原位酶谱技术在土壤酶学中应用的研究进展与展望

土壤酶在土壤生态系统的物质循环和能量流动方面具有重要的作用,对其活性的检测是土壤酶学发展的基础。传统的土壤酶活检测手段可以反映土壤酶的活性,但是不能原位反映土壤酶在土壤中的真实情况以及区分酶活在时间、空间上的连续变化情况。原位酶谱技术以荧光底物为基础,能原位获取土壤酶活性分布的二维图像,从微观尺度反映其在空间上的连续变化,区分土壤酶活性的热区和非热区,具有准确度高、空间分辨率高和时间分辨率高等优点。本文综述了原位酶谱技术的工作原理、技术优势以及国内外学者应用该技术开展的相关研究,并展望了原位酶谱与其他技术结合的发展方向,以期推动该技术在国内的发展和应用、为土壤酶学的进一步研究提供支持。     

不同螯合剂强化青葙修复土壤镉污染的效应

【目的】研究6种螯合剂对土壤可提取态镉(Cd)含量及青葙吸收富集Cd的影响,筛选出青葙富集Cd的最佳螯合剂及其最佳浓度,为提高青葙对Cd污染土壤的修复能力提供理论参考。【方法】采用盆栽试验,以青葙为Cd修复植物,在总Cd含量为5.72 mg/kg、可提取态Cd含量为2.62 mg/kg的土壤中,分别加入浓度梯度为0(对照)、1.0、2.5、5.0、8.0和10.0 mmol/kg的6种螯合剂(苹果酸、柠檬酸、酒石酸、草酸、腐殖酸和EDTA),分析不同处理的土壤可提取态Cd含量、青葙生物量及青葙各部位对Cd的富集量。【结果】除腐殖酸外,加入不同浓度的螯合剂后,土壤可提取态Cd含量均高于对照组,加入10.0 mmol/kg柠檬酸时土壤可提取态Cd含量(3.18±0.29 mg/kg)最高,比对照组增加22.8%。在土壤中添加不同浓度的EDTA后,青葙幼苗干枯死亡;加入不同浓度的酒石酸、苹果酸、柠檬酸和草酸后,青葙根、茎、叶的Cd含量均有所增加,其中以5.0 mmol/kg柠檬酸处理青葙叶片中的Cd含量(143.00±14.60 mg/kg)最高,为对照组的2.74倍。添加5.0 mmol/kg的酒石酸、苹果酸、柠檬酸和草酸后,青葙根、茎、叶的生物量均低于对照组,其中柠檬酸和草酸处理对青葙生长的抑制作用较小,生物量较高,且该浓度下柠檬酸处理青葙对Cd的提取总量(0.199±0.006 mg/株)最高。【结论】不同螯合剂种类及浓度强化青葙修复土壤Cd污染的效应存在差异,其中以添加5.0 mmol/kg柠檬酸的螯合效果最佳。     

植物根系分泌物与根际微生物交互作用机制研究进展

根际是受植物根系影响最为强烈的微域环境,是植物和土壤交流的桥梁。根系能通过调控根系分泌物的种类和数量影响根际微生物的种群结构和多样性,根际微生物通过改变根际土壤特性影响根系的分泌作用,进而影响植物的生长发育过程。因此,很有必要对这些研究进展进行梳理,提出未来该领域的研究重点。本文以1999 ~ 2022年中国知网（CNKI）和Web of Science核心数据库为文献来源,对根系分泌物与根际微生物互作相关的64篇论文进行分析。总结了近年来根系分泌物和根际微生物互作的最新研究成果,重点介绍了根系分泌物对根际微生物种类、数量和分布的影响,环境胁迫对根系分泌物和根际微生物的影响,以及根际微生物对植物生长的影响。基于此,我们对该领域未来的研究方向进行了展望。深入理解根系分泌物和根际微生物之间复杂的互作关系及其机理,对揭示根际微生态调控过程、土壤微生物组功能、促进农作物增产等方面具有重要的意义。     

锰对超富集植物青葙镉积累的影响

为探讨锰对青葙吸收和积累镉的影响,通过水培试验和土培试验两种方式,分别在镉处理为0(对照)、0.6、1、2 mg·L~(-1)和0(对照)、3、5、10 mg·kg~(-1)的条件下,施加100 mg·L~(-1)和500 mg·kg~(-1)的锰研究了锰对青葙吸收和积累镉的影响,并且在土培试验进行的同时监测土壤溶液中的镉含量。结果表明,在水培和土培条件下施加锰对青葙吸收和积累镉的作用不同。在水培条件下,向镉处理组中施加锰可显著抑制青葙对镉的吸收和积累。当镉处理浓度为0.6 mg·L~(-1)时,施加锰使青葙叶片镉含量降低了35.9%。然而,在土培条件下,施加锰显著促进了青葙对镉的吸收和积累。在镉处理浓度为3 mg·kg~(-1)时,锰对青葙镉积累促进作用最强,与未施加锰处理组相比青葙叶片中镉含量增加了352%。土壤溶液中镉含量较低,但锰的施加可显著提高土壤溶液中的镉含量(P0.05)。上述结果表明,尽管镉和锰在青葙中可能存在部分相同的转运和吸收途径,但由于两者在土壤固相与液相之间存在的离子交换作用使得土培和水培实验表现出相反的趋势。     

铬处理下超富集植物李氏禾根际溶解氧时空分布特征

植物根系泌氧能改变土壤氧化还原电位，影响重金属形态及生物有效性，是重金属污染土壤植物修复效率的重要影响因素。本文基于平面光极原位高分辨技术，在0、50、100 mg/kg等3个铬浓度下研究了铬超富集植物李氏禾根际溶解氧的时空分布特征。结果表明，李氏禾根际土壤中溶解氧浓度较高的热区集中于根系周围区域，在根尖位置溶解氧浓度较高。根际溶解氧含量显著高于非根际土壤，且距离根部越远溶解氧平均含量越低，其中100 mg/kg铬处理组李氏禾根部中心位置土壤溶解氧浓度为距离中心位置5 mm处土壤溶解氧浓度的1.45倍。在8天的拍摄周期中，对照组根部中心位置溶解氧浓度最高达77.2%，显著高于50 mg/kg铬处理组的50.2%和100 mg/kg铬处理组的42.3%。此外，3个铬浓度下李氏禾根际溶解氧浓度都呈现先升高后降低的规律，第4天达到最高值。铬处理下李氏禾根际溶解氧浓度明显下降，这可能是李氏禾为避免根际富氧环境将Cr(III)氧化为毒性更强Cr(VI)的保护性行为。     

赤泥和脱水矿泥协同生态处置区盐分和重金属随雨水淋溶的迁移特征

为探究在平果铝土矿赤泥和脱水矿泥协同生态处置区盐分和重金属随雨水淋溶的迁移规律，以及对周边土壤的影响，在生态处置区和周边土壤不同深度的土层埋设淋溶盘进行田间小区试验，对每月淋溶液中的重金属和盐分含量进行监测，最后收集不同深度的基质样品，对其重金属和盐离子含量进行测定。结果表明：5—10月，赤矿泥（赤泥和脱水矿泥按照干质量比1∶3进行翻堆混匀而成）基层Na盐的平均淋溶量达到51.2 mg·m^-2·月^-1，其中8月份Na的淋溶量达到108 mg·m^-2·月^-1。生态处置8个月后，赤矿泥pH从9.06降低到8.70，电导率（EC）降低了80.0%，Na盐含量降低了70.4%。赤矿泥基层中的Na盐随着雨水淋溶侧面迁移至周边土壤，导致周边1.5 m范围内的土壤pH和EC值显著增加（P<0.05），但迁移影响范围在3 m内。赤矿泥基层中的Cd、Cr和As随雨水淋溶的流失量在0.22 mg·m^-2·月^-1以下。经过8个月的雨水淋溶，赤矿泥和周边土壤中Cd和As的含量没有显著变化。研究表明，赤矿泥基层用于矿区生态处置有利于改善赤矿泥基层的高盐碱性，而赤矿泥中Na盐的迁移对周边土壤盐碱性的影响有限，同时赤矿泥基层用于矿区生态处置的重金属污染风险可控。