土壤重金属Cd作物效应的区域分异研究

[目的]探索土壤重金属Cd对水稻效应的区域分异。[方法]以我国辽宁(棕壤)、江苏(黄泥土)、天津(潮土)、湖北(红壤)和广西(石灰土)5区典型土壤类型为研究对象,以杂交水稻180为供试品种,采用盆栽试验,对土壤中重金属Cd对水稻生长和稻米重金属Cd含量影响的区域分异进行了研究。[结果]水稻株高、产量受土壤Cd污染的影响具有明显的南北区域分异,5区中北方的辽宁、天津地区在土壤Cd浓度较高时水稻长势依然较好,而南方的广西、湖北等地区在较低土壤Cd浓度水平下,对水稻生长产生明显的抑制。虽然土壤类型对水稻Cd含量吸收的影响较为显著,但南北方区域分异并不明显。[结论]土壤重金属Cd对作物效应因土壤类型不同表现出明显的区域分异特征。     

江苏省不同农区土壤碳氮分布特征及其影响因素

为给江苏省耕地地力的保持和培育提供基础数据,以分布于江苏全省的297个土壤监测点为研究对象,研究了江苏省域不同农区土壤碳氮分布,并对其影响因素进行了分析。结果表明土壤类型、农区分布、施肥类型及施肥量、种植制度和还田秸秆量对土壤碳氮分布具有重要影响:(1)水稻土、黄棕壤、砂姜黑土、潮土、棕壤、潮盐土的土壤有机质和氮含量依次减少。(2)在水稻土中,徐淮、里下河、沿江等农区土壤有机质和氮含量较高,而太湖和丘陵农区次之,沿海农区最低;潮土中徐淮、里下河和丘陵农区土壤有机质和氮含量较高,而太湖农区、沿江农区次之,沿海农区最低;黄棕壤中太湖农区土壤有机质和氮含量较高,而丘陵农区较低;潮盐土中徐淮农区土壤有机质和氮含量最高,里下河农区次之,沿江农区最低。(3)同一种土壤中,有机肥施用量高的土壤碳氮含量较高。(4)在同一种土壤中,种植蔬菜、大量粮食作物(小麦、水稻、玉米等)、块根旱作作物(马铃薯等)、茶叶等的土壤碳氮含量依次降低。     

秸秆和猪粪对小麦镉吸收的影响

采用盆栽试验,以黄棕壤和潮土为供试土壤,每种土壤上按照有机碳加入量一致的原则设置5个处理,分别为对照(不添加有机物)、1.1%和2.7%秸秆处理、2%和5%猪粪处理,研究施用秸秆和猪粪对小麦Cd含量、土壤Cd形态、pH值、有机质组成的影响,为利用有机物调控小麦Cd污染提供科学依据。结果表明,施用秸秆和猪粪均可显著降低小麦各部位Cd含量。施用秸秆和猪粪均可促进土壤Cd由活性较强的交换态向其他形态转化。土壤交换态Cd含量与小麦Cd含量呈极显著正相关。秸秆对土壤pH值总体上无显著影响,猪粪可显著降低潮土pH值,增加黄棕壤pH值。施用秸秆和猪粪可使土壤胡敏酸(HA)与富里酸(FA)的比值HA/FA显著升高。土壤HA/FA与交换态Cd含量呈极显著负相关;土壤交换态Cd含量与pH值只有在猪粪施入黄棕壤的处理中呈极显著负相关,在其他处理中均呈正相关。综上,施用秸秆和猪粪均可通过促进土壤Cd形态的转化抑制小麦对Cd的吸收,其机制主要与土壤有机质组成和pH值有关。     

氮磷养分对荧蒽污染土壤修复的应用研究

为探究污染土壤中氮、磷养分添加对土壤中多环芳烃(PAHs)去除的影响,通过室内土壤培养试验,以荧蒽为PAHs代表,研究外加氮磷(0、150、300、450、600 mg·kg^-1)对土壤中PAHs污染消减的影响,并通过污染土壤中外加氮磷对相关土壤酶活性的影响,探讨氮磷养分对土壤中荧蒽去除的机理。结果表明:外加氮磷有利于污染土壤中荧蒽的去除,外加氮磷可将土壤中荧蒽的半衰期缩短最多达78.4%。在100 mg·kg^-1荧蒽污染下,外加300 mg·kg^-1氮对土壤中荧蒽的消除速率常数提高了388.9%;外加150 mg·kg^-1磷对土壤中荧蒽消除速率常数提高了477.8%。外加氮磷可显著影响土壤中相关酶活性,外加磷能够显著提高土壤中脲酶活性和酸性磷酸酶活性;外加氮显著提高了低荧蒽污染土壤中酸性磷酸酶活性;外加氮磷均可显著提高土壤多酚氧化酶活性,多酚氧化酶活性的提高与土壤中荧蒽的去除具有显著正相关性。研究建议,污染黄棕壤中外加氮、磷的范围为150~300 mg·kg^-1,外加的氮磷通过有效改变污染土壤的酶活性,从而促进土壤中PAHs的去除。     

邻苯二甲酸酯在不同类型土壤-植物系统中的累积特征研究

选用黄棕壤和红壤,用土壤老化和上海青(Brassica campestris)盆栽试验研究了邻苯二甲酸二正丁酯(Di-butyl Phthalate,DBP)和邻苯二甲酸二异辛酯(Di(2-ethylhexyl)Phthalate, DEHP)在土壤-植物系统中的分布规律.土壤老化试验表明,DBP和DEHP在土壤中的吸附量随着老化时间的增加,呈现开始(0～10 d)老化速率较快,而后(10～30 d)老化速率减小并且老化总量趋于稳定的趋势.盆栽试验结果表明,在红壤上植物体内DBP/DEHP含量(DBP:0.576～2.750 mg·kg-1;DEHP:9.369～33.256 mg·kg-1)与土壤污染浓度呈正相关,生物量与土壤污染浓度呈负相关;而在黄棕壤上,上海青的生物量并不随着土壤DBP/DEHP的添加量的升高而变化,植物体内DBP/DEHP的含量(DBP:0.212～0.401 mg·kg-1;DEHP:0.421～0.490 mg·kg-1)远低于红壤的相同污染浓度处理.在黄棕壤上,上海青对DBP/DEHP的BCF值介于0.061～1.041之间;而在红壤上,BCF值均大于1.0(介于1.175～15.695之间),具有一定的生物富集作用.通过试验还估算了红壤上DBP/DEHP的临界浓度为6.932～11.718 mg·kg-1,可为建立生态效应预警指标提供参考.     

中轻度重金属污染农田土壤的时空特征及改良

为研究农田土壤重金属与速效养分的时空特征以及氮磷增效剂对农田土壤重金属的影响,本试验以受中、轻度污染的酸性棕壤和典型潮土为研究对象,采用田间试验、盆栽试验与室内分析相结合的方法进行研究。结果表明：农田土壤中Cd、Cu、Pb、Zn 4种重金属元素含量在0~20 cm土层显著高于深层土壤;棕壤0~20 cm土层Cd含量超标204%,潮土0~20 cm土层Cd、Zn含量分别超标104%、419%;农田土壤0~20 cm土层重金属有效态含量占比高于深层土壤,棕壤中重金属有效态含量占比高于潮土。棕壤0~20 cm土层全氮、碱解氮、铵态氮、硝态氮、有效磷和速效钾含量均显著高于深层土壤,且随土壤深度增加呈逐渐减小趋势,而潮土中仅全氮、碱解氮和有效磷含量显著高于深层土壤;农田土壤速效养分随时间波动变化,其中硝态氮和铵态氮波动幅度最大,最大变异系数分别为44.1%和47.3%。受污染农田土壤的小麦植株体内Cd、Pb、Cu主要积累在叶片,Zn主要积累在籽粒;不同重金属元素从小麦茎、叶向籽粒的迁移程度差异较大,其中Cd迁移率最小,Zn迁移率最大。氮磷增效剂能显著减少棕壤中重金属有效态含量,底肥+氢醌+双氰胺+生物炭处理的有效态Cd、Cu、Pb、Zn含量较对照（仅加底肥,不加氮磷增效剂）处理分别显著降低24.7%、19.5%、23.7%、18.1%,而在潮土中施用效果不明显。研究表明,农田土壤重金属与土壤养分之间存在一定的相关性,且在土壤垂直分布上大体一致,土壤类型是氮磷增效剂对重金属有效态产生不同影响的重要因素。     

酸化方式对土壤中铜的形态及生物有效性的影响

为了探明不同土壤酸化方式对土壤中Cu的形态及生物有效性的影响,采集了湖北黄棕壤和山东寿光潮土两种不同程度Cu污染土壤,采用直接酸化(硫酸、T1)、模拟施肥(硫酸铵酸化、T2)和模拟人工酸雨(T3)三种土壤酸化措施,研究不同酸化方式对土壤中Cu的形态变化及芥蓝对Cu吸收、转化的影响。试验结果表明:在两种土壤中,随着土壤酸化程度的加剧,芥蓝生物量均显著降低(P0.05),而茎叶中Cu含量显著增加;在潮土中芥蓝植株Cu浓度最大值是最小值的1.43倍,黄棕壤中则为1.50倍。随土壤酸化程度增加,土壤中0.1 mol-Mg Cl2可交换态Cu的含量显著增加:潮土中,随着p H降低,交换态铜含量最大增加10.7%,比对照增加了451.5%;黄棕壤中,随着p H降低,土壤中可交换态Cu含量从2.33%增加到12.07%,比对照增加了418.0%。芥蓝茎叶中Cu含量与土壤交换态Cu间呈极显著的正相关关系,相关系数达0.763以上;在两种土壤中,不同酸化措施的土壤中Cu有效态含量与土壤p H呈显著的线性负相关[lg(EXC)=-alg(p H)+b],线性方程的斜率在-0.314~-0.352之间,基于方程斜率可知,在降低相同p H值条件下,各酸化措施对土壤中Cu的活化顺序为T3T2T1,由此可以推断,降低相同p H值条件下,由酸雨导致的土壤中重金属的活化程度大于施肥和工业废水的酸化作用。     

小麦对土壤铬富集和转运的品种差异性研究

为了筛选铬(Cr)的低累积小麦品种从而为农产品安全生产提供依据,本文通过生物试验研究了小麦对土壤Cr富集和转运的品种差异性。设置0(CK)、5.6 mg·kg^-1(T1)和10.0 mg·kg^-1(T2)3个浓度的Cr(Ⅵ)处理,采用温室盆栽试验研究山东潮土和江西红壤中12个品种的小麦对土壤Cr的富集和转运规律。结果表明:在Cr(Ⅵ)处理浓度相同的情况下,同一品种小麦秸秆和籽粒Cr含量在两种土壤之间存在显著差异(P<0.05),山东潮土中的小麦籽粒Cr含量是江西红壤中的1.07~2.50倍。山东潮土中,不同品种小麦秸秆Cr含量在T1和T2处理下均无显著差异,籽粒Cr含量在T2处理下除轮选988和百农AK58外,其他品种间均有显著差异(P<0.05);江西红壤中,小麦秸秆Cr含量仅在扬麦20和轮选988中有显著差异(P<0.05),籽粒Cr含量在不同品种间无显著差异。T1和T2处理下,山东潮土和江西红壤中12个品种小麦的生物富集系数(小麦Cr含量与土壤有效态Cr浓度的比值)分别为0.19~1.38和0.18~2.08,Cr从秸秆到籽粒的转运系数(TF)分别为0.14~0.61和0.04~0.49。研究发现,小麦籽粒Cr含量和TF值呈显著正相关(P<0.05),土壤性质对小麦籽粒Cr含量影响的贡献率最大(P<0.001),山东潮土中有效态Cr浓度更高,对小麦的生物有效性更大。研究结果表明,山农17是Cr的低累积小麦品种,百农AK58是Cr的高累积小麦品种。     

黄棕壤重金属植物可利用性表征方法的优化

[目的]优化黄棕壤重金属植物可利用性的表征方法。[方法]选取15种化学提取荆,结合水稻籽粒中重金属含量,探索其对黄棕壤中铜、铅、镉的植物可利用性的表征方式。综合分析提取剂对重金属提取能力的影响,利用SPSS11．5统计软件分析水稻籽粒中重金属含量与化学提取剂提取的重金属含量、土壤pH值和土壤有机质的相关关系。[结果]在所用的15种提取剂中,硝酸钠、醋酸铵-EDTA、氯化钙、草酸等提取出的化学有效态含量不能有效地反应土壤中重金属铜的植物可利用性,而0．10mol／L柠檬酸、0．05mol／L EDTA、0．05mol／L HCl和5％HOAc提取的重金属含量均能较好地反应黄棕壤中重金属植物可利用态含量。[结论]该研究为科学利用和管理重金属污染土壤,保障污染土壤上作物生产的安全性提供了依据。     

土壤添加不同浓度的呋喃丹 多菌灵对小白菜生长与残留的影响

采用盆栽法研究了 3种典型土壤 (潮土、黑土和红壤 )中添加不同浓度的呋喃丹和多菌灵对小白菜生长以及农药残留的影响 . 结果表明 , 浓度不大于 2 mg@ kg- 1时 , 呋喃丹对小白菜的生长有明显的促进作用 , 浓度高于 10 mg@ kg- 1时 , 对小白菜生长有明显不良影响 . 呋喃丹在植株中的残留随土壤类型和浓度变化而变化 , 多菌灵的生物效应随土壤类型和浓度变化而变化 , 未检测到多菌灵在植物体内的残留 .     

土壤-水稻籽粒系统镉富集主要影响因素统计分析

对取自51篇参考文献中的土壤和水稻籽粒数据进行分析,在多种土壤因素共同影响下,研究了单一土壤性质[包括土壤pH、有机质(SOM)、阳离子交换量(CEC)和土壤质地]和水稻类型(包括粳稻和籼稻)对土壤-水稻籽粒系统Cd富集的影响.结果表明:水稻籽粒吸镉量与土壤含镉量关系最密切,且呈显著正相关,随土壤pH增大呈减少的趋势;SOM和CEC的变化对水稻籽粒含镉量影响不显著;在不同土壤质地上,水稻籽粒吸镉能力为壤土 <砂土 <粘土;粳稻与籼稻两种水稻类型的籽粒含镉量差别不显著,但水稻品种间的差别比较显著.利用已有数据建立的两个土壤模式显示:在有机质含量为中,质地为壤土情况下,水稻籽粒的吸镉能力为碱性土壤 <酸性土壤,明显符合一般规律.以上结论说明,在其他土壤性质一定的前提下研究单一土壤因素对水稻籽粒的吸镉能力更具有实际意义,土壤模式的划分在理论、方法和实用性方面都具有重要意义.     

土壤磷素Langmuir等温吸附特性与磷肥效果的关系

应用Langmuir等温式解释土壤磷吸收附等温线,具有良好的适合性。在24个供试土壤中,有21个土壤的相关系数达到极显著水准,3个达显著水准。通过Langmuir等温式可获得土壤吸磷参数——最大吸磷量(Xm)和吸附平衡常数(K)。Xm值可以衡量土壤磷库的大小,K值反映了土壤吸磷反应自由能下降的程度。Xm和K与磷肥利用率呈极显著负相关,其相关系数分别为-0.7146、～0.6233。不同性质的土壤,适宜作物生长的土壤平衡溶液磷浓度差异不大。当土壤平衡溶液磷浓度为0.1ppm P时,水稻产量可达最高产量的95％以上。因此,可根据Langmuir方程计算出满足水稻正常生长所需要的磷肥施用量。     

中国土壤模式-作物系统重金属生物富集模型建立

针对土壤模式建立土壤和作物重金属含量关系模型,旨在消除土壤属性对作物重金属吸收量的影响。当作物类型或品种确定后,作物重金属吸收量只与土壤重金属含量有关。提出了农田作物重金属生物富集的"土壤重金属含量-作物特性-土壤属性"关系理论,定义了土壤模式、土壤模式-作物系统重金属生物富集模型、土壤模式-作物系统重金属生物富集模型图谱等概念,确定了土壤模式的划分方法和使用方法,在此基础上以最近30年来中文期刊发表的土壤镉含量与水稻和小麦镉含量关系作为案例验证了以上方法。结果表明:水稻和小麦同一部位镉吸收量随土壤镉含量增加而增加,水稻和小麦吸收镉能力顺序为根>茎>叶>籽粒,水稻和小麦籽粒镉吸收量在同一范围内。     

酸性和中性水田土壤施用硅肥的效应研究Ⅱ.对水稻吸收硅素及产量的影响

分别选取酸性和中性水田土壤进行盆栽试验,研究施用硅肥对水稻不同生育期硅素吸收状况及产量的影响,以期揭示施用硅肥提高不同类型土壤供硅能力、改善植株硅素营养及增加产量的作用机制.结果表明,从拔节期到抽穗期水稻植株体内硅的含量有较大幅度的降低,而后又逐渐升高.施用硅肥可明显提高水稻植株体内硅的含量,尤以高炉渣与葡萄糖配合施用和单施高炉渣两个处理效果最好,极显著高于对照及其他处理.在酸性水田土壤上施用硅肥的增产效果较为明显,高炉渣与葡萄糖配施处理的增产率高达16.99％,且成熟期水稻植株含硅量与稻谷产量间存在显著的直线正相关关系;在中性水田土壤上施硅则无显著增产效果.总之,高炉渣与葡萄糖配合施用能更有效地改善土壤的供硅能力,进而提高水稻产量,其在酸性水田土壤上的施用效果尤为显著.     

小麦、油菜耐缺锰能力田间比较研究

选用耐缺锰能力不同的７个油菜品种和２个小麦品种,在水旱轮作的严重缺锰土壤上,进行了２种作物不同品种耐缺锰能力的比较研究。结果表明,在同样的缺锰土壤上,油菜的耐缺锰能力明显高于小麦。７个油菜品种中,有５个品种仅在秧田期出现了轻度缺锰症,但持续时间较短,移栽至大田后所有油菜品种均未出现缺锰症,且缺锰处理植株叶色、长势和收获后的籽粒产量与正常供锰处理相比没有明显差异。而２个小麦品种则从分蘖期开始出现缺锰症,并一直持续到孕穗期。其中,耐缺锰能力相对较纱的川麦２２号发病更为严重。缺锰胁迫使小麦减产３０％以上。在水旱轮作的缺锰土壤上,直播油菜相对产量略高于移栽油菜。     

江苏省不同类型土壤基础供氮能力对水稻产量的影响

以近年来江苏省广泛种植的19个不同基因型水稻品种为材料，在11个县市区196个田块进行试验，研究江苏省不同类型土壤基础供氮能力对水稻产量的影响。结果表明，土壤基础产量与其所能达到的最佳实际产量呈显著正相关。不同类型土壤基础产量由大到小依次为黏土、壤土、砂土。不同土壤基础产量及其土壤基础供氮量（全生育期植株总吸氮量）变异范围都很大，但不同土壤基础产量和土壤基础供氮萤呈极显著正相关。获得相同基础产量时不同类型土壤基础供氮量由大到小依次为黏土、壤土、砂土。100kg基础产量需氮量呈粳稻大于籼稻的趋势。不同基因型水稻100kg基础产量需氮量由大到小均依次为黏土、壤土、砂土。江苏省196个田块士壤碱解氮含量与基础供氮量呈现出线性正相关的趋势（R^2〈0．4000），但相关性较差。     

秸秆覆盖还田对稻麦轮作体系中土壤及作物甲基汞累积的影响

以贵州万山汞矿区的汞污染稻田土为研究对象,采用盆栽模拟探究了小麦-水稻轮作情况下秸秆覆盖还田对土壤及小麦与水稻在重要生育期(出苗期、分蘖期、拔节期、扬花-灌浆期、乳熟-收获期)甲基汞累积的影响。结果表明:秸秆还田能提高土壤中甲基汞含量,且不同作物秸秆还田对土壤甲基汞及作物甲基汞的影响存在显著差别,其中,小麦秸秆还田后土壤甲基汞含量增加127.1%,水稻秸秆还田后土壤甲基汞含量增加25.1%,这可能缘于迥异的种植条件。同时,作物秸秆还田后小麦、水稻植株体内甲基汞含量也呈增加趋势,其中,小麦根部、地上部(茎叶)和籽粒甲基汞含量分别增加124.6%、79.2%和169%,水稻根部、地上部和籽粒甲基汞含量依次增加40.1%、61.7%和25.9%,表明作物甲基汞吸收累积量的上升可能主要源于土壤甲基汞含量的上升。因此,汞污染地区传统农艺措施中惯常采用的秸秆还田可能会显著增加人体甲基汞暴露风险,在汞污染地区推广作物秸秆还田措施时应持谨慎态度。     

三种修复剂对稻米甲基汞富集的影响研究

为降低稻田汞(Hg)污染风险,减少稻米中甲基汞(MeHg)的富集,开展了汞污染修复的田间试验,研究3种低成本修复剂(硒肥、秸秆堆肥和甲壳素)施用降低稻米MeHg累积的效果及其可能的作用机理。结果表明:硒肥和秸秆堆肥均显著降低稻米中MeHg的浓度,分别降低35%和52%。同时,在水稻生长前中期(10～80 d),硒肥显著降低土壤MeHg浓度55%～69%;在40～100 d,秸秆堆肥显著降低土壤MeHg浓度45%～64%。此外,秸秆堆肥施用显著降低土壤中MeHg的植物可利用性。甲壳素对土壤MeHg浓度及水稻中MeHg的累积没有显著影响。研究表明,硒肥与秸秆堆肥施用能够显著降低土壤中MeHg浓度,进而导致稻米中MeHg浓度显著降低,表明硒肥与秸秆堆肥应用于稻田土壤汞污染修复具有现实可行性。     

Effects of Root Penetration Restriction on Growth and Mn Nutrition of Different Winter Wheat Genotypes in Paddy Soils

［1］Lu S h, et al. Features of manganese on paddy soil conditions of manganese deficiency on wheat. Southwest China Journal of Agricultural Sciences, 1990,3(2) :87 - 91. (in Chinese) ［2］Liu X J, et al. Effect of water and fertilization on movement of manganese in soils and on its uptake by rice. Acta Pedologica Sinica. 1999, 36(3): 369- 375. (in Chinese) ［3］Lu S H, et al. Effect of environmental condition on Mn deficiency of different wheat varieties. Chinese Journal of Applied Ecology, 1998,9(2) :159 - 162. (in Chinese) ［4］Liu X J, et al. Effect of Mn application depth on Mn deficiency of different wheat genotypes. Chinese Journal of Applied Ecology, 1999, 10(2) . 179- 182. (in Chinese) ［5］Graham R D. Breeding for nutritional characteristics in cereals.Adv. Plant Nutr. 1984,1:57- 102. ［6］Fang Z, et al. Study on tolerance of different wheat cultivars or lines to manganese deficiency. Plant Nutrition and Fertilizer Science,1998, 4(3) :277 - 283. (in Chinese) ［7］Bansal R L, et al. Tolerance of wheat ( Triticum L. ) and tritical (Xtriticosecale) to manganese deficiency. Indian J. Agr.Sci. 1994,64(6): 382- 386. ［8］Graham R D. Genotypic difference in tolerance to manganese deficiency. Manganese in Soil and Plant. Klawer Academic Publishers, 1988:261 - 276. ［9］Marcar N E. Genetic variation for manganese efficiency in cereals. Ph. D. Thesis, University of Adelaide, South Australia, 1986:201 - 205.