镉胁迫对大豆生长及籽粒中营养元素含量的影响

为了探明Cd胁迫下大豆生长发育及籽粒中Cd的积累和污染状况,采用土壤盆栽实验方法,研究了在两种土壤(红壤和河潮土)中添加不同质量比的Cd对大豆籽粒中N、P、K和Zn含量的影响,并对籽粒中Cd的累积量进行了分析.结果表明,两种土壤中添加低质量比Cd(0.25 mg/kg)均可促进大豆的生长,高质量比Cd则表现为抑制作用.不同质量比Cd的处理均降低大豆籽粒中N的质量分数.其下降幅度随Cd质量比的升高而增加;低质量比(0.25～0.50 mg/kg)Cd胁迫下,大豆籽粒中Cd-P表现为协同作用,高质量比Cd时则表现为拮抗作用;Cd-K在低质量比Cd胁迫下表现为拮抗作用;Cd-Zn在籽粒中表现为协同作用,叶片中则表现为拮抗作用.将土壤与大豆籽粒中Cd的质量比进行回归分析,表明在红壤中种植大豆,籽粒未受Cd污染(<0.20 mg/kg)的土壤的Cd临界质量比为0.157 mg/kg,河潮土则为0.769 mg/kg.     

人为干预条件下油菜对镉、铬污染土壤的生物效应

采用盆栽模拟试验,研究了在强化剂乙二胺四乙酸钠(EDTA)、柠檬酸(CA)和钝化剂石灰存在的条件下,土壤存在单一Cd、Cr及复合Cd、Cr污染时,甘蓝型油菜“甘杂1号”(Brassica napus L.)对Cd、Cr的吸收富集效应.结果表明:1)1.6 mg/kg的Cd和170 mg/kg的Cr单一及复合污染能够促进油菜的生长;2)当Cd为1.6 mg/kg、Cr为170 mg/kg时,10 mmol/kg的EDTA和CA能够有效促进油菜对Cd、Cr的吸收富集,相比对照,无论是单一还是复合污染,其Cd、Cr累积量都有显著增加,但10 mmol/kg的EDTA和CA均抑制了油菜的生长,植株的叶面出现了不同程度的失绿、发黄、脱水、脱落等症状;3)当向污染土壤中添加1.5 g/kg钝化剂石灰时,油菜各部分Cd、Cr的质量比相比对照显著下降,但对油菜的正常生长没有显著影响;4)各部分Cd、Cr质量比随添加强化剂、钝化剂的不同,有明显的变化.研究表明,“甘杂1号”油菜对低浓度Cd、Cr单一及复合污染表现出一定的耐性和吸收能力.     

3种烤烟中Cd分配累积规律及土壤Cd安全临界值的研究

为保证烤烟生产的安全,降低重金属对人体的毒害,对植烟土壤重金属安全临界值进行推算.通过土壤盆栽试验,研究了3个烤烟品种翠碧1号、K326和云烟87对Cd的累积和分配规律,土壤中Cd2+添加量分别为0、0.5 mg/kg、1 mg/kg、2 mg/kg、4 mg/kg、8 mg/kg,并采用回归分析方法计算了植烟土壤Cd的安全临界值.结果表明,烤烟Cd质量比受外源Cd添加量影响较大,下部叶Cd质量比总是高于其他部位.随Cd添加量增大,各部位Cd质量比上升且差别逐渐增大.Cd在土壤-根的转移系数较低,地上部各部位对土壤Cd转移系数的平均值表明,翠碧1号对Cd富集能力略强,而K326较弱.外源Cd的添加导致土壤-下部叶Cd的转移系数达最高,Cd在根-下部叶的转移系数明显高于其他部位间的转移系数,并使Cd在烤烟植株各部位间的转移系数呈先增后降的趋势.烤烟地上部的Cd累积量均高于根部,其中中、下部叶Cd累积量最多,而上部叶较少.经推算得出,烤烟叶片Cd的最高允许质量比为5.79 mg/kg,由烤烟中部叶Cd质量比与土壤有效Cd质量比的回归模型得到,3种烤烟的植烟土壤的安全临界值分别为0.17 mg/kg(翠碧1号)、0.19 mg/kg(K326)和0.15 mg/kg(云烟87),云烟87的土壤安全临界值可以作为制定福建烟区土壤Cd的安全临界值依据.     

贵州百花水库消落带常见植物中汞与砷的富集特征

消落带易受重金属污染,调查分析消落带常见植物对重金属的富集特征,可为消落带重金属污染治理提供依据。于2013年9月对百花水库麦西河河口消落带不同梯度常见植物及土壤进行采样调查,检测植物和土壤中的汞、砷质量比,分析了不同植物对土壤中汞、砷的富集特征。结果表明,除低梯度植物土壤砷质量比超过国家土壤环境质量二级标准外,高、中梯度植物土壤重金属质量比均在国家土壤环境质量二级标准范围内。消落带植物汞、砷质量比差异较大,根、茎、叶中汞质量比分别为0.17~5.90 mg/kg、0.23~1.39 mg/kg和0.13~2.04 mg/kg,砷质量比分别为0.52~22.24 mg/kg、0.03~6.26mg/kg、0.05~5.35 mg/kg。汞质量比从高到低为根、茎、叶和为根、叶、茎的各有8种植物,为叶、根、茎的有6种植物;砷质量比从高到低为根、叶、茎的有12种植物,为根、茎、叶的有11种植物。消落带植物对汞的富集能力强于砷,植物对汞和砷的富集系数分别为0.528~10.561和0.002~0.444,转运系数分别为0.045~2.260和0.003~1.989。消落带高、中梯度植物对汞的富集特征主要为富集型,低梯度植物为根部囤积型;高梯度植物对砷的富集特征主要为根部囤积型,中、低梯度植物为规避型。高梯度植物苎麻(Boehmeria)、中梯度黄花蒿(Artemisia annua)和藜蒿(Artemisia selengensis)地上部对汞富集能力较强,低梯度植物牛鞭草(Hemarthria altissima)根部对汞和砷的积累量较大,苎麻、黄花蒿和藜蒿可作为消落带理想的去除汞污染植物。     

直流电场对印度芥菜体内镉亚细胞分布和化学形态的影响

为了研究电场作用对植物吸收重金属的直接影响,同时避免土壤和溶液性质变化对植物吸收重金属的影响,设计了一种新型电场-植物效应试验装置,并应用此装置通过水培试验研究了不同强度的直流电场对印度芥菜体内镉质量比和镉亚细胞分布、化学形态的影响。结果表明:应用该装置可实现电场作用下水培体系中pH值、电导率EC和Cd浓度的恒定和均匀分布;不同强度的电场处理对印度芥菜叶中Cd质量比影响不大,但显著增加了印度芥菜根对Cd的吸收,其中以20 mA处理中根Cd质量比最高(52.1 mg/kg),是对照处理的2倍,且显著提高了根细胞壁对Cd的积累(从对照的47.1%增加到63.3%),降低了细胞质和细胞器组分对Cd的积累(从对照处理的31.3%降低到20.3%)。中等强度的电场(如10 mA和20 mA)能够促进根中Cd从易移动的FNaCl态向活性较低的F_(HAc)态和F_(HCl)态转移,同时电场处理还明显增加了印度芥菜体内F_(HCl)态和Fr态的分布率,增加了印度芥菜对Cd的固定和积累。     

海泡石对Cd胁迫下水稻幼苗生理生化特性的影响

为了研究海泡石钝化修复Cd污染土壤对水稻幼苗生理生化特性的响应,通过盆栽试验研究了海泡石对水稻生物量和水稻体内叶绿素a+b、叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、SOD、POD酶活性以及MDA含量的影响.结果表明,不同质量比Cd胁迫在不同程度上降低了水稻幼苗生物量和叶绿素a+b、叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素的质量比.其中,地上部和地下部生物量在Cd质量比为5 mg/kg时降低幅度最大,均降低了42.8％.随着土壤中Cd质量比增大,水稻幼苗叶片SOD、POD酶活性先应激性升高,然后降低,而根系SOD、POD酶活性则一直降低;水稻幼苗叶片和根系MDA含量均随着Cd质量比的升高而升高.投加海泡石均不同程度上提高了叶绿素a+b、叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素的质量比,促进了水稻幼苗的生长和发育,在Cd质量比为2～5mg/kg时,地上部生物量分别增加了24.3％～75.3％和20.4％～72.7％.水稻幼苗叶片和根系SOD与POD酶活性均在海泡石质量比为50 mg/kg时显著升高(p＜0.05);当Cd质量比为2 mg/kg和5 mg/kg时,投加5～50 mg/kg海泡石后水稻幼苗MDA含量分别降低了28.3％～71.0％和69.5％～84.4％,显示膜脂过氧化作用减弱.研究表明,利用海泡石原位钝化修复Cd污染农田土壤有效可行.     

北京市郊污灌区镉、铜在小麦中的富集特征

为探讨污灌农田重金属Cd、Cu在小麦中的迁移富集特征及对人类健康的安全性影响,选取北京城郊污灌区17块代表性小麦(Triticum aestivum)样地,运用BCR顺序提取法和高分辨电感耦合等离子体质谱仪(HR-ICP-MS)测定了土壤中Cd、Cu不同化学形态质量比和土壤及小麦根、茎、颖壳、籽粒中消解态全量.结果表明,污灌土壤中Cd、Cu质量比均值分别为0.25mg·kg-1和26.67 mg·kg-1,高于北京土壤元素背景值,已出现积累现象.小麦植株各组织中中Cd质量比从大到小为:根(210.09 μg·kg-1)、茎(100.19 μg·kg-1)、颖壳(60.71μg·kg-1)、籽粒(38.33 μg·kg-1).植株地上部分Cd质量比的加权平均值为52.62 μg·kg-1.Cu质量比从大到小为:根(9.47mg·kg-1)、籽粒(6.03mg·kg-1)、茎(3.53 mg·kg-1)、颖壳(2.94mg·kg-1).植株地上部分Cu质量比的加权平均值为5.30mg·kg-1.Cd、Cu富集系数(BCF)分别为0.38和0.27,转移系数(TI)分别为0.25和0.69.土壤中Cd酸提取态(生物有效态)比例和风险评价(RAC)值显著高于Cu.小麦Cd和Cu的有效性系数(BEC)均值分别为0.18和0.28,表明Cu向地上部分转移能力强于Cd,Cu容易被小麦籽粒吸收;小麦籽粒中Cd、Cu最大质量比分别为0.125mg·kg-1和15.48 mg·kg-1,高于食品中污染物限量标准值25%和50%,应对食品安全给予更多关注.从保证粮食安全性角度出发,建议选择种植有效性系数较低的作物品种(如玉米、豆类),以减少重金属向食物链的迁移.     

黑麦草对铀胁迫的生理响应及其积累特征研究

针对铀矿冶地域周边低放土壤的植物修复问题,采用盆栽试验,研究了黑麦草在不同质量比(0、1 mg/kg、5 mg/kg、20 mg/kg)铀胁迫下的生长响应、抗氧化体系酶活性的变化及对铀的积累特征。结果表明,低质量比(土壤铀质量比为1 mg/kg)铀胁迫下,黑麦草叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素质量比增加,但随土壤中铀质量比增加,植物光合色素质量比逐渐下降。当土壤铀质量比为1 mg/kg时,黑麦草茎叶和根部的可溶性蛋白质质量比均较对照组略有增加,随土壤铀质量比增加,当土壤铀质量比为5 mg/kg和20 mg/kg时,黑麦草茎叶和根部的可溶性蛋白质质量比均呈降低趋势,且均低于对照组。铀胁迫诱导植物体内丙二醛(MDA)质量比呈明显升高的趋势。当土壤铀质量比低于5 mg/kg时,铀胁迫茎叶和根部的抗氧化体系酶(过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT))活性提高,当土壤铀质量比为20 mg/kg时,黑麦草茎叶和根部的POD、SOD、CAT活性大幅降低。黑麦草对铀的富集量随铀质量比增加而增加,土壤铀质量比为20 mg/kg时,黑麦草对铀的生物富集量达到最大值,其中,地上部铀质量比为70.94 mg/kg,根部铀质量比为338.37 mg/kg。铀质量比在黑麦草体内分布为地上部小于根部。     

狼尾草对沼液中镉的响应及富集效果研究

针对狼尾草消纳含重金属Cd的沼液后作为饲料再次利用可能存在二次污染风险的问题,通过盆栽试验研究了用含Cd的沼液浇灌对狼尾草生长的影响及Cd在植株中的分布状况。结果表明,含低浓度Cd的沼液促进了"闽牧6号"狼尾草的生长,提高了狼尾草茎、叶的N、P、K含量;人为添加Cd到沼液中显著抑制了狼尾草的生长,植株中N、P、K的吸收也受到抑制,对P、K的抑制效应更显著。Cd主要分布在狼尾草的根部,其次为茎和叶,狼尾草植株Cd质量比和含量均随沼液施用量增加而增加。未添加Cd的沼液浇灌后,所有处理的生物富集系数均大于1,Z750处理植株Cd质量比显著高于其他处理,且大于国标中饲料对Cd的最高添加限量2 mg/kg。人为添加Cd到沼液中,狼尾草植株Cd质量比和含量显著提高,且均显著高于对照。研究表明,"闽牧6号"狼尾草植株有积累Cd的潜能,可用于低浓度Cd污染土壤的生物修复,但循环再利用存在二次污染的风险。     

万年青在镉铀胁迫下的富集特征和生理生化机制

为探究万年青修复镉铀污染土壤的效率及镉铀胁迫对其生理特性的影响,通过水培试验,研究了不同质量浓度镉(0、20 mg/L、40mg/L)、铀(0、0.1 mg/L、1 mg/L、5 mg/L、10 mg/L、20 mg/L)胁迫下万年青的生长、生理响应及耐性、吸收和积累特征。结果表明,在相同质量浓度镉胁迫下,随溶液中铀质量浓度升高,万年青丙二醛(MDA)含量呈明显上升趋势,光合色素质量比、可溶性蛋白质质量比、过氧化物酶(POD)和谷胱甘肽还原酶(GR)活性呈先升后降趋势,超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性呈缓慢升高趋势。随铀处理质量浓度升高,根部铀富集系数逐渐降低,转移系数也逐渐下降;万年青对铀元素的富集主要在根部,且从根部向地上部转移的能力随铀处理质量浓度升高而降低。随铀质量浓度增加万年青对铀的富集量逐渐上升,但均表现为根部富集量高于地上部分。当镉、铀质量浓度均为20 mg/L时,万年青对铀的富集量最大,根部富集量达到(898.48±2.53)mg/kg,地上部(茎叶部)富集量达到(277.27±2.52)mg/kg。