稀土农用的经济效应和环境生态效应

从农业经济效应和环境生态效应二方面,论述了稀土肥料促进作物生长、发育,提高作物产量,改善作物品质的效应与机理;影响土壤区系中微生物种群数量和土壤脱氢酶、碱性磷酸酶、脲酶及蔗糖酶的功能,继而反馈调节作物生长;缓解酸雨、紫外辐射和重金属伤害作物的生态生理学效应;并以稀土在作物体内分布与富集规律为参考,探讨了稀土农用的安全性。实践证明,稀土农用只要严格控制剂量就能实现增强作物抗逆性和提高作物经济效益的目标。     

农用稀土的生态毒理学效应

稀土农用给中国农业带来巨大经济效益,但环境安全问题也随之产生。本研究从生态毒理学角度,综述了稀土对土壤微生物、植物、动物的影响,指出稀土可以改变土壤微生物的种群结构、种群数量及其土壤酶活性,影响植物的生长发育、生理生化过程及富集规律,并对动物生殖系统、肝脏、儿童智力及人体健康造成损害。稀土对生物的生态毒理作用,可以是稀土对生物的直接影响,也可以是食物链蓄积的间接效应,在稀土农用中应充分考虑其对环境与人体的影响。     

土壤弹尾目昆虫Folsomia candida对铜污染的急性毒理初步研究

随着土壤环境重金属污染的加剧,有关重金属污染土壤的风险评估受到关注.对土壤质量评价的方法长期以来集中在检测重金属污染物质在土壤中的浓度及化学形态等方面,而对于重金属、土壤和生物之间的相互作用很少考虑,因而难以全面评估重金属对土壤环境的生态毒性效应[1].重金属污染土壤的生物评价是对化学评价的有效补充和相互验证.土壤弹尾目昆虫(跳虫)作为土壤动物群落中的优势物种之一,是土壤环境的重要指示生物,在对污染环境的生态评估研究中得到越来越多的重视[2-5].     

土壤酶对重金属污染的响应及指示研究进展

土壤酶在关键元素生物地球化学循环、动植物健康维持、环境污染净化等方面起着不可替代的重要作用,同时还是土壤污染程度评价的辅助指标之一。然而,由于土壤物理、化学和生物学性质的差异,以及研究方法的多样化,导致重金属与土壤酶活性之间的关系十分复杂,阻碍了土壤酶在土壤质量和健康评价中的应用。系统阐述了重金属污染对土壤酶的生态毒理效应,及其对土壤酶催化动力学特征的影响,构建了土壤-重金属-微生物对土壤酶作用的概念模型,并探讨未来的研究趋势和方向。土壤酶活性测定高效、便宜,且对重金属污染敏感,是极具潜力的土壤重金属污染评价的生物学指标,但仅采用土壤酶活性可能高估或低估重金属的生态毒性,加之当前对土壤酶的选择、活性的测定均缺乏统一的标准,致使难以建立重金属毒性阈值与土壤理化性质或土壤重金属有效性之间的定量关系,最终导致土壤酶在土壤污染生态风险评价中存在争议。未来亟需通过新技术和数学模型,深入揭示不同类型土壤中酶对重金属胁迫的响应机理,构建土壤性质与毒性阈值关系的经验模型,可为加强土壤酶在土壤质量和健康评价中的应用提供重要的理论依据。     

土壤弹尾目昆虫对铜污染的急性毒理初步研究

随着土壤环境重金属污染的加剧,有关重金属污染土壤的风险评估受到关注。对土壤质量评价的方法长期以来集中在检测重金属污染物质在土壤中的浓度及化学形态等方面,而对于重金属、土壤和生物之间的相互作用很少考虑,因而难以全面评估重金属对土壤环境的生态毒性效应。重金属污染土壤的     

微塑料对土壤-植物系统的生态效应

近年来,塑料污染已经成为全球性环境问题。陆地生态系统中的微塑料污染受到越来越多的重视,尤其是农业生态系统。由于降解性差,微塑料在土壤中的累积可能会对土壤生态系统造成不利影响,并通过食物链等威胁人畜健康。本文介绍了微塑料在土壤环境中的来源、分布和迁移,重点阐述了微塑料对土壤-植物系统的直接和间接生态效应。证据显示微塑料可以直接影响土壤理化性质、微生物与酶活性、土壤动物,影响植物种子萌发、根系对水分和养分的吸收,并可以被植物吸收和转运,对植物产生毒性效应;也可以通过改变土壤性质、与重金属等污染物联合作用等方式对植物产生间接效应。最后还对未来土壤-植物系统中微塑料相关研究进行了展望。以期为了解土壤微塑料的生态效应和潜在风险管控提供理论依据和科学指导。     

三氯生与镉单一及复合污染对土壤呼吸和酶活性的影响

为了解典型药品和个人护理品(PPCPs)——三氯生与镉复合污染的生态效应,采用室内培养实验和联合毒性预测模型,首次评价了三氯生与镉单一及复合污染对土壤呼吸及参与土壤碳氮循环的相关酶活性的生态毒性。结果表明:三氯生与镉单一及复合污染对土壤呼吸呈现激活—抑制—激活的生态效应;刺激了蛋白酶活性,激活率先降低后升高,56 d时达到最大。整个实验期间均抑制了蔗糖酶活性,镉(10.0 mg kg-1)单一污染培养14 d抑制率达到最大值(81%),三氯生单一胁迫呈现负的剂量效应关系,两者复合污染无显著的剂量效应关系。联合效应评价模型预测表明,相比三氯生或镉单一污染,两者的复合胁迫对土壤呼吸呈现随时间变化的拮抗—协同—加和效应,对土壤蛋白酶呈现协同—加和—协同的联合效应,而对土壤蔗糖酶活性则主要为协同效应。     

晋北丘陵风沙区不同植被恢复模式的土壤化学特征与生态恢复效应

通过对山西省右玉县从高家堡乡至右卫镇的公路两侧乔木林(小叶杨、樟子松、油松和华北落叶松)、灌木丛(沙棘、柠条和乌柳)及各种乔木、乔灌混交林的土壤化学特征分析,评价了乔、灌恢复模式的生态恢复效应。结果表明:(1)不同植被恢复模式的生态恢复效应差异显著,混交林生态恢复效果优于纯林;(2)灌木沙棘、柠条、乌柳在本区生态恢复中的作用突出,特别是豆科植物柠条的生态恢复效果优于其他非豆科植物;(3)乔木种樟子松、油松,灌木种沙棘、柠条、乌柳耐旱、耐寒,生态适应性强,在本区生态修复中作用明显,可用于本区人工植被恢复的植被重建优先物种;(4)本区土壤洁净,适宜发展有机农业。     

Hakanson指数法在评价土壤重金属生态风险上的应用进展

Hakanson指数法是目前重金属元素潜在生态风险评价的常用方法。该方法开始被应用于研究河流沉积物重金属污染评价中,后逐步被引进到土壤重金属污染的研究,并被广泛使用。分析发现,Hakanson指数法对于评价土壤重金属生态风险是有效的,但也存在不足之处。本文综述了众多专家学者在利用Hakanson指数法进行土壤重金属生态风险评价中的研究成果,介绍了利用土壤重金属元素形态、修改毒性响应系数和生态危害风险指数等对Hakanson指数模型进行改进的方法和步骤,讨论了Hakanson指数法在评价土壤重金属生态风险方面的应用进展。     

土壤锗污染对土壤酶活性的生态毒理效应

通过室内培养和盆栽试验,研究了土壤添加锗(Ge)对黄棕壤过氧化氢酶、脱氢酶、脲酶、碱性磷酸酶、转化酶的生态毒理效应。结果表明,在土壤Ge含量2~200 mg kg-1范围,土壤Ge对脱氢酶、碱性磷酸酶、转化酶活性抑制作用不明显。土壤Ge对土壤过氧化氢酶和脲酶活性有明显抑制作用,脲酶受Ge的抑制作用最强。土壤Ge含量与脲酶活性之间具有显著负相关,脲酶抑制率可作为Ge生态风险评价的一项生物指示物。     

Effects of lanthanum and mixtures of rare earths on ammonium oxidation and mineralization of nitrogen in soil

Rare earths are applied widely in Chinese agriculture to improve crop nutrition and incidentally in fertilizers, yet little is known of their effect on the biological functioning of the soil. We have studied the effects of lanthanum and of mixtures of rare earths on the potential ammonium oxidation and nitrogen mineralization in soil by incubation experiments in the laboratory. The no‐observed‐effect and median effective concentrations of the rare earths on these two processes are reported, and their corresponding mechanisms are discussed. For mixtures, the no‐observed‐effect concentrations relating to potential ammonium oxidation and N mineralization were at 393 and 373 mg rare earths kg^?1 soil, respectively, and their median effective concentrations were at 1576 and 1108 mg kg^?1 soil, respectively. When lanthanum was applied alone, the no‐observed‐effect concentrations relating to potential ammonium oxidation and N mineralization were at 432 and 443 mg La kg^?1 soil, respectively, and their median effective concentrations were at 18 212 and 1237 mg kg^?1 soil, respectively. Therefore, the influence of mixtures of rare earths on potential ammonium oxidation or on N mineralization was slightly stronger in comparison with that of lanthanum. Mineralization of nitrogen is apparently more sensitive to the stress caused by rare earths than ammonium oxidation. We conclude that the influence of individual rare earths in the mixtures on the above two processes can be additive and that the present dosage of mixed rare earths (< 230 g ha^?1 year^?1 or 0.15 mg kg^?1 soil year^?1) currently applied in China can hardly affect the potential ammonium oxidation and N mineralization in the soil even over a long period.     

稀土元素在土壤-玉米体系吸收的剂量效应关系研究

通过盆栽实验研究施加农用稀土微肥后,玉米根、茎和叶中稀土元素的含量变化.结果表明,玉米根和茎中稀土元素含量随外源稀土施入量的增加而增大,存在显著剂量效应关系.玉米根和茎中La/REE比值随外源稀土施加的浓度增大而逐渐与稀土微肥(常乐)的La/REE值趋于一致.发现随着施入稀土元素浓度的增加,玉米吸收的稀土元素逐步转为主要由外源施加稀土微肥贡献为主.随根施剂量加大,玉米根和茎吸收稀土元素的富集系数逐渐增大,说明外源稀土的生物有效性明显高于土壤本身的稀土.稀土元素在苗期的玉米叶片中不产生显著水平的富集.     

Phosphorus Uptake and Translocation in Field-Grown Maize after Application of Rare Earth-Containing Fertilizer

ABSTRACT

In recent decades, rare earths and rare-earth containing fertilizers along with nitrogen (N) and phosphorus (P) fertilizers have been used by agriculturists to improve crop yield and quality. The interaction between rare earths and N has been explained in soils, yet little is known of the effect of rare earths on P nutrition of field-grown crops. When maize plants entered the early stem-elongation stage, a rare earth-containing fertilizer (lanthanum (La) and cerium (Ce) as major rare earths) was applied to the soil with irrigation water. Ten days after application of rare earths, there was no significant dose-dependent accumulation of P in the roots and shoots, with one exception where P concentrations increased in the roots at a dosage of 100 kg rare earths ha^{? 1}. However, at maturity, the application of rare earths at less than 10 kg ha^{? 1} significantly improved P uptake by field-grown maize and P transport to the grain. The application of rare earths at less than 10 kg ha^{? 1} increased crop yield. Other studies have shown that at rates less than 10 kg rare earths ha^{? 1}, there was no accumulation of heavy metals and rare earths in the grain, and that the present mean application rate of rare earths (< 0.23 kg ha^{? 1} year^{? 1}) currently applied in China was unlikely to affect the safety of grains in arable soils. Together, these field studies can give a scientific understanding of benefits and risks when utilizing rare earths in agriculture, and of the interaction between rare earths and P nutrition in field-grown crops.     

粤西地区土壤-植物系统中稀土元素地球化学特征

在广东省西部不同地区采取土壤、植物样品，并对其中的稀土元素含量采用ICP-MS法测定，研究了稀土元素在土壤、植物叶中的地球化学特征。结果表明：土壤一植物系统的各环节间稀土元素的含量模式基本相似。不同母岩发育的土壤稀土分布有较大的差异，其中以花岗岩发育的土壤稀土含量最高。在土壤的各个剖面层中，心土层和底土层稀土含量高于表土层，轻重稀土发生分异，均有不同程度的Eu亏损，Ce表现为土壤各层位中的正异常。同一采样点的不同种属植物具有相似的稀土分配模式，在不同母岩发育土壤上生存的同一种属植物稀土分配模式不同，其稀土分布均受其所生存土壤的影响和制约，同时具有自身的生物地球化学特性。生物吸收系数表明植物对稀土元素的吸收能力的差异，稀土元素在由土壤向植物体运输迁移中发生了明显的分馏作用，重稀士相对贫乏。     

施用稀土元素镧对南非马唐生长及若干生理特性的影响

盆栽试验研究喷施和土施条件下稀土元素镧对禾本科牧草南非马唐生长的影响。结果表明,不论是喷施还是土施,镧均显著提高南非马唐叶片超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）等保护酶的活性,降低其叶片丙二醛（MDA）含量,从而减轻了南非马唐生长过程中活性氧（ROS）对细胞膜、叶绿体膜的过氧化伤害,维护叶片光合机能。施用稀土元素镧能显著增加南非马唐叶片的叶绿素含量,提高净光合速率（Pn）,促进生长,增大叶面积,最终显著增加了南非马唐的干物重。收获时,地上部干重,喷施镧比对照提高了5.60%～14.45%,土施提高了4.00%～12.85%;根干重喷施提高了6.28%～20.96%,土施提高了7.01%～21.18%,差异均达显著水平。在同一施镧水平上,喷施的干物质积累和土施的无显著性差异。本试验看出,土施稀土元素的量比喷施的量提高1～2倍即可,这样不仅有利于促进南非马唐生长,而且可以避免稀土元素在土壤中的积累过多,影响生态环境。     

重金属复合污染下红壤微生物活性及其群落结构的变化

在室内培养条件下,应用4因素5水平二次正交回归旋转组合设计方案,对重金属复合污染红壤的微生物活性及群落功能多样性进行了研究。结果表明,在Cu、Zn、Pb、Cd复合污染生境中重金属的微生物毒性效应发挥主要由Cd、Cu两元素决定,其生物毒性顺序表现为:Cd>Cu>Zn>Ph,红砂泥中表现较为突出。与单一镉、单一铅污染处理相比,重金属复合污染对供试红壤微生物生物活性及其群落功能多样性的影响并非仅仅表现出简单的加和作用,同时还存在协同作用和拮抗作用。典型相关分析显示,红壤微生物活性与重金属含量之间关系密切,第一对典型变量的相关系数r达0.885 8、0.932 8,均达极显著水平(p<0.001), 说明重金属复合污染与红壤微生物间存在较为稳定的数量反馈机制,红壤总体微生物活性指标能较好地反映供试红壤重金属复合污染状况,可作为重金属污染红壤环境质量评价及量化分类的有效指标。     

土壤动物主要生态特征与生态功能研究进展

土壤动物是陆地生态系统重要的组成部分，是物质循环和能量流动正常运行的关键环节。近年来，土壤动物研究越来越受到人们的重视，研究主要包括土壤动物生态特征和生态功能两个方面。本文概括了土壤动物的定义和分类，阐述了土壤动物的数量、种类、分布格局及影响因素等主要生态特征，着重论述了土壤动物的分解、生态指示等功能。认为，目前土壤动物研究发展缓慢，基础研究差，生态特征研究仍处于定性与半定量水平；功能研究单一，缺少土壤动物多样性功能研究。对今后研究提出展望。本文旨在加深对土壤动物的了解，为生物多样性保护、合理开发利用土壤资源、健全生态指标和实现农业、生态可持续发展提供必要的理论支持。     

桉树人工林生态退化与恢复研究进展

针对近年关于桉树人工林生态环境效应的争论,简要分析了国内外在桉树人工林生态退化与恢复领域的最新研究进展,并形成3点认识:桉树人工林生态退化通常表现为林地土壤退化、生物多样性减弱和生产力下降,而林地水土流失、人类不合理活动及桉树的化感作用是导致生态退化的重要原因;桉树人工林的生态恢复必须采取科学的技术对策,如开展水土保持、保护生物多样性、调控林地生产力;未来对桉树人工林生态退化及其恢复研究的主要方向可能是从多学科交叉的角度和在分子、细胞水平上研究桉树的生态适应性与生态环境效应,其重点是探索桉树与其他外来植物的生态学关系.本文为桉树人工林的持续经营及客观、科学地评价其生态环境问题提供了一定依据.     

Accumulation and Fractionation of Rare Earth Elements in a Soil-Wheat System

Time series bioaccumulation of rare earth elements (REEs) in field-grown wheat with and without a dressing of extraneous REE fertilizer at different growth stages and fractionation of REEs during their transport in a soil-wheat system were determined. Time-dependent accumulation of extraneous REEs was found in different parts of wheat. An upward transport of extraneous REEs from roots to shoots under a soil dressing and a downward transport from leaves to roots with a foliar dressing were also observed. Moreover, fractionation of REEs occurred in the soil-wheat system. Compared to the host soil a positive Eu anomaly in the stems and grains as well as heavy REE enrichment in the grains were found. The ability of the different wheat organs to fractionate Eu from the REE series was ranked in the order of stems ≥ grains > leaves > roots.     

稀土元素Ce对爪哇伪枝藻盐胁迫耐受性的影响

荒漠藻类广泛分布于干旱区环境,盐胁迫是影响荒漠藻类生存的重要环境因子,稀土农用及其引起的生态环境问题亦受到广泛关注,为此以一种从荒漠结皮中分离的典型蓝藻——爪哇伪枝藻为材料,在实验室条件下研究盐胁迫和外源稀土元素铈对伪枝藻生理生化特性和细胞结构的影响。试验处理时,先进行铈效应浓度的筛选,然后设置NaCl浓度分别为0（对照）、0.05、0.3 mol.L^-1进行盐胁迫和Ce、Ce＋0.05 mol.L^-1 NaCl、Ce＋0.3 mol.L^-1 NaCl处理,分别测定各种处理下的藻生物量（以叶绿素a表示）、光合活性（Fv/Fm）、藻蓝蛋白含量、胞外多糖含量、膜脂过氧化产物丙二醛含量和伪枝藻素含量以及超微结构的变化。研究结果表明,与对照处理相比,盐胁迫导致伪枝藻生物量和光合活性的显著降低,胞外多糖出现大量积累,藻蓝蛋白和伪枝藻素含量呈现明显下降,同时导致伪枝藻膜脂丙二醛含量的大量增加和藻细胞超微结构的破坏。添加外源铈的盐胁迫处理发现,铈能够促进伪枝藻细胞的生长活性,并对藻细胞的内部结构具有一定的保护作用,而对藻细胞的藻蓝蛋白、伪枝藻素和胞外多糖的影响并不明显。这表明稀土元素铈对于伪枝藻的生长可能具有一定的调节作用,但对于提高伪枝藻的盐胁迫耐受性作用并不显著。研究结果为更好地理解稀土元素对荒漠藻类的生物学效应提供了有意义的参考,可为稀土在荒漠结皮培植中的应用提供指导。