橡胶草(TKS)对铅镉污染农田土壤的修复潜力

橡胶草（TKS）是一种可作为天然橡胶原料的能源植物.为研究橡胶草对铅（Pb）和镉（Cd）污染农田土壤的修复潜力,通过人工控制性盆栽试验,以相关标准的风险筛选值和管制值为区间,施以4种浓度Pb和Cd复合胁迫处理,探讨橡胶草对Pb和Cd的富集及耐性特征.结果表明,随着土壤中Pb和Cd含量增加,橡胶草的叶绿素含量和生物量均逐渐降低,SOD、POD和CAT酶活性逐渐升高.Cd富集系数和转运系数在1.20~1.50之间,具有部分Cd超富集植物特征.Pb富集系数和转运系数在0.71~1.11之间,是较好的Pb富集植物,具有修复ω（Pb）为400 mg·kg^-1以下的土壤的潜力.Pb和Cd积累量逐渐增加,地上部最大Cd积累量为9.832 μg·plant^-1,最大Pb积累量为1091.185 μg·plant^-1.但在更低浓度的Pb和Cd复合污染土壤中,去除率更大,修复效率更快.使用橡胶草修复Pb和Cd污染农田土壤具有较好的应用前景和经济价值.     

富里酸结合叶面硒肥用于油菜修复低汞污染农田土壤

为了提高农作物对低汞污染农田土壤的修复效率,同时保障可食部分的安全,在低汞污染农田土壤中投加富里酸(0,0. 075,0. 15,0. 225 kg/m~2),结合叶面硒肥,研究了油菜植株对土壤汞的富集情况及油菜籽中汞的含量,并分析试验结束后植物生物量和组织内汞含量及土壤总汞、有效汞含量。结果表明:叶面硒肥、富里酸对油菜植株的生物量及油菜籽的产量影响不大;富里酸能提高植株中总汞的含量,促进植物根部汞向地上部分转运,同时促进土壤总汞及有效汞的降低,低投加量下促进效果最好;当富里酸投加量为0. 075 kg/m~2时,修复后土壤总汞含量由0. 45 mg/kg降低为0. 35 mg/kg,土壤有效汞含量由1. 45μg/kg降低为1. 02μg/kg;投加富里酸也可增加油菜籽中汞的含量。喷施叶面硒肥,并未影响油菜植株对汞的富集,但可以降低油菜籽中汞的含量,喷施叶面硒肥的小区,油菜籽中汞均未检出。"油菜+富里酸+叶面硒肥"可作为低汞污染农田土壤边生产边修复的一种潜在模式,既能提高植株对汞的吸收,也能抑制油菜籽中汞的富集。     

工程修复铅污染土壤的植物筛选与分类

土壤重金属污染在很大程度上危及粮食安全、食品品质,其中土壤铅污染的危害贡献极大,如何降低铅的生物有效性是修复技术的重要环节之一。工程应用性植物的筛选及其工程应用性问题备受国内外学者关注。主要阐述土壤铅污染修复技术发展现状,列举国内外在工程应用层面对铅污染土壤有修复能力的植物,讨论了工程应用性植物修复铅污染土壤机制,筛选出具有工程应用潜力的植物,并分为铅地上部富集型、铅根部囤积型、铅规避型、铅指示型4类植物类型,以期为我国预防和治理土壤铅污染提供参考。     

浅谈土壤铅污染的生物修复技术

土壤铅污染的生物修复技术已成为近年来研究的热点方向。本文对生物修复技术概念、铅污染现状、国内铅超富集植物的有关报道进行了简要回顾,重点综述了土壤铅污染的微生物修复方法和植物修复方法,在此基础上简要探讨了该研究今后努力的方向。     

两种油菜不同铅富集能力差异机理

通过水培试验和大田试验研究了秦油1号（QY-1）和三月黄（SYH）2种油菜对Pb的吸收富集能力,并从叶片的亚细胞结构和抗氧化酶活性等角度探究二者对Pb的耐性和解毒机制.结果表明,在水培条件下,2种油菜的生长均未受到明显的抑制,随着Pb胁迫的增加,油菜吸收的Pb更倾向于分配在根部,减弱向地上部的转运.同时,在高Pb处理浓度（20mg/L）下,SYH的地上部和根部的Pb含量分别比QY-1提高了17.03%和77.07%.油菜叶片中Pb亚细胞区隔化研究结果表明,将Pb区隔在生物解毒组分（金属富集颗粒组分和热稳定蛋白组分）中是油菜富集Pb的重要耐性机制,其中SYH在该组分中Pb的分布显著高于QY-1.此外,抗氧化系统是这2种油菜应对Pb胁迫的重要解毒机制,Pb胁迫下SYH体内过氧化物酶和过氧化氢酶活性显著高于QY-1,可更有效地应对Pb胁迫对其的毒害效应.大田试验表明,田间条件下2种油菜吸收的Pb更倾向于转运到地上,且SYH的富集系数、地上部和根部Pb含量均显著高于QY-1.综上,SYH具有更高的Pb富集能力,具有修复中轻度Pb污染土壤的应用潜力.     

两种油菜不同铅富集能力差异机理

通过水培试验和大田试验研究了秦油1号（QY-1）和三月黄（SYH）2种油菜对Pb的吸收富集能力,并从叶片的亚细胞结构和抗氧化酶活性等角度探究二者对Pb的耐性和解毒机制.结果表明,在水培条件下,2种油菜的生长均未受到明显的抑制,随着Pb胁迫的增加,油菜吸收的Pb更倾向于分配在根部,减弱向地上部的转运.同时,在高Pb处理浓度（20mg/L）下,SYH的地上部和根部的Pb含量分别比QY-1提高了17.03%和77.07%.油菜叶片中Pb亚细胞区隔化研究结果表明,将Pb区隔在生物解毒组分（金属富集颗粒组分和热稳定蛋白组分）中是油菜富集Pb的重要耐性机制,其中SYH在该组分中Pb的分布显著高于QY-1.此外,抗氧化系统是这2种油菜应对Pb胁迫的重要解毒机制,Pb胁迫下SYH体内过氧化物酶和过氧化氢酶活性显著高于QY-1,可更有效地应对Pb胁迫对其的毒害效应.大田试验表明,田间条件下2种油菜吸收的Pb更倾向于转运到地上,且SYH的富集系数、地上部和根部Pb含量均显著高于QY-1.综上,SYH具有更高的Pb富集能力,具有修复中轻度Pb污染土壤的应用潜力.     

油菜作为超累积植物修复镉污染土壤的潜力

以超累积植物印度芥菜为参比植物,通过温室盆栽土培试验研究了筛选出的两种芥菜型油菜的吸Cd特征和作为超累积植物修复Cd污染土壤的潜力.试验结果表明,土壤中Cd浓度在0～20mg/kg范围内,油菜溪口花籽的地上部生物量、地上部吸Cd量和对土壤的净化率均明显高于朱苍花籽油菜和参比超累积植物印度芥菜.体内Cd浓度也和印度芥菜相当,其吸收的Cd 88%以上分布在地上部且有较强的耐Cd毒能力.油菜溪口花籽具备超累积植物的特征且有较强的修复Cd污染土壤的能力.     

多氯联苯复合污染农田土壤的植物协同修复效应

采用田间微域试验,初步研究了紫花苜蓿与海州香薷、伴矿景天在不同栽培模式下对多氯联苯(PCBs)复合污染农田土壤的协同修复作用.结果表明,紫花苜蓿与海州香薷、伴矿景天混作对PCBs复合污染土壤的修复效果明显高于紫花苜蓿单作,其中紫花苜蓿-海州香薷混作、紫花苜蓿-海州香薷-伴矿景天混作种植120d后,土壤中PCBs含量比紫花苜蓿单作时分别降低43.0%和47.8%,强化效果显著.与紫花苜蓿单作相比,紫花苜蓿与海州香薷、伴矿景天混作可有效提高植株总生物量,增强植物对土壤中PCBs的吸收富集能力.土壤PCBs同系物分析结果表明,种植植物可有效降低土壤中低氯代PCBs含量,植物混作栽培模式可以促进高氯代PCBs组分向低氯代PCBs组分的转变.可见,紫花苜蓿与海州香薷、伴矿景天混作对多氯联苯复合污染农田土壤具有较好的协同修复作用.     

两种铁基材料对污染农田土壤砷、铅、镉的钝化修复

制备得到了铁钙（FeCa）和铁锰（FMBO）两种铁基材料,用于钝化修复As、Pb和Cd污染土壤.研究采集了来自绍兴上虞（SY）、广东佛山（FS）、广东韶关（SG）、湖南浏阳（LY）、江西赣州（GZ）、贵州独山（DS）和安徽马鞍山（MAS）的7种重金属污染水稻土（潮泥土）,通过土壤培养试验,研究铁钙材料（FeCa）和铁锰材料（FMBO）对各类土壤溶液中As、Pb和Cd浓度动态变化的影响,对土壤中有效态As、Pb和Cd钝化效果的影响,以及在不同种类土壤中有效态As、Pb和Cd钝化效果差异及影响因素.结果表明,培养过程中,铁基材料处理下土壤溶液中As、Pb和Cd浓度均低于对照处理.研究发现,两铁基材料均能对土壤中As、Pb和Cd起到较好的钝化作用,相同添加量下,铁钙材料对土壤As的钝化效率优于铁锰材料,而材料之间对土壤Pb和Cd钝化效率无显著差异.铁钙材料处理下各种土壤As钝化效果表现为GZ > SG > DS和MAS,土壤铅钝化效果表现为FS>SY、LY和SG>MAS,土壤镉钝化效果表现为SY、GZ和DS>MAS;铁锰材料处理下各种土壤As钝化效果表现为SY、LY和GZ > DS > FS,土壤Pb钝化效果表现为FS > GZ > SY,土壤Cd钝化效果表现为DS > LY > MAS.各种土壤As钝化效率在两铁基材料处理下均与土壤黏土含量呈显著负相关,各种土壤Pb钝化效率在两铁基材料处理下均与土壤pH呈显著正相关,各种土壤Cd钝化效率在铁钙材料处理下与土壤黏土含量显著负相关.总体来看,两铁基材料均适用于各不同种类As、Pb和Cd污染土壤的治理.     

花卉植物修复铅污染土壤的研究现状及展望

植物修复以其优良的社会、生态和经济效益,成为重金属污染土壤修复的首选措施。从花卉植物对铅的富集能力及其强化措施方面,阐述了利用花卉植物修复铅污染土壤的研究现状,提出了研究中存在的主要问题,并对今后的研究工作进行了展望。     

两种不同镉富集能力油菜品种耐性机制

利用水培试验研究了不同浓度镉(cadmium,Cd)胁迫条件下(0、2和5 mg·L~(-1))两种Cd富集能力油菜品种[秦油1号(QY-1)和三月黄(SYH)]生长状况与Cd富集特征的差异,并从Cd亚细胞区隔化和抗氧化酶活性等角度探索了两种油菜Cd富集能力的差异机制,并通过田间试验进行验证.结果表明,水培条件下,这两种油菜在Cd胁迫下生长均未受到明显的抑制.在低浓度Cd(2 mg·L~(-1))处理下,两种油菜地上部Cd含量无显著差异,在高浓度Cd(5 mg·L~(-1))胁迫下SYH的地上部和根部Cd含量均显著高于QY-1,分别提高32. 05%和99. 57%,同时其根部生物富集系数(BCF)也较QY-1显著提高.对两种油菜叶片中Cd亚细胞区隔化研究结果表明,随着Cd处理浓度的增加,QY-1和SYH叶片中Cd在热稳定蛋白和镉富集颗粒组分的分布分别提高了143. 69%、118. 91%和63. 34%、118. 91%,由此可见将Cd区隔在热稳定蛋白和镉富集颗粒体等重金属解毒组分是油菜在亚细胞水平上的重要解毒机制.同时,高浓度Cd胁迫下SYH叶中Cd在细胞碎屑组分的含量达QY-1的4. 41倍,可知Cd在细胞碎屑组分中的分布是导致两种油菜Cd富集能力差异的重要机制.结合对两种油菜抗氧化酶活性研究结果,发现抗氧化酶系统可能是QY-1应对高浓度Cd胁迫的重要解毒机制,而SYH则更多地通过将Cd区隔在金属低活性的亚细胞组分来减轻其毒性.田间试验结果验证表明,SYH地上部和地下部Cd含量均显著高于QY-1,分别是QY-1的2. 34和1. 43倍.综上所述,SYH具有更高的Cd提取量和富集能力,具有应用于中轻度Cd污染农田修复的潜力.     

超富集植物藿香蓟(Ageratum conyzoides L.)对镉污染农田的修复潜力

为探究超富集植物藿香蓟(Ageratum conyzoides L.)对镉(Cd)污染农田土壤的修复潜力,通过野外调查,原土盆栽试验和田间试验,测定藿香蓟及其根系土壤Cd含量,计算藿香蓟的富集系数和去除率.结果表明,野外调查中不同铅锌矿区生长的藿香蓟叶片中Cd含量最大值为77. 01 mg·kg~(-1),盆栽试验中,高含量Cd土壤处理(T2)中,地上部Cd积累量达到69. 71mg·kg~(-1),其地上部Cd富集系数为6. 09,在低含量Cd土壤处理(T1)中,藿香蓟对Cd的富集特性与其在高含量条件下对Cd的富集特性一致.藿香蓟对Cd表现出稳定的积累特性.田间试验中,污染区藿香蓟中地上部Cd含量均值为21. 13 mg·kg~(-1),富集系数为6. 93,使用藿香蓟修复Cd污染土壤每亩地种植三茬藿香蓟的去除率为13. 2%～15. 6%.使用超富集植物藿香蓟修复农田Cd污染具有较好的工程应用前景.     

鸢尾对石油烃污染土壤的修复以及根系代谢分析

本研究采用温室盆栽方式,探讨了野生花卉鸢尾(Iris pseudacorus L.)对大港油田石油烃污染土壤的修复能力,并对石油烃暴露下鸢尾根系代谢组学进行了分析.结果表明,鸢尾对石油烃含量≤40 000 mg·kg-1具有良好的耐性;鸢尾对高含量石油烃污染土壤的修复效果比较显著,当土壤石油烃含量为10 000、20 000和40 000 mg·kg-1时,其去除率分别为42.1%、33.1%和31.2%,明显高于空白对照组(31.8%、21.3%和11.9%)(P0.05).通过根系扫描,发现在10 000、20 000和40 000mg·kg-1的石油烃暴露下,根系比表面积均高于空白对照组.经聚类分析发现根系代谢从整体上发生了不同程度的变化,同时某些代谢物的含量或种类也发生了极显著的变化(P0.001).通过偏最小二乘判别分析法(PLS-DA)发现11种代谢物(VIP值1.2),它们对根系比表面积的改变起到实质性的贡献.其中,5种与根系比表面积呈正相关,分别为草酸、乳酸、延胡索酸、磷酸和丙二酸,而与葡萄糖酸、尿苷、丁酸、麦芽糖、亚油酸和苯丙氨酸呈负相关.可见,鸢尾用于修复高含量石油烃污染土壤具有实践上的可行性,并且关于根系代谢分析有利于更好地理解植物对石油烃污染土壤的代谢响应并揭示其修复机制.     

基于同位素示踪技术分析小白菜中Pb的来源

为了探明乌鲁木齐市小白菜中Pb的污染来源,采用Pb同位素示踪法,结合盆栽试验种植小白菜,测定了成熟期小白菜不同部位Pb同位素单体计数值及其比值,分析了灌溉水、土壤、降尘对小白菜Pb的贡献率及小白菜Pb的可能来源.结果表明:大气降尘、灌溉水和土壤对小白菜地上部Pb的贡献率分别为51.50%、31.8%、16.7%,大气降尘对小白菜可食用部Pb含量的影响最大;对小白菜根系Pb累积的贡献率分别为2.20%、77.5%、20.30%,灌溉水对小白菜根系Pb含量累积的影响最大.尾气烟灰、燃煤、建筑降尘是导致乌鲁木齐市叶类蔬菜可食用部Pb含量超标的主要原因.     

不同磷肥对砷超富集植物蜈蚣草修复砷污染土壤的影响

施肥是提高重金属污染土壤的植物修复效率的必要强化措施之一.通过研究农业生产中常用磷肥对砷超富集植物蜈蚣草生长、砷累积及氮磷钾吸收的影响,确定可提高蜈蚣草修复砷污染土壤能力的最佳磷肥类型.结果表明,与不施砷对照组相比.添加砷处理中施用相应磷肥的蜈蚣草总生物量中蜈蚣草均有所降低(除钙镁磷肥外);在添加砷的情况下,钙镁磷肥、磷酸二氢钙和磷酸二氢铵等3个施磷处理总生物量相对较高.显著高于其他磷肥处理和不施磷处理(0.83 g/pot);地上部砷累积量由大到小的顺序为:磷酸二氢钙>钙镁磷肥>磷酸二氢铵>磷酸二氢钾>磷酸二氢钠>不施磷>过磷酸钙;磷酸二氢钙处理的砷去除效率高达7.28%.由此可见,磷肥能一定程度提高砷超富集植物的修复能力,但不同磷肥对其砷去除效率的影响可达数倍之差,磷酸二氢钙是首选磷肥类型,综合考虑土壤pH、N、P和有效态砷等各种因子,磷酸二氢铵和钙镁磷肥也可作备选肥料类型.     

磷、锌和镉交互作用对小白菜生长和锌镉累积的影响

利用不同元素之间的交互作用是控制作物重金属积累的有效手段.采用交替固定两因子的单一因子水平设计,以中性紫色土为材料,进行盆栽试验,探讨磷（P）、锌（Zn）和镉（Cd）不同水平组合对小白菜生长、抗氧化酶活性和Zn、Cd积累的效应和机制,为Cd污染土壤中蔬菜安全生产提供依据.结果表明,适量P和Zn的添加均能促进小白菜生长、抑制Cd在小白菜中的累积,但两者作用机制不同：P主要通过降低土壤中Cd的有效性和提高小白菜抗逆性减少小白菜对Cd的吸收,而Zn主要通过促进作物生长的稀释作用和植物体内生理拮抗作用抑制小白菜Cd的累积;外源添加1 mg ·kg^-1 Cd胁迫时,小白菜抗氧化胁迫能力受到显著抑制,过氧化氢酶（CAT）和过氧化物酶（POD）活性下降,丙二醛（MDA）大量积累;P和Zn均可提高CAT活性而提高小白菜抗氧化胁迫能力,缓解Cd毒害,而对POD活性影响不大;外源添加P和Zn与Cd胁迫含量比ω（Cd）：ω（Zn）：ω（P）为1 ：10 ：200时,小白菜产量最大（55.72 g ·pot^-1）,且可食部Cd含量低于国家绿叶蔬菜中Cd限量50 μg ·kg^-1的标准要求（GB 2762-2017）;增加P和Zn占比,Cd积累量进一步下降,但小白菜产量降低.因此适当施用P和Zn肥可降Cd并增产,实现蔬菜的安全生产.     

叶用油菜和孔雀草间作对植物生长和镉累积的影响

为揭示镉（Cd）低积累作物与超富集植物间作对Cd污染土壤安全利用和提取修复的作用,通过盆栽试验,将两种Cd累积能力不同的叶用油菜（Brassica chinenesis L.,低积累油菜华骏和普通油菜寒绿）与4种孔雀草（Tagetes patula L.,矮杆红花、矮杆黄花、高杆红花和高杆黄花）间作,研究间作措施对两类植物生长、光合作用参数、Cd累积以及土壤有效态Cd和可溶性有机碳（DOC）含量的影响.结果表明,与单作相比,间作后油菜生物量显著降低,孔雀草生物量显著升高.间作处理中油菜叶片的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率较单作均显著降低.华骏与矮杆红花间作时,华骏地上部Cd含量较单作显著降低14.5%,矮秆红花地上部Cd含量显著增加36.5%;其余间作处理下油菜地上部Cd含量均显著升高或无显著变化,而孔雀草地上部Cd含量无显著变化.间作处理下,油菜地上部Cd累积量较单作处理显著降低,孔雀草地上部Cd累积量显著升高.间作处理下土壤Cd提取率与孔雀草单作处理无显著差异.油菜地上部Cd含量与土壤有效态Cd以及DOC含量分别呈极显著和显著的正相关关系.总之,Cd低积累油菜华骏与孔雀草矮杆红花间作组合表现最佳,在Cd污染菜地土壤的修复和安全利用中有较好的应用价值.     

纳米氧化铜对镉胁迫下小油菜生理生化和重金属累积的影响

为探究纳米氧化铜（CuO NPs）在镉（Cd）胁迫下对作物生长、生理特性和重金属吸收的影响,采用水培实验,以夏绿2号小油菜为供试植物,研究了CuO NPs （0、10、20和50 mg ·L^-1）和Cd （0、1和5 μmol ·L^-1）单一和复配处理下小油菜鲜重、光合色素、丙二醛含量（MDA）、抗氧化酶活性［过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽还原酶（GR）］以及Cu和Cd含量.结果表明,在单一CuO NPs处理下,小油菜鲜重以及CAT、POD、GR酶活性总体上受到抑制,叶绿素含量和SOD活性随浓度增加呈现出先增加后降低趋势,而小油菜叶部、根部MDA含量以及亚细胞中Cu含量随投加量增加而增加.1 μmol ·L^-1Cd处理下,添加CuO NPs促进了小油菜生长,鲜重较对照增加了8.70%~44.87%,当Cd浓度达到5 μmol ·L^-1时,低浓度CuO NPs （10 mg ·L^-1）处理表现为促进植物生长,高浓度（50 mg ·L^-1）处理则呈抑制效应.不同Cd处理下添加CuO NPs均提高了小油菜的光合色素和MDA含量,其中小油菜叶部MDA含量较对照增加了4.34%~36.27%,根部MDA含量增加了13.43%~131.04%.Cd浓度为1 μmol ·L^-1处理下施加CuO NPs后,小油菜叶部CAT和GR活性均下降,POD活性上升;当Cd浓度达到5 μmol ·L^-1时,CuO NPs提高了小油菜叶部POD活性,抑制了SOD和GR活性,CAT活性随浓度升高呈现先上升后下降的趋势.CuO NPs与Cd表现出拮抗作用,添加CuO NPs后,1 μmol ·L^-1 Cd处理下小油菜叶部和根部Cd含量最大降幅分别为45.64%和33.39%,5 μmol ·L^-1 Cd处理下叶部和根部Cd含量最大降幅分别为18.25%和25.35%,小油菜亚细胞器中Cu和Cd质量分数下降,可溶性组分质量分数上升.综上所述,低浓度下CuO NPs可以促进Cd胁迫下植物生长,抑制植物对Cd吸收,但会增加植物氧化损伤.     

胺鲜酯与螯合剂GLDA联合强化柳枝稷吸收积累镉效果

为探究己酸二乙氨基乙醇酯（胺鲜酯,DA-6）与谷氨酸二乙酸四钠（GLDA）联用对柳枝稷修复镉（Cd）污染土壤的影响,通过田间试验研究不同DA-6浓度（0和10μmol·L^-1）与不同GLDA施用方式（60 d内将600、1200和2400 kg·hm^-2依次分为1、2和4次施加,分施2和4次的单次间隔时间分别为30 d和15 d）联合对土壤pH及可溶性有机碳（DOC）、柳枝稷生物量及Cd含量、Cd提取量、土壤总Cd及有效态Cd（DTPA-Cd）的影响.结果表明：① DA-6与GLDA联用能提高土壤pH和DOC,且pH和DOC随着GLDA施用量增加而显著增加;②DA-6与GLDA联用能显著提高柳枝稷生物量及Cd含量,其中DA-6和GLDA的施用量与施用次数是影响生物量及Cd含量的最关键因素;③柳枝稷Cd提取量在DA-6浓度为10μmol·L^-1和分4次施加1200 kg·hm^-2GLDA时最高,为22.18 g·hm^-2,较CK（不施加DA-6和GLDA）及10D0（仅叶喷10μmol·L^-1 DA-6）分别提高了1.93倍和1.23倍;④土壤总Cd在DA-6浓度为10μmol·L^-1和分2次施加2400 kg·hm^-2GLDA时最低,为0.529mg·kg^-1,较CK与10D0分别降低21.04%和18.23%.因此,DA-6与GLDA联用能进一步强化柳枝稷修复Cd污染农田.