辽河口不同类型湿地土壤汞、甲基汞含量及其影响因素

通过对辽河口三道沟、笔架岭两地不同类型湿地土壤中总汞、甲基汞以及影响因素的研究,从植物自然演替的角度,分析了辽河口不同类型湿地总汞、甲基汞的分布及转化因素。结果表明:不同类型湿地土壤汞含量为0.036~0.069 mg·kg~(-1),土壤甲基汞含量为0.77~2.56μg·kg~(-1);三道沟湿地土壤汞、甲基汞含量明显低于笔架岭湿地;从光滩到芦苇湿地,表层土壤汞、甲基汞含量逐渐降低;从笔架岭湿地剖面分析来看,从表层到深层,芦苇湿地、碱蓬湿地土壤汞、甲基汞含量逐渐降低,光滩剖面土壤汞含量先增加后降低再增加,光滩土壤甲基汞含量总体上呈降低趋势;从土壤总汞、甲基汞与其他影响因素的关系看,土壤汞与甲基汞具有显著相关关系,土壤汞与钾、易溶性盐具有正相关关系。     

李花粉教授团队介绍

正本团队主要研究硒在土壤-植物系统中的迁移转化以及硒对重金属的解毒作用,建立了硒形态测定与分析技术。近年来在"New Phytologist","Plant and Soil","Journal of Agricultural and Food Chemistry"等刊物上发表多篇论文。相关科研项目有国家自然科学基金"水稻根际硒形态转化及吸收转移机理研究"和"硒缓解水稻累积镉的根际调控机制研究"以及公益性行业(农业)科研专项"优质高效富硒农产品关键技术研究与示范"等。     

水稻土施硅对土壤-水稻系统中镉的降低效果

水稻中镉的积累造成人类健康的风险,增加水稻硅素能减轻镉中毒症状,降低稻米镉积累,但是硅对重金属的作用机理尚不清楚。主要研究了在中度和高度镉污染的土壤中,通过施用固态和液态的富硅物质对土壤-水稻系统中镉的吸收和转运的影响,探明决定镉和硅在根与芽的质外体和共质体中的作用机理。试验结果表明:(1)在中度和高度污染的土壤中,镉在土壤-作物系统中的转移和积累情况是不同的,可以通过富硅物质中的单硅酸与镉离子的相互作用,增加镉在硅物质表面的吸附来减少镉在土壤中的流动;(2)富硅物质可以降低水稻根和芽中镉的积累,在高度镉污染的情况下,施用硅可以使镉大量积累在水稻根及其共质体中,并降低根及其共质体中镉的转换和积累;(3)新鲜土壤中水萃取态的单硅酸含量与镉在土壤-作物系统中的流动性、转运以及积累等主要参数密切相关。     

类固醇雌激素在土壤-植物体系中的迁移转化及其毒理效应

类固醇雌激素(steroidal estrogens, SEs)作为典型的内分泌干扰物,在环境介质中被广泛检出,其进入生物体后可模拟细胞内源性激素作用对生物体生长、发育、生殖等产生不利影响,因此越来越引起关注。目前关于SEs的研究报道多集中于粪便、土壤、水体等介质中的检出及环境行为,以及SEs在水生生物体内的迁移和转化,其累积效应及其机制研究较为系统和全面。相较而言,SEs在土壤-植物体系中的迁移累积报道较少,但是对于掌握农田系统中SEs迁移转化的需求更为迫切。结合现有的国内外相关研究,总结了SEs在土壤-植物体系中的吸收累积和迁移转化行为特征,概述了植物吸收代谢SEs的影响因素以及SEs对植物生长发育的毒理效应。目前针对SEs的植物体吸收大多数仍基于室内模拟实验,对于其在土壤-植物多相态体系中迁移转化机理尚不清楚。因此,对今后的研究方向提出以下几点建议:(1)除室内模拟实验外,对实际土壤-植物系统中的研究更具价值,特别是SEs土壤-土壤水-植物多相态体系中的迁移转化等过程;(2)应结合SEs的来源,探究畜禽粪便、城市污泥及污水等不同源SEs对植物吸收、累积污染物的影响及污染风险;(3)加强对农作物体内SEs残留的监测和风险评估,制定SEs农作物检出及人体摄入的相关标准。     

放牧牲畜粪便降解及其对草地土壤养分动态的影响研究进展

放牧牲畜粪便沉积是影响草地土壤养分动态的重要途径之一,粪便降解过程调控着其养分返还效率,从而可能对草地土壤养分平衡和植被生长的养分供应等产生重要影响。针对放牧牲畜排粪行为特性、牲畜粪便的物质组成及其降解过程、以及粪便养分归还对土壤养分动态的影响等进行了系统论述,阐明了牲畜粪便降解与其养分迁移转化的关系,以及粪便养分输入对放牧草地生态系统养分生物地球化学循环的影响效应和可能的作用机制,以期为加深对牲畜粪便降解的养分动态变化过程的认知和厘清粪便-植物-土壤体系养分迁移和转化的影响机制积累理论基础,进而为优化牲畜粪便管理模式、维持土壤养分平衡和促进草地生态系统的健康协调和可持续发展提供科学依据。     

生物炭对污染物的土壤环境行为影响研究进展

近年来,生物炭已成为农业、生态修复和环境保护领域的研究热点。一般认为,生物炭具有改善土壤质量、增加土壤碳汇、减少大气CO2浓度以及修复污染环境等功能。大量的生物炭施用到土壤后会改变土壤性质,影响重金属和有机污染物在土壤中的环境行为以及它们在环境中的归趋。本文就生物炭对土壤中重金属的吸附-解吸、在土壤中的形态转化、在土壤-植物系统中迁移行为、对有机污染物的吸附挥发及生物有效性进行了概述;在此基础上,扼要分析了当前生物炭应用存在的环境风险等问题,并从生物炭在土壤中的迁移转化及其归趋、生物炭的长期环境效应以及生物炭应用方向等方面进行了展望。     

浅表层水稻土N2O消耗能力及其与N2O还原微生物的耦合关系

土壤不仅能够产生、排放温室气体N_2O,还具有截留、吸收、转化N_2O的能力。土壤消耗N_2O已经成为很重要的一种降低大气N_2O浓度的途径,但目前关于土壤N_2O消耗过程及其微生物调控机制的系统研究较为缺乏。试验以浅表层水稻土柱(0—5 cm)为研究对象,通过外源添加N_2O气体研究N_2O迁移通过淹水土柱的动态过程,以及N_2O消耗能力与氧化亚氮还原酶基因丰度变化和其他土壤养分含量变化的联系,揭示浅表层水稻土N_2O消纳量与N_2O还原微生物之间的耦合关系。结果显示,淹水厌氧条件下5 cm土壤深度外源添加的N_2O迁移通过浅表层土柱后,仅有7.17—9.80%部分逸散出土表,表明0—5 cm淹水水稻土层具有极强的N_2O截留能力(90%以上)而减少N_2O净排放量。排放出土表的N_2O也可被淹水土柱继续吸收消耗,且吸收转化速率随N_2O浓度增加而大幅提高,最高可达到3896.75μg N m~(-2) h~(-1)。与此同时,土壤DOC含量大量消耗,含nosZⅠ基因的反硝化微生物数量显著增长(P0.01),而nosZⅡ基因丰度的无显著变化。说明高浓度N_2O添加能够促进淹水土壤N_2O吸收消耗能力,此刺激作用可能主要由含nosZⅠ基因的N_2O还原微生物进行调控。浅表层土壤强大的N_2O吸收消耗功能可进一步深入系统研究,为实践温室气体减排提供理论基础。     

稻田生态系统汞的生物地球化学研究进展

汞作为一种毒性很强的重金属污染物,已被我国和联合国环境规划署、世界卫生组织、欧盟及美国环境保护署等多个国家(机构)列为优先控制污染物。汞的毒性与其化学形态密切相关,其中甲基汞是毒性最强的汞化合物。无机汞可在适当环境条件下被转化成毒性更强的甲基汞,进而在食物链中富集、放大,对人体健康构成潜在威胁。研究证实,稻田土壤是重要的甲基汞产生场所,稻田是陆地生态系统重要的甲基汞"源"。汞污染区稻米富含甲基汞是一个普遍的现象。在这些地区,居民食用稻米是人体甲基汞暴露的主要途径,由此所导致的人体甲基汞暴露风险日益受到人们的关注。近年来,随着汞污染区稻米甲基汞污染事件被频频报道,稻田生态系统汞的生物地球化学过程研究日益受到学术界的重视,国内外学者围绕这一方向开展了大量的研究工作,取得了一系列重要的研究成果。本文对前人有关稻田生态系统汞的生物地球化学过程进行了系统的总结,包括:(1)稻田生态系统汞污染现状;(2)稻田土壤汞的甲基化过程及其影响因素;(3)水稻对汞的吸收、富集机理;(4)居民食用稻米导致的甲基汞暴露的健康风险;(5)对缓解稻米甲基汞污染问题所可能采取的措施。最后,对目前的研究缺陷及不足进行了探讨,并对未来需要进一步开展的研究工作进行了展望。     

城乡景观中土壤生态系统微塑料的来源、迁移特征及其风险

土壤微塑料污染的持久性、复杂性及其对土壤生态系统的影响受到越来越广泛的关注,但对其来源、迁移过程等仍有许多问题尚未理清。从复合生态系统的角度,通过对城乡景观中土壤微塑料的来源、迁移过程及其风险等相关研究进展进行了系统梳理,分析了城乡不同景观中土壤微塑料的主要来源和特点,讨论了土壤微塑料在城乡景观中的迁移特征及其驱动力,探讨了土壤微塑料在城乡景观中的生态和健康风险。今后需进一步明确城乡景观中土壤微塑料污染的物质流过程与环境归趋特征,加强微塑料对土壤生态系统的作用过程及生态系统服务影响的研究,揭示土壤微塑料对人类健康的直接或间接影响,建立城乡复合生态系统土壤微塑料污染预测模型,以维护土壤生态安全与人居环境健康。     

稻田硒循环转化与水稻硒营养研究进展

稻田土壤氧化还原电位的交替变化和土壤组分的特殊性决定了硒在稻田环境中的循环转化机制明显有别于旱地土壤,并且影响到土壤硒的有效性及水稻对硒的吸收与积累.深入研究稻田土壤硒的循环转化及水稻硒营养吸收对实现土壤无机硒向有机硒的转化具有重要意义.本文对稻田土壤硒的循环机制及形态转化、水稻体内硒的代谢机制及吸收积累特性进行综述,分析硒在土壤 水稻系统中转化及向水稻体内迁移的研究现状与发展趋势,为土壤硒有效性研究及培育富硒营养稻米提供参考.     

溶解氧对稻田土壤氮素转化及水稻氮代谢影响研究进展

溶解氧(dissolved oxygen,DO)在稻田氮素循环和水稻生长发育中发挥了重要作用,深入研究溶解氧对稻田氮素转化和水稻氮代谢的影响,对减少稻田氮素流失和提高水稻氮素利用具有重要意义。近年来,研究已阐明了溶解氧对土壤固氮作用、氨化作用、硝化作用和反硝化作用等生物化学过程以及土壤微生物多样性的影响;大量研究也表明,溶解氧在水稻氮素吸收与利用中起到了关键作用。本文系统介绍了溶解氧浓度对微生物群落结构和活性的影响及其与稻田不同形态氮素间转化的关系,综述了水稻根系生长特性、氮素吸收和同化及相关氨基酸代谢对溶解氧浓度响应机理的最新研究进展,并针对现阶段稻田氧营养研究提出了水稻生产中存在的问题及研究展望。     

长期施肥对水稻生长和抗虫性的影响: 解析土壤生物的贡献

合理施肥对保障土壤质量和粮食安全具有重要作用。有机肥促进土壤生物群落的发展已被认为是其优于化肥的重要方面, 然而有机肥影响下的土壤生物群落对作物生长的贡献却了解甚少。了解土壤生物因素对作物抗虫性的贡献不仅可以揭示施肥影响土壤功能的生物调控机制, 而且有助于制定土壤-作物的综合管理措施。本研究采集长期施用有机肥和化肥的水稻土, 通过制备灭活与否的土壤悬液, 在砂培条件下探究土壤生物群落对水稻生长及其抗虫性的影响。结果显示, 土壤生物群落和施肥措施均极显著地影响了土壤养分含量(P < 0.01)。土壤生物的存在降低了土壤铵态氮含量、水稻生物量、茎叶全氮含量以及褐飞虱(Nilaparvata lugens)生物量; 增加了土壤硝态氮含量、水稻的根冠比及水稻根系全氮、可溶性糖以及酚类含量(P < 0.05); 同时, 有机肥处理的土壤生物群落还能够促进水稻茎叶可溶性糖和酚类的合成。接入褐飞虱后, 土壤生物群落的存在显著降低了水稻整体的全氮含量, 促进了酚类的合成(P < 0.05)。研究结果表明, 土壤生物群落, 尤其是有机肥处理的土壤生物群落, 主要通过改变水稻养分向地下部的分配格局、增加根冠比、促进防御性代谢物质(如酚类)的合成来提高水稻地上部对害虫的 抗性。     

土壤生态系统中抗生素抗性基因与星球健康:进展与展望

土壤-植物系统是抗生素抗性基因(简称抗性基因)从环境向人类传播扩散的一个重要途径,是环境抗性基因人群暴露的主要来源.通过对土壤-植物系统中抗性基因的研究,可以明确抗性基因在土壤生物中的分布及其传递,分析抗性基因食物链传递的风险及其规律,从而为控制抗性基因污染提供理论依据,保障人类健康.同时,其对于维护星球健康也具有重要的价值.本文总结了土壤(包括土壤动物肠道)和植物微生物组中抗性组的重要研究进展,强调了抗性基因流在土壤-植物系统中的流动给土壤生态系统带来的环境风险,最后提出了通过管理土壤-植物系统中的抗性基因流以保障星球健康的方案,并对未来研究进行了展望.     

异化铁还原诱导次生铁矿对土壤重金属形态转化的影响

土壤重金属具有残留时间长、毒性大、难迁移等特点,其形态转化又是影响重金属毒性和迁移的关键因子。同时,不同形态土壤重金属通过迁移进入到作物、水、大气循环中,对人类的健康构成极大威胁。厌氧条件下,土壤中丰富的铁含量和微生物异化铁还原过程为自然环境中不同晶型次生铁矿的形成提供了有利条件。微生物诱导生成的次生铁矿物有独特的形态和特征,如纳米颗粒、高表面积和高反应活性,这些矿物特征对土壤重金属形态转化起到重要作用。本文重点介绍在异化铁还原微生物驱动下次生铁矿形成过程对土壤重金属形态转化的影响效应及机制。次生铁矿物形成过程直接影响土壤中微量金属污染物的迁移转化及归宿,因此在重金属污染场地修复等方面具有很重要的应用前景。     

土壤溶解性有机质及其表面反应性的研究进展

溶解性有机质(DOM)是土壤溶液中的一个重要的组成部分,在土壤化学和生物过程中起着十分重要的作用。虽然DOM在天然有机质中所占的比例并不高,但它将土壤中的矿物质、有机质联系在一起,并能调控环境污染物的迁移转化与归宿,因此国内外学者都很重视溶解性有机质对土壤环境中污染物环境行为影响的研究。综述了DOM的分类和分离技术,DOM的结构及其表征方法,DOM的表面反应性以及对有机污染物、重金属在土壤中吸附、迁移的影响等,并提出了有待于进一步研究的一些问题。     

苯并［a］芘在土壤－水－水稻系统中传输动力学研究

建立了ＢａＰ在土壤水稻系统中传输模型,并对其在系统各组分中的含量变化做了定量分析。实验求得了ＢａＰ在系统各相间传输速度常数和分配系数。揭示了水中ＢａＰ向水稻体传输路径和它们的速度大小。水稻从水中吸收ＢａＰ的速度比其从土壤中吸收的速度高４倍,水中ＢａＰ向土壤沉积速度比水稻从水中吸收ＢａＰ的速度高７倍。水中ＢａＰ在迁移到达水稻体之前,绝大部分被土壤牢牢吸附而很难被水稻吸收。     

重金属污染土壤中生物间相互作用及其协同修复应用

土壤是人类赖以生存的物质基础。我国土壤重金属污染状况不容乐观,给人类健康构成严重威胁。生物修复重金属污染土壤被广泛认为是可持续的修复技术,但当前仍存在修复效率不高的科学瓶颈问题。土壤中生活着丰富的微生物、植物和动物,且这些生物之间存在着复杂的相互作用,并且通过物质循环和能量传递形成了错综复杂的食物网联系。土壤生物间的相互作用能深刻影响土壤中污染物的迁移转化和生物修复的效率,多元生物协同的修复技术集合了单一生物修复方法的优势,具有强化生物修复效果的巨大潜力。文中综述了土壤中微生物-植物-动物之间的相互作用,及其对土壤重金属迁移转化和生物修复效果的影响,并对定向调控土壤食物网结构、提高重金属污染土壤的生物修复效果、建立基于食物网的多元生物协同修复技术进行了展望。     

汞在SPAC-人体系统中的转递及主要影响因素

汞（Hg）是环境中一种具有高度毒性的重金属元素,且具有较高挥发性,因而作为一种全球性的污染物而备受关注。汞在SPAC系统中的迁移转化,是全球汞循环的重要环节,与人类的建康密切相关。汞通过食物链进入人体并在体内蓄积受多种因素影响,主要包括3个方面：土壤性质（如土壤汞含量、pH、有机质、粘土矿物等）,植物特性（植物类型、种类和生育期等）,大气状况（如光照强度、气温和大气湿度等）。此外,锌、硒和抗氧化剂等的存在也有较大影响。综述了汞在SPAC-人体系统中的迁移积累及其调控机理。     

万山汞矿区居民体内汞硒的含量、分布及相互关系

硒作为汞矿的伴生元素被释放至周围环境,贵州万山汞矿区汞污染问题应综合考虑硒的影响。为了评估万山汞矿区居民体内汞硒的含量、分布及汞硒相互关系,选择当地人群30例,采集其血液、尿液和头发样品,分别测定总汞、甲基汞和硒含量。结果表明:31%的人群血液总汞和93%的人群头发总汞含量分别超过美国环境保护署(USEPA)推荐的安全限值(5.8μg·L~(-1)和1 mg·kg~(-1)),而24%的人群尿汞含量超过联合国工业发展组织(UNIDO)的限值5μg·L~(-1),表明研究人群存在不同程度的甲基汞和无机汞暴露风险。90%的研究人群头发硒含量为中高水平,体内足量硒可能对无机汞和甲基汞的积累起到抑制作用,从而在一定程度上降低了当地居民汞暴露的健康风险。     

孙国新博士研究团队介绍

正孙国新博士团队长期从事土壤-植物系统重金属(微量元素)迁移转化研究,特别是在元素形态转化的表征、微生物驱动的转化机制及其重金属污染土壤的修复等领域具有良好的科学积累。围绕硒的生物地球化学,本团队主要开展植物硒积累机制和土壤硒挥发的时空特征