Toxicity of cadmium and its competition with mineral nutrients for uptake by plants:A review

Cadmium(Cd)is a toxic heavy metal occurring in the environment naturally and is also generated through various anthropogenic sources and acts as a pollutant.Human health is affected by Cd pollution in farmland soils because food is the main source of Cd intake in the non-smoking population.For crops,Cd toxicity may result from a disturbance in uptake and translocation of mineral nutrients and disturbance in plant metabolism,inhibiting plant growth and development.However,plants have Cd tolerance mechanisms,including restricted Cd uptake,decreased Cd root-to-shoot translocation,enhanced antioxidant enzyme activities,and increased production of phytochelatins.Furthermore,optimal supply of mineral nutrients is one of the strategies to alleviate the damaging effects of Cd on plants and to avoid its entry into the food chain.The emerging molecular knowledge contributes to understanding Cd uptake,translocation,and remobilization in plants.In this review,Cd toxicity and tolerance mechanisms,agricultural practices to minimize Cd accumulation,Cd competition with essential elements(calcium,copper,iron,zinc,and manganese),and genes associated with Cd uptake are discussed in detail,especially regarding how these mineral nutrients and genes play a role in decreasing Cd uptake and accumulation in crop plants.     

有机肥施用对红地球葡萄产量、品质及土壤环境的影响

【目的】明确有机肥施用对河北葡萄主产区高产优质红地球葡萄产量、品质及土壤环境的影响,为葡萄种植合理施用有机肥提供理论依据。【方法】以河北张家口市怀来县葡萄试验示范基地13年生红地球葡萄为试验材料,进行为期4年的田间试验。设置6个处理,分别为农民传统施肥(CK)、单施化肥(NPK)、单施有机肥9 t/hm^2 (M)、有机肥7.5 t/hm^2+化肥(M1NPK)、有机肥15 t/hm^2+化肥(M2NPK)、有机肥45 t/hm^2+化肥(M3NPK),采用常规方法测定葡萄产量、品质、重金属含量及果园土壤中硝态氮、微生物量碳和氮、重金属含量,并对葡萄园土壤重金属累积达到限量所需年限进行推算。【结果】施用有机肥处理葡萄产量均显著高于单施化肥(NPK),其中以中量有机肥+化肥处理(M2NPK)的产量最高,4年(2010-2013)平均产量为21503kg/hm^2,较农民传统施肥(CK)提高了14%;施用有机肥处理葡萄Vc含量比对照显著增加。各处理间葡萄百粒重、pH、可溶性固形物、可滴定酸和固酸比差异不显著。收获后M2NPK处理0-20 cm和20-40 cm土壤硝态氮累积量下降,土壤微生物生物量碳、氮含量显著高于CK。连续4年施用有机肥后,葡萄果实及果园土壤的重金属含量(Cr、Cd、As、Pb、Hg、Cu、Zn)均未超标,但随着有机肥施用量的增加,葡萄及土壤中的重金属分别呈现线性和二次函数累积趋势。M3NPK处理土壤重金属含量较其他施用有机肥处理提前累积到限量水平。【结论】中量有机肥+化肥(M2NPK)处理葡萄的产量最高,品质最佳,而且降低了土壤硝态氮在各土层的累积,增加了土壤微生物生物量碳、氮含量,且葡萄果实和果园土壤重金属含量未超标。高量有机肥处理不会进一步提高红地球葡萄的产量和品质,但快速增加果园土壤重金属累积。     

施肥对灌漠土作物产量、土壤肥力与重金属含量的影响

有机物还田是提升土壤肥力的主要措施,但也存在造成土壤金属污染的潜在风险。为查明不同有机物还田对土壤质量及作物产量的影响,本文通过长期定位试验,研究了无肥对照、常规施化肥(氮磷配施)以及70%常规化肥与牛粪、沼渣、污泥、鸡粪、菌渣和猪粪配施对土壤理化性状、有机碳和氮的固存率、氮磷钾活化系数、作物产量及重金属含量的影响。结果表明:牛粪、沼渣、污泥、菌渣、鸡粪和猪粪与70%化肥配施虽作物产量与常规施化肥相似,但6种有机物处理土壤有机质、全氮和碱解氮含量都较常规施化肥处理显著增加,污泥、鸡粪和猪粪处理土壤全磷与速效磷含量较常规施化肥处理显著增加,而且牛粪、沼渣、鸡粪和猪粪处理的速效钾、土壤磷活化系数和土壤钾活化系数较常规施化肥处理也显著提升。牛粪、沼渣、污泥、菌渣、鸡粪和猪粪处理土壤有机碳固存率为36.42%～71.61%,较常规施化肥处理都显著提高;而其氮固存率为6.47%～49.44%,仅有菌渣处理与常规施化肥处理差异不显著,而其他处理较常规施化肥处理显著增加。长期施鸡粪和菌渣处理的土壤铜含量较常规施化肥处理显著增加,增加量分别为4.17mg·kg~(-1)和14.2mg·kg~(-1);而污泥、鸡粪和菌渣处理的土壤锌含量较常规施化肥处理显著增加,增加量分别为13.53 mg·kg~(-1)、22.60 mg·kg~(-1)和49.73mg·kg~(-1)。综上,等有机质(4 500kg×hm~(-2))的牛粪、沼渣、污泥、菌渣、鸡粪和猪粪可替代30%氮磷肥,作物产量不受影响;不同有机物培肥土壤效果为污泥、鸡粪和猪粪优于牛粪和沼渣,而沼渣的培肥效果略差。为保证土壤环境质量稳定不恶化,种植小麦时有机物铜和锌的年携入量应分别低于53.01g×hm~(-2)和221.30 g×hm~(-2),而种植玉米时应分别低于153.40 g×hm~(-2)和347.04 g×hm~(-2)。     

设施农田土壤重金属污染评价及分区阈值研究

设施农田高强度的耕作模式使土壤重金属累积日益加重，因地制宜地确定其土壤重金属目标值与筛选值对设施农田可持续生产意义重大。本文以石家庄、衡水与唐山为研究区，基于土壤重金属污染风险和生态风险评价，用熵权法得出综合风险等级并确定重金属污染分区阈值。结果表明土壤Cd、Cu、Zn污染最严重，高风险区占比达40.57%。研究区设施农田土壤Cd、Cu、Pb、Zn全量与有效态的目标值分别为0.12、40.17、19.23、116.03 mg·kg^-1与0.02、4.19、0.59、8.80 mg·kg^-1；筛选值分别为0.40、90.27、38.33、170.68 mg·kg^-1与0.11、11.77、1.55、14.24 mg·kg^-1。基于综合评价结果反推分区阈值的方法简单便捷，重金属全量与有效态的目标值及筛选值的确定为研究区设施农田重金属污染的预防提供了多方位的指导。     

盛夏一次大暴雨过程成因分析

利用常规高空、地面观测资料以及FY-2E卫星云图等资料,对2017年8月19—20日发生在陕西省商南县青山镇的大暴雨天气过程进行综合分析。结果表明,东路冷空气和副高是此次暴雨的主要影响系统;副高外围的西南暖湿气流、西南涡东北侧切变后西北干冷气流和山东半岛低涡后东路回流湿冷气流这3股气流在商洛上空的交汇,为此次大暴雨过程提供了充沛的水汽和能量;暴雨区上空垂直运动发展旺盛且深厚,为大暴雨提供了抬升条件;高空急流右侧的强辐散为大暴雨上升运动和深对流形成提供了重要条件。双重辐合-辐散产生的强烈上升运动,抽吸作用明显,为深对流的发展提供了条件,也促进了大暴雨区附近小尺度系统的产生和维持。喇叭口地形触发了γ尺度对流云团的生成和发展,3个γ尺度对流系统的发展,造成2次强降水叠加形成此次大暴雨天气过程。     

常用肥料对作物重金属积累的影响及其机理研究进展

我国肥料用量和种类均日益增多，其重金属含量及对作物重金属积累影响复杂，亟待全面开展肥料重金属安全性评价工作。从常见肥料重金属含量、肥料对作物积累重金属的影响及影响机理三方面阐述了肥料重金属安全性评价的研究进展。有机肥和固废堆肥重金属污染问题严重，无机化肥和其他新型肥料中重金属污染问题也不容忽视。肥料一方面可以作为重金属污染源对土壤和作物造成重金属污染，另一方面也可能通过改变土壤中重金属的赋存形态、影响作物根对重金属的吸收和根向地上部分的转运等生化机理而影响作物中重金属含量。在比较了常见肥料中重金属污染特征、生物积累行为及机理基础上，对肥料重金属安全性评价的研究前景进行了展望。     

湘西不同植被类型土壤重金属分布及相关性研究

【目的】探讨湘西地区不同植被下土壤环境的状况,揭示土壤富集重金属元素的规律。【方法】以湖南湘西地区针叶林、针阔混交林、阔叶林和灌木林4种森林土壤不同层次(0~15 cm和15~30 cm)的Cd、Cu、Ni、Pb、Zn为研究对象,采用单因素分析法和主成分分析法分析重金属分布及相关性。【结果】不同植被下土壤中5种重金属含量的变异系数为0.18%~0.69%,由大到小的排列顺序为Cu>Zn>Ni>Pb>Cd。主成分分析表明Cu和Cd在PC1中有较大的荷载值,在PC2中有中等的荷载值。各因素相关性分析结果显示,灌木林土壤容重与Zn之间存在显著的负相关性,针叶林土壤容重与Cu之间存在显著的正相关性;灌木林土壤有机质与Cd之间有显著的正相关性,针叶林土壤pH值与Ni和Zn之间有显著的正相关性;针阔混交林土壤pH值与Pb、Cu和Ni之间存在显著的正相关性,灌木林土壤重金属含量之间的相关性较显著。【结论】湘西地区不同植被类型土壤重金属含量的垂直分布规律存在差异,表现为针阔混交林的上层土壤中重金属含量均低于下层土壤,常绿阔叶林的上层土壤中重金属含量均高于下层土壤,而针叶林和灌木林土壤中重金属含量无差异性变化;湘西地区土壤容重、有机质、坡度、pH值、土层厚度对Cd含量的影响较大,海拔对Pb、Ni和Cu的影响较大,坡度对Ni的影响较大;湘西地区灌木林中重金属来源相同的可能性相较于其他3种植被类型更大。     

芥菜吸收积累重金属研究进展

指出了土壤重金属污染状况和由此导致的蔬菜重金属污染风险不容忽视。针对不同品种芥菜吸收和积累重金属的特性、吸收机制以及应用方面进行了综述,为研究芥菜吸收积累重金属的机理和应用提供参考。     

养殖环境对小龙虾体内的重金属水平及其分布的影响研究

本实验研究小龙虾各部位重金属的分布规律以及环境对小龙虾影响,并探索小龙虾在富集和去除重金属方面的潜在价值。选择泰州与连云港的小龙虾及养殖底泥和水体进行取样,利用AAS和ICP-AES检测了样品中Zn、Cu、Pb、Cr、Ni和Cd的浓度。实验表明：小龙虾肉可以放心食用,但虾头(含虾黄)与虾壳中重金属均严重超标；龙虾按不同周期检测出来的重金属数据相差不大,按雄雌来分也无明显变化规律。Pearson 相关性分析表明小龙虾体内重金属与底泥高度相关(r>0.8)。人工饲养小龙虾实验结果显示小龙虾体内重金属和水体内的浓度总体上具一定的相关性。     

甘肃民乐栽培当归的品质与土壤相关性分析

本研究通过对民乐县种植的当归药材和种植土壤分别进行采样测定,结果表明民乐县人工种植当归的质量稳定,受重金属污染的风险低,符合药典标准规定。相关性分析结果表明:浸出物与土壤pH值呈极显著正相关,与有机质呈极显著负相关;阿魏酸与土壤pH值呈极显著正相关,与全磷呈显著负相关。挥发油与测定的土壤因子之间无显著相关性。灰色关联度分析结果表明:土壤pH是影响当归浸出物、挥发油的重要因子,土壤有机质是影响当归阿魏酸含量的重要因子;且磷、全氮和有机质对浸出物、挥发油、阿魏酸的影响程度不同。综上所述,本研究结果揭示了土壤因子对民乐县种植当归品质的影响规律,可为民乐县规范化种植当归药材提供理论依据。