土壤根际微区放射性核素迁移影响因素研究进展

大部分放射性核素具有放射性强、半衰期长、毒性大等特点,进入土壤后受环境变化影响易发生迁移和形态转化等一系列反应,并且可通过食物链的迁移和积累最终危害人体健康。植物根际是放射性核素由土壤向植物体迁移的必经之路,土壤胶体是根际微区的主要组成物质也是吸附放射性核素的重要载体;根系分泌物是根际微区区别于土壤的重要物质;pH是影响放射性核素赋存形态、迁移重要的理化条件;根系微生物是根际微区中重要的调控者。总结了近5年影响放射性核素在根际微区迁移影响因素的研究进展,从土壤胶体、根系分泌物、pH、根系微生物4个方面综合阐述放射性核素在根际微区迁移和形态转化的影响因素,并提出展望。     

土壤-植物系统中的微界面过程及其生态环境效应

土壤 植物系统是地球生态系统中与人类生存与健康关系最为密切的亚系统 .该系统中的水分、养分 污染物的运移必须历经土壤固 液界面、根土界面 (根际微环境 )、细胞跨膜运输和植物体内不同组织和细胞内不同组分间的再分配等微界面过程 .这些微界面过程涉及到系统中许多生物、生物化学和物理化学反应机理 ,与植物对土壤中养分高效利用、污染物迁移转化及其归宿具有密切的关系 .理解这些微界面过程对提高农作物生长、改善土壤环境质量和提高农产品安全品质具有直接的理论和实践指导意义     

黑麦草根际环境对多氯代有机物污染的响应效应

为探索植物修复技术的根际机理,采用根箱模拟试验,研究黑麦草根际环境对多氯代有机物污染的响应效应. 结果表明,与对照处理相比,根际、近根际和远根际土壤中多氯代有机污染物含量变化情况各不相同;与黑麦草吸收特性相吻合,土壤中多氯代有机污染物有从非根际向根际环境迁移的趋势,土培期末的根际、近根际和远根际土壤中w(HCB)分别为0.313、0.219和0.207 mg/kg,w(p,p′-DDT)分别为0.351、0.230和0.221 mg/kg;黑麦草的地下部分对多氯代有机污染物的吸收利用程度均大于地上部分,吸收高峰期的植物地下和地上部分w(HCB)分别为0.716和0.078 mg/kg,w(p,p′-DDT)分别为0.745和0.065 mg/kg;土壤微生物在很大程度上影响着黑麦草对多氯代有机污染物的吸收能力;在不同处理中,根际、近根际和远根际土壤的pH、w(有机质)和过氧化氢酶活性的变化情况各有差异,根际和近根际土壤环境理化性质的改变较大,而远根际土壤环境的改变相对较小.      

磺胺嘧啶胁迫下作物根际微生物群落结构响应

为了研究在磺胺类兽药胁迫下,两种作物在不同生长期根际微生物群落结构的响应,采用室内根际箱培养实验,测定玉米、小麦根际微界面土壤磷脂脂肪酸的量,研究在磺胺嘧啶（SD）胁迫下,不同作物根际土壤微界面微生物群落结构的空间变化.结果表明,SD对根际微生物活性的有抑制作用,且强度随浓度增加而增强.同一浓度SD作用下,根际微界面微生物生物量不同,在实验中,根际3mm和根室的微生物生物量最大,且二者之间差异不显著.不同微生物对根际效应敏感程度不同,细菌、革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、蓝细菌和硫酸盐还原菌根际效应明显.在SD胁迫下,根际不同微界面土壤微生物群落结构变化明显.细菌、G⁺、G^-、放线菌的生物量,随SD浓度升高而下降,主要表现为抑制效应,而对真菌生物量则表现为激活效应,生物量增加. 小麦根际土壤真菌：细菌（F/B）随SD浓度的升高,比值增大,在高浓度（5mg/kg）胁迫下,F/B比值最大（0.74）,与对照差异显著（P < 0.05）,说明土壤污染修复能力增强,而sat/mono比值在高浓度SD胁迫下降低,说明微生物群落结构向有利于SD降解的方向转化.根际效应有助于SD的降解,在1mg/kg SD作用下,小麦根际土壤降解率为7.01%,而非根际土壤降解率仅为2.49%,不同作物表现出的根际效应强弱不同,玉米根际效应强于小麦.     

长江口油污湿地植物根际微生态环境特征

溢油污染导致长江口湿地生态环境受到破坏,在进行油污湿地植物修复中,弄清湿地植物的根际微生态环境具有重要意义.通过测定蔗草、香蒲、水蓼、芦苇、茭白、旱柳6种代表性土著植物根际土壤的微生物数量与活性、土壤酶活性和油类污染物含量等指标,研究发现实验植物根际与非根际土壤的微生物活性、土壤脱氢酶活性、多酚氧化酶活性、油类含量均存...     

苏丹草根分泌物在有机氯农药降解过程中的作用

采用模拟修复实验的方法,研究了苏丹草(Sorghum sudanense)根系分泌物对根际土壤中有机氯农药(organochlorine pesticides,OCPs)各残留组分的降解特征及其对根际微生物群落特征(数量、组成、结构及功能)的影响,探讨了根际土壤中微生物碳、微生物氮和群落结构的变化差异.结果显示,供试OCPs含量(66.67~343.61mg/kg)范围内,根系分泌物介导下的土壤-微生物系统对OCPs污染物去除的促进作用明显:添加根系分泌物20d后,"根际"土壤(TR_2)中OCPs去除率在高达79.32%,比无根系分泌物的OCPs污染组(TR1)高36.86%,比灭菌处理组(CK)高60.63%;相同处理条件(污染水平、添加剂量)下,根系分泌物对HCHs、毒杀芬、HCB、艾氏剂、γ-氯丹等组分的强化去除率总高于对OCPs的强化率(P0.05);对DDTs、灭蚁灵、硫丹Ⅰ、狄氏剂、环氧七氯等组分的强化去除率低于OCPs的强化率.相同污染水平下,"根际"土壤(TR_2)中土壤微生物碳、微生物氮也显著高于无根系分泌物的TR_1组;实验期间,细菌的磷脂脂肪酸含量占主导地位、真菌次之,其变化趋势与土壤中OCPs的降解特征相一致.可见,在OCPs降解过程中,根系分泌物改变了根际土壤中细菌、真菌等菌群的种群数量及群落结构,进而促进了OCPs的降解.     

三峡消落带适生植物根系活动调控土壤养分与细菌群落多样性特征

植物通过根系分泌修饰根际土壤微环境.从植物根系-土壤-微生物三者密切关联的根际土壤微环境角度,研究三峡消落带植被修复重建后根部土壤微生态动态特征,对于认识和评估消落带退化土壤环境的生态修复工作具有重要意义.从三峡库区忠县石宝寨汝溪河消落带植被修复示范基地采集人工植被中4种优势植物落羽杉(Taxodium distichum)、立柳(Salix matsudana)、狗牙根(Cynodon dactylon)和牛鞭草(Hemarthria altissima)的根际与非根际土壤,探究其根际与非根际土壤的养分含量与酶活性差异,同时通过高通量测序进行细菌群落多样性分析,以阐明三峡消落带不同物种逆境胁迫下的生长适应性以及养分利用策略.结果表明:①三峡库区消落带4种适生植物根系活动导致根际与非根际土壤养分含量产生显著差异,主要表现为根际土壤有机质、全氮、碱解氮以及有效磷的显著富集,而钾素在不同物种间的根际效应变化趋势并不一致;②蔗糖酶、脲酶以及酸性磷酸酶在4种适生植物中均表现出正向根际效应(R/S1),但由于不同物种生理特征的差异,不同物种根系活动对3种土壤酶的激活效应存在差异;③高通量测序结果显示,库区4种适生植物根际与非根际土壤细菌群落多样性特征并无显著差异,变形菌门、酸杆菌门、绿弯菌门、放线杆菌门、拟杆菌门、浮霉菌门、蓝藻门、厚壁菌门、硝化螺旋菌门、芽孢杆菌门、未知细菌门以及泉古菌门在消落带4种适生植物根部土壤环境中相对丰度最大,对于4种适生植物的营养吸收、疾病抵抗以及消落带逆境适应均发挥着重要的作用.     

湿地植物芦苇和香蒲根际微生物特性研究

在人工湿地系统中 ,微生物是系统中有机污染物和氮分解去除的主要执行者 ,植物根系及其分泌物使人工湿地系统中的微生物数量显著增加。本文研究了湿地植物芦苇和香蒲根际微生物的数量、活性等特性 ,结果表明芦苇和香蒲具有明显的根际效应 ,根际微生物活性高于非根际的微生物活性 ,芦苇根际比香蒲更适合亚硝酸细菌的生长     

水文情势和外源铅锌对根际微生物群落的影响

根际微生物对维持土壤根际微域环境的活性和土壤有机污染物的自净、有毒重金属的迁移转化等发挥重要的作用。文章选用鄱阳湖优势湿地植物芦苇和苔草进行不同水文情势和外源铅锌下的室内试验,通过测定根际土壤微生物数量,探讨了水位和重金属Zn2+和Pb2+对湿地植物芦苇和苔草根际土壤微生物群落的影响。结果表明:外源锌(≥5 mg/kg)对芦苇根际细菌和真菌数量的影响表现为刺激作用,对放线菌数量的影响较为复杂;微生物对锌的敏感性大体上表现为放线菌细菌真菌。锌(≥5 mg/kg)对苔草根际细菌数量的影响表现抑制作用,对苔草根际放线菌和真菌的生长有刺激作用,但浓度高时(100 mg/kg)受到抑制,数量减少。总体上苔草根际细菌、放线菌和真菌较芦苇对锌更为敏感,表现为细菌真菌放线菌。水位对微生物数量的影响较大,相同铅离子浓度下淹水状态的细菌、放线菌和真菌数量显著高于湿润状态组;湿润状态处理组对铅的耐性大于淹水状态处理组;苔草根际细菌对铅的耐受性大于芦苇,芦苇根际的放线菌和真菌对铅的耐性大于苔草。     

土壤微塑料与微生物的相互作用关系

作为新兴污染物,微塑料的生态和环境影响受到广泛关注.本文以近十年发表的文献为基础,系统分析和综述了土壤微塑料与微生物的相互作用关系.分析结果发现微塑料与微生物存在复杂的相互作用关系,例如微塑料携带外源微生物进入土壤环境,并通过释放添加剂和吸附物对土壤微生物产生影响,且微塑料通过改变土壤理化性质、土壤动物肠道微生物和植物根际微生物间接改变土壤微生物,包括改变土壤微生物的生物量、群落结构和功能,此外,土壤微生物对微塑料的降解也起到了一定的作用.基于这些分析结果,文章还展望了未来应该深入研究的关键科学问题,旨在促进土壤微塑料对生态系统和健康影响评估研究.     

特别选题:环境微界面过程与污染控制序

长期以来,人们主要关注的是污染物的均相环境过程,这一点在大气污染化学和水污染化学的研究中尤其明显。然而近年来,人们开始关注环境中的非均相反应过程,从相对微观的尺度思考和探索环境的微界面问题,并从不同的视角不断认识和揭示这一过程在环境污染及其控制中的作用和意义。1997年,由荷兰科学家L.K.Koopal教授发起设立了Interfaces Against Pollution两年一次的系列国际会议,形成了全球范围内有关科学研究组织和科学家探讨和交流环境界面问题的重要平台。中国科学院生态环境研究中心汤鸿霄院士在我国首次提出环境微界面的概念,并于2003年主编了《环境科学学报》之“环境微界面过程研究论文专辑”,为该专辑作序并发表了“环境纳米污染物与微界面水质过程”的研究论文,对环境纳米微界面问题给出了全面和准确的内涵,进而开启了我国在此方面的系统性研究工作。基于汤鸿霄院士提出的环境微界面内涵和思想,2006年中国科学院生态环境研究中心组织了“环境微界面过程与污染控制”创新研究群体,得到国家自然科学基金委员会的资助。群体的研究目标是深入探索污染物在环境微界面的转移转化机制与控制原理,力争在复杂条件下微界面的定量化表征、污染物在环境微界面的转移转化规律及复合效应、基于微界面原理的环境过程调控等方面取得科学与技术突破。该研究群体的建立及深入开展相关的研究工作,将有力推动我国环境微界面理论和技术的研究进展,也将不断培养本研究方向的专业化高级人才。在过去的2年里,该研究群体在不同环境微界面特征及过程表达、污染物在典型介质和界面变化行为的原位观测、水/气/土/生物微界面上污染物的转移转化规律、基于微界面过程的水、气、固等环境的污染控制等方面取得预期研究进展。本专栏所组织的稿件,即试图从不同角度反映我们所关注的环境微界面研究领域,并通过前期研究所获得的一些具体的科学数据和结果,对环境微界面过程给出进一步的认识。然而,由于本群体的研究工作还不够深入,这样一个专栏所发表的内容不论是对环境微界面的概念与内涵,还是在探索与创新上,都还是初步的和不成熟的。或者说,本专栏所反映的只是一个有待发展和完善的科学思路。由于本专栏作者水平有限,这些论文定有不少谬误之处,敬请读者批评指正。 衷心感谢《环境科学学报》编辑部为我们提供这样一个重要的平台和机会,感谢他们为本专栏组稿、编辑和出版所做出的辛苦努力！     

重金属污染的长春水田黑土对菲的吸附作用

以菲为多环芳烃(PAHs)代表物,研究了Pb、Zn、Cu污染后黑土对PAHs的吸附作用.结果表明,分配作用是黑土吸附菲的主要机制,无论重金属污染与否,黑土对菲的等温吸附曲线均呈线性.实验条件下,重金属污染后黑土对菲的吸附作用明显增强,且随重金属含量提高,黑土对菲的吸附系数(Kd)和有机碳标化的吸附系数(Koc)增大.由于重金属的“键桥”作用,黑土吸附菲的平衡溶液中水溶性有机质(DOM)浓度降低,土壤固相有机质含量略有增加(不超过原有有机质含量的0.53%).计算了这部分增加的固相有机质对菲的吸附系数K_Ph/soc,并分析了溶液中DOM对土壤吸附菲的影响.结果显示,溶液中DOM浓度变化及其与菲的结合作用对重金属影响土壤吸附菲的贡献甚微;而K_Ph/soc值则比土壤原有有机质对菲的吸附系数K_d值大2～3个数量级,这是重金属污染导致土壤吸附作用增强的根本原因.     

生态系统转换区土壤有机质动力学特征的δ^13C方法研究

对土壤有机质的动力学过程的研究是评价区域土壤质量、合理开发利用土壤以及全球碳循环一气候交化研究的基础性工作。系统分析了生态系统转换区土壤有机质动力学特征的δ^13C方法研究的理论基础和应用现状,包括影响土壤有机质δ^13C值的各种内外因素;土壤有机质不同化学组成、不同粒径组分、不同比重组分的δ^13C特征值域;土壤微生...     

Grazing greatly reduces the temporal stability of soil cellulolytic fungal community in a steppe on the Tibetan Plateau

Excessive livestock grazing degrades grasslands ecosystem stability and sustainability by reducing soil organic matter and plant productivity. However, the effects of grazing on soil cellulolytic fungi, an important indicator of the degradation process for soil organic matter, remain less well understood. Using T-RFLP and sequencing methods, we investigated the effects of grazing on the temporal changes of cellulolytic fungal abundance and community structure in dry steppe soils during the growing months from May to September, on the Tibetan Plateau using T-RFLP and sequencing methods. The results demonstrated that the abundance of soil cellulolytic fungi under grazing treatment changed significantly from month to month, and was positively correlated with dissolved organic carbon (DOC) and soil temperature, but negatively correlated with soil pH. Contrastingly, cellulolytic fungal abundance did not change within the fencing treatment (ungrazed conditions). Cellulolytic fungal community structure changed significantly in the growing months in grazed soils, but did not change in fenced soils. Grazing played a key role in determining the community structure of soil cellulolytic fungi by explaining 8.1% of the variation, while pH and DOC explained 4.1% and 4.0%, respectively. Phylogenetically, the cellulolytic fungi were primarily affiliated with Ascomycota (69.65% in relative abundance) and Basidiomycota (30.35%). Therefore, grazing substantially reduced the stability of soil cellulolytic fungal abundance and community structure, as compared with the fencing treatment. Our finding provides a new insight into the responses of organic matter-decomposing microbes for grassland managements.     

Sorption of a triazol derivative by soils: importance of surface acidity

The sorption of a triazol derivative,1-(4-chlorophenyl)-4,4-dimethyl-2-(1H-1,2,4-triazol-1-yl)penten-3-ol with a common name of s3307D,on fifteen soils and three H2O2-treated soils was investigated.The sorption isotherm for each untreated and treated soil was nonlinear,and was best fitted to Freundlich sorption equation.Soils containing hith amount of clay content or organic matter or both sorbed much higher amounts of the chemical than soils that had low contents of these soil constituents.H2O2-treated soils showed sonsiderable sorptive affinity for S3307D.It was concluded that both organic matter and mineral fraction in natural soils contributed to the sorption of the basic compound.Sorption by the H2O2 treated soils increased as suspension pH decreased,but all suspension pHs exceeded the pKa of the compound by more than two units.This implies that organic base protonation can occur on surfaces of soil components,and surface acidity (exchangeable acidity)is important in sorption process of the organic base rather than suspension pH.     

生物炭施用对农田土壤团聚体及有机碳影响的整合分析

生物炭作为一种土壤改良剂,已广泛用于农田土壤的改善.为明确生物炭对我国农田土壤固碳效应的影响,基于已公开发表的文献数据,利用Meta分析法研究生物炭施用在不同试验条件下对土壤团聚体、团聚体碳和土壤有机碳的响应.结果表明,与不施生物炭相比,施用生物炭显著增加土壤大团聚体比例（10.8%）和平均重量直径（MWD,13.3%）,对土壤微团聚体和粉黏粒组分无显著作用;施用生物炭能够显著增加土壤各粒径团聚体碳和土壤总有机碳含量,土壤有机碳增幅为56.9%.通过亚组分析和Meta回归分析表明,华北地区施用生物炭土壤有机碳增幅最大（39.4%）;不同试验类型下施用生物炭均能显著提高土壤有机碳含量;相比不施肥,施肥条件下施用生物炭能显著改善土壤结构,提升土壤肥力;生物炭在施用>2 a条件下,能显著提高大团聚体比例（15.7%）、MWD （21.2%）、大团聚体碳（31.7%）和土壤有机碳含量（40.0%）;相比木材、木屑等原料制备的生物炭,农作物秸秆制备的生物炭对土壤的改良效果更佳;在高氮土壤中施用生物炭更有利于提高土壤团聚体稳定性.综上所述,生物炭施用可以改善土壤团聚结构,促进土壤有机碳积累,对农田肥力维持与提升具有重要意义.     

Adsorption and desorption characteristics of diphenylarsenicals in two contrasting soils

Diphenylarsinic acid(DPAA) is formed during the leakage of aromatic arsenic chemical weapons in soils,is persistent in nature,and results in arsenic contamination in the field.The adsorption and desorption characteristics of DPAA were investigated in two typical Chinese soils,an Acrisol(a variable-charge soil) and a Phaeozem(a constant-charge soil).Their thermodynamics and some of the factors influencing them(i.e.,initial pH value,ionic strength and phosphate) were also evaluated using the batch method in order to understand the environmental fate of DPAA in soils.The results indicate that Acrisol had a stronger adsorption capacity for DPAA than Phaeozem.Soil DPAA adsorption was a spontaneous and endothermic process and the amount of DPAA adsorbed was affected significantly by variation in soil pH and phosphate.In contrast,soil organic matter and ionic strength had no significant effect on adsorption.This suggests that DPAA adsorption may be due to specific adsorption on soil mineral surfaces.Therefore,monitoring the fate of DPAA in soils is recommended in areas contaminated by leakage from chemical weapons.     

山地土壤表层水溶性有机物淋溶动力学模拟研究

测定了伊春河流域河水、井水、坡面漫流、土壤淋溶液等样品中的水溶性有机物含量,据此结果建立了河水溶解态有机物来源的概念模型。并根据不同流速条件下土壤水溶性有机物淋溶模拟实验的结果,探讨了水溶性有机物从山地土壤中淋溶的动力学过程。研究发现,吸着在土壤有机－矿质复合体表面的水溶性有机物的淋溶包括三个连续的动力学过程：即从复合体表面进入土壤毛管水的解吸作用,自土壤团粒结构内部转移到土壤重力水中的扩散和相迁移过程,以及被流动相携带淋溶的对流过程。这一物理模型可以表述为包括三个加和项的简单表达式,模型中的迁移速率常数与流动相线速度的某一方次成正比。     

天然地质样品有机质组成对菲吸附-解吸的影响

以2种有机碳含量、结构和性质都相差较大的天然样品Chelsea土壤和Paxton页岩为吸附剂,以菲为吸附质进行一系列的吸附-解吸实验。结果显示,当土壤有机质是以腐殖酸为主时(Chelsea土壤),样品对疏水性有机化合物的吸附很容易达到平衡,解吸与吸附之间的滞后现象不是很明显。相反,对以干酪根为主要组成的Paxton页岩样品,吸附与解吸之间有明显滞后现象发生,吸附与解吸是一个完全不可逆过程。这说明土壤有机质组成和结构上的差异可能会成为决定有机污染物环境行为的主要因素。