别在c（Zn）为5和2 μmol/L时达到最小值;当水稻幼苗中w（Cd）达到最小值时,Z547根和地上部中w（Cd）分别为31.65和11.47 mg/kg,J402根和地上部中w（Cd）分别为22.58和14.36 mg/kg.③不同浓度Zn处理下水稻幼苗各部位中w（Cd）均与根表铁膜中w（Mn）、w（Fe）、w（Fe+Mn）呈显著正相关,高铁膜处理水稻幼苗中w（Cd）显著高于低铁膜处理,表明根表铁膜生成量的增加会促进Cd在水稻幼苗中的累积.研究显示,当c（Zn）较低时,c（Zn）的增加会抑制水稻幼苗对Cd的累积;当c（Zn）较高时,c（Zn）的增加会促进水稻幼苗对Cd的累积,而Zn可通过控制根表铁膜的生成来影响水稻幼苗对Cd的累积.      

长株潭典型污染区稻田剖面土壤重金属的累积及形态特征

为探究长株潭地区不同污染源影响下稻田土壤中重金属的分布特征,对该区有机肥施用区、沼液灌溉区、铅锌矿污染区以及工业污染区剖面土壤中重金属的总量和形态进行分析,采用单项污染指数和综合污染指数进行风险评价,并利用已知污染源区的土壤重金属形态特征对未知污染源区的土壤进行污染源解析. 结果表明:①研究区表层(0~10 cm)土壤中Cd、Pb、Cu、Zn、Cr和Ni的平均含量分别为0.8、54.5、43.6、158.6、106.2和23.3 mg/kg. 相对于长株潭地区土壤背景值,表层土壤中Cd、Pb和Zn均有累积,且Cd平均含量超过《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618—2018)中农用地土壤污染风险筛选值;随着土壤深度增加,Cd、Pb、Zn和Cr在次表层(10~20 cm)土壤也有累积,其平均含量分别比当地背景值高出6.9%、19.8%、101.4%和67.0%;在深层(80~100 cm)土壤中,Zn和Cr的平均含量仍分别比当地背景值高出30.4%和48.4%. ② Cd、Pb的单项污染指数高值集中在表层土壤,部分采样点呈轻微或轻度累积,少数采样点呈中度累积;Zn以轻微累积和中度累积为主,极少数采样点为重度累积,个别采样点存在污染风险;综合污染指数显示,研究区内表层土壤为重度或中度累积. ③有机肥施用区TOC含量与可氧化态Cu、Zn含量呈显著或极显著相关;沼液灌溉区TOC含量则与可氧化态Cu、Zn含量均呈极显著相关;铅锌矿污染区可交换态Pb含量与可交换态Cd、Zn含量均呈极显著相关;而工业污染区则只有可交换态Pb含量与可交换态Cd含量呈极显著相关. 研究显示,污染源的不同造成长株潭地区稻田土壤中不同重金属的累积程度及其主要赋存形态间的相关性存在明显差异,因此,可以借助土壤中重金属的累积程度、主要赋存形态及其相关性对土壤中重金属的主要来源进行初步识别,为源头防治污染土壤提供理论依据.      

乙酰甲胺磷和汞单一及复合污染对黄瓜发芽及幼苗生长的影响

有机磷农药和重金属是目前我国土壤中较常见的污染物。本文以黄瓜种子为供试作物,研究了重金属汞与农药乙酰甲胺磷单一污染及复合污染对其发芽率以及幼苗生长的毒害效应。结果表明,Hg2+与乙酰甲胺磷单一污染及复合污染对黄瓜种子的发芽率、芽长和根伸长的生态毒性敏感程度依次为:根伸长>芽长>发芽率,Hg2+与乙酰甲胺磷单一污染及复合污染对黄瓜幼苗的毒害效应均较明显。复合污染对黄瓜种子发芽指标和幼苗生长的抑制效应表现为协同作用,其结果是复合污染的整体生态毒性效应增强。研究结果为进一步研究农药和重金属复合污染的生态毒性提供基础资料。     

利用拓展生物配体模型预测Mg影响下Cu-Ni、Zn-Ni对小麦的联合毒性

通过水培实验,研究了不同Mg2+浓度下Cu、Zn、Ni单独及Cu-Ni、Zn-Ni复合对小麦根的毒性并分别建立了3个元素的BLM.利用Cu、Zn、Ni单一毒性数据,计算了复合金属离子与生物配体结合数量指数(fmix),由此建立了用于预测Cu-Ni、Zn-Ni联合毒性的BLM-fmix模型.结果表明,溶液中Mg2+浓度增加,能够减弱单一Cu、Zn、Ni和Cu-Ni、Zn-Ni复合对小麦根的毒性.在复合体系中,Cu-Ni复合的TU50(对小麦根长产生50%抑制作用时的毒性单位值)分别为1.18、1.33、1.31,略大于1,表现为弱拮抗作用;而Zn-Ni复合的TU50分别为4.22、2.26、2.16,表现为强拮抗作用.BLM-fmix模型能够准确预测Cu-Ni、Zn-Ni联合作用下小麦根长,预测和实测值的相关系数及标准误差分别为0.94、8.87(Cu-Ni复合)和0.92、10.14(Zn-Ni复合),该结果为重金属复合污染土壤的评价和修复提供理论依据.     

煤矸石-土壤混合基质对小白菜生长的影响及Pb迁移规律

盆栽试验研究了施用不同量煤矸石(0%、13%、26%、40%、53%)对贫瘠土壤改良的效果和对小白菜生长品质的影响。结果表明:(1)混合基质中Pb的迁移能力较差,小白菜中Pb积累量与植物体生物量具有正相关关系;(2)小白菜的发芽率、根系长度、地面以上株高和生物量等均在煤矸石施入比例为26%时达到最佳,发芽率、地面以上株高和干重分别增加23%、23.05%和20.62%;施入煤矸石超过40%时将导致各项指标有所下降;(3)采用单因子污染指数法进行食品质量评价,加入煤矸石量分别为0%、13%和26%时,产品污染指数分别为0.69、0.79和0.93,属于清洁水平;而加入煤矸石量为40%和53%时,污染指数分别为1.12(轻污染水平)和1.38(轻污染水平)。煤矸石可增加植物生长过程所需营养物质而作为贫瘠土壤的改良剂,实现煤矸石资源化并改善矿区生态环境。     

基于GIS的某训练场土壤重金属污染评价

以中国西南地区某训练场的坦克射击区为研究对象,监测并分析了土壤中Pb、Cu、Zn、Co和Ni的含量;采用单因子指数法和内梅罗综合污染指数法评价了采样区的重金属污染状况,同时运用Arcgis软件分析制定出了采样区的污染指数分布图.评价结果表明,坦克射击区Pb、Cu、Zn、Co和Ni分别存在不同程度的污染,重金属内梅罗综合污染指数平均为1.64;Co的单因子指数最高达到了3.84,是未来土壤重金属污染控制中优先关注的元素;污染指数分布图显示,落弹区土壤的重金属污染尤为严重.Cu和Pb污染分布特征较相似,Zn、Co、Ni特征较相似.分析认为,在射击场各种条件综合作用下,Ni和Pb扩散性较强,Cu扩散性较弱;重金属污染源来自于炮弹残片、子弹弹头、火炸药等;残留在土壤中的炮弹残片和子弹弹头会给土壤带来持久性的重金属污染.     

攀枝花煤矿区周围农田重金属污染特征及风险分析

本研究以四川省攀枝花市几大煤矿区周围农田为研究对象,采集表层煤矿区附近的24个农田土壤表层样,利用三酸消解法提取并测定土壤样品中Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb六种重金属元素的总量,同时利用0.1 mol/L氯化钙和0.5 mol/L磷酸二氢钾浸提并测定Ni、Cu、Zn、Cd、Pb、As有效态含量。采用内梅罗综合污染指数法、地累积指数法和生态风险指数法分析研究区农田重金属污染状况及其环境风险。结果表明所有煤矿区周边农田土壤中Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb的平均含量高于四川省土壤背景值,其中部分点位As、Cd和Zn超过国家农田土壤重金属风险管控标准,点位超标率分别为8.3%、41.7%和25%;Cd和Pb具有较高生物有效性,生物有效性系数分别为35.29%和20.10%;相关性分析结果表明Cd、Zn、As和Pb两两间存在互为显著相关,农田中这四种元素主要来源于煤矿开采和加工。三种评价结果均表明煤矿区附近农田中Cd处于显著污染水平,是农田土壤污染风险的主要贡献因子;花山矿区周围的农田是四大矿区中重金属污染最为严重的,需引起相关部门重视或采取一定的土壤污染风险管控措施。