我国土壤-蔬菜作物系统重金属污染及其安全生产综合农艺调控技术

近年来,重金属污染耕地安全利用技术研究取得了突破进展,然而将这些关键技术与蔬菜传统高度集约化种植模式进行耦合的研究还比较少,大规模推广应用鲜见报道。因此,本文在查阅最新发表文献的基础上,梳理了我国土壤-蔬菜作物系统重金属污染状况,归纳了蔬菜作物重金属吸收积累特征,并总结了重金属污染蔬菜地安全生产综合农艺调控技术研究进展。当前,我国蔬菜地土壤重金属污染以中轻度为主,且区域分异明显。蔬菜作物重金属超标现象在全国各地时有发生,给蔬菜产业发展和人类健康带来了极大的危害。蔬菜作物对重金属的积累能力因种类、品种、部位而异,受基因型、土壤理化性质和外界环境条件的制约,因此调整种植布局、选用重金属低积累品种、合理轮间套作、施用土壤改良剂和钝化剂、优化水肥管理技术等农艺调控措施是目前中轻度重金属污染蔬菜地安全利用的重要技术途径。未来在进一步深入研究土壤-蔬菜系统重金属迁移转化规律的基础上,宜加强土壤-蔬菜地系统安全生产技术标准、传统种植模式与综合农艺调控措施耦合技术、长期定位试验及风险评价等方面的研究,以实现重金属中轻度污染蔬菜地的安全利用和农产品的安全生产。     

野生型水稻及其低硅突变体中植硅体和植硅体碳的含量与分布特征

【目的】 水稻是典型的富硅植物，植硅体沉积在水稻体内可封存有机碳。本文分析不同吸硅能力基因型水稻植硅体含量、形态、分布及其固碳特征，探究水稻植硅体固碳机理。 【方法】 盆栽试验在浙江大学玻璃房内进行。供试材料为水稻低硅突变体Lsi1和Lsi2及其野生型，所有施肥和管理措施一致。于成熟期，取水稻地上部茎、叶、鞘样品，常规方法测定硅、植硅体、植硅体碳含量。 【结果】 1) 不同基因型水稻体内硅含量、植硅体含量、生物量干物质植硅体碳含量存在显著差异，均表现为突变体显著低于其野生型，大小依次为Lsi1野生型 > Lsi2野生型 > Lsi2突变体 > Lsi1突变体，Lsi1和Lsi2突变体水稻植硅体碳含量显著高于其野生型，大小依次为Lsi1突变体 > Lsi2突变体 > Lsi2野生型 > Lsi1野生型。2) 野生型水稻硅与植硅体含量为鞘 > 叶 > 茎，而突变体水稻硅与植硅体含量为叶 > 鞘 > 茎，水稻叶片中的植硅体碳与生物量干物质植硅体碳含量最高，植硅体碳含量整体分布趋势为叶 > 茎 > 鞘，生物量干物质植硅体碳含量整体变化趋势为叶 > 鞘 > 茎。3) 水稻植硅体含量与硅含量之间呈极显著正相关 ( P < 0.01)，高吸硅的水稻植硅体含量高，且形成的植硅体比表面积小，表明植硅体含量及其形态受其遗传特性的影响。植硅体含量与生物量干物质植硅体碳含量之间呈极显著正相关 ( P < 0.01)，植硅体碳含量与生物量干物质植硅体碳含量之间呈极显著负相关( P < 0.01)，表明生物量干物质植硅体碳含量除了受植硅体含量影响，还受植硅体所包裹的有机碳浓度影响。4) Lsi1及Lsi2野生型水稻生物量、植硅体储量、植硅体碳储量显著高于其突变体。 【结论】 具有高吸硅能力的野生型水稻与其突变体相比，生物量、硅、植硅体、生物量干物质植硅体碳含量增加，分布不同，虽然植硅体碳含量降低，但植硅体碳储量增加。Lsi1及Lsi2野生型水稻比低硅突变体水稻具有更高的固碳潜力。      

利用味精废液发酵枯草芽孢杆菌的培养基配方优化

以营养肉汤(nutrient broth,NB)培养基为对照,通过对比试验、正交试验和单因素试验,对以味精废液为主要营养源的摇瓶培养的枯草芽孢杆菌F-2培养基配方及培养条件进行优化,以提高F-2发酵液的活菌密度并实现味精废液的资源化利用.对比试验表明,用12.5g/L浓缩味精废液(concentrated monosodium glutamate wastewater,CMGW)培养的F-2菌悬液的D(600nm)值及活菌密度显著高于NB培养基,其培养F-2后的氨基酸含量显著降低.通过L_(16)(4~3×2~6)正交试验筛选出F-2的优化配方为CMGW 12.5g/L,牛肉膏1.0g/L,蛋白胨4.0g/L,MnSO_4·2H_2O 0.5g/L,H_3BO_30.02g/L,FeSO_4·7H_2O 0.1g/L,MgSO_4·7H_2O 0.5g/L.按此优化配方接种培养F-2菌株,其菌液的活菌密度分别是未经优化的CMGW培养基和NB培养基的2.9倍和6.3倍.通过单因素试验,筛选出基于该优化配方的F-2菌株适宜的初始pH范围为6.5~7.5,适宜的培养温度为30~35℃.以上结果显示,培养基CMGW对菌株F-2的发酵效果优于NB培养基,其优化配方的效果更佳.     

基于辅酶Q10发酵液的有机液肥对小白菜生长和土壤酶活性的影响

通过盆栽试验,研究使用基于辅酶Q10发酵液制成的有机液肥对小白菜(Brassica campestris)生长和土壤酶活性的影响.结果表明:施用有机液肥能显著提高小白菜叶绿素含量、硝酸还原酶活性及根系活力,降低硝酸盐含量;施用有机液肥能够提高小白菜生物量,与对照相比增加2.07%~14.58%,其中喷施方式以喷施300倍稀释液的效果较好;相关性分析表明,小白菜的生物量及养分含量与其叶绿素含量及根系活力生理指标呈显著或极显著正相关;以浇施方式进入土壤的有机液肥,能够显著提高土壤脲酶、过氧化氢酶、蔗糖酶活性,从而提高土壤有效养分含量和肥料利用率,对作物生长有积极作用.     

施用污泥堆肥对凤仙花生长和土壤的影响

以金华市某污水处理厂污泥为研究对象,研究污泥堆肥对凤仙花生长及土壤的影响。结果表明,污泥堆肥不同处理与对照相比,污泥堆肥60%+园土20%+炉渣20%,施用效果最好。污泥土地利用提高了土壤中N、P及有机质含量,土壤理化性质有明显改善,但同时也增加了土壤中Cd元素的含量,土壤Pb、Cu、Zn含量变化甚微。     

pH和曝气对水生植物去除富营养化水体中氮磷等物质的影响

利用植物浮床系统,通过室内静态模拟试验,研究了pH和曝气对水生植物净化富营养化水体影响。试验结果表明,不同pH处理6 d后,植物系统在pH8.9下对TN,CODMn,BOD5的去除效果最好,TP的去除效果在pH6.7下最好,Chla的去除效果在pH5.0下最好。然而,无植物系统中,TN,TP的去除效果在pH8.9下最好,BOD5的去除效果在pH6.7下最好,CODMn,Chla的去除效果在pH5.0下最好。有无植物系统中,曝气处理6 d后对TN影响很大,但去除率明显小于不曝气处理(P<0.001),除在豆瓣菜系统中,曝气还对CODMn去除产生一定的影响,但对TP和Chla的去除无影响。本试验结果还表明,植物修复系统和无植物系统中,不同pH处理下,水体中NH4-N,NO3-N,NO2-N的去除效果均在pH8.9处理下最好,且在pH8.9 曝气联合作用下水体中NH4-N,NO3-N,NO2-N的去除率也最高。     

不同N水平的富营养化水体中经济植物净化能力比较研究

为建立净化富营养化水体的生态工程，本试验选择水芹、水蕹菜、韭菜、葱、黄花菜、芹菜等6种经济植物，研究了各种植物的净化能力及其生物学特性。结果表明：每种经济植物对水体总氮、总磷均有一定的去除作用，特别是水芹和水蕹菜，其在试验的20d内，对总氮、总磷的去除百分率分别为89．5％，98．2％；同时还对6种经济植物引起水体总氮浓度下降与时间关系作回归分析，结果表明随着处理时间的延长，水体中总氮浓度呈负指数形式衰减。本文还对在植物处理过程中，水中Chla、BODs和COD的变化进行了观测。研究表明，在高N水平的富营养化水中除水芹和水蕹菜外，Chla、BOD。和COD随处理时间的延长而下降，但在韭菜和葱处理过程中，水中腥味加重。各项指标综合分析表明，在不同N水平的富营养化水体中，水蕹菜处理效果最好，水芹次之，黄花菜和芹菜居中，韭菜最差。     

硅钙钾镁肥对减氮后水果黄瓜产量和氮肥利用率的影响

为减少氮肥施用和环境污染、提高肥料利用率,研究减氮条件下硅钙钾镁肥对水果黄瓜产量和氮肥利用率的影响。以两种水果黄瓜(“碧禧”和“夏之光”)为试验材料,在大棚中设置正常施氮和减施30%氮量2个氮水平下的8个处理,重复3次。采收后测定水果黄瓜果实的小区产量、计算氮肥利用率,测定土壤碱解氮和硝酸盐含量。结果表明,与对照组相比,不施硅钙钾镁肥且减施30%氮肥量的两种水果黄瓜,其小区产量和硝酸盐含量均显著降低,小区产量最低为45.47 kg。但在施硅钙钾镁肥且减施30%氮肥量的处理组中,两种水果黄瓜的果实产量、氮肥利用率均显著高于对照组,小区产量最高为61.75 kg,氮肥偏生产力最高为64.92 kg·kg-1;硝酸盐含量显著下降,最低为199.57 mg·kg-1。施硅钙钾镁肥后,两种水果黄瓜各项指标的变化规律相似。综上,减少氮肥施用量时,硅钙钾镁肥能够促进水果黄瓜前中期的生长,提高水果黄瓜产量和氮肥利用率,降低硝酸盐含量,同时缓解过量施氮引起的环境问题。     

锌在超积累植物东南景天叶片细胞水平的吸收积累特征

利用同位素示踪技术研究锌在两种生态型东南景天叶片及叶片原生质体的吸收积累特征。结果表明，锌在东南景天叶片及叶片原生质体中的积累过程分为开始的快速吸收和随后的缓慢吸收两个阶段，超积累生态型东南景天吸收的65Zn明显高于非超积累生态型。两种生态型东南景天叶片及叶片原生质体吸收锌的浓度动力学均为平滑的非饱和曲线，可分为饱和部分和直线部分，其中饱和部分可以用Michaelis-Menten方程拟合。两种生态型东南景天的米氏常数（Km）差异不显著，而超积累生态型的最大吸收速率（Vmax）显著高于非超积累生态型。代谢抑制剂（CCCP）处理显著抑制了超积累生态型东南景天叶片原生质体对锌的吸收。研究表明，在超积累生态型东南景天叶片细胞膜上存在锌载体调控体系，能够促进锌跨叶细胞膜运输并储藏到液泡中，降低对细胞的毒害，是东南景天超积累锌的重要机制之一。     

土壤钝化剂对黑土中铜的原位固定作用

采用盆栽试验研究3种钝化剂(粉煤灰、磷灰石和膨润土)对黑土中铜(Cu)的化学形态、生物积累和有效性的影响。结果表明:3种钝化剂能显著降低Cu污染黑土中水提取态(DW)、TCLP提取态和二乙基三胺五乙酸-三乙醇胺(DTPA-TEA)提取态Cu含量,其中以膨润土的效果最为明显;Tessier连续提取测定发现,3种钝化剂显著降低非残留态Cu(水溶态和交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态和有机结合态)含量(p<0.01),增加残留态Cu含量,表明3种钝化剂通过改变黑土中Cu的化学形态,降低了黑土中Cu的可淋失性和生物有效性;与对照相比,添加钝化剂能显著降低水稻地上部分的Cu含量(p<0.01),如在400Cu mg/kg处理的土壤上,添加2.5%的粉煤灰、磷灰石和膨润土使米粉中的Cu含量分别降低21.8%,22.7%和31.9%。土壤中可淋失态和生物有效态Cu的分析表明,钝化剂主要是通过改变土壤中Cu的化学形态,降低土壤中Cu的生物有效性,以降低Cu在水稻中的积累;试验表明,Cu污染土壤中施用钝化剂可以修复Cu污染,降低水稻Cu污染风险。