我国两种典型土壤汞的安全阈值研究——以根茎类蔬菜为例

选择我国广泛种植的12个根茎类蔬菜品种(萝卜、胡萝卜和马铃薯各4个品种)和2种典型土壤(江西的红壤和天津的潮土),通过温室盆栽试验,设置汞(Hg)添加浓度为现行《土壤环境质量标准GB 15618-1995》二级标准的1倍和2倍,研究不同根菜品种对Hg的敏感性差别,并利用物种敏感性分布法(species sensitivity distribution,SSD)推导两种土壤的Hg安全阈值。结果表明:根菜产量指标对土壤Hg污染的敏感性存在品种间差异,红壤上的三红八寸参胡萝卜在2倍Hg添加处理下可食部位Hg含量超过食品安全国家标准(0.01 mg/kg),潮土中所有品种均未超标。与土壤类型相比,品种对萝卜、胡萝卜和马铃薯中Hg含量影响均最大。利用BurrⅢ型分布拟合12个根菜品种富集Hg的SSD曲线,通过食品安全国家标准反推,计算出红壤和潮土上保护95%的品种不超标的HC5值即安全阈值分别为0.53 mg/kg和1.2 mg/kg。本研究可为我国土壤重金属环境质量标准的修订提供重要参考。     

秧苗富锌对不同水稻品种镉积累及相关转运基因的影响

【目的】 秧苗富锌是发挥水稻锌-镉拮抗效应的一种新模式,研究不同水稻品种对秧苗富锌降镉效应的响应差异及潜在机制,为该模式的推广应用奠定基础。【方法】 选择武运粳21号、浙粳优1578、黄华占、徽两优丝苗等4个品种开展水培富锌和盆栽验证试验,研究不同品种锌富集的动态特征及移栽后水稻组织对镉的吸收转运差异,通过分析根系相关镉转运基因的表达状况探究秧苗富锌降镉效应的种间差异机制。【结果】 锌培养对水稻秧苗的生长发育无明显影响,但不同品种幼苗锌富集能力差异明显,浙粳优1 578幼苗锌积累量（230 μg/株）最高,武运粳21号次之（124 μg/株）,黄华占和徽两优丝苗相对较低（85.1—95.0 μg/株）。浙粳优1578幼苗根系镉转运基因对富锌较为敏感,OsZIP7表达下调48.7%,OsZIP1表达上调81.3%;武运粳21号幼苗根系OsIRT1和OsZIP7表达分别下调35.9%和35.0%,OsZIP1表达上调31.1%;而黄华占和徽两优丝苗幼苗根系镉转运基因对富锌较不敏感。秧苗富锌使分蘖期武运粳21号根系和茎叶镉浓度分别下降26.7%和36.7%;浙粳优1578根系和茎叶镉浓度分别下降32.0%和40.0%,根系-茎叶镉转运系数显著下降12.0%。秧苗富锌使武运粳21号、浙粳优1578和黄华占糙米镉含量分别下降37.5%、36.7%和25.3%,而对徽两优丝苗糙米镉含量无明显影响,表明秧苗富锌对水稻降镉效应存在明显的种间差异。相关分析显示,糙米Cd浓度与茎叶Cd浓度呈显著正相关,而茎叶Cd浓度与根系和茎叶Zn浓度呈显著负相关,表明水稻内部Zn、Cd拮抗作用明显。根系和茎叶Zn浓度均与OsZIP7和OsIRT1的相对表达量呈显著负相关,与OsZIP1的相对表达量呈显著正相关关系,表明秧苗富锌主要通过调控根系OsZIP1、OsZIP7和OsIRT1的表达,从而间接影响糙米镉含量。【结论】 不同品种幼苗根系镉转运基因对富锌的响应差异明显,浙粳优1578和武运粳21号较为敏感,故而糙米镉含量下降幅度高于其他品种。     

一株环丙沙星降解菌及其在堆肥中的安全利用

为了提高抗生素降解菌在堆肥中的降解效率及降低菌株可能引起的抗性基因(ARGs)传播风险,从畜禽粪便好氧堆肥条跺筛选出一株嗜温环丙沙星降解菌株WXX-3,通过模拟堆肥试验探究菌株对环丙沙星的降解效果及ARGs丰度的影响。将菌株以0.05%的接种量加入猪粪,在20～30 ℃下扩繁8 d,之后加入木屑等调理剂堆肥30 d,环丙沙星的总去除率可达82.9%,比不加菌处理高27.6个百分点。堆肥高温同时抑制了菌体WXX-3的生长,堆肥结束后,未检测出菌体的存在。氟喹诺酮类ARGs及intI1的丰度出现不同程度的消减,其中mexA和qnrA的消减率均达100%,qepA、acrB-01和intI1的消减率分别达17.9%、43.8%和71.7%,明显高于不加菌处理。以上结果表明该菌株可以有效去除环丙沙星,配套的堆肥措施可以发挥该菌株的降解潜力及降低ARGs污染的风险。     

适于砷轻度超标土壤种植的根菜品种的筛选

采用温室盆栽试验研究潮土和红壤旱地中砷对萝卜、胡萝卜以及马铃薯生长的影响,分析不同品种对砷富集积累能力差异。结果表明,砷处理下所有品种生物量响应存在显著的基因型差异,满堂红萝卜和荷兰15号马铃薯在2种土壤不同砷处理条件下均具有很好耐性;齐头黄胡萝卜在红壤条件下生长受阻,耐性最低。不同品种可食部位砷含量以及富集积累能力也存在显著差异（P<0.05）,满堂红萝卜在潮土的砷处理中砷含量超过我国食品安全砷标准（0.05 mg·kg-1鲜重）,马铃薯的4个品种和扬花萝卜可食部位有效富集系数较低。在12个根菜品种中,     

连作和轮作模式下花生土壤微生物群落不同微域分布特征

根际微生物区系失衡是作物连作障碍发生的重要原因,而不同的种植管理模式下作物极可能选择特定的根际微生物群落减缓或加重连作障碍。采用经典可培养技术和分子分类方法,分析连作和轮作体系下花生根表、根际及非根际土壤微生物群落变化规律及其与连作障碍之间的关系。结果表明:与轮作相比,连作栽培模式下花生荚果产量降低45.8%、根瘤数减少57.5%、植株生物量下降24.1%;相应的青枯病和根腐病病情指数分别增加至2.93倍和2.43倍。轮作和连作两种管理方式下,土壤细菌和真菌数量均呈明显空间分异规律,从"根表—根际—非根际"显著下降,尤其根表微生物数量是根际微域的2.83倍～329倍。进一步分析则发现,轮作和连作条件下花生根表微生物的数量差异最大,细菌约为1.06倍～3.28倍、真菌约为1.14倍～14.44倍,这种差异明显高于轮作和连作花生在根际和非根际微域上的差异,表明根表微生物群落受花生根系生理代谢活动影响最大,与连作障碍关系最为密切。针对可培养微生物菌群的分子鉴定则表明,轮作花生根表有益微生物主要包括假单胞菌(Pseudomonas sp.)、白地霉(Geotrichumcandidum),其比例明显高于连作,而连作花生根表的病原菌比例则明显高于轮作,包括踝节菌(Talaromyces sp.)、黑曲霉(Aspergillus niger)、粉红粘帚菌(Clonostachys rosea)和沙雷氏菌(Serratia sp.)等。这些结果表明连作种植模式有利于病原真菌在根表定殖,抑制了有益细菌的生长,可能是花生连作障碍下土传病害大幅上升的重要原因。     

三种有机物料对稻田土壤汞甲基化及水稻汞积累的影响

施用有机物料是水稻生产过程中提高产量的一条重要途径，明确有机物料的施用对糙米Hg积累的影响，对于Hg污染稻田的安全利用具有重要的指导意义。本研究采用盆栽实验，设置等量（3%，w/w）的油菜秸秆、猪粪和水稻秸秆生物炭，对比分析3种有机物料的施用对水稻产量及其对Hg在稻田系统的迁移转化的影响。结果表明，3种有机物料的施用均显著提高了水稻产量，但对土壤Hg甲基化和糙米Hg的积累影响则并不一致。油菜秸秆、猪粪和水稻秸秆生物炭处理下水稻产量分别提高17.6%、33.0%和39.9%。与相同水平土壤Hg处理相比，施用猪粪提高了土壤Hg的生物有效性，促进了土壤MeHg的生成，提高了糙米THg的富集系数，使糙米THg和MeHg的含量分别提高了34.5%和30.3%；施用油菜秸秆降低了土壤Hg的生物有效性，抑制了土壤Hg甲基化过程和水稻对Hg的富集，糙米THg和MeHg的含量分别降低了34.6%和36.2%；施用水稻秸秆生物炭降低了土壤Hg生物有效性和糙米THg的富集系数，糙米THg和MeHg的含量分别降低了46.9%和48.4%。因此，在Hg污染稻田中应慎重施用猪粪，可选择施用水稻秸秆生物炭和油菜秸秆，达到提高产量和阻控糙米Hg积累的双重效果。     

基于物种敏感性分布的江苏省典型水稻土Cd安全阈值研究

研究不同水稻品种富集镉(Cd)的敏感性差异和江苏典型水稻土Cd的安全阈值,可为水稻安全生产和产地安全性评价提供理论依据。选择江苏省主栽的12个水稻品种和2种代表性水稻土(酸性的兴化勤泥土和中性的常熟乌栅土),通过温室盆栽试验,分别添加不同浓度的外源Cd,研究不同水稻品种对Cd的敏感性差异,并利用物种敏感性分布法(speciessensitivitydistribution,SSD)推导2种土壤Cd的安全阈值。结果表明:不同水稻品种糙米Cd含量存在显著的种间差异,最高含量和最低含量相差3～6倍,并表现为籼型杂交稻显著高于粳型常规稻和粳型杂交稻。利用BurrⅢ型分布函数拟合12个水稻品种富集Cd的SSD曲线,通过国家食品安全标准反推出勤泥土和乌栅土上保护95%的水稻品种糙米不超标的HC5值即安全阈值,其中全量Cd分别为0.78 mg/kg和1.17 mg/kg,CaCl2提取态Cd分别为0.13 mg/kg和0.14mg/kg,EDTA提取态Cd分别为0.46 mg/kg和0.64 mg/kg。2种土壤上基于全量Cd的安全阈值均高出我国《土壤环境质量标准》(GB15618—1995)中二级标准的限值(0.30mg/kg、pH≤7.5)。