钝化剂抑制南方污染农田籽粒苋吸收重金属的效应研究

华南地区历史悠久的矿冶业导致了较为严重的农田重金属污染问题,利用钝化剂抑制农作物吸收重金属并确保农产品安全是目前污染农田治理上的可行对策。文章评估钝化剂减少籽粒苋牧草吸收重金属的效果,探讨本地区受污染农田种植该牧草的安全技术。采集广东省乐昌市采矿污染农田土壤,盆栽种植籽粒苋(AmaranthushypochondriacusL.),分别添加硅酸钙、石灰、硅钙镁肥3种钝化剂(各0.5%、1%剂量),测定籽粒苋生长量、叶片光合参数、重金属与矿质养分含量,评估钝化剂抑制籽粒苋吸收重金属及对植株生长的影响。结果表明,3种钝化剂均显著提高土壤pH,使土壤有效态重金属含量显著下降,除硅酸钙外,重金属钝化率普遍在90%以上;能使籽粒苋株高显著提高,除硅酸钙和0.5%硅钙镁肥外,生物量显著增加,而根冠比无显著变化;能显著改善植物色素含量和光合生理状况;石灰与硅钙镁肥能显著降低籽粒苋体内重金属含量,降低幅度与土壤重金属钝化率密切相关;石灰显著增加植株地上部对钙的吸收,硅钙镁肥显著增加植株地上部对镁的吸收,但石灰与硅钙镁肥均显著抑制植株地上部对锰的吸收。籽粒苋生长结束后,添加石灰和硅钙镁肥的土壤pH仍显著高于对照,有效态重金属含量显著低于对照,但与种植初期相比,有效态重金属含量均有所升高,土壤pH均有所下降,因此钝化剂具有一定的时效性。在重金属污染土壤中添加钝化剂能显著促进籽粒苋生长,显著降低其地上部对重金属的吸收累积,并以1%石灰效果最好。     

根际促生菌影响植物吸收和转运重金属的研究进展

土壤重金属污染对生态环境和人类健康造成严重危害,使得土壤重金属污染修复成为全球关注的研究热点之一。根际土壤中存在着数量和种类丰富的微生物种群,是根际环境中最重要的生物因素。重金属污染土壤中根际微生物与植物根系以及土壤形成特殊根际微环境,影响植物重金吸收、转运过程。根际促生菌通过产生植物生长激素类物质促进植物生长,改变根际微环境中重金属元素生物有效性,增加修复植物重金属吸收量,强化重金属污染土壤植物修复效率。近年来,根际促生菌强化重金属污染土壤植物修复效率相关研究文献数量迅速增加,最新研究成果表明:根际促生菌通过菌体表面活性基团吸附,诱导植物系统抗性(ISR),激活植物抗氧化酶活性,分泌高亲和性铁载体(Siderophores)增加根际铁供给量,竞争性抑制重金属元素的根系吸收,改变植物重金属的吸收、转运及胞内分布过程,抑制重金属元素向植物地上部分转运,同时增加农作物产量。文章对根际促生菌影响植物重金属吸收﹑转运最新研究进展进行综述,提出根际促生菌原位定殖,重金属元素亚细胞分布和重金属吸收、转运分子调控机制等方面的深入研究,将有助于进一步阐明重金属污染土壤植物根际促生菌-植物相互作用机制。通过根际促生菌调控农作物可食部分重金属的累积量,为实现中低污染农田安全生产与修复研究提供新思路。     

腐殖质改良植物修复重金属污染土壤的研究进展

腐殖质(HS)是土壤有机质的重要组分,广泛应用于土壤改良。通过文献调研,在综述HS对土壤重金属的作用及其机制基础上,分析了HS在植物修复重金属污染土壤领域的应用潜力。已有研究表明:(1)大分子胡敏素(HM)和胡敏酸(HA)可钝化重金属离子,降低重金属对植物的毒害作用,小分子富里酸(FA)则可促进重金属从植物地下部向地上部迁移;(2)除受土壤理化性质影响外,HS与重金属离子的结合主要受HS的pH、溶液离子强度、分子量大小和活性官能团数量等条件影响;(3)叶面喷施HS可以抑制重金属向植物体内运输,保护光合系统不受重金属危害;土壤添加低浓度HS可以促进重金属转运,高浓度HS则会对植物产生负面效应;(4)根据HS与重金属作用下的生态毒理学效应、土柱淋溶效果和植物生长发育评估结果,认为HS不会产生次生环境风险。因此,HS可以作为重金属污染土壤植物修复的环境友好型促进剂,扩大重金属污染土壤植物修复的应用范围。     

农田重金属污染原位钝化修复研究进展

污染土壤重金属原位钝化修复是通过向土壤中施加一些活性钝化修复材料,通过溶解沉淀、离子交换吸附、氧化还原、有机络合等反应来改变重金属在土壤中的赋存状态,降低土壤中重金属的有效浓度、迁移性和生物有效性。这种方法成本较低、操作简单、见效快且适合大面积推广,在重金属污染土壤修复中有着不可替代的作用。尤其对主要由污水灌溉、大气沉降等造成的农田土壤面源污染,一些具有吸附固定土壤中重金属离子特性的天然物质和工业副产品都可运用在实地的钝化修复中,且不同类型的钝化修复剂对重金属污染土壤的钝化修复效果各不相同。采用实验室评价和实地应用评价,一方面可以评估钝化修复材料对污染土壤中重金属离子的固定效率;另一方面可以评估钝化修复材料对土壤理化性状、养分状况和生物活性的影响。对重金属污染土壤原位钝化修复中不同来源的钝化剂进行了分类,目前广泛使用的钝化修复剂主要包括硅钙物质、含磷材料、有机物料、黏土矿物、金属及金属氧化物、生物碳及新型材料等,概述了它们各自对重金属污染土壤的钝化修复效果。从研究方法、评价指标、环境影响因子、钝化机制以及环境风险评价等方面分析了该领域的研究现状以及存在的主要问题,今后应重点关注钝化修复剂对土壤-作物系统的潜在环境风险以及钝化材料修复效果的田间长期稳定性评价。     

氮肥管理对植物镉吸收的影响

农业土壤镉(Cd)污染是中国面临的一个严峻的环境问题。由于Cd是一种有毒有害的重金属元素并且非常容易被植物吸收利用,因此使得土壤生态环境和作物安全生产面临很大的挑战。氮(N)是植物生长必需的大量营养元素,在农业生产中氮肥施加是一项重要的农艺措施。文章综述了氮肥管理对Cd污染土壤中植物Cd吸收的影响,并从氮肥对土壤中Cd有效态影响、对植物抗氧化系统影响和分子机制3个方面阐述氮肥影响植物Cd吸收的机理。当前研究结果表明:氮肥管理影响了植物Cd吸收,不同形态氮肥对不同植物及不同土壤条件下的植物Cd吸收的影响差异明显,氮肥通过对植物的生理特性和土壤理化性质产生作用进而影响植物Cd的吸收。因此,可以根据不同土壤和植物种类,合理调控氮肥施用,达到修复土壤和作物安全生产的目标。今后应注重对复杂环境变量条件下氮肥最佳调控方法的探索,进一步深入研究氮肥施用条件下植物根际微环境理化性质、植物生理特性和植物Cd含量的相互作用关系,找出氮肥影响植物Cd吸收的关键生理过程和关键控制基因,进而指导在Cd污染土壤中氮肥的精准施加。     

基于土壤重金属污染的植物冶炼生态修复技术分析及应用前景展望

随着社会的快速发展,环境问题被越来越多的人关注,土壤重金属污染问题也日益成为环境学家研究的热点.土壤中的重金属直接影响了作物的质量,并且威胁着人们的身体健康.植物冶炼是利用超富集植物修复重金属污染的土壤,并将超富集植物体内富集的重金属加以回收利用的技术.通过介绍植物冶炼金属的超富集机制以及影响因素,概述了植物冶炼不同金...     

土壤酸化背景下镉污染稻田水稻镉吸收阻控研究方向探讨

土壤酸化与镉污染是我国作物生产面临的两大障碍因素.如何在严重的重金属污染与土壤酸化的双重影响下确保水稻的质量安全,已经成为当前一个极其重要而紧迫的研究课题.本文总结了镉胁迫对水稻的影响、水稻镉吸收积累特性以及土壤酸化对重金属的影响等方面的研究进展,探讨土壤酸化背景下镉污染稻田水稻镉吸收阻控研究方向,以期为相关研究提供参考.     

植物修复土壤重金属污染中外源物质的影响机制和应用研究进展

重金属进入土壤后难以被降解,并通过食物链在生物体内富集,长此以往会导致中毒、癌症、畸形、突变,严重影响了人类生产活动及地球生态系统的稳定。植物修复技术是一种经济有效的重金属污染修复技术,其依靠超富集植物强大的自身抗性机制,从土壤中提取或稳定重金属,达到污染治理的目的。然而修复土壤重金属污染的超富集植物通常生长缓慢、生物量低,其抗性机制也会受到植物本身对重金属胁迫的阈值限制,当胁迫超过这个阈值,植物修复的效率就会大大降低甚至失去修复功能。文章在解析植物重金属相互作用机制的基础上,综述了添加外源物质对重金属毒害植物的缓解效应以及其在强化植物修复土壤重金属污染中的应用研究进展;介绍了应用外源物质调控植物吸收转运重金属的3种途径,分别为提高土壤重金属生物利用度、促进植物生长以及增强植物耐性。提出了应用外源物质作为强化植物修复措施的潜力及今后的研究方向,其未来的研究应着重于以下方面:明确外源物质的应用浓度、时期、方式与植物吸收转运重金属之间的关系;从植物内源激素及信号分子间的互作、抗逆基因表达、内生及根际微生物等不同层面上揭示外源物质对植物积累重金属的调控机理;开展外源物质与其他植物修复强化技术的联合应用研究。这些研究可为土壤重金属污染的植物修复技术及其强化措施研究提供科学依据,同时也对植物修复工程技术的发展实践具有一定的指导意义。     

中国土壤重金属污染修复技术的专利文献计量分析

综述了国内外主要土壤修复技术,进行了技术经济比较分析。利用国家知识产权局专利检索系统,采用主题词检索,从重金属污染物种类、技术类型两个方面分析了中国土壤重金属污染修复技术的专利申请与授权状态。结果表明：土壤重金属污染修复技术以植物修复与微生物技术为主,其次为固定修复技术;土壤镉、铅、铜、砷的修复技术专利申请量明显高于其余重金属的;农田土壤重金属污染修复技术专利申请量明显高于场地重金属修复技术的;农田土壤重金属污染修复除降低土壤中重金属含量外,还可以从植物营养调控与土壤调理剂的角度降低农产品中重金属含量。最后,进行了土壤污染修复产业政策分析。     

牧草在重金属污染土壤治理中的修复和综合利用潜力

牧草易栽培,生物量大,产量高,在重金属污染土壤治理中具有良好的应用前景,既可作为农业生产的低积累饲用牧草,也可为重金属污染土壤修复提供高积累植物,是生物质能源植物和污染土壤修复的重要植物。综述了牧草在重金属污染土壤治理中的优势、积累特征、响应机制及主要牧草在重金属污染土壤治理中的应用和效益评估。分析了我国已发现的具有重金属污染土壤修复潜力的禾本科和豆科优良牧草类植物,对牧草吸收积累重金属的品种差异、单一/复合金属胁迫下牧草的响应及其机制等研究现状进行阐述,以期为利用牧草进行重金属污染土壤的治理和综合利用提供理论基础和实践参考。     

丛枝菌根对土壤-植物系统中重金属迁移转化的影响

丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)是一类在自然和农业生态系统中广泛存在并能与多数陆生植物形成共生关系的土壤真菌,在重金属污染土壤中对宿主植物的生长及吸收累积重金属具有重要影响,因而对污染土壤的生物修复具有潜在应用价值。以重金属从根际土壤进入植物并在植物体内再分配过程为主线,介绍丛枝菌根在这一过程中对重金属环境行为,特别是根际土壤中重金属赋存形态及植物吸收重金属的影响。最后,对丛枝菌根影响植物重金属耐性机制研究前沿和菌根修复技术的应用前景进行展望。     

植物对土壤重金属镉抗性的研究进展

各种人类活动,如采矿、制革、冶炼、污水灌溉等引起土壤和水体重金属污染,严重威胁着植物生长和人类健康。重金属镉污染是其中最常见的一种。该文描述了受重金属镉胁迫时植物的生理机制及各种抑制表现,如线粒体的裂解,细胞的生长分裂、水分的吸收、光合作用受到抑制等;同时也从微生物和细胞分子生物学方面分析了植物对重金属胁迫的应对策略,它依赖于植物本身和周围生存微环境的通力合作,主要包括降低对重金属的利用、控制重金属的吸收、螯合重金属、促进重金属的排出、区室化重金属和对重金属诱导的活性氧基团进行解毒等几条途径。另外,植物体对土壤环境中重金属镉的吸收、转运和解毒是一个精密的调控过程,参与重金属吸收和排出的转运蛋白在整个调控过程中发挥关键作用,参与了吸收、螯合、区室化和代谢利用等关键步骤。非必需重金属转运蛋白分重金属吸收蛋白和重金属排出蛋白2大类,吸收蛋白主要有AtNRAMP、ZNT和OsIRT等,能够通过某一种或几种阳离子转运载体蛋白运输至植物体内;排除蛋白主要包括P1B型ATP酶、阳离子转运促进蛋白家族(CDF)和三磷酸结合盒转运蛋白(ATP-binding cassette transporter,ABC转运蛋白)3大蛋白家族,主要将重金属转运出细胞质或者将重金属转运进入植物体内的细胞器,转运蛋白在植物耐受重金属胁迫中起着积极的防御作用。该文探讨了植物对重金属镉胁迫的各种抗性机制,可为土壤重金属镉污染的修复如微生物修复、植物修复等提供一定的理论依据和应用指导。     

磷、锌肥处理对降低污染稻田水稻籽粒Cd含量的影响

探索农田措施控制水稻Cd吸收与籽粒积累是保障稻米食物安全的急迫需求.采用田间定位试验,研究了不同用量的钙镁磷肥及叶面喷施锌肥(ZnSO4·7H2O)等处理对污染稻田水稻籽粒Cd含量的影响.试验表明,施肥处理没有显著提高水稻产量,但籽粒Cd含量有不同程度降低.分析表明,这些处理提高了土壤的pH值,且随用量而增高,土壤中有效态Cd含量显著降低.土壤有效态Cd含量与土壤pH值存在显著负相关,推测主要是由于土壤pH升高而降低了土壤Cd活性.不过,叶面喷施ZnSO4·7H2O,并未明显提高土壤pH值,但显著降低土壤有效态Cd含量,可能是由于淹水下形成难溶性CdS而钝化了土壤Cd.因此,稻田中Cd钝化可以抑制Cd在水稻籽粒中的积累.但是,在严重污染稻田中,这些用量尚不能有效控制稻米Cd的安全.建议在严重重金属污染的土壤改种其它非Cd强积累作物.     

无机硅叶面肥及土壤调理剂对水稻铅、镉吸收的影响

喷施叶面阻控剂和施用土壤调理剂是目前污染稻田治理的主要措施,针对不同污染类型、污染程度稻田研发效果较好的叶面阻控剂及土壤调理剂是研究重点。文章通过2019年的田间试验研究无机硅叶面肥及土壤调理剂对中重度铅镉复合污染稻田水稻铅镉阻控效果。共设3个处理:常规施肥处理(CK)、常规施肥+喷施无机硅叶面肥处理(L-Si)、常规施肥+施用无机硅土壤调理剂处理(S-Si)。结果表明:L-Si处理土壤中铅质量分数较对照(116.00±4.35)mg·kg-1高18.97%;S-Si处理较对照(5.51±0.06)能够显著提高稻田土壤pH值0.73,土壤中铅和镉分别较对照(116.00±4.35)、(1.89±0.03)mg·kg-1高12.07%和14.81%。L-Si处理下铅在根、叶片、稻米中富集较对照分别减少11.69%、12.40%和38.46%;镉在叶片、稻壳、稻米中较对照显著减少了18.10%、5.84%和40.84%。而S-Si处理中铅在根、茎、叶、稻壳、稻米中富集量较对照显著减少11.69%、36.93%、15.16%、23.47%和51.28%;镉在根、茎、叶、稻壳、稻米中富集量显著降低12.93%、42.28%、61.75%、59.85%和49.21%。L-Si及S-Si处理水稻产量较对照(7052.27±95.07)kg·hm^-2分别提高3.24%和4.09%。综上所述,无机硅经叶面吸收后,在减少叶片中铅富集的同时减少了根系对土壤铅的吸收,将经根系吸收的铅富集于茎和稻壳中;而在减少叶片中镉富集的同时并未减少根系对镉吸收,将经根系吸收的镉富集于根和茎中。无机硅土壤调理剂在将土壤中铅和镉固定于土壤中的同时阻隔了水稻根系对铅和镉下吸收,因此水稻根、茎、叶、稻壳、稻米中铅和镉的含量均显著降低。     

土壤重金属污染的植物修复中转基因技术的应用

重金属污染的植物修复技术以其费用低廉、不污染环境等优点一度成为环境科学界研究的热点。为了克服植物修复技术中超积累植物生长缓慢和地上部生物量小等带来的限制，近年来研究者通过大量试验研究发展，外源基因在植物体内的高效表达可以提高植物吸收、运输、降解污染物的能力和修复的效率。本文首先对目前国内外重金属污染土壤植物修复的研究动态进行综述，重点论述了PCs、MTs、MerA、MerB、ArsC、γ-ECS等转基因在土壤重金属污染植物修复中的应用，最后指出在充分考虑到转基因植物给生态环境带来潜在威胁的前提下，转基因技术的研究与开发不仅可以促进多学科的交叉研究和丰富环境科学的研究领域，更重要的是在很大程度上有效地克服了目前土壤重金属污染植物修复中存在并急需解决的棘手问题，为土壤重金属污染的植物修复提供了更加广阔的应用和发展前景。     

书讯

正施肥与土壤重金属污染修复——当代土壤与环境科学专著作者:徐明岗出版时间:3/1/2014内容简介《施肥作为农业增产的主要措施,也能显著影响土壤重金属的生物有效性。《施肥与土壤重金属污染修复》论述了通过合理施肥,在实现作物养分供应的同时,又实现土壤重金属钝化修复的原理与技术,包括不同形态化肥、有机肥和改良剂及其组合修复土壤重金属特别是铅、镉污染土壤的原理与技术。主要内容包括:铅、     

根系分泌物对土壤重金属活化及其机理研究进展

植物通过调节根分泌物的组成来改变根际状态以适应外界环境。在重金属胁迫下,植物根系分泌物种类和量会发生显著变化。根系分泌物可通过溶解、螯合、还原等作用活化土壤重金属,提高重金属的植物有效性,或固定和钝化重金属,降低重金属的移动性。文章就根系分泌物对土壤重金属形态、有效性及其在重金属吸附解吸中的作用,根系分泌物活化土壤重金属的影响因素等国内外研究进展作了综述,并对该领域今后的研究方向进行了探讨。     

Pb超富集植物对营养元素N、P、K的响应

利用富集重金属或对重金属具有耐性的植物修复重金属污染土壤，是治理土壤重金属污染的新途径。本研究通过温室土培方法，研究了营养元素N、P、K对3种Pb超富集植物绿叶苋菜、紫穗槐和羽叶鬼针草生长发育及Pb吸收的影响。结果表明，少量的N和K会促进富集植物叶片叶绿素值和干质量的增加，促进植物对Pb的吸收；随着N和K水平的增加，虽然叶绿素值和干质量一直在增加，但植物对Pb的吸收能力降低；K对植株Pb的吸收能力的抑制作用不如N显著。土壤供P会降低植物对Pb的吸收，且下降极显著。少量的N、P、K均使富集植物中的Pb迁移总量增加，高质量分数时则抑制。但K的抑制作用不如N及P的显著。     

不同钝化材料对玉米Cd、Pb积累与转运的影响

为探究不同钝化材料组合及用量对玉米吸收Cd、Pb的阻控效果,实现重金属污染耕地的安全利用,以“华兴单88”为供试玉米,采用田间试验方法,研究喷施叶面阻控剂(JGL)、不同用量有机肥(YJF1和YJF2)、腐植酸(FZS)和土壤重金属钝化剂(DHJ)以及YJF、FZS和DHJ与JGL的组合(YJF1⁺/YJF2⁺、FZS⁺和DHJ⁺)对玉米生物性状和各部位Cd、Pb含量以及富集系数(BCF)、转运系数(TF)的影响,并根据玉米籽粒Cd、Pb的BCF推算土壤Cd、Pb风险阈值(T)作为阻控效果的评价指标。结果表明,9种阻控措施处理玉米产量较CK提高14.4%～32.3%,增产能力表现为JGL++++;玉米籽粒Cd、Pb含量以及相应的BCF相较CK分别降低31.0%～65.5%、18.2%～59.1%...     

海泡石和磷酸盐对镉铅污染稻田土壤的钝化修复效应与机理研究

采用盆栽实验,研究了海泡石、酸改性海泡石以及二者与磷酸盐联合使用对镉铅复合污染稻田土壤的钝化修复效果,并通过培养实验和重金属形态分析探讨了不同钝化剂处理的作用机理。结果表明：添加海泡石可以显著提高污染土壤pH值,而磷酸盐和改性海泡石则对土壤pH值无显著影响。钝化处理能显著降低土壤TCLP提取态Cd、Pb的质量分数,最大降低率分别可达23.3%和47.2%,钝化剂复配处理对土壤TCLP提取态重金属的抑制效果优于单一处理。施用海泡石和磷酸盐,通过提高土壤pH值、物理化学吸附以及生成矿物沉淀等作用,可以促进污染土壤中的Cd、Pb由活性高的交换态向活性低的残渣态转化,从而显著降低Cd、Pb的生物有效性和迁移能力。添加钝化剂可以显著提高水稻各部位的产量,稻谷和稻草的最大增产率分别为34.3%和26.6%;钝化剂复配处理对水稻的增产作用明显优于单一处理。施用钝化剂可以显著降低水稻各部位的Cd、Pb质量分数,最大可使精米的Cd、Pb质量分数分别降低35.8%和40.9%,钝化剂复配处理对水稻吸收Cd、Pb的抑制作用明显优于单一处理,海泡石和磷酸盐复配处理中精米的Cd、Pb质量分数符合国家食品卫生标准要求。综合分析不同钝化处理的增产作用、降低作物Cd、Pb吸收以及土壤Cd、Pb可迁移性的作用可知,海泡石与磷酸盐复配处理对稻田土壤Cd、Pb复合污染的钝化修复效果最佳。