负载铁生物炭对土壤-水稻系统As溶出特性与生物有效性的影响与机理解析

负载铁生物炭(FeBC)已证实对溶液体系和雄黄矿高砷(As)尾渣中的无机As具有极为显著的吸附钝化效能,但其对土壤-水稻系统中As的溶出特性和生物有效性的影响尚为空白.为此,本研究系统探析了FeBC处理对水稻根际As溶出特性、根表铁膜As持留-释放模式转化和As向水稻体内各器官转运积累的影响与发生机制.结果表明,FeBC处理条件下的水稻根际pH普遍高于对照(CK),而氧化还原电位(Eh)则低于CK;FeBC处理所导致的根际Eh下降几乎同步使根际孔隙水As、Fe浓度自分蘖期后均随FeBC比例的增加而升高,且孔隙水As、Fe浓度具有显著正相关性(p0.01).成熟期内根表铁膜Fe、As含量均随FeBC比例的增加而升高,这一点可由微区X射线荧光(μ-XRF)所显示的2%FeBC处理中水稻根系表面Fe、As浓度均显著高于CK得到印证,而这一特点导致FeBC处理下的白根和糙米As含量显著升高(p0.05).以上结果表明,FeBC能有效提高水稻根表铁膜形成量及其对As的持留,但超过特定阈值的铁膜浓度(20~25 mg·g~(-1))对As的大量富集却可成为根系对As的吸收源,促进As向根系内的转运,并导致稻米As积累量升高.由此可见,含Fe钝化剂对水稻根际As生物有效性的影响具有可变性,其应用风险和产生机制值得引起高度关注.     

狼尾草根系对阿特拉津长期胁迫的氧化应激响应

通过盆栽实验研究了抗性植物狼尾草根部丙二醛(MDA)、脯氨酸(Pro)、抗坏血酸(As A)含量及超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽还原酶(GR)等氧化应激生理指标对不同浓度阿特拉津长期(48 d)胁迫的响应规律。结果表明:当阿特拉津胁迫浓度分别高于20 mg·kg~(-1)和50 mg·kg~(-1)时,狼尾草根系的MDA与Pro含量较对照组显著升高(P0.05);随着阿特拉津胁迫浓度的增加,狼尾草根部SOD和GR活性呈先升高后降低的趋势,其中当阿特拉津胁迫浓度为20 mg·kg~(-1)时,SOD和GR活性达到最大值;供试植物根系中As A含量与阿特拉津胁迫浓度呈正相关。综上,中低浓度(≤20 mg·kg~(-1))阿特拉津处理没有对狼尾草的根系产生明显的氧化胁迫效应,狼尾草根系的上述抗氧化应激生理指标对于发挥阿特拉津抗性起着重要的作用。     

纳米氧化铜(CuO NPs)对紫花苜蓿幼苗根系活性氧(ROS)、抗氧化酶活性和根系活力的影响

根系通常是植物直接受到外界环境物质(如重金属离子和纳米金属氧化物)毒害的主要器官。本研究以紫花苜蓿的幼苗为实验材料,探讨了CuO NPs胁迫对紫花苜蓿幼苗根系的活性氧(ROS)积累、抗氧化酶活性和根系活力的影响。研究结果表明:(1)不同浓度的CuO NPs对紫花苜蓿幼苗根系H_2O_2和O-2·含量具有显著影响。随CuO NPs浓度增大,紫花苜蓿幼苗根系中H_2O_2和O-2·整体上呈现先增大后减少的趋势,除了0.00125 mol·L~(-1)CuO NPs浓度下紫花苜蓿幼苗根系中H_2O_2含量比对照减少外,其他浓度下的H_2O_2和O-2·的含量都比对照有所增加,并且H_2O_2和O-2·的含量都是在0.0125 mol·L~(-1)CuO NPs浓度下达到最大值。(2)不同浓度的CuO NPs对紫花苜蓿幼苗根系抗氧化酶活性具有显著影响。随CuO NPs浓度增大,紫花苜蓿幼苗根系中SOD、POD、APX和CAT酶的活性都呈现先增大后减少的趋势,其中,SOD和POD、APX、CAT酶的活性分别是在0.00625、0.0125、0.0625 mol·L~(-1)CuO NPs处理下达到最大,表明这些抗氧化酶在清除根系中的活性氧方面表现出较强的协同性和补偿性。(3)不同浓度的CuO NPs对紫花苜蓿幼苗根系活力具有显著的影响。随着CuO NPs浓度的增加,紫花苜蓿幼苗根系活力逐步升高,这是一种生物适应性应激响应的体现。     

粤西某硫铁矿尾矿库下农田土壤重金属的形态分布及生物有效性

硫化物矿床的开采,使得大量有毒有害重金属释放进入环境,给周围土壤、水体、植物、大气等造成了严重的环境问题.粤西某硫铁矿地处广东省西部,矿石的淋滤实验[1]表明,其所含微量元素的化学活动性极强,各元素的浸出比例均高于50%.矿石中的Cd含量较低,而Pb则相对较高[2].本文采用元素-铅同位素方法[3],对该研究土壤中的Cr、Cu、Mn、Ni     

根系分泌物对五氯酚的增溶作用和影响机制

采用室内模拟培养方法研究了植物根系分泌物对五氯酚(PCP)溶解性的影响及其反应机制,结果表明,根系分泌物属于表面活性物质,提高了PCP溶解性,增加了PCP的表观溶解度,而且其对PCP增溶作用与根系分泌物浓度呈线性正相关,向日葵根系分泌物中大分子组分含量比紫花苜蓿的高,其对PCP的增溶效果比紫花苜蓿的大,根系分泌物降低了PCP的正辛醇/水溶液分配系数,且各体系中IgKow分配系数的大小顺序与增溶作用大小顺序正好相反,产生上述结果是因为根系分泌物中的大分子组分能够形成疏水微区,促进PCP的分配作用,提高PcP的溶解性,而且根系分泌物中大分子组分愈多,其对PCP增溶作用愈强.     

芘对玉米根系分泌氨基酸的影响

植物根系释放分泌物是根际修复土壤多环芳烃污染的重要机制之一,但对于多环芳烃污染下根系分泌物的研究很少.以玉米Zea mays L.为供试材料,通过土培培养试验方式研究了在多环芳烃芘处理下,玉米根系分泌氨基酸的变化.结果表明,种植玉米2 1 d后,低质量分数芘(75 mg·kg-1)处理和高质量分数芘(600 mg·kg-1)处理种植玉米土壤芘的去除率分别为36.0%和28.2%.氨基酸分泌总量随着芘胁迫的加强显著增多,低质量分数芘处理和高质量分数芘处理下氨基酸分泌总量分别是无芘胁迫处理下的1.25倍和5.12倍.不同芘质量分数处理下玉米根系分泌的氨基酸的种类和数量的变化情况不相同.     

载体表面生物膜内菌胶团特性研究

考察了毛竹、吊兰根系、塑料片、鹅卵石和玻璃珠等表面菌胶团特性。结果表明,水温13~17.5℃时,5种载体表面生物膜形成速度、菌胶团活性和菌胶团中优势菌群存在明显的差异,生物膜的形成速度顺序是:毛竹吊兰根系鹅卵石塑料片玻璃珠;生物膜内菌胶团活性顺序是:毛竹吊兰根系鹅卵石塑料片玻璃珠,而且不同载体表面优势菌群差别很大;同时,水温17.9~20.5℃时,吊兰茎、叶、根系表面指示生物特性也存在较大的区别。研究可以为复合污染治理和新型水质净化载体的开发提供一定的参考。     

桑树（Morusalba）与丛枝菌根的共生对重金属元素吸收的影响

桑树（Morus alba）可与丛枝菌根（AM）真菌形成互利共生体,丛枝菌根真菌能对桑树的重金属元素吸收产生积极的响应。然而,这种响应随环境条件的变化而有所不同。贵州荔波和黄平两地种植养蚕桑树,提高桑叶质量对养蚕业具有重要意义。荔波和黄平两地均处于喀斯特地区,土壤pH因石灰岩和砂岩交叉分布而有所差异。本文将揭示土壤因素是如何影响桑树与丛枝菌根真菌互利共生体的形成从而影响桑树对重金属元素的吸收。实验结果表明,荔波桑地平均土壤 pH （4.92±1.03）明显低于黄平（5.96±1.08）。土壤酸性直接影响 AM 真菌的分布,荔波的偏酸性土壤环境有利于真菌生长,且有利于桑树与丛枝菌根真菌共生关系的形成。此外,偏酸性土壤条件有利于增加重金属元素的生物可利用性,从而加强植物体对重金属元素的吸收,包括有毒元素 Cd。与黄平相比,生长在荔波的桑树叶片具有较高含量的重金属元素。荔波桑树叶片中的糖类含量明显低于黄平的,分别为（67±27）mg·g-1、（105±57）mg·g-1;而荔波桑树根系中的糖类含量明显高于黄平,分别为（125±43）mg·g-1、（91±43）mg·g-1。该结果说明,与黄平（具有较高的土壤pH）相比,荔波（具有较低的土壤pH）桑树叶片中的光合作用产物将更多地被输入到桑树的根系中。真菌是专性共生物,如果没有植物所供给的光合产物,真菌就不能生存。根系分泌物的另一个重要作用是溶解重金属,使它们具有较强的移动能力,以便被宿主植物所吸收。这就解释了为什么在较低土壤pH环境条件下生长的桑树的叶片含有较高含量的重金属元素。因此,菌根植物根系的分泌作用是一个非常重要的过程。尽管桑树具有耐干旱贫瘠的能力,且能够适应于喀斯特环境,但桑树喜好的是环境仍是偏酸性且养分充足的土壤。     

不同锰处理对镉胁迫下2种油菜重金属累积和根系形态的影响

采用水培试验,研究Cd胁迫(10μmol·L~(-1))条件下,不同浓度Mn(0,0.1,1,10,100μmol·L~(-1))处理对2种镉累积能力不同的油菜生物量、Cd和Mn含量以及根系形态参数的影响。结果表明,与正常营养处理Mn1相比,缺Mn和Mn过量处理显著降低2种油菜的地上部和镉低积累油菜"华骏"的根部生物量,而对普通油菜"寒绿"的根部生物量没有显著影响。与Mn1处理相比,缺Mn处理下2种油菜的Cd累积总量和"华骏"地上部Cd含量显著降低;Mn过量处理下2种油菜根部和地上部Cd含量均呈升高趋势,2种油菜的Cd累积总量无显著变化或显著降低。随Mn处理浓度升高,2种油菜地上部和根部Mn含量显著升高,缺Mn处理下2种油菜根部的Mn含量低于Mn缺乏的临界值。与Mn1处理相比,缺Mn处理下"华骏"的根长、表面积、体积、平均直径和根尖数显著降低;Mn过量处理下"寒绿"的根长以及"华骏"的根系表面积、体积显著降低;缺Mn处理下2种油菜细根表面积所占的比例增加,粗根表面积比例降低;Mn过量时,"寒绿"的粗根表面积比例增加,细根比例降低,而"华骏"则相反。总的来看,缺Mn处理影响油菜根系和地上部生长,减少地上部Cd含量和植株Cd累积总量;Mn过量处理下油菜生长也受到抑制,但是油菜地上部和根部Cd含量有所升高;2种油菜的根系形态学参数在不同Mn处理下变化规律不同,表现出不同的响应策略。     

镨对镉胁迫下水稻幼苗根系生长和根系形态的影响

为了解稀土镨对镉胁迫下水稻(Oryza sativa L.)根系毒害的缓解效应,以水稻幼苗为实验材料,采用溶液培养方法,研究了50μmol·L-1镉胁迫下不同浓度镨对水稻幼苗根系鲜质量、形态和根系活力的影响。结果表明,50μmol·L-1镉胁迫下,水稻根系生长受到明显的抑制,根系鲜质量、根长、根表面积、根体积和根系活力明显降低,且随镉处理时间的延长,抑制程度加重。但镉对根系平均直径无明显影响。23～184μmol·L-1的镨对水稻镉毒害有一定的缓解效果,可不同程度的减轻镉对幼苗的伤害,促进了镉胁迫下根系鲜质量、根系长度、根系表面积和根系体积的增加,提高了根系活力,且随着处理时间的延长,缓解效应愈加明显,与单镉毒害相比,镨处理5天后根系鲜质量、根长、根表面积、根体积和根系活力分别提高了0.92%～14.8%、1.61%～16.3%、2.57%～20.3%、1.52%～17.2%和3.71%～32.8%,处理10d后根系鲜质量、根长、根表面积、根体积和根系活力分别提高了2.55%～31.2%、1.44%～21.4%、1.78%～27.2%、2.16%～23.4%和8.14%～52.9%;此外,23～184μmol·L-1的镨处理对直径≤1.0mm的根长和根表面积、直径0.5mmD≤1.0mm的根体积影响较大,其分别提高了0.9%～24.3%、1.9%～32.6%、0.4%～33.2%,其中以92μmol·L-1镨缓解效果最好。但随着镨浓度的进一步加大,当镨浓度达到230μmol·L-1时,反而会使水稻根系受到更严重的毒害。