水分管理和外源硒对水稻吸收累积铅的影响

通过盆栽试验,研究了不同水分管理和外源亚硒酸盐的添加对水稻根际铅的动态变化和水稻吸收累积铅的影响.结果表明,淹水显著增加了根表铁膜对铅的吸附和根系对铅的吸收,淹水下苗期和成熟期水稻根系铅含量分别是非淹水处理时的4.2~8.5和1.4~1.5倍;淹水降低了地上部的铅分配,在苗期和成熟期分别降低85.9%~86.7%和51.8%~74.0%.加硒降低了土壤溶液、苗期水稻根系和地上部的铅含量以及成熟期水稻根表铁膜、根系和茎中的铅含量.与对照相比,淹水和非淹水下加硒处理使苗期水稻根系铅含量分别降低了5.4%~24.3%和2.7%~61.7%,使成熟期水稻根系铅含量分别降低了56.1%~64.1%和53.8%~63.2%.水稻籽粒中的铅含量在不同处理间无显著差异.因此,水分管理和外源硒的添加显著影响了水稻根系对铅的吸收,而对水稻籽粒对铅的累积无显著影响.     

汞在酸性紫色水稻土的转化与水稻汞富集特征

采用盆栽模拟试验,对汞(Hg)及甲基汞(MeHg)在酸性紫色水稻土中不同水稻生长期的动态变化进行了研究,并分析对比了总汞(THg)和MeHg在水稻体中的富集特征.结果表明:在水稻生长期间,土壤总汞含量变化较小,MeHg含量随时间增加而增加,土壤MeHg/THg值的变化趋势和土壤中MeHg含量变化一致.完熟期THg在水稻中植株的分布状况为:根籽粒茎叶穗壳,MeHg的分布为:籽粒根茎叶穗壳.水稻植株中MeHg/THg均值为24.03%,大于土壤均值3.05%,说明水稻植株中具有较强的MeHg累积能力.在水稻生长周期内,水稻体内MeHg富集系数均值为8.16,远大于THg富集系数的均值2.31,且籽粒中的MeHg富集系数大于根、茎、叶,说明水稻对MeHg的富集能力强于THg,且籽粒更易于富集MeHg.水稻体内的MeHg的转移系数大于THg,且籽粒中MeHg的转移系数大于1,进一步说明MeHg比THg更易在水稻体内转移.     

小麦植株对重金属铅富集特征的研究

采用盆栽法,以小麦为受试作物,通过对其不同生长时期各器官重金属含量的测定,研究小麦植株对重金属铅(Pb)的富集特征.结果表明,总体上看,在Pb胁迫下,Pb主要富集在小麦根部,向地上部分迁移较少;Pb在小麦幼苗期的分布规律为根>叶片;拔节期为根>叶片>茎;抽穗期为根>茎(叶片)>颖壳;成熟期为根>茎>叶片>颖壳(籽实);小麦根部Pb含量分布规律为抽穗期>成熟期>拔节期>幼苗期(除质量分数为400mg/kg时);茎中为抽穗期>成熟期>拔节期;叶片中为在拔节期和抽穗期较大,幼苗期和成熟期相对较小,拔节期达最大值;颖壳中为成熟期>抽穗期.     

镉超积累植物龙葵叶片中镉的积累与有机酸含量的关系

采用盆栽试验方法,研究镉超积累植物龙葵(Solanum nigrum L.)不同生育期叶片中有机酸的含量与组成,及其与镉生物积累的关系.结果表明,当土壤中镉浓度为25μg.g-1时,苗期和成熟期龙葵叶片镉积累量均达到100μg.g-1以上,且地上部镉含量大于根部镉含量.苗期与成熟期有机酸的含量变化差异显著,苗期龙葵叶片4种有机酸的含量大小为乙酸>酒石酸>苹果酸>柠檬酸;成熟期有机酸含量顺序为苹果酸>酒石酸、乙酸>柠檬酸.苗期龙葵叶片中酒石酸含量与镉含量呈极显著相关,成熟期则发现乙酸和柠檬酸含量与叶片中镉含量呈显著相关,说明龙葵叶片中酒石酸、柠檬酸和乙酸分别可以指示不同生育期龙葵叶片中镉的积累.     

外源Ni对小麦孕穗期生长发育和成熟期产量的影响及其Ni毒害临界值

为探明小麦孕穗期毒害效应与成熟期籽实产量间的关系,实现中期毒害效应诊断与评价,以春小麦"冀张春3号"为材料,采用盆栽试验方法,研究了外源Ni对小麦孕穗期植株生长和成熟期籽实产量的影响,并对不同生育期的生理指标进行了相关分析.结果表明,外源Ni会增加小麦孕穗期株高和叶片干质量,减少茎秆和穗干质量,降低成熟期籽实产量,投加Ni量≥100 mg·kg~(-1)时出现明显抑制作用,茎秆、穗干质量和籽实产量均明显下降(p0.05);小麦孕穗期各器官中Ni含量和富集系数由大到小的顺序为:根系穗茎秆叶片,外源Ni会明显增加小麦孕穗期各器官和籽实中Ni含量,其中,小麦穗和籽实中Ni含量和富集系数随Ni投加量的增加均呈二次吸收富集高峰.相关分析结果表明,土壤中各形态Ni含量与小麦孕穗期各器官和籽实中Ni含量均呈显著正相关(p0.05,p0.01),根系和穗中Ni及土壤不同形态Ni含量与茎秆、穗干质量和籽实产量呈显著负相关(p0.05,p0.01),茎秆和穗干质量与籽实产量均呈显著正相关(p0.05).研究提出,利用小麦孕穗期毒害效应突变点指标表征小麦外源Ni毒害临界值是可行的,其毒害临界值指标为:土壤全Ni含量为139.08 mg·kg~(-1),土壤有效态Ni(DTPA提取)含量为21.59 mg·kg~(-1),小麦穗Ni含量为19.17 mg·kg~(-1),小麦根系Ni含量为318.49 mg·kg~(-1).     

速生树种竹柳对复合污染土壤中镉和锌的吸收、积累与生理响应特性

为探讨竹柳在重金属复合污染(镉、锌)土壤中生长的生理变化及重金属在植株内的转移情况,以竹柳(Salix sp.)三号及竹柳五号为试验材料,以重金属复合污染的水稻土为供试土壤,通过盆栽试验研究了重金属对竹柳生理指标、重金属吸收与积累量、富集系数(BCF)和转运系数(TF)的影响.结果表明:竹柳各器官重金属含量和转移情况不同,其中,叶片中Cd、Zn含量最高,分别达61.4和1940 mg·kg~(-1);竹柳三号对Zn的转运能力大于竹柳五号,而竹柳五号的净光合速率更高;生长100 d后,重金属在竹柳叶片中的积累量和转移系数均高于其他部位,竹柳吸收的重金属主要分布在叶片中,可通过集中处理叶片达到去除土壤中重金属污染的目的.     

污泥生物脱毒后土地利用对农作物及土壤环境的影响研究:田间试验

以水稻为实验材料,通过田间小区实验研究了制革污泥在生物脱毒前后以及脱毒污泥和化肥混施对旱作水稻生长和土壤环境的影响.结果表明,原始制革污泥对水稻的生长有明显的抑制作用,产量与对照比较下降了27%;而经脱毒后的污泥对水稻的生长与对照比较有明显的促进作用,分蘖明显,水稻苗期叶绿素含量、生物量(鲜重)和产量分别增加了17.3%、17.96%、16.95%;污泥和化肥混合施用的水稻的产量增加了20%.同时,脱毒后污泥的施用提高了土壤中有机质的含量,增加到29.79%,全N的含量提高了20.00%.但是,施用生物脱毒污泥一个季度后土壤pH有所下降;土壤中的重金属铬有所增加,但仍未超过土壤环境质量一级标准.重金属铬主要富集在水稻根部,籽粒中铬的含量没有超过食品安全的标准.长期施用脱毒污泥要考虑环境安全性问题,即使对于生物沥浸处理后的污泥也最好不施用到进入食物链的农地上,可用在园林绿化等用途上.     

兽用抗生素胁迫对空心菜的影响研究

考察了土霉素(OTC)、磺胺二甲基嘧啶(SM2)和环丙沙星(CIP)3种兽用抗生素对空心菜(pomoeaaquatica Forsk根系活力、叶片叶绿素含量和抗氧化酶活性等生理特性的影响,并分析了抗生素在空心菜体内的累积情况.试验结果表明,较低浓度抗生素(＜1.0 μg·L-1)对空心菜的生长具有刺激效应;较高浓度抗生素(＞50 μg·L-1)对空心菜的生长则具有抑制作用.当抗生素浓度大于1.0 μg·L-1时,空心菜的根系活力受到抑制;当抗生素浓度大于50 μg·L-1时,空心菜的叶片叶绿素含量及抗氧化酶活性均受到抑制;当抗生素浓度大于500 μg· L-1时,空心菜体内的蛋白质含量减少.另外,OTC、SM2和CIP 3种抗生素在空心菜内的累积量不同,其累积量依次为CIP＞ SM2＞ OTC.抗生素在空心菜内的分布也存在较大差异,根部3种抗生素的含量均明显高于茎和叶片.     

兽用抗生素磺胺二甲嘧啶对稻田NH3挥发的影响

为了研究兽用抗生素对稻田NH_3挥发的影响,本文采用稻田原位观测试验,分别对比分析了磺胺二甲嘧啶土壤高残留(常规施肥模式,基肥复合肥,追肥尿素)及随有机肥源(基肥猪粪,追肥尿素)进入土壤,对稻田NH_3挥发的影响.试验共设5个处理:对照无肥料无兽用抗生素处理(CK);基肥为复合肥,无兽用抗生素(CF)及添加磺胺二甲嘧啶处理(CF+SD);基肥为猪粪,无兽用抗生素(CM)及添加磺胺二甲嘧啶处理(CM+SD).结果表明,无论基肥是复合肥还是猪粪,磺胺二甲嘧啶均未改变稻田NH_3挥发的季节性排放规律,但均极显著促进了水稻追肥期的NH_3挥发(P0.01).整个观测期NH_3挥发损失率CF+SD处理和CM+SD处理分别是CF和CM处理的1.65和2.78倍,说明磺胺二甲嘧啶对猪粪为基肥的稻田NH_3挥发促进效应更为明显.磺胺二甲嘧啶显著促进了土壤脲酶活性(P0.05),而NH_3挥发速率同脲酶活性及土壤氨氮呈显著正相关(P0.05),表明磺胺二甲嘧啶改变了土壤脲酶活性及无机氮含量,进而改变了土壤NH_3挥发.如何控制兽用抗生素的滥用以及随粪源大量进入农田导致的环境生态风险是我国目前亟需解决的问题.     

纳米TiO2在拟南芥中的富集、转运及对其生长和生理的影响

为了探讨纳米材料对植物的生理效应,以拟南芥(Arabidopsis thaliana)作为受试生物,研究了纳米TiO_2在拟南芥中的富集、转运及对其生长和生理的影响.本研究将拟南芥分别暴露于浓度为0、0.05、0.1、0.5、1.0、1.5 mg·L-1的纳米TiO_2中,通过ICP-MS测定纳米TiO_2在根和叶中的生物积累量,并采用TEM技术观察纳米TiO_2转运至叶片后对叶绿体结构的影响.在处理0、7和14 d后,测定拟南芥生物量、根系活力、叶片相对电导率和超氧化物歧化酶(SOD)、丙二醛(MDA)、谷胱甘肽(GSH)、活性氧自由基(ROS)等生长生理指标的变化.结果显示:拟南芥能吸收纳米TiO_2并向地上部转运,但转运系数较低;TEM切片观察到纳米TiO_2能进入拟南芥体内并造成叶绿体内囊体中质体小球数目增多、体积变大.与对照组相比,幼苗地上部生物量、叶片相对电导率、叶肉原生质体活力呈下降的趋势,地下部生物量及根系活力呈上升趋势;纳米TiO_2还可引起叶片及根部活性氧(ROS)含量的变化,进而导致MDA、SOD、GSH等抗氧化体系酶活性的应激变化,同时与根部相比,叶片引起的毒性效应更强.说明纳米TiO_2在拟南芥中富集并转运至地上部后,对拟南芥叶片的生长具有显著的抑制作用,诱导其产生氧化应激.同时,一定浓度的纳米TiO_2胁迫下,拟南芥根部与叶片对纳米TiO_2的响应不同,敏感度存在差异,叶生长受到抑制的同时却对根有促进作用.     

施硅对高浓度Cd污染土壤中水稻植株Cd积累与分配的调控

为了评估施硅处理对Cd在水稻(Oryza sativa. L)体内迁移的影响,通过外源添加Cd(CdCl₂)制成w(Cd)为50、100 mg/kg的污染土壤,采用盆栽试验研究不同施硅量〔w(Si)分别为0、28、56 mg/kg〕对Cd污染土壤中水稻(以华航丝苗和黄华占为例)植株中Cd积累与分配的影响. 结果表明:施硅处理可明显影响水稻根部w(Cd),表现为增加华航丝苗根部w(Cd)、降低黄花占根部w(Cd),但两个品种根部Cd累积量均呈增加趋势. 施硅处理后华航丝苗和黄华占的叶、谷壳、糊粉层及精米中w(Cd)、Cd累积量均呈降低趋势,并且在施硅量为56 mg/kg时显著降低;施硅处理显著降低了华航丝苗和黄华占茎中w(Cd)以及华航丝苗茎中Cd累积量,同时增加了黄花占茎中Cd累积量. 施硅可显著降低精米中w(Cd),在w(Cd)为50和100 mg/kg的Cd污染水平下,华航丝苗和黄华占精米中w(Cd)较未施硅处理下的最大降幅分别达到32.49%、53.77%和24.73%、20.67%. 施硅对水稻植株各器官的Cd富集系数、转移系数和分配系数都有一定影响,施硅处理下水稻植株地上部各器官的Cd富集系数和转移系数均呈降低趋势,根部Cd分配比例显著增加. 研究显示,施硅对高浓度Cd污染土壤中水稻植株Cd积累与分配有一定调节作用,并因土壤中w(Cd)、施硅量、水稻品种及稻株器官的不同而存在差异.      

Accumulation, transportation, and distribution of tetracycline and cadmium in rice

Co-exposure to heavy metal and antibiotic pollution might result in complexation and synergistic interactions, affecting rice growth and further exacerbating pollutant enrichment. Therefore, our study sought to clarify the influence of different Tetracycline (TC) and Cadmium(Cd) concentration ratios (both alone and combined) on rice growth, pollutant accumulation, and transportation during the tillering stage in hydroponic system. Surprisingly, our findings indicated that the interaction between TC and Cd could alleviate the toxic effects of TC/Cd on aerial rice structures and decrease pollutant burdens during root elongation. In contrast, TC and Cd synergistically promoted the accumulation of TC/Cd in rice roots. However, their interaction increased the accumulation of TC in roots while decreasing the accumulation of Cd when the toxicant doses increased. The strong affinity of rice to Cd promoted its upward transport from the roots, whereas the toxic effects of TC reduced TC transport. Therefore, the combined toxicity of the two pollutants inhibited their upward transport. Additionally, a low concentration of TC promoted the accumulation of Cd in rice mainly in the root tip. Furthermore, a certain dose of TC promoted the upward migration of Cd from the root tip. Laser ablation-inductively coupled plasma mass spectrometry demonstrated that Cd mainly accumulated in the epidermis and stele of the root, whereas Fe mainly accumulated in the epidermis, which inhibited the absorption and accumulation of Cd by the rice roots through the generation of a Fe plaque. Our findings thus provide insights into the effects of TC and Cd co-exposure on rice growth.     

巯基化凹凸棒石对水稻土中镉钝化效应的动态变化特征

为了探究巯基化凹凸棒石作为钝化剂在土壤-水稻体系中对镉的钝化效应的动态特征规律,选取湖南和四川典型镉污染水稻土,分别以两个品种水稻为模式作物开展盆栽试验,在水稻生育期代表性阶段开展土壤-植物协同采样,并结合土壤培养实验,重点关注土壤理化性质和水稻各组织镉含量变化.研究发现,巯基化凹凸棒石以剂量1 mg·kg^-1和2 mg·kg^-1施用后,水稻分蘖期根茎叶镉含量明显降低40%以上,土壤有效态镉含量减少35.80%~55.08%.该快速显著的钝化效应,在水稻扬花期和成熟期维持稳定,收获时糙米镉含量最大降幅分别为76.65%和64.67%.巯基化凹凸棒石对土壤有效态镉的钝化过程符合二级动力学方程,钝化速率较快,高剂量组3 d可达到反应平衡.巯基化凹凸棒石对土壤pH无明显影响,可略微提高土壤氧化还原电位,增加土壤总硫和有效态硫含量,同时提升分蘖期水稻根系与根系表面铁和硫元素含量,降低分蘖期水稻根系对镉的生物富集系数和从根向茎的转运系数.综合土壤有效态镉含量和水稻吸收累积镉含量这两个核心因素,巯基化凹凸棒石在水稻-土壤体系中对镉具有快速且稳定的钝化效应.     

不同耕作措施对旱作夏玉米田土壤呼吸及根呼吸的影响

为了探明不同耕作措施对旱作夏玉米田土壤呼吸及根呼吸的影响,采用定位试验,对比研究了深松耕(ST)、免耕(NT)、旋耕(RT)和翻耕(CT)这4种耕作方式下土壤呼吸速率的动态变化特征;并利用根去除法研究了根呼吸对土壤呼吸的贡献.结果表明,夏玉米生长季,4种耕作方式下土壤呼吸速率随生育期均呈单峰型变化趋势,在抽雄期达到最大,各生育期土壤呼吸速率大小顺序依次表现为:抽雄期开花期灌浆期成熟期拔节期苗期.不同耕作措施对平均土壤呼吸速率的影响表现为CTSTRTNT;土壤呼吸速率与土壤温度的相关系数达到显著性水平(P0.05),不同耕作措施下5 cm地温可以解释土壤呼吸速率变异的35%~75%.而土壤呼吸速率与土壤水分的相关系数却未达到显著性水平.夏玉米生长季中,不同耕作措施下根呼吸作用占土壤呼吸作用的比例在45.13%~56.86%之间波动,均值为51.72%.因此,利用根去除法可以用来了解作物生长对土壤碳排放的贡献及比较不同耕作措施对根系呼吸贡献的影响,从而为筛选出减缓农田土壤有机碳分解的耕作措施提供依据.     

四环素与镉复合污染对水稻根系的影响

为阐明抗生素与重金属复合污染对水稻根系的影响机制,考察了四环素（TC）与镉（Cd）单一和复合污染条件下,水培分蘖期水稻根系生长、污染物积累和根系分泌物的变化特征.结果表明：TC与Cd单一处理时,根部生物量和叶绿素含量下降,表现出毒害作用,低剂量的TC与Cd共同作用能够缓解其毒性效应;TC与Cd单一/复合污染均使根的伸长和植株蒸腾量表现出低促高抑现象.水稻根系对TC和Cd的吸收积累呈现出显著的剂量效应,且两者共存会改变污染物的生物可利用性及在根系的亲和力,从而协同促进TC和Cd在水稻根系的吸收积累,但更多的TC会与Cd络合导致根系Cd吸收减少.TC与Cd单一污染可显著抑制根系分泌物的分泌,复合污染条件下,对根系分泌物的影响随浓度升高存在差异：低浓度时能在一定程度上缓解TC/Cd对光合作用的抑制作用,且伴随蒸腾作用的增加,水稻根系分泌物增多;而高浓度时根系细胞完整性可能受损,进而抑制根系分泌物的分泌.进一步分析发现,高浓度时,根系分泌物中氨基酸及衍生物类、有机酸类和糖醇类物质的分泌显著增加,可能是因为TC与Cd的络合作用使Cd的生物可利用性降低,缓解了高Cd胁迫对水稻的毒性,促进分泌有机酸类、氨基酸及衍生物类和糖醇类物质,增强自我防护作用.本研究结果可为保障水稻安全生产,建立有效控制抗生素-重金属类复合污染的根际调控措施提供参考数据.     

水稻幼苗对纳米氧化铜的吸收及根系形态生理特征响应

以纳米氧化铜nano-CuO(10, 100mg/L)为研究对象,以微米氧化铜micron-CuO(10, 100mg/L)及铜离子Cu2+(1.4, 2.3mg/L)为对照,通过水培实验,探讨水稻对nano-CuO的吸收积累及其根系形态和生理特征响应.结果表明,各浓度(10, 100mg/L)nano-CuO处理条件下,水稻根部及地上部铜含量(根351~1444mg/kg dw;地上部9~45mg/kg dw)总体高于micron-CuO处理(根248~817mg/kg dw;地上部1.57~1.60mg/kg dw)及Cu2+处理(根147~220mg/kg dw;地上部14~26mg/kg dw),且在水稻幼苗根及茎透射电镜图片中均观察到nano-CuO的存在,指示水稻可通过纳米颗粒的形式吸收、转运nano-CuO. Nano-CuO在水稻根细胞中主要存在于核内体中,指示内吞作用是其进入根细胞的主要方式. Nano-CuO对水稻幼苗根系有较强的毒性作用,对各根系形态指标的抑制率为28%~74%,其中总根长、根体积和比表面积为最敏感;nano-CuO的吸收累积及纳米效应是其水稻根系毒性的主要原因.低浓度nano-CuO (10mg/L)胁迫时,水稻幼苗根系活力显著提高,总吸收面积和活跃吸收面积无显著差异;高浓度nano-CuO (100mg/L)胁迫时,水稻幼苗根系活力和总吸收面积显著降低.     

水分管理对硫铁镉在水稻根区变化规律及其在水稻中积累的影响

选取了酸性矿山废水污灌区重金属污染水稻土,通过盆栽试验研究了不同水分管理条件(60%最大田间持水量,80%最大田间持水量,最大田间持水量,前期淹水+抽穗扬花期烤田,全生育期淹水)下水稻根际土壤及其不同器官(稻根、茎叶和籽粒)中硫、Fe和Cd的含量变化.结果表明,随着土壤水分含量的增加,在分蘖期根际土壤中Cd的含量略有升高,在成熟期对水稻根际土壤中Fe和Cd含量的影响不大;水稻不同器官对铁的吸收逐渐增加,对Cd的吸收则逐渐减少,两者呈明显的负相关关系;但抽穗扬花期烤田对水稻各器官对Fe的吸收影响不大,却明显增加了各器官中Cd的含量.除旱作处理外,不同水分管理方式下,土壤中全硫和有效硫含量随着土壤水分含量增加逐渐减少,抽穗扬花期烤田能明显增加根际土壤中总硫和有效硫含量,水稻对Cd的吸收与根际硫含量增加存在协同关系.上述结果证实,水稻对Cd的吸收不仅与Fe吸收有关,土壤中硫的充分供给能显著增加Cd在水稻中的积累.