水稻不同生育期根际及非根际土壤砷形态迁移转化规律

选取湖南某矿区污染稻田土,以盆栽试验的方式,采用美国TCLP(toxicity characteristic leaching procedure)和砷形态分析分级测定法,研究了水稻(Oryza sativa L.)各生育期(分蘖期、拔节期、孕穗期、灌浆期、成熟期)根际和非根际土壤中砷的赋存形态及转化规律.结果表明:1随着水稻生育期的延长,根际及非根际土壤p H值和砷TCLP提取态含量均逐渐上升,且非根际土壤p H值和砷TCLP提取态含量均高于同时期根际土壤.2水稻各生育期根际和非根际土壤中交换态砷(AE-As)含量均低于水稻种植前,并随着水稻生育期的延长逐渐上升.与水稻种植前相比,铝型砷(Al-As)、铁型砷(Fe-As)和钙型砷(Ca-As)含量在水稻种植后逐渐上升,但并不显著.残渣态砷(O-As)和总砷(T-As)含量在水稻种植后逐渐下降,在根际土壤中下降了37.30%和14.69%,在非根际土壤中分别下降了31.38%、8.67%.3在水稻不同生育期,土壤中各形态砷含量均表现为:残渣态铁型砷铝型砷钙型砷交换态砷.在p H值为5.0~5.8的范围内,各砷形态和砷TCLP提取态含量与p H值之间大都呈极显著或显著正相关,但根际土壤中钙型砷与p H值的相关关系较差.     

施用组配固化剂对盆栽土壤重金属交换态含量及在水稻中累积分布的影响

通过盆栽试验,研究组配固化剂石灰石+海泡石在不同施用量(0、1.0、2.0、4.0、8.0、16.0 g·kg-1)下,盆栽土壤中重金属Pb、Cd、Zn交换态含量的变化与在水稻根、茎、壳和糙米的累积分布.结果表明:①土壤中Pb、Cd和Zn交换态含量随着组配固化剂施用量的增加呈明显降低趋势,交换态含量较对照分别降低了15.3%~99.9%、9.2%~99.9%和7.0%~99.9%,有效缓解了水稻对土壤Pb、Cd和Zn的吸收.②水稻生长状况得到改善,株高随组配固化剂施用量的增加逐渐上升.施用量在1.0 g·kg-1时,谷粒产量最大,与对照相比,增产60.4%.水稻各器官对Pb、Cd、Zn的吸收随施用量的增加逐渐下降;与对照相比,施用1.0~16.0 g·kg-1的组配固化剂后糙米中Pb、Cd和Zn含量下降幅度分别为2.2%~13.1%、29.3%~79.3%和19.5%~43.3%.     

含磷物质对水稻吸收土壤砷的影响

向砷(As)污染土壤中施用磷酸氢二钠(DSP)和羟基磷灰石(HAP),通过水稻盆栽试验研究含磷物质对水稻吸收土壤砷的影响.结果表明,DSP和HAP都显著增加了土壤pH值和土壤有效磷含量(P<0.05),活化了土壤中的砷,且DSP提高砷在土壤迁移的能力要强于HAP.DSP和HAP均使水稻根中总砷、糙米总砷、糙米无机砷含量显著降低,但HAP显著增加了水稻茎叶总砷含量.DSP和HAP降低糙米中无机砷的效果比总砷略好,DSP降低糙米中总砷和无机砷的效果与HAP基本相当.分析表明,水稻各器官中砷含量受磷砷拮抗作用和土壤中砷生物有效性增加这2个因素的影响,且在本试验条件下磷砷的拮抗作用在水稻根、糙米这两个部位中有明显体现.较低添加量(小于等于0.12 g·kg-1)的DSP和HAP使水稻总生物量和糙米产量有所增加,但随着添加量的继续增加,2种含磷物质明显抑制了水稻生长,且HAP的抑制作用相对较轻.     

13CO2示踪臭氧胁迫对水稻土壤微生物的影响

本研究采用具有日变化的熏蒸方式,利用13C同位素示踪方法,结合PLFA技术,模拟分析了臭氧浓度升高对水稻土壤微生物结构的影响.实验设置2个臭氧浓度处理,即空气对照(CF,臭氧浓度约4~10 nL·L-1),臭氧浓度升高处理(O3,8 h平均浓度为110 nL·L-1).分别在水稻熏气1个月和2个月时进行13C同位素标记实验.结果发现,臭氧熏蒸一个月的时候对土壤微生物生物量碳没有影响,但此时输入到土壤微生物的即时光合产物13C已经显著低于对照;随臭氧熏蒸时间的延长,无论是总的土壤微生物量碳还是即时光合产物13C对土壤微生物的输入都显著低于对照处理.PLFA主成分分析结果表明,熏蒸一个月时臭氧对13C-PLFA的结构组成并没有显著影响,但熏蒸两个月后则臭氧明显改变了13C-PLFA的组成,但两次标记后PLFA单体的Δδ13C‰值已受到臭氧的影响.臭氧胁迫前期,只有细菌脂肪酸的13C分配(13C%)受到臭氧的明显影响,而胁迫后期则臭氧主要影响的是分配给放线菌和真菌的13C.     

模拟酸雨对水稻叶片质膜H+-ATPase活性与胞内Ca2+浓度的影响

在水培条件下研究了模拟酸雨(pH=2.5～5.5)对水稻叶片胞内Ca2+浓度和质膜H+-ATPase活性的影响.结果表明:与对照组(CK)相比,酸雨处理5 d(胁迫期)后,pH=5.5和5.0处理组的水稻叶片胞内H+浓度、质膜H+-ATPase活性、胞内Ca2+浓度、质膜Ca2+-ATPase活性无显著变化;pH=4.0和3.5处理组各指标显著升高,且H+-ATPase活性随Ca2+浓度升高而上升;pH=3.0和2.5处理组各指标显著降低,此时胞内Ca2+缺失,对H+-ATPase活性的调节作用受到限制.经正常条件培养5 d(恢复期)后,pH=4.0和3.5处理组各指标均恢复至CK的处理水平,表明H+-ATPase活性受到Ca2+调控已恢复到正常;pH=3.0和2.5处理组的Ca2+浓度高于CK及胁迫期,H+-ATPase活性低于CK但高于胁迫期,表明H+-ATPase活性受Ca2+调控得到部分恢复.因此,酸雨胁迫下胞内Ca2+对质膜H+-ATPase活性有一定调节作用,且受酸雨强度的制约.     

稻草和玉米秸秆烟尘中的正构脂肪醇

在不同燃烧条件下,对6种稻草和4种玉米秸进行了燃烧试验,并测定了烟尘中正构脂肪醇的组成.结果表明,在稻草的明火烟尘中,正构脂肪醇由C14~C34组成.其总含量(Σ)为1 604.4~13 889.7 mg·kg-1;低碳数和高碳数正构脂肪醇的含量比(L/H)为0.02~0.09;C24/C30值为3.3%~19.6%;C32/C30值为8.4%~19.9%;C30Σ之比为53.9%~72.6%;CPI值为8.7~21.5;ACL值为29.0~30.1.正构脂肪醇呈双峰式分布,其主、次峰碳数分别是C30和C24.在稻草的闷烧烟尘中,正构脂肪醇的单体组成与明火烟尘相同.其Σ值为1 688.7~5 168.2 mg·kg-1;L/H值为0.08~0.14;C24/C30值为31.0%~70.5%;C32/C30值为6.9%~17.6%;C30Σ之比为39.5%~57.8%;CPI值为10.7~17.5;ACL值为27.2~28.5.其分布模式与明火烟尘极为相似.在玉米秸秆的明火烟尘中,正构脂肪醇由C12~C34组成.其Σ值为852.3~2 667.9 mg·kg-1;L/H值为0.2~1.0;C24/C28之比为104.3%~293.3%;C32/C28之比为42.2%~61.4%;C28Σ之比为7.3%~16.5%;CPI值为5.6~9.7;ACL值为23.1~26.9.其分布模式以双峰式为主,主峰碳数是C30、C24和C22.在玉米秸秆的闷烧烟尘中,正构脂肪醇的组成与明火烟尘相同.其Σ值为1 493.0~8 386.9 mg·kg-1;L/H之比为0.2~0.3;C24/C28之比为53.6%~217.6%;C32/C28之比为21.7%~75.9%;C28Σ之比为8.8%~27.3%;CPI值为4.2~6.5;ACL值为26.3~27.2.其分布模式呈双峰型,主峰碳数主要是C30,次峰碳数主要是C24.总之,秸秆烟尘中正构脂肪醇的组成已发生了明显的变化.C24/C30、C32/C30、C30Σ等参数可用于区别稻草及其燃烧来源的正构脂肪醇;L/H、C24/C28、C32/C28、C28Σ等参数可用于区分玉米秸秆及其燃烧来源的正构脂肪醇;L/H可用于区分上述两类秸秆及其燃烧来源的正构脂肪醇.     

固相反硝化同时去除地下水中硝酸盐和阿特拉津的试验研究

以稻草秸秆作为固相反硝化的碳源和载体,采用自行设计的有机玻璃反应柱研究固相反硝化对地下水中硝酸盐和阿特拉津同时去除的效果。结果表明,当硝酸盐初始浓度分别为50,100 mg/L时,出水硝酸盐浓度在5 d内均达到较高去除率。当硝酸盐的初始浓度提高至150 mg/L时,硝酸盐去除率降低至82.3%。系统反硝化作用稳定,且表现出了一定的耐冲击负荷能力。研究还发现,随着阿特拉津浓度的提升(1,5,10 mg/L),去除率由80%下降至30%。试验结果表明高浓度的阿特拉津更容易达到稻草秸秆的饱和吸附量,产生较多无法被吸附的阿特拉津剩余量。相较于硝酸盐,阿特拉津更容易受到水力停留时间变化的影响,硝酸盐去除率在试验中一直维持在80%以上。阿特拉津去除率随水力停留时间的延长而增加,在HRT为8 h时,稻草秸秆对阿特拉津达到吸附饱和,最大去除率为78.64%。试验表明,适宜的HRT对阿特拉津和硝酸盐的同时去除起着关键作用。     

稻壳基A型沸石的表征及其对NH_3-N的吸/脱附动力学研究

以稻壳的煅烧灰分为原料,采用水热合成法制得稻壳沸石,运用SEM、XRD和FTIR表征了稻壳沸石的结构特性,并通过静态平衡吸附实验研究了稻壳沸石对NH3-N的吸附特性。结果表明:实验条件下可获得结晶度高、晶型较好的A型单晶沸石,降低晶化温度有利于A型沸石的生成。初始浓度为25,50,100 mg/L时稻壳沸石的最大吸附量分别为3.36,5.16,8.39 mg/g,吸附过程遵循伪二级吸附动力学模型。碱当量MNa OH/AN对NH3-N从稻壳沸石上的脱附影响较大,MNaOH/AN为0.85、8.47和42.4时伪二级模型拟合的饱和脱附值分别为7.46,16.21,19.96 mg/g,与实测值基本接近,NH3-N从稻壳沸石上的脱附主要受化学作用控制,过程遵循伪二级脱附动力学模型。     

褪黑素对水稻幼芽镍胁迫的缓解作用

研究添加外源褪黑素对水稻幼芽Ni胁迫的缓解作用.结果表明,较低浓度Ni（10 μmol·L^-1、50 μmol·L^-1）胁迫对水稻幼芽根系生长影响不大,而较高浓度Ni（100~1000 μmol·L^-1）胁迫显著地抑制水稻根系的生长.与CK处理相比,100~1000 μmol·L^-1 Ni胁迫导致水稻总根长降低63.3%~98.0%,根表面积降低56.9%~96.3%.褪黑素的添加能明显地促进Ni胁迫下水稻幼芽的生长,尤其是对幼芽的根系生长促进作用更明显.当Ni胁迫浓度为100 μmol·L^-1时,两个水稻品种总根长相较于无Ni胁迫的对照组降低了58.4%~83.8%,在添加10 μmol·L^-1褪黑素处理后,水稻总根长相较于无Ni胁迫的对照组仅降低了8.7%~29.1%.添加外源褪黑素导致Ni胁迫下水稻幼芽的O₂^-·产生速率和相对电导率显著降低,CAT活性和可溶性蛋白含量显著提高.与100 μmol·L^-1 Ni胁迫处理相比,添加10 μmol·L^-1褪黑素能显著地降低两种水稻品种O₂^-·产生速率43.2%~50.2%、相对电导率25.7%~31.6%,提高CAT活性21.9%~33.7%、可溶性蛋白含量82.6%~84.6%.褪黑素可以有效地缓解Ni胁迫对水稻幼芽的毒害作用.     

碳氮比对稻草和猪粪生物处理及厌氧消化的影响

以农业废弃物稻草和猪粪为发酵原料,首次采用纤维素降解复合菌系对稻草和猪粪混合物进行生物处理,通过考察不同碳氮比(25∶1、30∶1、35∶1和40∶1)条件下稻草和猪粪混合物生物预处理的发酵特征及后续的产甲烷能力,探讨了碳氮比对稻草和猪粪的协同生物预处理及厌氧消化效果的影响.结果表明,控制碳氮比为30∶1、料水比为11%时,稻草和猪粪混合物经纤维素降解复合菌系于55℃预处理30 h后其厌氧消化效果最佳.在此条件下,稻草和猪粪降解液中滤纸酶活和羧甲基纤维素酶酶活分别达到了2.18和2.31 IU,其失重率高达41.69%;随后经厌氧发酵后其甲烷产率和产甲烷速率分别可达318.14 m L·g-1(以VS计)和10.61 m L·d-1·g-1(以VS计),且总量为9.9 g的稻草和猪粪混合物的总甲烷产量可达1948 m L,上述结果相对于未经生物预处理的对照组均提高了38%.本研究结果可进一步为其它种类的农作物秸秆和畜禽粪便的高效资源化利用提供理论支撑,展现出了巨大的应用潜力.