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。     

不同外源条件下稀土在小麦植株中的残留

采集了全国14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14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。     

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     

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.     

西江上游河水悬浮物中稀土元素的地球化学特征

采用改进的BCR逐级提取法和ICP-MS测试技术,对西江上游河流悬浮物中稀土元素进行了研究。结果表明:河流悬浮物稀土元素总量的含量变化范围在188～402mg/kg之间,并主要来源于流域内岩石的风化,反映了源区的物质特征。西江上游河水悬浮物中三种非稳定态(即酸可提取态、铁锰氧化物结合态和有机物硫化物结合态)稀土元素页岩(PAAS)标准化配分模式均显示出中稀土富集的特征。这种配分模式可能是由于流域内广布的海相沉积岩中磷酸盐矿物的风化所造成的。稳定态(即残渣态)的配分曲线较为平直,没有体现出明显的稀土分异。悬浮态稀土各赋存形态含量的顺序为:残渣态有机物硫化物结合态、铁锰氧化物结合态酸可提取态。中稀土元素Sm、Eu、Gd相对于轻、重稀土元素的稳定态所占比例偏低,而相对于三种非稳定态所占比例偏高,反映了其潜在的地球化学活性。     

稀土-重金属共污染土壤中真菌群落结构特征及主导影响因素

稀土元素已被列为新兴污染物,稀土元素经常与重金属在土壤中富集,造成生态危机.稀土污染的生态效应已逐渐受到关注,但忽视了稀土与重金属共存的协同效应.了解稀土和重金属共污染土壤中真菌群落结构及主导影响因素,有助于制定土壤修复策略,以减少或补救人类生产活动对环境的影响.目前,长期稀土和重金属污染对土壤真菌群落的影响尚不清楚.以包头稀土尾矿坝为研究区域,利用ITS1基因扩增子Illumina高通量测序分析稀土和重金属共污染土壤中真菌群落多样性和结构特征.结果表明,在共污染环境中,土壤环境变量的异质性决定了真菌群落在小范围内的分布,构成独特的生态位.污染土壤的真菌群落丰富度和多样性显著低于未污染土壤,且真菌群落组成差异明显.随机森林分析结果表明,TN是影响真菌群落丰富度和多样性的最主要因素,其次是稀土元素、重金属Zn和AK.CCA分析结果表明,重金属Zn是影响真菌群落结构的最关键因素.VPA分析结果显示,所检测环境变量能够解释土壤真菌群落变化93.3%的差异,土壤理化性质与污染因子（稀土和重金属）的综合效应解释了总差异的58.5%,二者单独解释的贡献度分别为13.5%和21%,污染因子的贡献度稍高于土壤理化性质;稀土和重金属的协同效应对总差异的贡献度为40.1%,各自的单独作用分别为21.8%和17.9%.因此,共污染环境中真菌群落结构和组成受土壤理化性质、稀土和重金属的共同调控,稀土和重金属的协同效应大于各自的单独作用,研究结果表明需要进一步加强土壤环境中稀土元素和重金属共污染的风险管控.     

土壤环境中活性X-3B红染料的吸附行为及影响因素

对土壤吸附活性X-3B红染料的速率进行了测定,表明可以划分为高速吸附、减速吸附、缓慢吸附和0(平衡)吸附4个阶段;但各土类在各不同的阶段,其吸附速率差异较大.通过对活性X-3B红染料的土壤吸附等温线的研究,发现其吸附行为与Langmuir方程相吻合;在此基础上的计算表明,该染料在土壤上的最大吸附量为:水稻土>红壤>棕壤>褐土.从环境因素的影响而论,模拟结果显示:当土壤有机质较低或气温下降,当土壤处于中性状态或水分过多和过少,均能通过减少其吸附量达到降低活性X-3B红染料在土壤环境中的积累.     

稀土矿区及其周边水稻田中稀土元素的生物迁移积累特征

中国南方地区稀土矿的开采对当地的生态环境和农业产生了极大的影响,因此,本文选取稀土矿区周边典型水稻土,研究了稀土元素在土壤-水稻中的生物迁移和积累特征.结果表明,土壤中稀土元素含量在193.82~965.28 mg·kg-1之间,平均值为332.55 mg·kg-1,是我国土壤稀土元素含量背景值的2~3倍.稀土元素在土壤-水稻中的迁移和积累表现出了相似的化学性质和规律,水稻不同器官中稀土含量元素的高低顺序为:根茎叶籽粒.水稻根表铁膜对稀土元素的积累作用不明显,稀土元素在土壤-水稻系统中的迁移与积累受水稻品种、土壤理化性质因素的影响.     

稀土矿区污染农田土壤治理后稀土元素的赋存形态分析

针对赣南稀土矿区受污染农田土壤,研究添加改良剂沸石治理后土壤中稀土元素的含量及形态分布特征。分别采用酸法消解和Tessier连续提取法对土壤样品(土样)中稀土元素总量及赋存形态进行提取分析,并利用电感耦和等离子质谱仪(ICP-MS)测定其中15种稀土元素含量及其形态含量。结果表明,土样中各稀土元素总量高达1 296 mg/kg,远远高于全国土壤平均总量176.8 mg/kg,稀土钇(Y)含量高达386.01 mg/kg远高于其余14种稀土元素含量,土样中轻稀土元素含量与重稀土元素含量比值为0.66远小于全国土壤中轻稀土含量与重稀土含量比值(3.78),表明该稀土矿属重稀土富钇矿型,且加入沸石不能影响土样中稀土元素的总量变化;矿区农田土壤加入沸石治理前,碳酸盐结合态、有机物结合态、铁-锰氧化物结合态、可交换态和残渣态稀土元素含量分别占总量百分比分别为51.03%、29.6%、10.39%、7.52%和1.46%,加入沸石治理后,以上5种形态的稀土元素含量占总量百分比分别为8.19%、71.54%、9.35%、4.34%和6.58%,表明沸石对矿区农田土壤中稀土元素的形态分布有很大影响,并显著钝化稀土元素在土壤中的生物活性及可迁移性。     

基于生物有效性的农田土壤磷素组分特征及其影响因素分析

适宜的磷素分级方法是研究磷素组分特征与评价其有效性的关键.以磷素的化学与生物活化特点,采用改进的生物有效性的磷素分级方法,应用其研究不同土地利用方式下旱地土与水田土中磷素组分与有效磷（Olsen-P）的关系,并分析环境因子对磷组分的影响.磷素分级方法将磷素分为4个组分：①自由扩散或根际截留的磷（CaCl₂-P）;②有机酸活化和无机弱结合磷（Citrate-P）;③系列酶矿化的有机磷（Enzyme-P）;④潜在活化的无机磷库（HCl-P）.结果表明,旱地土及水田土4种磷素组分含量均表现为：HCl-P > Citrate-P>Enzyme-P > CaCl₂-P,且旱地土各磷组分均显著高于水田土.Olsen-P与各磷素组分均呈显著正相关,表明各磷素组分对有效磷都有贡献.具体表现为：在旱地土中,Olsen-P与CaCl₂-P和Enzyme-P相关性较高（R²=0.359;R²=0.386）;在水田土中,Olsen-P与Citrate-P相关性较高（R²=0.788）,说明旱地土中有效磷主要来自土壤自由扩散的无机磷和易矿化的有机磷部分,而水田土中有效磷主要来自弱酸活化的无机磷.冗余分析结果表明,磷素组分主要受土壤pH和黏粒含量的影响,指示在农业生产活动中,可通过调节土壤pH值,提高土壤有效磷含量.     

垄作覆膜条件下田间氨挥发及影响因素

通过大田试验,采用密闭法研究了垄沟覆膜栽培条件下冬小麦生育期内土壤氨挥发动态过程及相关土壤理化性质.结果表明,生育期内垄沟覆膜处理氨挥发累积量（以N计）为（1.66±0.3）～（3.28±0.51）kg.hm-2,常规栽培为（4.68±0.35）kg.hm-2,垄作栽培比常规栽培减少了29.8%～63.8%,氮肥损失率从常规栽培的1.9%下降到了0.3%～0.8%.小麦生育期内土壤氨挥发速率先升后降,冬前高、冬后低.常规栽培土壤氨挥发主要发生在越冬前,其挥发量占总挥发量的82%;而垄作栽培的越冬前挥发量只占挥发总量的49%～61%.越冬前常规栽培土壤氨挥发速率受土壤铵态氮浓度和土壤含水量的共同影响;而垄作条件下土壤氨挥发主要受土壤铵态氮浓度影响,地表温度和土壤含水量通过土壤铵态氮间接影响氨挥发.返青后2种栽培模式下的氨挥发主要受土壤铵态氮浓度的影响.常规栽培和垄沟覆膜高施氮量条件下土壤氨挥发累积量动态过程符合对数函数;而不施肥和垄沟覆膜低施氮量条件下的动态过程可以用线性函数表示.垄沟覆膜栽培在一定程度上改变了土壤氨挥发机制和过程,显著降低土壤氨挥发和氮肥损失.