磷影响下根际无机砷的形态分布及其对水稻生长的影响

两种有代表性的紫色土的水稻盆裁试验结果表明，磷的加入可减轻受砷污染的红紫泥中砷对水稻的毒害；但磷的加入会加剧受砷污染的红棕紫泥中砷对水稻的毒害。根际无机砷的形态分布研究表明：试验土壤上，根际砷各形态都比非根际高，砷在根际呈富集状态；在根际环境的作用下，红紫泥中，磷的加入加剧了砷由有效态砷（Al-As、Fe-As）向相对无效态砷（O－As）转化，砷对水稻的毒性减弱；红棕紫泥中，磷的加入加剧了砷由相对无效态砷Fe-As和Al-As向有效态砷Ca-As和A-As（表示水溶态砷及松结态砷）的转化，砷对水稻的毒性增强。     

复合污染土壤中水稻根际元素特性及效应研究

【目的】以广东大宝山重金属复合污染农田为生长介质,通过研究水稻不同部位生长量、 金属含量、 对金属的富集系数,及其与根际、 非根际土金属含量、 形态变化的相关关系,探讨根际效应可能对水稻体内金属积累转运以及生物量的影响。【方法】选取了广东大宝山稻田重金属复合污染(As、 Pb、 Fe、 Cu、 Zn)土壤及当地常见的20个水稻品种进行根际袋试验,即将根际袋内的土视为根际土,根际袋外的土视为非根际土,将供试水稻品种种植于根际袋土壤中60天后收获,测定水稻各部位的生长量、 不同金属的含量,根际土和非根际土中各金属有效态的含量。【结果】Fe、 Cu、 Pb、 Zn、 As在根部的富集系数均大于其在茎叶的富集系数,各金属在茎叶和根部的富集能力排序分别为Zn Cu As ≈ Pb ≈ Fe和Fe Zn As Cu Pb。根际土和非根际土中各种金属有效态含量均为Fe Cu Pb Zn As。研究还发现,有效态Fe、 Cu和Zn浓度对整株干重的影响显著,作用强弱顺序为Cu Zn Fe,对水稻生长影响作用显著的三种有效态金属Fe、 Cu和Zn均为植物生长所必需的元素。供试土壤中有效态Cu浓度对水稻的生长所起的作用最强。根际土有效态Fe浓度对根系Fe的积累作用效果显著,有效态As浓度显著抑制了根系Fe的积累,且有效态As浓度的作用强于有效态Fe。【结论】根际土中有效态Fe对株高、 根干重、 茎叶干重和整株干重均起着抑制作用,有效态Cu对水稻生长起到了促进作用。根际土有效态As和非根际土有效态Zn对根部Fe的积累起到了抑制作用,根际土有效态Fe和非根际土有效态Cu则起到了促进作用。非根际土有效态Fe和有效态Zn对水稻根长的增加均起到了促进作用。     

水稻根际芽孢杆菌抗砷胁迫作用及其微生物机制

砷甲基化过程作为微生物的砷抗性机制改变砷的毒性和移动性，对土壤砷污染控制有重要意义。砷抗性根际促生菌对砷胁迫下水稻生长产生积极影响，然而水稻根际菌的砷甲基化效率及其影响水稻砷胁迫的机制研究还较为缺乏。从砷污染稻田根际土中筛选出一株砷甲基化功能芽孢杆菌Bacillus sp. LH14，探究该菌株的砷甲基化效率、砷抗性和促生相关特性，和菌株接种对土壤砷形态、水稻生长和根际微生物相互作用的影响。结果表明，菌株LH14具有砷甲基化和挥发能力，34 h内将三价无机砷转化为甲基砷的效率为54.9%，主要形态为二甲基砷和三甲基砷。LH14接种显著提高了土壤中砷甲基转移基因(arsM)丰度，增加土壤溶液甲基砷浓度，表明LH14参与了土壤砷形态转化。LH14能在砷胁迫下产生吲哚-3-乙酸(IAA)，菌株浸染显著增加高砷条件下种子萌发率、根和芽长及生物量。接种LH14对砷污染土壤中水稻植株生长有促进作用，可能与根际有益菌(例如Burkholderiaceae和Gemmatimonadaceae)相对丰度增加有关。所以，水稻根际存在砷甲基化功能植物促生菌，接种该菌改变水稻根际砷形态，并能产生植物激素和富集根际有益菌从而直接和间接地促进水稻生长，有利于缓解水稻砷胁迫，为砷甲基化功能菌应用于砷污染土壤修复和缓解植物砷胁迫提供理论支撑。     

不同pH条件下腐植酸对土壤中砷形态转化的影响

为了探索在不同pH条件下腐植酸对土壤中砷形态转化及生物毒性的影响,应用油菜盆栽试验,检测砷加入土壤后15 d、45 d、90d土壤中AE-As(水溶态、可交换态和碳酸盐结合态)Fe,Mn-As(铁/锰氧化物结合态),O,S-As(有机物及硫化物结合态),Res-As(残渣态)的含量及油菜生物量.结果表明,外源水溶态砷加入土壤后均迅速向相对稳定的形态转化,15 d时A3H1(pH9.5,腐殖酸用量为0g/kg)和A3H4(pH9.5,腐殖酸用量20 g/kg)处理的AE-As含量分别为13.40 mg/kg、9.23 mg/kg,转化率分别为78.7％、82.51％;在90 d时,A3H4处理的AE-As、Fe,Mn-As含量分别为6.28 mg/kg、1.23 mg/kg,仅为处理A3H1处理的53.9％和10.7％,O,S-As、Res-As含量分别为20.24 mg/kg、41.21 mg/kg,是处理A3H1的165％和127％.说明腐植酸更有利于土壤中AE-As向其他相对稳定的形态转化,主要体现在O,S-As的增加,腐植酸对碱性土壤中砷向较稳定形态转化的促进作用更加显著,而且与腐植酸的施用量呈正相关.外源砷在碱性条件下对植物的毒害更大,腐植酸用量在10 g/kg土时就可以有效降低砷的毒害.     

合成磷源在石灰性潮土中的形态转化及氮肥形态对其的影响

利用盆栽试验研究了几种人工合成磷源在轻粘质潮土根际和本体土壤中的形态转化及配施不同形态氮肥对其形态转化的影响 ,结果表明 ,作物耗竭引起根际所有形态无机磷不同程度的下降。施入土壤的DCP(CaHPO4 ·2H2 O)、OCP(Ca8(PO4 ) 6 )、Al P(AlPO4 ·nH2 O)等大部分转化为其它形态无机磷 ,而Fe P(FePO4 ·nH2 O)和FA(Ca10 (PO4 ) 6 F2 )大部分以自身形态存在 ,尤其是FA很少向其它形态转化 ,根际条件促进了它们向其它无机磷形态的转化。Al P和FA等的形态转化明显受氮肥形态的影响 ,Al P配施NO- 3 N下 ,绝大部分转化为磷灰石 ,NH 4 N配施下促进了FA向其它形态的转化 ,在所有的磷源处理中 ,根际和本体磷酸铁都有显著地增加 ,NH 4 N和CO(NH2 ) 2 处理下存在磷酸铁的根际累积 ;其次是磷酸二钙和磷酸铝也有明显地增加 ,二者存在根际的亏缺。不同磷源的形态转化规律与其有效性大小相一致。     

4种形态砷在盆栽水稻中的分布与转化研究

用盆栽实验研究了As(Ⅲ)、As(V)、MMAV和DMAV 4种形态的砷在水稻中的分布和转化规律。通过向土壤中添加4种分别5个浓度的砷,种植5种水稻300盆,获得了水稻根、茎、叶、穗、米中的As(V)、As(Ⅲ)、MMAV、DMAV和总砷的22 500个数据;对比分析了4种形态砷对水稻的生理影响、在水稻中的迁移和转化情况及土壤中的砷与稻米中砷含量的关系。结果表明,4种形态砷的转移转化规律差异较大,对砷的风险评估不能一概而论,应将砷分形态开展研究,科学评价不同形态砷毒性和控制水稻砷风险。     

三峡水库消落带典型土壤中磷的形态转化特征

以消落带的3种典型土壤为研究对象,通过室内模拟培养,探讨外源磷在不同土壤中的形态转化特征及其与磷活性的关系。结果表明:随外源磷添加量的增加,各种磷形态的增幅因土壤种类不同而异;相同外源磷添加量下,紫色潮土和棕紫泥向有机磷(OP)的分配比例比矿质黄泥高,棕紫泥和矿质黄泥向无机磷(IP)的转化趋势比紫色潮土明显,铁/铝磷(Fe/Al-P)和钙磷(Ca-P)均以矿质黄泥的增幅最大;添加200mg/kg磷达到分配平衡后,3种土壤中磷均以IP为主要形态,占总磷(TP)的64%~80%,IP均以Ca-P为主要形态,约占TP的54%~69%,而Fe/Al-P形态所占比例较低;随外源磷添加量的增加,有效磷(Olsen-P)含量呈非线性增加,当外源磷添加量50mg/kg时,土壤Olsen-P达到极限阈值,紫色潮土和棕紫泥的极限阈值接近或高于土壤磷淋失突变点(25mg/kg);各形态磷对于Olsen-P的贡献因土壤种类不同而异,紫色潮土以OP的直接正向贡献最大,棕紫泥的各形态磷贡献相近,而矿质黄泥则以Fe/AlP的直接贡献最大。     

中轻度砷污染土壤-水稻体系中砷迁移行为研究

通过土-砂根袋培养生物学模拟试验,运用砷形态分级的连续提取方法研究了水稻整个生育时期内砷在中轻度砷污染土壤-氧化性根际-水稻体系中的时空分布规律。结果表明:(1)该品种水稻(远诱一号)生长旺期(第三生长时期和第四生长时期)由于根系活化作用产生明显根际效应,根际土壤中各砷形态总量、无定形态砷含量均显著高于非根际土(p0.05),而有效性最低的残渣态则低于非根际土。(2)水稻根表铁氧化物膜(简称:铁膜)主要以无定型态铁和结晶态铁为主(90%),在生长旺盛期老化程度最高,且对砷富集能力与第一时期相比降低60%,与第二时期相比降低10%;根表铁膜对砷的富集作用并不完全随铁膜数量的增减而变化,还与铁膜中铁的组成形态(尤其无定形态铁)密切相关。(3)砷在土壤-根际-水稻(远诱一号)体系中迁移规律:砷随铁氧化物的还原由非根际向根际迁移并在氧化性根际富集,由于铁膜的缓冲层作用,砷很少进入作物根系,迁移至地上部的砷含量低于根中砷含量;生育初期(前两个生长时期),水稻根表铁膜主要起富集库作用,具有很强的富集砷能力,但富集的砷易解吸进入作物根系,生育后期(后三个生长时期),铁膜逐渐老化,主要起缓冲层作用,使根系砷含量与生育初期相比降低50%～90%。     

超声波活化风化煤对土壤砷形态及土壤酶活性的影响

通过土培盆栽试验研究了不同超声波活化风化煤添加量0g/kg,10g/kg,20g/kg,40g/kg,60g/kg对不同浓度砷污染土壤中砷形态及土壤酶活性的影响,结果表明:活化风化煤添加量40~60g/kg,能够最有效地降低土壤中As的可移动性,增加土壤中的残渣态砷,从而降低了土壤中As的生物毒性;添加活化风化煤60g/kg条件下,污染土壤中土壤蔗糖酶活性最高,风化煤添加量40g/kg时,缓解砷抑制土壤脲酶活性的效果最好。所以活化风化煤能够有效改善砷污染土壤质量,降低生物毒性,减轻对植物的毒害作用。     

有机酸对三峡库区消落带土壤无机磷形态转化和有效性的影响

以三峡库区分布最广的紫色潮土、灰棕紫泥为对象,采用室内土柱模拟淋洗试验,研究了淋溶液中3种简单有机酸(草酸、柠檬酸和酒石酸)对三峡库区2种典型土壤无机磷形态转化及有效性的影响。结果表明:紫色潮土和灰棕紫泥2种土壤中磷均以Ca10-P为主,分别占无机磷总量的48.93%和28.20%,活性磷(Al-P、Fe-P、Ca2-P和Ca8-P)总量分别占无机磷总量的13.12%和36.91%。添加50mg/kg的外源无机磷经陈化后,磷主要向Al-P形态转化,2种土壤中Al-P分别增加了1.49倍和0.71倍,活性磷总量分别占无机磷总量的19.53%和43.51%。淋溶过程中,有机酸的存在对于土壤无机磷形态转化具有显著影响,有机酸促进了土壤磷向高活性形态转化,从而增加了土壤磷的淋出风险。灰棕紫泥土壤上,草酸、柠檬酸和酒石酸添加量同Fe-P和Ca10-P呈极显著负相关关系[r(Fe-P)分别为-0.938,-0.865,-0.935,r(Ca10-P)分别为-0.933,-0.896,-0.916,P0.01,N=12],有机酸对Fe-P和Ca10-P的活化效应显著。2种土壤有机酸对无机磷的活化能力为灰棕紫泥紫色潮土。灰棕紫泥上,草酸和酒石酸处理土壤有效磷与Fe-P和Ca10-P之间呈极显著负相关(r≤-0.795,P0.01,N=12),而柠檬酸处理下灰棕紫泥有效磷与各形态无机磷之间的相关性规律不明显。     

Interaction of silicon,iron, and manganese in rice (oryza sativa L.) rhizosphere at low ph in relation to rice growth

Rice (Oryza Sativa L.) nutrition is influenced by the interactions of (Iron) Fe, (Manganese) Mn, and (Silicon) Si in the rhizosphere. A greenhouse experiment was carried out with rice grown in four low‐pH soils (a granitic lateritic red earth, a paddy soil from the red earth, a basaltic latosol, and a paddy soil from the latosol). Rice was grown in pots with the roots confined in rhizobags and the rhizosphere soil and nonrhizosphere soil were analyzed separately for active Si, Fe, and Mn by Tamm's solution. Silicon and Mn concentrations were lower in the rhizosphere soil indicating a depletion which was higher for the basaltic soils and for the paddy soils. Iron concentrations were higher in the rhizosphere soil indicating an accumulation that was higher for granitic soils and for the upland soils. Plant growth response was due mostly to Mn with the basaltic soils supplying toxic amounts and the granitic soils being deficient. Iron accumulation in the rhizosphere caused lower plant uptake of Si, phosphorus (P), and calcium (Ca) and higher Fe and aluminum (Al) absorption leading to the conclusion that Fe deposition on plant roots and in rhizosphere may block the uptake of other nutrients.     

根际环境中镉的形态转化

用根际箱或根际根际袋试验研究了红壤,黄棕壤植稻或植麦后根际中镉的形态转化状况,并讨论了与铅复合处理对镉形态的影响。结果表明,红壤根际,非根际镉的主要形态为可交换态,黄棕壤则主要为碳酸盐结合态。水稻根际富集铁锰氧化物结合态镉,根际有机结合太镉远远大于非根际。对铅,镉复合污染的研究表明。     

山东石灰性潮土、褐土无机磷的形态、转化和有效性

应用蒋柏藩、顾益初提出的“石灰性土壤无机磷分级方法”研究了山东省石灰性潮土、褐土、砂姜黑土的无机磷组成、转化和对作物的有效性。结果表明,石灰性土壤无机磷中以Ca10-P占绝对优势,约占无机磷总量的54.52％,其次为O-P,占21.55％,Al-P、Fe-P,Ca8-P分别占5～10％,Ca2-P只有1.08％;在土壤剖面中各级无机磷皆随剖面深度增加而减少;水溶性磷肥施入土壤后,在作物一个生长季节内主要转化成Ca8-P,占全部转化量的50～70％,其次是Ca2-P,占10～30％,Al-P占11～13％,Fe-P很少,占5％左右;在各级无机磷中对作物有效性顺序是Ca2-P>Al-P、Fe-P>Ca8-P>O-P、Ca10-P。     

拉巴豆在不同土壤上的结瘤效应、饲用品质

选择重庆市4种具有代表性的土壤（灰棕紫泥两种、红棕紫泥和灰岩黄壤各一种）,接种促生根瘤菌,研究了拉巴豆的结瘤性能、生长情况、光合速率、营养品质及矿质养分等。结果表明,在微酸性和酸性灰棕紫泥土壤上,拉巴豆的生长、生理、光合、产量和品质显著优于灰岩黄壤和红棕紫泥。在微酸性灰棕紫泥（pH 6.14）和灰岩黄壤（pH 6.45）上,接种根瘤菌能形成根瘤,但在酸性灰棕紫泥（pH 4.09）和碱性红棕紫泥（pH 7.50）上,形成根瘤极少或不形成根瘤,说明土壤酸碱度过高和过低均抑制根瘤形成。接种根瘤菌形成根瘤之后,不同程度地改善了拉巴豆氮、磷营养,提高了其净光合速率,促进了生长,增加了生物量,改善了品质。拉巴豆生物量,氮、磷吸收量,收获后土壤有效氮、磷含量与根瘤重量呈显著正相关,故根瘤重量可反映根瘤活性。此外,在微酸性灰棕紫泥土壤中,拉巴豆的根瘤数量虽然比灰岩黄壤少53.32%,但根瘤体积较大,根瘤重量为灰岩黄壤上的1.66倍,接种效应总体上优于灰岩黄壤。所以,在重庆市的拉巴豆栽培中,选择微酸性和酸性灰棕紫泥,并接种根瘤菌有益于高产优质。     

Silicon decreases the arsenic level in rice grain by limiting arsenite transport

Silicon (Si) reduces arsenic (As) levels in rice shoot and grain. However, the underlying mechanisms remain unclear. In this study, we examined the effect of Si application to three rice paddy soils on the dynamics of Si, iron (Fe), phosphorus (P), and As in the soil solution, As accumulation in rice straw, flag leaf, husk, brown rice, and polished rice, and on As speciation in polished rice. Silicon application to soil increased the concentrations of Si, Fe, As, and P in the soil solution, while the redox potential was unaffected. Arsenic concentrations of straw, flag leaf, and husk were reduced by half by Si application, while As concentrations of brown and polished rice were decreased by 22%. The main As species in polished rice was arsenite, As(III), with a fraction of 70%, followed by dimethylarsinic acid (DMA) and arsenate, As(V), with 24% and 6%, respectively. Silicon application to the soil did not affect DMA or As(V) concentration of polished rice, while the As(III) concentration was reduced by 33%. These results confirm that Si reduces As(III) uptake and translocation into the shoot. Furthermore, data indicate that decrease of As concentration of polished rice is due to decreased As(III) transport into grain. Possible underlying mechanisms are discussed.     

外源铜和镍在土壤中的化学形态及其老化研究

采用连续提取法测定了外源铜和镍进入田间土壤后的化学形态分布,比较研究了这2种重金属在3种不同类型土壤(红壤,水稻土和潮土)中随老化时间的形态转化和分布.结果表明,外源铜以残留态(40%～60%)和EDTA可提取态(40%)为主;随老化时间,EDTA可提取态、易还原锰结合态及铁铝氧化态向残留态转化;外源镍在酸性红壤中以可交换态(40%)和残留态(30%～50%)为主,在中性水稻土中以EDTA可提取态(30%)和残留态(30%～50%)为主,在碱性潮土中以铁铝氧化态(20%)和残留态(40%)为主.随老化时间,水溶态、可交换态、EDTA可提取态等向残留态转化.土壤pH较低时水溶态和可交换态含量较高,但是同时随老化时间的降低量也明显;pH较高时有利于易还原锰结合态和有机质结合态的转化.     

不同母质土壤-水稻系统Cd吸收累积特征及差异

通过选取土壤有效态镉(Cd)含量相近、母质不同的水稻土河沙泥(河流冲积物发育)和紫泥田(紫色砂页岩母质发育),添加不同浓度的外源Cd(0,0.5,1,2,5mg/kg)模拟Cd污染稻田土壤进行盆栽试验,研究不同母质稻田土壤Cd胁迫条件下水稻不同生育期对Cd吸收累积的差异,并推算出土壤Cd环境安全临界值。结果表明,水稻生育期2种土壤有效态Cd含量均在分蘖期最高,河沙泥有效态Cd含量平均为0.47mg/kg,紫泥田平均为0.36mg/kg,同一外源Cd水平下,河沙泥土壤有效态Cd含量高于紫泥田。对河沙泥而言,随着外源Cd浓度的增加,水稻总生物量呈现先增加后下降的趋势,当外源Cd浓度为1mg/kg时达到最大生物量,为47.11g/pot;而紫泥田水稻生物量呈现逐渐增加的趋势,但各处理间差异不显著(P0.05)。2种土壤中水稻糙米、谷壳、茎叶、根Cd含量均随外源Cd浓度的增加而增加,整体分布特征为根茎叶谷壳糙米,且河沙泥高于紫泥田;河沙泥水稻平均Cd累积量为51.71μg/pot,紫泥田平均Cd累积量为42.56μg/pot,2种土壤成熟期水稻Cd累积量对比分蘖期分别增加1.45,1.07倍。回归分析表明,河沙泥和紫泥田稻米Cd超标的土壤Cd安全临界值分别为2.03,3.14mg/kg。水稻对Cd的吸收累积特征及土壤Cd安全临界值因土壤母质不同而存在显著差异。     

Arsenic from Groundwater to Paddy Fields in Bangladesh: Solid–Liquid Partition, Sorption and Mobility

The arsenic contamination of Bangladesh groundwater involves heavy arsenic inputs to irrigated rice fields. Beside adsorption on soil colloids, iron–arsenic co-precipitation phenomena can affect arsenic retention in soils. In paddy fields of Satkhira District, Bangladesh, the study of the arsenic and iron forms in the irrigation waters and in soils at different times and distances from the irrigation well evidenced that a higher Fe/As ratio in the well water was related to a faster oxidation of Fe(II) and As(III) in water and to a close Fe–As association in soils, together with a greater accumulation of arsenic and poorly ordered iron oxides. The concentration of arsenic and of labile iron forms decreased with the distance from the well and with the depth, as well as the reversibility of arsenic binding. The fate of the arsenic added to the soils by irrigation hence resulted strongly influenced by iron–arsenic co-precipitation, depending on the Fe/As ratio in water. Irrigation systems favouring the sedimentation of the Fe–As flocks could help in protecting the rice from the adverse effects of dissolved arsenic.