土壤酸度对稀土元素在小麦体内的生物可利用性及分馏效应的影响

采用盆栽实验,研究了土壤酸度对稀土元素在小麦体内的生物可利用性及分馏效应的影响.结果表明:小麦体内稀土含量与pH之间呈二次方程的关系,在实验pH范围内,随pH值升高小麦体内稀土含量逐渐降低,每种稀土含量随pH变化程度表现为:Ce>La>Nd>Sm>Gd>Yb>Tb>Eu,表明Ce对pH值更为敏感,Eu最小.土壤中3种稀土形态的含量顺序为B2(NH₂OHHCl提取态)>B3(H₂O₂-NH₄Ac提取态)>B1(HAc提取态),随着酸度的降低,B1有向B2、B3转化的趋势.线性回归和多元逐步回归分析表明不同形态的稀土对小麦吸收的贡献程度因单个稀土元素的不同而不同,但B1态是主要的生物可利用态.小麦体内轻重稀土之间分馏系数与pH值呈负线性相关,土壤酸度越大,分馏系数越大.     

纳米金属颗粒在土壤-植物系统中的迁移转化及生物效应研究进展

纳米金属颗粒的安全性是我国纳米产业发展亟需解决的重要课题,认识纳米金属颗粒在土壤-植物系统中的迁移转化和生物效应是其安全性研究的重要内容. 本文系统阐述了纳米金属颗粒在土壤中的迁移转化、在植物中的运输过程和机制以及在植物中的生物转化及其对植物的生物学效应,并在此基础上提出未来研究展望. 结果表明:①复杂的土壤环境(pH、离子强度、离子价态、温度、溶解性有机质)能够影响纳米金属颗粒在土壤中的迁移及其形态转化(吸附/解吸、分散/沉降、解离和氧化/还原);②纳米金属颗粒首先吸附在植物的根部,再通过质外体或共质体途经向植物内部转移,由木质部和韧皮部组成的维管系统进行转运;③根际分泌物以及植物体内的蛋白质与有机酸等对纳米金属颗粒在植物中的生物转化起到重要作用;④纳米金属颗粒可以通过引起氧化应激或抑制营养元素吸收对植物产生毒性效应. 为此,提出未来研究展望:建议重点关注纳米金属颗粒在土壤中形态转变过程的耦合效应,以及各赋存形态在植物体内的运输途径、生物转化过程机制及其对植物生物效应的贡献等.      

水溶性有机物在土壤剖面中的分馏及对Cu迁移的作用

通过室内土柱试验研究了DOM在土壤剖面中的“分馏”作用,DOM在纵向运移过程中的穿透行为及对污染的红壤和潮土中重金属Cu溶出效果的影响.结果表明,绿肥和猪粪DOM经过土柱后极性都有所降低,在潮土上的降低幅度较大,分别为11.4%和10.72%;DOM能够明显地增加污染土壤中Cu的溶出,且这种作用效果与DOM及土壤的性质有关,绿肥DOM的作用效果比猪粪DOM的强,整个淋洗过程中潮土上Cu的平均溶出量是红壤上的4.37倍(绿肥DOM)和3.03倍(猪粪DOM);由于微生物对DOM的分解作用,降低了DOM对土壤中Cu的溶出效果.     

土壤中残留毒死蜱的作物效应

应用盆栽实验和室内分析方法,研究了红壤中残留毒死蜱农药对小麦、油菜苗生长及其对农药吸收的影响.结果表明,红壤中残留毒死蜱初始浓度为1～10μg/g,20d后,小麦苗地上部吸收的浓度可达0.257～4.50μg/g,油菜苗地上部吸收浓度可达到0.249～2.02μg/g;红壤中残留毒死蜱浓度低于10μg/g,对小麦苗地上部鲜重没有显著影响,低于5μg/g,对油菜苗地上部鲜重没有显著影响;残留毒死蜱在油菜苗根际的降解比非根际快1.4～4.2倍;油菜苗根际土细菌、真菌数量分别是非根际土的3.18倍、1.84倍,而放线菌数量差异不大;根际土比非根际土pH值低约0.19～0.23.     

水镁石-水体系氢同位素分馏系数的低温实验研究

分别以氯化镁和氮化镁作为起始物料，在低温（25～90℃）溶液中采用化学方法合成水镁石．然后分别测定水镁石和水的氢同位素组成，得到水镁石-水体系的氢同位素分馏方程为：103lna=－4．88×106／T2－22．54。由于矿物-水体系氢同位素分馏的压力效应，本研究通过大气压力下的实验得到的分馏系数值，系统地低于根据高温（510～100℃）高压（100～103MPa）热液交换实验结果向低温方向外推获得的分馏系数值。与已知的其它含羟基矿物-水体系低温氢同位素分馏曲线比较的结果表明，在热力学平衡条件下，水镁石相对于高岭石和伊利石／蒙脱石亏损D，但相对于外铁矿富集D。因此，合羟基矿物存在如下D富集顺序：Al－OH＞Mg－OH＞Fe－OH。     

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.     

不同外源条件下稀土在小麦植株中的残留

采集了全国 1 4个稀土施用区 3种不同施用条件 (土施、喷施、拌种)下的成熟小麦样品及未施用稀土对照样品,利用等离子体质谱法 (ICP/MS)测定了小麦植株的根、茎、叶及籽粒中 1 4种稀土元素的含量.分别探讨了不同外源下小麦植株各部位稀土元素的含量及分布特征,并与有关文献中的报道进行了对比.研究结果表明,土施和拌种的小麦各部位没有发现明显残留,施用样各部位稀土总量比对照样增加约 5 %—10 %,其分布模式与土壤类似;喷施的小麦样品的根、茎、叶中稀土残留严重,其含量比对照样高一个数量级,其分布模式与土壤及对照完全不同,表现为轻稀土更富集;3种施用方法的小麦籽粒中稀土残留均不明显.     

PO4^3-和柠檬酸对稀土元素在小麦体内积累和分异的影响

基于营养液培养,添加外源稀土和ICP-MS分析技术,研究了无机配体PO43-(Pi)及有机配体柠檬酸(Cit)对小麦器官中稀土元素积累和分异的影响.结果表明,不同Pi水平对小麦根中的稀土总含量(∑REE)影响较小,但显著降低叶中∑REE含量;而不同Cit水平对小麦根、叶中∑REE含量都有明显降低作用.对照植物(无Pi、Cit添加)中,稀土元素在小麦根中具有中稀土(MREE)富集及M-型四重效应分布特征,叶中有重稀土(HREE)富集及W-型四重效应分布特征.不同Pi处理对四重效应无明显作用,但进一步加强HREE在小麦叶片中的富集.添加柠檬酸使对照植物根和叶中的分异有逐渐减弱的趋势,在高浓度处理时(Cit≥150μmol.L-1),小麦根和叶中出现轻稀土(LREE)富集.     

外源稀土在土壤中各形态的动态变化

在小麦整个生长期内定期测定外源稀土进入土壤后各形态稀土随时间的变化,结果为:外源稀土进入土壤后可交换态稀土含量随时间的延长显著降低,减少的可交换态稀土一部分被小麦吸收,一部分被土壤所吸附,其中在分蘖期减少得最快;根系的分泌活动明显影响土壤中稀土元素的存在形态,铁锰氧化物结合态稀土含量在拔节期前逐渐增加,拔节期后略有下降;碳酸盐结合态稀土含量随时间的延长而降低,但下降幅度较小;有机物结合态与残渣态稀土含量随时间的延长没有发现明显的变化.     

外源稀土在根际与非根际土壤中的存在形态

采用根际袋法研究了稀土在春小麦根际土壤与非根际土壤中存在形态的差别.结果表明,外源稀土进入土壤后,在根际土壤与非根际土壤中主要以残渣态形式存在,各形态含量的大小顺序为:残渣态>碳酸盐结合态>可交换态>铁锰氧化物结合态>有机质结合态.小麦根系活动明显影响根际土壤中的稀土存在形态,根际土壤中的可交换态和铁锰氧化物结合态含量明显大于非根际土壤中的含量,而碳酸盐结合态有所下降,有机质结合态无明显变化.     

外源稀土微肥对土壤氮磷养分的影响

通过小区试验和盆栽试验,研究了施加不同的浓度稀土微肥对土壤中有效氮、有效磷浓度以及土壤脲酶活性的影响。结果表明,施加高浓度稀土微肥将会影响土壤中有效氮和有效磷的浓度。在分析与之相关的土壤酶活性时发现,施加低浓度稀土微肥(≤1mg/kg)促进土壤脲酶活性并增加土壤有效氮浓度,而施加高浓度稀土微肥(≥5mg/kg)则明显的抑制土壤脲酶活性并减少土壤有效氮浓度;施加稀土元素浓度与土壤有效磷浓度之间有较好的负相关关系(r=-0.961,p<0.05).     

土壤和茶树对稀土元素的富集作用

稀土元素广泛应用于作物增产,但它对生态环境的影响却不甚了解,春茶萌芽时使用稀释300倍的稀土微肥南大2998茶素喷施叶面,分别于3、6、9、12个月时测定土壤和茶树中稀土元素的含量变化和累积情况。结果指出：施用稀土后短时间内,土壤和茶树中稀土元素的含量均比未施用稀土时有不同程度的增加,经过较长时间后,上层土壤中的稀土元素向下层土壤迁移,并在下层土壤中富集;而茶树的根、茎中稀土含量均表现为下降,叶中的含量呈不同变化趋势,即铈组稀土含量上升3.74mg/kg,钇组稀土含量下降0.91mg/kg,表明茶叶对铈组稀土有较强的富集作用。     

PO43-和柠檬酸对稀土元素在小麦体内积累和分异的影响

基于营养液培养,添加外源稀土和ICP-MS分析技术,研究了无机配体PO₄^3-(Pi)及有机配体柠檬酸(Cit)对小麦器官中稀土元素积累和分异的影响.结果表明,不同Pi水平对小麦根中的稀土总含量(∑REE)影响较小,但显著降低叶中∑REE含量;而不同Cit水平对小麦根、叶中∑REE含量都有明显降低作用.对照植物(无Pi、Cit添加)中,稀土元素在小麦根中具有中稀土(MREE)富集及M-型四重效应分布特征,叶中有重稀土(HREE)富集及W-型四重效应分布特征.不同Pi处理对四重效应无明显作用,但进一步加强HREE在小麦叶片中的富集.添加柠檬酸使对照植物根和叶中的分异有逐渐减弱的趋势,在高浓度处理时(Cit≥150μmol·L^-),小麦根和叶中出现轻稀土(LREE)富集.     

干热河谷林地燥红土固碳特征及\"新固定\"碳表观稳定性

全球气候变化背景下,森林土壤固碳能力及所固定碳的稳定性受到极大关注.基于土壤密度分组和酸水解技术,对比研究了1991年营造的大叶相思(Acacia auriculiformis)林不同阶段(1991、1997、2003和2010年)土壤及其物理和生化组分中有机碳密度.结果表明,造林19 a后林地表层(0～15 cm)和亚表层(15～30 cm)土壤有机碳密度分别为1.40 kg.m-2和0.99kg.m-2.研究期内(1991～2010年)表层和亚表层土壤平均固碳速率分别为37.89 g.(m2.a)-1和16.84 g.(m2.a)-1,且土壤呈现加速固碳特征.2003年林地表层重组有机碳分配比例为71.44%,显著高于2010年(67.99%).2003年林地表层或亚表层轻组顽固性碳指数显著高于重组,但均随林龄的增加而降低,尤其是轻组顽固性碳指数.2003～2010年间燥红土\"新固定\"碳中57%～70%受物理保护,33%～49%为生化稳定性碳.研究揭示出干热河谷人工林燥红土具备较大的固碳能力.受物理保护碳的生化稳定性低于非保护碳,其稳定性均随林龄的增加而降低.     

有机配体EDTA对土壤吸附和解吸稀土元素行为的影响

研究了有机配体EDTA对土壤吸附和解吸稀土元素La、Gd、Y的影响．结果表明,吸附作用在加入有机配体和稀土元素后0.5h便达到平衡,当存在单一稀土元素时,土壤对La、Gd、Y吸附量随EDTA浓度增加而减少,而在混合稀土元素条件下,土壤对各稀土元素的吸附与稀土－EDTA配合物稳定常数呈负相关,并且观察到竞争吸附现象．EDTA可促进稀土元素从土壤中解吸下来,解吸量与EDTA配体浓度呈正相关,其相关方程可用 1nX＝n 1n c＋1nK来描述     

小麦根际环境中铜和铅形态的变化

采用根垫法研究了小麦根际土壤中铜和铅形态的变化,研究结果表明:根际土壤中交换态铜的含量显著增加,0—5mm范围内交换态铜增加110%.碳酸盐结合态铜含量则有所下降.这样的根际影响随着距离根系距离的加大而减弱,铜形态变化主要发生在0—2mm范围内.铅的形态则没有发生这样的变化.