镉在北京褐潮土中对玉米幼苗及其根际微生物的毒性效应

通过温室盆栽实验,研究了镉在北京褐潮土中对玉米(品种郑单958)幼苗的毒性效应及其生物富集特性,并通过聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术,探讨了镉对玉米根际微生物群落结构的影响。结果表明,高浓度(>100mg·kg-1)镉对玉米幼苗的生长发育有明显的抑制作用,北京褐潮土中镉引起玉米幼苗株高下降1/2的效应浓度(EC50)为654.6mg·kg-1,引起玉米根部和地上部干质量下降1/2的EC50分别为323.6和110.2mg·kg-1,玉米幼苗地上部生物量(干质量)可作为评价重金属生态毒性的适宜终点。玉米幼苗对镉有一定的吸收累积效应,镉在玉米幼苗各组织中的浓度分布为根>茎>叶,其中根部对镉有一定的富集作用(生物富集系数BAF>1)。镉污染可引起玉米根际微生物群落结构发生改变,高浓度(1000mg·kg-1)镉可导致部分微生物种群数量减少甚至完全消失,表明镉污染可对植物幼苗、植物根际微生物以及植物-微生物之间的相互作用造成重要的干扰和威胁。     

镉污染农田土壤修复技术及安全利用方法研究进展

作物镉(Cd)超量累积是人体中镉的主要来源。研究镉污染农田土壤修复技术及安全利用方法对保护生态环境及保障食品安全具有重大意义。镉对植物的毒性效应与其生物有效性密切相关,且土壤镉的生物有效性决定其植物根系吸收量,因而基于土壤镉生物有效性调控原理的修复技术是农业环境领域近年来的研究热点。此外,植物镉含量也与植物自身特性密切有关,故筛选不同镉累积特性的植物可为镉污染土壤修复和安全利用提供重要生物质资源。文章综合评述了镉生物有效性的物理和化学调控方法,并分别就超累积植物和低累积作物介绍镉污染农田土壤的植物修复技术和安全利用方法。物理方法如水分管理主要通过改变土壤环境的Eh等理化性质从而影响土壤镉的形态转化过程,进而影响植物镉的吸收量;化学方法如施用钝化剂主要通过改变土壤的pH及土壤镉吸附特性,从而改变土壤镉的生物有效性。低镉累积作物通过减少根系镉吸收或降低地上部镉转运的方式减少可食部镉累积量;镉超累积植物的修复效率主要取决于其镉富集系数的高低及生物量的大小。化学和生物联合调控方法主要通过降低土壤镉含量或阻止镉进入作物可食部,实现"边生产边修复"。农田土壤镉污染修复技术及安全利用方法存在效率低、体系不稳定等问题,探究土壤镉生物有效性关键调控因子及其作用机制、充分挖掘特殊镉累积特性的植物资源并探寻改造植物镉耐性的方法以提高镉污染农田土壤修复效率将是今后该领域的研究热点。     

不同钝化剂对水稻小麦籽粒镉吸收的影响

在土壤镉污染日趋加重的背景下,镉污染农田生产安全性备受关注,进行土壤镉污染修复和降低农产品镉污染风险成为相关领域的研究重点.该研究通过田间试验揭示不同钝化剂处理(海泡石、秸秆生物炭、石灰、石灰+腐殖酸、石灰+海泡石、石灰+偏硅酸钠+硫酸镁)对土壤镉及小麦和水稻吸收镉的影响,并比较钝化剂对降低小麦和水稻镉污染风险效果的差...     

镉在土壤-植物系统中的迁移转化及其影响因素

重金属镉(Cd)被列为环境污染物中最危险的五种物质之一。因其极易通过食物链在人体内积累并危害人体健康的特性，环境Cd污染尤其是土壤系统的Cd污染已成为国内外环境污染研究的热点，Cd在土壤一植物系统中迁移转化规律备受关注。本文概述了国内外土壤Cd污染研究现状；在已有研究的基础上，总结并阐述了影响Cd在土壤一植物系统中迁移转化的几个重要因素：土壤基本理化性质(pH值、有机质等)、Zn元素、P元素、陪伴阴离子Cl^-和SO4^2-，其中包括尚未被普遍认识的P元素和陪伴阴离子Cl^-和SO4^2-；并详细论述了各因子对Cd在土壤一植物系统中迁移转化的影响及其可能机理。     

生物质炭对根际土壤中镉形态转化及水稻镉累积的影响

采用盆栽试验和Tessier连续形态分析方法,研究了不同镉污染水平下(1.0、2.5、5.0 mg·kg-1),施入不同量的生物质炭(0.0、2.5、5.0、10.0 g·kg-1)对根际与非根际土壤中镉形态转化及水稻镉累积的影响。结果表明,(1)施入生物质炭后,根际与非根际土壤中镉的有效性降低。施入生物质炭后,根际与非根际土壤可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态以及有机物结合态镉最大可分别降低34.64%和28.15%、49.27%和63.82%、34.58%和24.59%、60.04%和49.00%,残渣态镉最大可分别增加14.79%和16.57%。10.0 g·kg-1生物质炭处理影响效果最显著。在不同处理下,镉形态变化显著且根际与非根际之间的变化呈显著性差异。中低镉污染水平下,施入生物质炭,根际与非根际土壤中镉形态变化趋于一致但镉形态含量存在差异。高镉污染水平下,生物质炭引起根际与非根际土壤中镉形态变化但不显著。(2)施入生物质炭可显著降低水稻各部分镉含量且水稻根部镉含量大于地上部镉含量。在不同镉污染程度下,不同施入量生物质炭处理与对照相比,地上部、根部镉含量最大可分别降低42.51%、22.86%;根部镉含量最大是地上部的2.63倍。10.0 g·kg-1生物质炭对水稻各部分镉含量降低效果最明显。     

种植杞柳在镉污染土壤修复过程中对土壤微生物群落结构和理化性质的影响

研究种植杞柳在镉污染土壤修复过程中对微生物群落结构的影响,可为应用杞柳-微生物联合修复镉污染土壤提供理论依据.以1年生杞柳扦插苗为试验材料进行盆栽试验,设置4个镉浓度梯度处理(0、50、100以及150 mg/kg),每个处理同时设置种植杞柳组和未种植杞柳组.种植杞柳1年后收集根际、非根际以及未种植杞柳土壤,对土壤理化性质、不同形态重金属含量进行测定,利用Biolog-ECO平板法对微生物代谢功能多样性进行测定以及利用T-RFLP法对微生物群落结构多样性进行测定.采用冗余分析(RDA)对微生物群落结构多样性与土壤理化性质、不同形态重金属含量的相关性进行分析.结果表明,在镉污染处理组中养分含量总体呈现种植杞柳组高于未种植杞柳组,不同土壤来源对6类碳源的平均利用率存在显著差异,碳水化合物和酚酸类相对利用率呈现种植杞柳土壤未种植土壤,而氨基酸、羧酸、多聚物以及胺类相对利用率都在根际土壤中最高.对照组与处理组根际微生物丰富度与多样性指数差异不显著,但优势微生物种类明显不同. RDA分析表明,与对照相比,受污染的土壤中微生物与环境因子的相关性更强,可还原态镉与优势菌株B-T-RFs(137)、B-T-RFs(141)等有较强的相关性.综上,种植杞柳能显著促进镉污染土壤中微生物代谢活性、微生物丰富度指数以及多样性指数,对优势微生物种群、代谢组成有明显影响;影响根际与非根际土壤中优势微生物的主要环境因子不同,污染组微生物受环境影响更大.(图8表1参50)     

两种低镉积累水稻镉含量与土壤镉的剂量-效应关系及调控

为探明低镉积累水稻(Oryza sativa L.)嘉33和秀水128在保障湖南湘阴地区镉污染农田生产功能上的应用潜力,通过田间试验研究其对土壤镉的含量效应以及精米安全输出的土壤镉污染临界值,同时探究土壤pH值和有机质含量对精米镉积累的影响。结果表明:这2种水稻精米中镉积累量与土壤有效态镉含量呈极显著正相关关系,R2分别为0.982和0.978;基于GB 2715—2012《国家粮食和食品安全标准》,嘉33和秀水128精米可安全输出的土壤有效态镉临界值分别为0.307和0.293 mg·kg-1。通过施用石灰和有机肥提高土壤pH值和有机质含量均可降低土壤有效态镉含量,减少土壤镉向水稻植株的迁移及其在水稻精米中的积累;精米镉积累量与土壤pH值和土壤有机质含量存在显著或极显著负相关关系。     

不同环境下土壤作物系统中重金属元素迁移分配特点

不同环境中重金属的积累特点及其向食物的迁移可能导致对人类健康的不同影响。文章对苏南某市典型乡镇工业环境中的农田表层土壤重金属污染积累进行了分析,并参照国家土壤环境质量二级标准进行重金属污染的单因子和综合因子评价。结果表明,工业环境中农田土壤表层重金属元素的富集系数和重金属DTPA有效态含量显著高于非工业环境,说明工业化发展是土壤重金属积累的主要因素,同时土壤的基本理化性质对土壤重金属的富集有一定的影响。不同种类农产品对重金属的富集能力表现为叶菜类>籽实类>根菜类>水稻籽粒,重金属元素中Cd、Zn、Cu较易在农产品中积累。应该注意工业发展对农田土壤的重金属污染以及对人类食物安全的可能影响。     

混作在黄土母质生土改良中的应用

以黄土母质生土为供试土壤,采用盆栽试验,研究小麦与3种豆科牧草及油菜混作对根际土壤生物活性及土壤营养的影响.结果表明,黄土母质生土混作较单作可显著促进根际土壤微生物的繁衍、酶活性及土壤营养的提高,且在混作根土系统中,三大微生物种群数量、多种土壤酶活性以及土壤N、P、有机质营养之间均存在显著或极显著的正向相关关系.4种混作处理以豌/麦根际土壤综合效应较好,可作为生土改良的首选混播作物.结果还显示,在小麦生长期内,混作根际微生物数量与酶活性及根际土壤营养均随生育进程呈前低—中高—后低的抛物线变化.研究为混作复合群体应用于黄土母质生土地改良提供了理论参考.图3表1参23     

模拟镉污染土壤的电动力学修复研究

采用阳离子交换膜调控电解过程中pH值的变化和电解富集土壤中的元素,在pH=5.0的缓冲溶液中进行土壤的电动强化处理.通过对镉形态的分析,找到镉在电场中迁移转换的规律.在处理时间内,阳极附近镉的去除率达99%以上,阴极镉的富积系数达2.026,表明电场对土壤中重金属的迁移溶出有强化去除作用.     

煤矸石复垦对小麦根系分泌特征和土壤氮转化的影响

通过现场调查试验,测定复垦区小麦(Triticum aestivum)不同生长期根系生长过程中根系分泌物、氮转化速率和2种酶活性的变化,以揭示煤矸石对小麦根系分泌物和氮转化的影响机理。结果表明:(1)煤矸石抑制生长期冬小麦的根长、根生物量和根系活力。(2)煤矸石的存在减少拔节期、开花期和成熟期冬小麦根际分泌速率Ⅰ(分别比对照农田减少25.47%、23.71%和9.95%)、Ⅱ(分别比对照农田减少39.83%、25.81%和10.84%),根际分泌速率Ⅲ在拔节期明显减少(比对照农田减少23.71%)。根际分泌速率Ⅲ(y)与作物根系活力(x)呈正相关,回归方程为y=0.012x-0.43,R2=0.874(P0.05,n=30)。(3)煤矸石对小麦不同生长期土壤氮转化速率和土壤酶活性抑制作用明显。土壤氮转化效率、土壤酶活性与土壤根系分泌速率Ⅱ呈显著正相关(P0.05),说明煤矸石可通过抑制植物根系分泌物的产生来减少土壤氮转化速率,可利用氮源的减少则进一步抑制了植物生长。     

土壤中三种盐对油菜富集镉的影响

为了利用被镉污染的盐土,通过实验分析镉污染盐土中三种盐对油菜（Brassica napus）富集镉影响的差异性,探明不同类型镉污染盐土上种植油菜的植物修复效果。以镉超累积植物油菜为研究植物,通过温室盆栽土培试验,将油菜在含有不同质量分数盐（wS：0 g·kg^-1,2 g·kg^-1,4 g·kg^-1,6 g·kg^-1）的含镉（wCd：10 mg·kg^-1）土壤中培养60天,研究油菜对镉的生物富集因子、植株内地上部分和根部镉的质量分数变化。选择土壤中三种主要盐的类型,即氯化钠、硫酸钠和碳酸钠作为分析和研究对象。结果表明,含碳酸钠的土壤对油菜吸收镉有抑制作用,含硫酸钠的土壤对油菜吸收镉也有抑制作用,但效果没有碳酸钠的土壤大,含氯化钠的土壤对油菜吸收镉的影响不显著,只是在高质量分数时对油菜吸收镉有一些促进作用。在含不同类型盐的土壤中,不同土壤盐对油菜富集镉的能力也有显著的差异,土壤中氯化钠对油菜根部富集镉的能力没有显著影响,而对油菜地上部分富集镉的能力有一定的促进作用;土壤中的碳酸钠对油菜地上和地下部分富集镉的能力都有显著的抑制作用,不利于油菜对镉的富集。     

中国南方稻田土壤汞含量及潜在危害评价

选择我国南方水稻主产区安徽、浙江、湖南、湖北以及广西5个省,采集213个稻田土壤样品,探究我国南方稻田土壤中汞的空间分布特征与土壤理化参数(如p H值和有机质)的相关关系及汞富集的潜在危害。结果表明:不同省份的稻田土壤汞含量存在显著的差异(P0.05,n=213),含量范围是0.029~0.326 mg·kg~(-1)(干重),平均值为(0.094±0.036)mg·kg~(-1),与农用地土壤环境质量标准0.30 mg·kg~(-1)(GB15618—1995)相比,除湖北省以外均有轻度汞污染。Pearson相关性分析表明,稻田土壤中的汞含量与有机质含量呈显著正相关关系(P0.01,r=0.445),说明适度偏高的有机质有利于土壤汞的富集。不同省份稻田土壤潜在危害等级除浙江省外均在轻微到中等的范围内,浙江省的为强等级。     

污灌对农田土壤微生物特性影响研究

污灌对农田土壤特性和农作物生长有重要影响,通过分析污灌对农田土壤微生物特性影响,为农田污灌的实际应用和标准制定提供理论依据。分别采用平板计数法和最大可能数(Most-Probable-Number,MPN)法,研究了污水灌溉对农田土壤中普通微生物(细菌、放线菌、真菌)和功能微生物(亚硝化细菌、硝化细菌、氨氧化细菌、反硝化细菌、好气性自生固氮菌、好气性纤维素分解菌)的数量和分布特性的影响,并对不同类群微生物数量与土壤理化性状进行相关分析。结果表明:污灌减少农田土壤放线菌、真菌、亚硝化细菌、硝化细菌和反硝化细菌数量,增加细菌、氨氧化细菌和好气性纤维素分解菌的数量,其中细菌、好气性纤维素分解菌数量变化分别达显著水平(P0.05),氨氧化细菌变化达极显著水平(P0.01);污灌区大豆(Glycine max)、玉米(Zea mays)和水稻(Oryza sativa)根系土壤微生物数量分布差异很大,但都呈现真菌、好气性自生固氮菌和好气性纤维素分解菌数量变化显著的趋势(P0.05);污灌土壤中微生物含量与土壤理化性状相关分析表明,细菌、反硝化细菌和好气性纤维素分解菌与有机质显著正相关(r=0.843,P0.05;r=0.220,P0.05;r=0.843,P0.05),放线菌与全磷极显著负相关(r=-0.921,P0.01),亚硝化细菌和好气性自生固氮菌数量与氨氮含量显著正相关(r=0.973,P0.05;r=0.988,P0.05),氨氧化细菌和反硝化细菌与有效磷含量显著负相关(r=-0.967,P0.05;r=-0.988,P0.05)。这说明污灌对农田土壤微生物和理化特性影响显著,对农作物会产生一定的影响。     

几种固沙植物根际土壤微生物特性研究

研究了红柳、梭梭、沙拐3种固沙植物的根际和根外土壤微生物数量、组成、生理群微生物及土壤养分。结果表明：这3种固沙植物具有较强的根际正效应，其R/S在1.69-75.24之间，以梭梭的根际效应最大，沙拐枣其次，红柳最小，固沙植物的种植显著增加了微生物数量，促进有机质的积累和植物有效养分的转化，有利于流沙的成土发育。表7参9     

庐山植物园11种植物的根际土壤氮磷有效性和酶活性

通过比较不同种源植物的土壤理化性质与生物学活性的差异及根际效应,探讨不同种源植物对庐山酸性山地土壤的环境适应性。在庐山植物园内选择引种多年的11种不同种源的常绿树种,在生长季节中采集根际土和非根际土,测定有机碳含量、碱解氮及有效磷含量、脲酶和酸性磷酸酶活性,并分析各树种根际土壤氮磷养分及酶活性的根际效应。结果表明,（1）不同树种之间的根际土壤酸性磷酸酶（P〈0.01）、有效磷（P〈0.05）和碱解氮（P〈0.01）存在明显差异,而脲酶没有差异。（2）根际与非根际土壤氮磷有效性和酶活性表现出不同的特征,大部分树种根际土壤有效磷及酸性磷酸酶存在一定的根际效应（R/S〉1）,例如红花木莲Manglietia insignis、桂南木莲Manglietia chingii及云南拟单性木兰Parakmeria yunnanensis的根际与非根际土壤有效磷含量存在显著差异（P〈0.05）,红花木莲、桂南木莲、巴东木莲Manglietia patungensis、红茴香Illicium henryi及红皮糙果茶Camellia crapnelliana与乡土树种云锦杜鹃Rhododendron fortunei根际与非根际土壤酸性磷酸酶存在显著差异（P〈0.05）。但是,根际与非根际土壤碱解氮和脲酶差异不明显,有的甚至出现脲酶的根际负效应（R/S〈1）,如巴东木莲和红花木莲等树种根际土壤低于非根际土壤（P〈0.05）。（3）不同种源树种影响下的土壤有效磷和酸性磷酸酶的根际效应（R/S比值）明显,原产西南地区的树种如桂南木莲、云南拟单性木兰和巴东木莲与华南地区的红花木莲、红茴香等土壤有效磷的根际效应（R/S〉1.5）比原产华东亚热带地区的深山含笑Michelia maudiae和云锦杜鹃更明显,相应的酸性磷酸酶的根际效应也较高。土壤脲酶和碱解氮的根际效应却不明显。（4）土壤有机碳与碱解氮、有效磷和酸性磷酸酶存在显著正相关关系（P〈0.01）,土壤碱解氮与有效磷（P〈0.01）和酸性磷酸酶（P〈0.05）具显著正相关关系,酸性磷酸酶与pH值（P〈0.05）显著负相关,说明根际土壤有机物质的积累对根际微区的理化环境及根际土壤养分活性具有重要影响。     

稻米镉积累的影响因素与阻控措施

长期高镉暴露能引发"痛痛病"等疾病,镉的人体健康危害不容小视.目前我国镉污染较为严重,因其容易富集于水稻等粮食作物而备受当前环境、食品领域的关注.镉污染大米(也称为"镉米")摄入是目前人体镉暴露的最重要来源,探究"镉米"的形成及影响因素,并针对影响因素提出相应的阻控措施对保障食品安全和人体健康具有重要意义.本文针对土壤—水稻体系,简介了当前我国稻田镉污染现状,分析了土壤理化性质、全球变暖、水稻品种、水稻根系结构、水稻根系基因对水稻镉吸收的影响,总结了镉被吸收后在水稻植株内的分布和迁移过程及相关调控基因,探讨了土壤修复、基因调控、稻米加工、膳食摄入等措施降低大米镉含量及人体健康风险的效果.本文揭示了稻米镉积累的关键影响因素,并对今后"镉米"阻控措施的发展方向进行了展望.     

北方常见农作物根际土壤中铅、锌的形态转化及其植物有效性

采用盆栽试验结合形态分析技术研究了北方地区常见农作物对污染土壤中铅(Pb)、锌(Zn)的形态转化及其植物有效性的影响。土壤Pb、Zn形态分析结果显示,与非根际土壤相比,多数作物根际可交换态、碳酸盐结合态、有机质结合态Pb比例降低,而铁锰氧化物结合态、残渣态Pb则显著增加;Zn则表现为可交换态比例略呈降低趋势,碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态与有机质结合态升高,残渣态Zn则大幅下降。这提示,作物根际土壤Pb存在由松结合态向紧结合态转化的现象,从而植物有效性降低;而根际土壤Zn的形态变化则与Pb相反,即由紧结合态向松结合态转化,相应地提高了Zn的植物有效性。     

VA菌根对喀斯特草本群落植物根际养分影响研究

以贵州花江喀斯特高原生态综合治理试验示范区内草本群落阶段的几种主要植物为材料,对其根际微生态环境进行了研究,包括根际土壤化学性质、土壤酶活性和VA菌根侵染率及AMF孢子密度。结果表明：VA菌根侵染率和根际土壤中AMF孢子密度存在极显著正相关,相关系数达到0.97;不同植物根际土壤的化学指标和土壤酶活性均表现出较强的根际效应,即R/S〉1;VA菌根侵染率与pH值存在显著负相关,与有效磷质量分数存在极显著正相关,与碱性磷酸酶存在显著正相关,说明VA菌根能够促进土壤中难溶态磷往有效磷方向转化;AMF对宿主植物的侵染能够在一定程度上改善根际微生态环境的营养状况。     

冬季农田杂草繁缕对镉的积累特性研究

为进一步筛选出更多的镉超富集植物作为植物修复的材料,本文以冬季农田杂草作为研究对象,采用土壤种子库-金属筛选法进行筛选,以期从冬季农田杂草中筛选出镉超富集植物,为镉污染农田土壤的冬季植物修复提供材料。通过土壤种子库-金属筛选法初步研究发现,冬季农田杂草繁缕(Stellaria media)地上部分镉含量接近超富集植物的临界值(100 mg·kg-1),但转运系数(TF)小于1,可能是镉富集植物。为此,采用盆栽试验进行了进一步的浓度梯度鉴定。结果表明,随土壤镉含量的增加,繁缕根系生物量、地上部分生物量、主枝长度、根系长度、抗性系数及耐性系数均随土壤镉含量的增加而下降,但繁缕根系及地上部分镉含量呈显著增加的趋势。与对照相比,在土壤镉质量分数为25、50、75、100和125 mg·kg-1时,繁缕总生物量分别下降了17.31%、34.87%、44.79%、52.12%和59.32%,但各个处理均没有表现出明显毒害症状。土壤镉含量为75~125 mg·kg-1时,繁缕地上部分镉含量均大于100 mg·kg-1,最大值为135.79 mg·kg-1,地上部分富集系数(BCF)大于1,但转运系数(TF)小于1。在土壤镉含量为100 mg·kg-1时,繁缕地上部分镉提取量达到最大值,为87.42μg·plant-1。这些结果表明繁缕是一种镉富集植物。虽然繁缕的单株镉提取率较低,但繁缕具有分蘖力强、繁殖力强、生长密度大、耐荫性强等特点,因此适用于冬季农田镉污染的修复。