重金属污染土壤的伴矿景天/小麦-茄子间作和轮作修复

在重金属污染土壤上开展田间微区试验,研究伴矿景天/小麦间作、茄子轮作种植模式下锌镉超积累植物伴矿景天对当季小麦和后茬茄子生长及重金属吸收的影响,探索边生产边修复的可行性。结果表明:间作处理下小麦籽粒、茄子植物体和伴矿景天地上部生物量均无明显影响;麦季间作伴矿景天能显著降低小麦籽粒中重金属浓度,间作小麦籽粒与单作相比降低了52.4%;麦季间作伴矿景天也有效降低了后茬茄子对重金属的吸收,茄子果实中镉浓度显著低于单作;作物在与伴矿景天间作的情况下也能显著减少土壤中重金属浓度,其中间作处理全量镉比对照降低了24.3%,达到了较好的修复效果。因此,麦季间作伴矿景天既能有效减少污染土壤中重金属浓度,又能降低小麦及后茬茄子的重金属污染风险,为土壤修复与生产兼顾的修复模式提供理论支持。     

伴矿景天-水稻轮作及磷修复剂对水稻锌镐吸收的影响

采用盆栽试验,将锌镉超积累植物伴矿景天与镉低积累水稻中香1号轮作种植于重金属污染土壤,并向土壤添加钙镁磷肥和磷矿粉,研究两种磷修复剂对伴矿景天和锡低积累水稻生长及地上部重金属积累性的影响.盆栽试验结果表明,在轻污染土壤上施用50g"kg-'磷矿粉时伴矿景天地上部的Zn,Cd吸收量分别达到每盆11.5和0.79 mg,效果好于施用4g·kg(-1)钙镁磷肥处理.在重金属污染土壤上种植伴矿景天使后茬水稻地上部Zn、Cd浓度上升,但钙镁磷肥的施用显著降低了水稻体内的Zn,Cd积累量.种植伴矿景天后添加钙镁磷肥稳定调控剂对土壤中水溶态及NH4 OAc提取态Zn、Cd的稳定效果明显优于磷矿粉,且在高污染土壤上效果更佳.田间试验结果显示,施用钙镁磷肥不仅可增加水稻产量,且可一定程度上降低水稻地上部的Zn、Cd吸收量.     

伴矿景天-水稻轮作及磷修复剂对水稻锌镉吸收的影响

采用盆栽试验,将锌镉超积累植物伴矿景天与镉低积累水稻中香1号轮作种植于重金属污染土壤,并向土壤添加钙镁磷肥和磷矿粉,研究两种磷修复剂对伴矿景天和镉低积累水稻生长及地上部重金属积累性的影响.盆栽试验结果表明,在轻污染土壤上施用50 g·kg^-1磷矿粉时伴矿景天地上部的Zn、Cd吸收量分别达到每盆11.5 和0.79 mg,效果好于施用4 g·kg^-1钙镁磷肥处理.在重金属污染土壤上种植伴矿景天使后茬水稻地上部Zn、Cd浓度上升,但钙镁磷肥的施用显著降低了水稻体内的Zn、Cd积累量.种植伴矿景天后添加钙镁磷肥稳定调控剂对土壤中水溶态及NH₄OAc提取态Zn、Cd的稳定效果明显优于磷矿粉,且在高污染土壤上效果更佳.田间试验结果显示,施用钙镁磷肥不仅可增加水稻产量,且可一定程度上降低水稻地上部的Zn、Cd吸收量.     

不同类型土壤小麦-水稻轮作体系施用含重金属污泥的环境效应

采用贵州黄壤、石灰土和浙江水稻土,通过盆栽试验探讨了在3种土壤上施用含不同浓度重金属的污泥对小麦、水稻生长及锌(Zn)镉(Cd)吸收性的影响.结果表明： 不同土壤施用同种污泥所产生的重金属污染风险不同,在黄壤和水稻土上施用高浓度重金属污泥对作物的污染风险较高.一次施用Zn、Cd浓度分别为1789、8.47 mg·kg-1的污泥1.6%,使黄壤小麦籽粒中Zn、Cd浓度分别达109、0.08 mg·kg-1;第二次施用后种植水稻,糙米中Zn、Cd浓度达52.0、0.54 mg·kg-1.而施用污泥后石灰性土壤的两种作物其可食部分均无重金属污染风险.土壤醋酸铵提取态Zn是影响麦粒和糙米中Zn浓度的主要因素,而土壤醋酸铵提取态Cd对麦粒和糙米中Cd浓度无明显影响.施用高浓度重金属污泥使3种土壤Zn、Cd全量显著提高,且两次施用后土壤全量Zn均超过国家土壤环境质量二级标准.     

芹菜与伴矿景天间作对污泥农用锌镉污染土壤化学与微生物性质的影响

采集长期施用污泥导致的锌镉污染菜地土壤,通过盆栽试验研究芹菜与伴矿景天单作和两者间作模式下连续种植的修复效果.结果表明:随着修复次数的增加,单作处理中的植物生长不良,而间作处理下伴矿景天生长旺盛;与芹菜单作和伴矿景天单作相比,间作处理土壤有机质、速效氮、全氮、全磷显著降低,而速效钾浓度显著上升,土壤细菌数量提高7.9和18.4倍、真菌数量提高3.7和4.3倍,但脲酶和过氧化氢酶活性没有明显变化;BIOLOG结果也显示,间作处理下土壤微生物碳源利用能力和微生物群落功能多样性指数均显著高于单作处理;间作处理下土壤中Zn和Cd全量分别降低5.8％和50.0％,显著高于单作处理.表明土壤微生物效应可能是影响植物生长的重要原因之一.     

不同类型污染土壤中赤子爱胜蚓对伴矿景天重金属吸收的影响初报

伴矿景天Sedum plumbizincicola是我国发现和报道的镉/锌(Cd/Zn)超积累植物,在土壤Cd污染修复方面已开展实际应用。由于超积累植物伴矿景天在不同类型土壤下的生长能力以及对镉锌的去除效果存在较大差异,因此需引入强化修复技术为植物修复提供辅助作用。作为大型土壤动物,蚯蚓对植物生长的促进作用已有较多研究,但其对伴矿景天生长和重金属吸取效率的影响则鲜有报道,为探究赤子爱胜蚓对不同类型土壤种植下的伴矿景天是否具有强化修复效应,以及不同类型土壤下的强化修复效应差异,设计以下盆栽试验。通过在常湿淋溶土(Perudic Luvisols)、水耕人为土(Stagnic Anthrosols)、湿润雏形土(Udic Cambisols)3种土壤上种植伴矿景天、引入赤子爱胜蚓Eisenia foetida,探究赤子爱胜蚓对伴矿景天生长及Cd/Zn吸收性的影响。选取Cd有效性较高、修复潜力较大的水耕人为土(Stagnic Anthrosols)进行第二季盆栽修复试验。第一季修复结果显示,在酸性的常湿淋溶土中,添加赤子爱胜蚓使伴矿景天地上部生物量较对照处理增加了106%,Cd和Zn吸收量分别提高了72.0%和36.0%,且蚯蚓结合伴矿景天的处理修复后土壤Cd有效性进一步降低,其余两种土壤仅添加蚯蚓无强化修复效应;第二季结果显示,同时添加秸秆和蚯蚓,可强化中性的水耕人为土上种植的伴矿景天生长,增大植物地上部生物量和Cd/Zn吸收量。结果表明,添加蚯蚓可增强伴矿景天在常湿淋溶土中的养分吸收,提高生物量,以此强化其修复效应。在水耕人为土中,外加秸秆可作为蚯蚓强化伴矿景天修复的配套技术。     

巨大芽孢杆菌对伴矿景天修复镉污染农田土壤的强化作用

伴矿景天(Sedum plumbizincicola)是一种Cd/Zn超积累植物,常用于Cd污染土壤的植物修复。巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)是一种溶磷型细菌,既可以促进植物生长,也可以提高土壤重金属生物有效性,对重金属污染土壤植物修复具有强化作用。本研究采用盆栽试验方法,分析了巨大芽孢杆菌不同接种量(10～60 mL)对伴矿景天修复Cd污染农田土壤效率的影响。结果表明: 在Cd污染农田土壤中接种巨大芽孢杆菌可以提高土壤中Cd的活性,土壤有效态Cd含量较对照(CK)增加15.0%～45.0%。与CK相比,巨大芽孢杆菌提高了伴矿景天地上和地下部的生物量,增幅分别为8.7%～66.7%和13.6%～81.8%,并显著增加了伴矿景天地上部的Cd含量,增幅在29.2%～60.4%。在种植伴矿景天并接种巨大芽孢杆菌条件下,土壤Cd去除率在26.7%～42.9%。这说明接种巨大芽孢杆菌可以促进伴矿景天的生长,增加其Cd含量,从而提高Cd污染农田土壤的修复效率。     

土壤pH对东南景天修复镉和锌污染土壤的影响

采用盆栽方法研究重金属(Zn、Cd)2种污染水平(T1处理:Zn 1200 mg·kg-1+Cd 20 mg·kg-1;T2处理:Zn 300 mg·kg-1+Cd 2.0 mg·kg-1)、4个p H水平(4.0、5.5、7.0和8.5)下,土壤Zn、Cd有效态的变化、东南景天吸收和积累特征以及植物对土壤中Zn、Cd的去除效果。结果表明,随着p H的降低,土壤Zn、Cd的有效态含量显著增大,东南景天吸收和积累土壤Zn、Cd的效率显著提高。T1处理时东南景天生物量在p H 5.5时最大,但与其他p H处理的差异并不显著;Zn、Cd在植物地上与地下部分的含量均在p H 4.0时最大。T2处理时东南景天在p H 4.0时体内重金属含量最高,但由于植物生长受到Al和Mn等元素的毒害,此时生物量最小。东南景天对土壤重金属去除率均在p H 5.5时最高,其中T1处理时Cd、Zn去除率分别为16%和1.33%,T2处理时分别为27%和1.09%;2种污染水平土壤重金属的去除率均在p H 8.5时最小。因此,适当降低土壤p H,可有效提高植物积累和去除土壤Zn、Cd的效率。本研究为进一步利用东南景天修复重金属污染土壤、提高植物修复效率提供了科学依据。     

改良剂对酸性土壤上伴矿景天铝毒缓解作用及镉锌吸收性的影响

为探究不同改良剂对酸性土壤铝(Al)胁迫条件下镉(Cd)锌(Zn)超积累植物伴矿景天Sedum plumbizincicola生长以及镉和锌吸取修复效率的影响,分别添加不同种类改良剂(钙镁磷肥(CMP)、MgCO3、KH2PO4)和不同浓度CMP进行温室盆栽试验。结果表明,CMP能够一定程度上提高土壤pH值并降低土壤交换性Al的浓度,MgCO3能够显著提高土壤pH值和降低土壤交换性Al的浓度,KH2PO4能够降低土壤中交换性Al浓度但未改变土壤pH值。施用适量的CMP(9.39 mg/kg)能够提高伴矿景天生物量和Cd、Zn吸取修复效率,用量过高会抑制伴矿景天生长和Cd、Zn修复效率;施用MgCO3可增大伴矿景天生物量和Cd、Zn修复效率,施用KH2PO4反而抑制了伴矿景天生长。酸性土壤上施用适量的CMP和MgCO3能够缓解伴矿景天的铝毒作用,维持较高的重金属吸收效率。     

碳酸钙对水稻吸收重金属(Pb、Cd、Zn)和As的影响

选用重金属(Pb、Cd、Zn)和As复合污染土壤进行水稻盆栽试验,结果表明,碳酸钙的添加显著提高了土壤pH值,显著降低了土壤中交换态Pb、Cd、Zn和As的含量,与对照相比,交换态Pb、Cd、Zn和As含量分别最多降低了98.35%,93.72%,98.52%和69.48%。碳酸钙对水稻根、稻谷干重和总生物量没有显著影响,添加量过高时显著降低了水稻分蘖数和茎叶干重,说明过量施用碳酸钙对水稻生长会产生负面作用。因为碳酸钙的添加,水稻植株各部位重金属Zn含量显著降低,糙米中Zn含量最多减少了34.95%;根、谷壳中Pb、Cd含量显著降低,但糙米中含量却未显著降低;水稻各部位As含量均没有显著降低。参照《食品中污染物限量》(GB2762—2012),试验糙米中Pb、Cd、无机As含量均未达到限量标准。显然,碳酸钙的添加降低了Pb、Cd、Zn的生物有效性(水稻根系对Pb、Cd、Zn的吸收累积减少),但并未有效地抑制Pb、Cd向糙米转运;碳酸钙显著降低了土壤的交换态As含量,但并未使土壤中As的生物有效性明显降低(水稻植株各部位的As含量并未显著减少)。     

有机修复剂在重金属污染土壤修复中的应用

有机修复剂在重金属污染土壤修复中具有举足轻重的作用.本文结合国内外的研究成果和最新研究进展,从土壤重金属污染修复中有机修复剂应用的发展状况、应用机理、优缺点、影响因素以及成功实例等几个方面论述了国内外有机修复剂的研究现状,列举了几种应用较为广泛的有机修复剂(如氨基多羧基酸、有机酸、有机质、生物乳化剂等)的最新研究进展,总结了影响有机修复剂使用的主要因素,指出目前有机修复剂在实际应用中可能出现的问题,同时对今后的发展方向进行了展望.     

重金属污染土壤毒性的斜生栅藻生长抑制实验诊断

应用斜生栅藻 (Scenedesmusobliquus)对重金属污染土壤的毒性进行诊断 ,结果表明 ,斜生栅藻的增长率与土壤中的重金属含量明显相关 ,并且随重金属投加量的增加 ,其增长率逐渐降低 .对两种测试参数进行比较 ,发现采用细胞数增长率作为土壤毒性的检测指标要比采用光密度增长率更为敏感 .当采用细胞数增长率作为检测指标时 ,4种重金属的EC50 顺序为 :Pb >Cu >Zn >Cd ;采用光密度增长率作为检测指标时 ,4种重金属的EC50 顺序为 :Pb >Cu >Cd >Zn .复合污染情况下 ,由于金属间的协同作用 ,使土壤的毒性比单一重金属污染时有明显增强 ,从而为污染土壤的优先修复提供了理论依据     

基于遥感和地统计学方法的小麦生长管理分区

以江苏省如皋市和海安县冬小麦种植区域为研究对象,将基于小麦不同生育时期30m分辨率的HJ-1A/B CCD影像提取的归一化植被指数(NDVI)与土壤养分指标(全氮、有机质、有效磷、速效钾)分布状况有机结合,在空间变异性分析和主成分提取的基础上进行聚类分区.结果表明,基于抽穗期NDVI与土壤养分指标耦合的分区方法效果最佳,分区后各子区域内部NDVI值和土壤养分指标的变异系数分别在4.5%～6.1%和3.3%～87.9%,低于单纯基于土壤养分指标或NDVI进行分区的子区域内部的变异系数,大大缩小了区域管理单元内部的变异性.分区结果能提高按区管理作业的精度,可为区域性小麦生长管理和过程模拟奠定基础.     

夜间增温对冬小麦根系生长和土壤养分有效性的影响

气候变暖存在明显的昼夜不对称性,夜间气温升高幅度显著高于白天.本研究采用夜间被动式增温系统,于2009-2010年在我国冬小麦主产区（石家庄、徐州、许昌和镇江）进行全生育期田间增温试验,研究了土壤pH值、速效养分和抽穗期冬小麦根系对夜间增温的响应.结果表明： 与不增温对照相比,夜间增温显著降低了土壤pH值和速效养分含量,并在一定程度上提高了根系干质量和根冠比.冬小麦整个生育期,夜间增温分别使石家庄、徐州、许昌和镇江试验点土壤pH值平均降低0.4%、0.4%、0.7%和0.9%,碱解氮含量平均降低8.1%、8.1%、7.1%和6.0%,速效磷含量平均降低15.7%、12.1%、19.6%和25.8%;速效钾含量平均降低11.5%、7.6%、7.6%和10.1%.增温处理下,石家庄、徐州和镇江试验点抽穗期冬小麦根系干质量分别平均增加31.5%、27.0%和14.5%;石家庄、许昌和镇江试验点抽穗期冬小麦根冠比分别平均提高23.8%、13.7%和9.7%.夜间增温可能通过改变土壤化学特性影响土壤养分供应和冬小麦生长     

Potential of wheat (Triticum aestivum L.) and pea (Pisum sativum) for remediation of soils contaminated with bromides and PAHs

The aim of the research was to study a removal of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and phytoextraction of bromine (Br) from contaminated soils. The experiments using pea and wheat seedlings as potential candidates for soil remediation were performed. The soil for the experiments was collected from a site slightly contaminated by some PAHs. Before planting, the soil was exposed to 20 mg of Br/kg of soil. In the soil taken from rhizosphere of pea and wheat, the concentrations of many PAHs decreased up to 7 times compared to the concentrations of the compounds in the initial soil. Pea was capable of more effectively influencing the soil PAHs than wheat. The growth of pea and wheat in the soil spiked with Br resulted in a significant increase of Br concentration in a plant. Concentration of Br in roots of pea and wheat increased 21 and 3 times, respectively. Bromine content in leaves of wheat and pea increased 10 and 4.5 times. This accumulation of Br in the plants led to a decrease of its concentration in the rhizosphere soil. The experimental results demonstrated a good ability of the plants to cleanup the soils contaminated with organic and inorganic compounds.     

大气O_3浓度升高对麦季土壤和植株氮磷钾的影响

以江都稻/麦轮作系统O3-FACE(ozone-free air concentration enrichment)为试验平台,研究了高浓度O3(比周围大气高50%)对麦季土壤和植株N、P、K含量的影响。结果表明:在小麦整个生长期,高浓度O3处理下,土壤NH4+-N、NO3--N和速效K含量分别降低了5.7%、3.6%和3.0%,土壤速效P含量提高了26.3%(P<0.05)。经高浓度O3处理后,小麦植株在拔节期体内K含量增加了28.4%(P<0.01);成熟期小麦植株各器官内N含量均降低,麦粒中P和K含量分别增加了6.5%和4.2%;指出大气O3浓度升高在整个小麦生长期内会促进小麦植株对N、K的吸收,同时提高小麦籽粒中K、P的含量,但降低了成熟期小麦植株N含量。     

Effect of lead stress on mineral content and growth of wheat (Triticum aestivum) and spinach (Spinacia oleracea) seedlings

Lead (Pb) is the most common heavy metal contaminant in the environment. Pb is not an essential element for plants, but they absorb it when it is present in their environment, especially in rural areas when the soil is polluted by automotive exhaust and in fields contaminated with fertilizers containing heavy metal impurities. To investigate lead effects on nutrient uptake and metabolism, two plant species, spinach (Spinacia oleracea) and wheat (Triticum aestivum), were grown under hydroponic conditions and stressed with lead nitrate, Pb(NO₃)₂, at three concentrations (1.5, 3, and 15 mM).Lead is accumulated in a dose-dependent manner in both plant species, which results in reduced growth and lower uptake of all mineral ions tested. Total amounts and concentrations of most mineral ions (Na, K, Ca, P, Mg, Fe, Cu and Zn) are reduced, although Mn concentrations are increased, as its uptake is reduced less relative to the whole plant’s growth. The deficiency of mineral nutrients correlates in a strong decrease in the contents of chlorophylls a and b and proline in both species, but these effects are less pronounced in spinach than in wheat. By contrast, the effects of lead on soluble proteins differ between species; they are reduced in wheat at all lead concentrations, whereas they are increased in spinach, where their value peaks at 3 mM Pb.The relative lead uptake by spinach and wheat, and the different susceptibility of these two species to lead treatment are discussed.     

Contamination by uranium mine drainages affects fungal growth and interactions between fungal species and strains

The presence of aquatic hyphomycetes has been reported for several heavy metal-contaminated waters. Tolerance probably is one adaptation to coping with heavy metals. To help clarify this issue strains of two species of aquatic hyphomycetes (Tricladium splendens Ingold and Varicosporium elodeae Kegel) were isolated from a reference stream and a stream contaminated with heavy metals and grown on malt extract agar prepared with reference and contaminated water to characterize colony morphology, growth rate, growth inhibition and interaction among species and strains. In V. elodeae the morphology of colonies differed between strains. Colony diameter increased linearly over time with growth rates being lower for strains isolated from contaminated than from reference streams (mostly for V. elodeae). Strains from the contaminated stream grew faster in medium prepared with contaminated water than in medium prepared with reference water, while for strains from the reference stream there was no significant difference in growth rates on the two media. In interacting isolates radial growth toward the opposing colony was generally lower than toward the dish edge. Percentage growth inhibition was higher for isolates in intraspecific interactions (13-37%) than in interspecific interactions (3-27%). However differences in growth inhibition experienced by interacting isolates were observed only in three cases out of 16. The difference between the percentage inhibition caused and experienced by a given isolate was highest in interactions involving isolates with distinct growth rates. Our results suggest that strains from the reference stream tolerate heavy metals while strains from the contaminated stream seem to be adapted to contaminated waters. We hypothesize that in natural environments fungal species-specific limits of tolerance to metal contamination might determine an abrupt or gradual response of the original fungal community to mine pollution giving origin to a poorer fungal community dominated by adapted strains with distinct functional efficiency.     

基于生态位和模糊数学的冬小麦适宜性评价

为定量评价气象、土壤等要素对作物生长的影响,利用江苏省及周边40个气象站1980—2010年日气象资料,选取影响冬小麦品种生长发育的主要气象(如气温、降水、日照时数等)和土壤(如土壤厚度、有机质和p H值等)生态因子,基于生态位理论和模糊数学的方法,依据冬小麦生长对生态各因子的响应关系建立各生态因子适宜度模型,借助GIS空间插值和空间分析,计算江苏省冬小麦品种的种植适宜度并进行等级划分。结果表明:从单要素看,研究区气温适宜度和日照时数适宜度都由北往南逐渐降低,降水适宜度由南往北逐渐降低;大部分地区土壤厚度和土壤有机质适宜,但大部分地区的p H值适宜度较低;从气候适宜度看,江苏省气候适宜度的范围为0.68—0.81,中北部大部分区域适宜度大于0.73,全省的气候适宜度均适合种植冬小麦,大体上呈现由北往南逐渐减小的变化;从土壤适宜度看,全省中部、南部与西北部大部分区域适宜度大于0.70,适合种植冬小麦。从综合适宜度看,全省大部分地区适宜度为0.50—0.86,适宜于冬小麦生长。综合考虑农业气候资源和土壤资源对江苏省冬小麦品种种植的综合适宜性进行评价,评价结果为充分利用江苏省农业生态资源、指导及科学制定冬小麦品种区域种植规划提供科学依据;按作物品种分生育期多角度的精细化研究方法和建立的各因子的适宜度模型可为今后作物区域适宜性评价提供一种新的思路,对同类研究具有一定的借鉴作用。