EDTA在土壤重金属生态修复中应用研究进展

近年来,由于矿山开采等众多原因造成我国土壤重金属污染日益严峻,土壤当中积累过多的重金属会对植物、动物乃至整个生态系统产生不利影响,并最终进入食物链对人体造成威胁。因此,如何有效的从土壤中去除重金属,成为目前亟须解决的问题。EDTA可以有效活化土壤中的重金属,促进植物对重金属的积累,因此,被广泛用于强化植物对土壤中重金属的提取修复。文章从EDTA活化土壤中目标重金属机理,以及EDTA诱导下,植物对目标重金属的吸收和转运机理出发,综述了EDTA在重金属污染强化植物提取修复技术的研究进展,同时,对使用EDTA对生态环境造成的负面影响等方面进行了探讨。     

红壤侵蚀区不同地层背景马尾松林土壤理化特性及细菌多样性

[目的] 揭示土壤理化特性与细菌丰度之间的内在关系,为红壤侵蚀区马尾松林水土流失分区精准治理提供参考。[方法] 以福建省长汀县红壤侵蚀区马尾松林为研究对象,选择侏罗系中统漳平组中段(J₂Z²)、侏罗系中统漳平组下段(J₂Z¹)、侏罗纪燕山期早期侵入岩(γ₅^{2(3) c})、第四系全新统(Q_h)4种地层背景,分析测定不同地层背景马尾松林土壤理化特性和细菌群落组成及多样性。[结果] 不同地层背景马尾松林土壤理化指标整体表现为：J₂Z¹＞J₂Z²＞Q_h＞γ₅^{2(3) c};土壤养分含量各地层背景各有丰缺,J₂Z¹地层背景土壤有机质含量大于其他地层,Q_h地层背景氮含量大于其他地层,而γ₅^{2(3) c}地层背景磷和钾含量较高;4种地层背景土壤细菌差异操作分类单元(OTU)数目表现为：Q_h＞J₂Z²＞J₂Z¹＞γ₅^{2(3) c},分别占总OTU数目的21.62%,18.29%,16.79%,12.08%;细菌群落多样性表现为：J₂Z²＞Q_h＞γ₅^{2(3) c}＞J₂Z¹;J₂Z¹地层和Q_h地层土壤细菌多样性与土壤含水率和土壤pH值正相关,J₂Z²地层与土壤容重以及全磷含量正相关,γ₅^{2(3) c}地层与土壤钾含量和速效氮含量正相关。[结论] 红壤侵蚀区不同地层背景马尾松林土壤理化特性存在一定差异,在植被恢复过程中应考虑地层背景因素进行分区治理,细菌对不同地层背景土壤性质具有一定指示作用。     

铅胁迫对金丝草生长及生理生化的影响

采用土培方法,探究不同梯度铅胁迫(0、1000、2000和3000 mg·kg^-1)对金丝草生长形态、体内抗氧化系统和渗透调节物质的影响。结果表明:低浓度(1000 mg·kg^-1)处理会诱导金丝草叶片过氧化物酶(POD)活性、可溶性蛋白(SP)含量和根系抗超氧阴离子自由基活力(ASAFR)、可溶性糖(SS)及脯氨酸(Pro)含量增加,使得金丝草植株总抗氧化能力(T-AOC)处于较高水平,促进了金丝草株高、叶长和生物量的增加。随胁迫浓度增加,高浓度(2000~3000 mg·kg^-1)处理下,金丝草叶片和根系丙二醛(MDA)含量迅速增加,株高、叶长、叶面积和生物量下降,生长受到抑制。但金丝草通过增强叶片和根系POD、过氧化氢酶(CAT)活性来抵御过氧化作用,提高可溶性蛋白和可溶性糖含量维持细胞正常运作,增加根系生物量占比来加强根系发育,一定程度适应了高浓度铅胁迫。综上表明,金丝草主要通过叶片和根系不同抗氧化酶差异化响应、提高渗透调节物质含量,提升金丝草植株总抗氧化能力等途径来提高Pb耐性,对Pb污染矿区植物修复有较大潜力。     

酸、镉胁迫对金丝草种子萌发、幼苗生长及亚显微结构的影响

金丝草可在土壤酸化和镉污染的矿区正常生长,其可能对酸和镉(Cd)胁迫具有特殊的响应策略。为此,以金丝草种子为试验材料,在人工气候箱中进行种子萌发试验,设置不同酸(pH 5.5、4.5、3.5)和镉(5、10、20 mg·L^-1)胁迫处理,分析不同胁迫条件下金丝草种子萌发、幼苗生长、根系质膜完整性及芽亚显微结构等指标的差异。结果表明:酸胁迫可提高金丝草种子发芽率,不同酸胁迫处理其发芽率均与对照无显著差异(P>0.05);随pH的逐渐减小,金丝草萌发指标呈减小趋势,pH 3.5处理,金丝草种子除发芽率外的其他萌发指标均显著小于对照(P<0.05);随着Cd浓度的增加,金丝草种子萌发和幼苗生长指标值均呈逐渐减小的趋势,表现出抑制作用,但Cd 20 mg·L^-1处理金丝草种子发芽率仍可达40%以上。相关性分析和隶属函数值分析发现,pH大于3.5,Cd浓度小于10 mg·L^-1对金丝草种子萌发和幼苗生长无显著影响,但随pH的进一步减小和Cd浓度的提高,对金丝草种子萌发和幼苗生长抑制作用明显,根尖质膜和芽亚显微结构造成较大损害,出现细胞器膜破裂和细胞空泡化等现象。综上,金丝草种子萌发对酸和镉胁迫有较强耐性,表现出轻度酸和镉胁迫对种子萌发和幼苗生长促进,而强酸和镉胁迫则抑制。     

基于转录组测序金丝草叶片响应铅胁迫的抗氧化酶相关基因

为了深入揭示植物抗氧化酶的相关基因及其响应重金属胁迫的作用机制,以重金属铅（Pb）超富集植物金丝草[Pogonatherum crinitum（Thunb.）Kunth.]为研究对象,设置Pb浓度0、300、500、1 000 mg·L^-1和2 000 mg·L^-1的水培模拟胁迫试验,测定不同Pb浓度下金丝草叶片的抗氧化酶活性,并对Pb胁迫处理的金丝草叶片进行RNA-Seq测序,将转录组测序得到的Unigenes通过GO与KEGG富集注释,筛选出叶片抗氧化酶相关的DEGs,并利用实时荧光定量聚合酶链反应（qRT-PCR）进行验证。结果表明：随Pb胁迫浓度的增加,金丝草叶片过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）活性呈增加趋势,丙二醛（MDA）含量则呈先增加后降低的趋势;转录组测序得到总碱基数为56.34 Gb,各样品碱基质量达到Q20、Q30水平的均大于90%,测序结果可靠;筛选出的DEGs通过GO与KEGG数据库进行对比注释发现,金丝草叶片DEGs在“过氧化物酶体”“氧化还原酶活性”“氧化还原酶活性,作用于CH-OH供体组”“活性氧代谢过程”和“过氧化氢代谢过程”等与抗氧化相关的GO功能条目上显著富集,在“谷胱甘肽代谢”“抗坏血酸和醛糖代谢”“植物激素信号转导”“黄酮类生物合成”和“MAPK信号通路-植物”等与抗氧化相关的KEGG通路上显著富集; Pb胁迫下金丝草叶片抗氧化酶相关基因PcSOD、PcPOD和PcCAT上调表达,qRT-PCR验证结果与转录组测序结果一致,Pb胁迫下这些基因的相对表达量与抗氧化酶活性的变化趋势一致。研究表明,金丝草可通过提高抗氧化酶活性来适应Pb胁迫,抗氧化酶相关基因PcSOD、PcPOD和PcCAT参与了金丝草应对Pb胁迫的调控过程。     

酸、Cd胁迫对宽叶雀稗种子萌发、幼苗生长及亚细胞结构的影响

为研究宽叶雀稗(Paspalum wettsteinii)对酸和Cd胁迫可能存在的特殊响应策略,以宽叶雀稗种子为试验材料,采用培养皿滤纸法,设置不同酸(pH为5.5、4.5、3.5)和Cd(5、10、20 mg·L-1)胁迫浓度,测定不同胁迫条件下宽叶雀稗种子萌发、幼苗生长及亚细胞结构等指标。结果表明:酸胁迫对宽叶雀稗种子发芽率具有促进作用,其中pH 4.5具有显著促进作用;pH 3.5处理对宽叶雀稗种子的发芽势、发芽指数、活力指数、根长、芽长和生物量等指标具有抑制作用,其他酸胁迫处理则与对照(纯水处理)无显著差异(P0.05);Cd胁迫条件下宽叶雀稗的发芽率、发芽势和发芽指数均与对照无显著差异(P0.05),活力指数、芽长、根长和生物量均随Cd胁迫浓度的增加呈显著降低趋势(P0.05);pH 3.5和10 mg·L-1Cd胁迫均会对根尖质膜和芽的亚细胞结构造成严重损伤,出现淀粉粒肿胀、断裂,细胞器解体和细胞空泡化等现象。研究表明,宽叶雀稗种子对酸和Cd胁迫有一定的耐性,轻度胁迫会促进种子萌发和幼苗生长。     

吉林省西部地区生态脆弱性的动态评价

以吉林省西部为研究区域,选择人均GDP、人口密度、年末实有耕地面积、土地利用类型、年平均降水量、年平均相对湿度、年平均温度、坡度、高程、植被覆盖度10个指标,通过因子分析,构建了生态脆弱性评价体系,并基于主成分分析法对2000年、2006年、2012年吉林省西部地区生态脆弱性进行了综合定量评价并分级,最后对生态脆弱性的空间分布和动态变化进行了分析。结果表明:研究区2000年、2006年、2012年生态脆弱性指数平均值分别为0.600±0.129,0.531 9±0.111,0.506±0.118,整体处于中度脆弱水平。2000—2012年吉林省西部地区整体生态脆弱性综合指数呈不断下降趋势,说明研究区的整体生态环境呈逐渐好转趋势。吉林省西部地区生态脆弱性呈西高东低的空间分布规律。此外,2000—2012年,研究区生态脆弱度主要受气候因素和人为活动共同影响。     

杉木枯落物燃烧释放污染物特征及PM2.5成分分析

【目的】探究杉木人工林枯落物在不同燃烧状态时的气态及颗粒态污染物排放特征,并提取、测定细颗粒物(PM 2.5 )污染物的化学成分,揭示林火及林地清理等对杉木枯落物分解、养分循环和大气环境的影响。【方法】分别以杉木人工林枯落物中的叶、枝、皮、干4种主要组分为研究对象,运用自主设计的生物质模拟燃烧系统,采用室内模拟燃烧试验,分析阴燃和明燃2种不同燃烧状态不同枯落物组分释放的气态污染物和PM 2.5 特征及差异。采用德国Elementar元素分析仪,测定PM 2.5 中的碳质成分;采用超声提取-离子色谱和ICP/MS技术,测定PM 2.5 中的水溶性离子和水溶性无机元素。【结果】基于杉木枯落物燃烧时的实时测定,CO 2、CO、NO x 、C x H y 、PM 2.5 的排放因子(EF,单位质量燃料在燃烧后产生的污染物质量)变化范围在阴燃条件下分别是1 001.4~1 364.5、202.3~358.8、0.53~3.09、23.17~53.07、5.11~38.37 g ·kg -1 ,而明燃时分别为1 092.4~1 520.7、115.1~242.6、0.16~1.96、1.21~41.50、2.58~21.07 g ·kg -1 。此外,提取测定PM 2.5 成分的结果表明,颗粒物主要由碳质组分、水溶性离子及少量水溶性无机元素等组成。其中碳质组分含量最大,占50%以上,有机碳(OC)和元素碳(EC)平均质量分数分别为43.29%和12.91%;PM 2.5 中测定出6种阳离子(Li +、Na +、NH + 4、K +、Mg 2+、Ca 2+)和5种阴离子(F -、Cl -、NO 2 -、SO 4 2-、NO - 3),总水溶性离子占10%~33%,阴燃以Cl -、K +、Ca 2+、SO 4 2-为主要组分,明燃以K +、Cl -、SO 4 2-、Na +为主;PM 2.5 中提取测定出16种无机元素,分别为K、Ca、Na、Mg、P、Zn、Al、Cu、As、Ba、Cr、Fe、Mn、Cd、Li、Pb,含量极少,仅占PM 2.5 的0.04%~0.58%,其中K、Ca、Na、Mg、P、Zn为主要元素成分,占总无机元素的96.8%~98.8%。【结论】在不同燃烧状态下,杉木枯落物释放各污染物的排放因子存在显著差异,除CO 2外的其他污染物排放因子在阴燃时显著高于明燃;在同一燃烧状态时,杉木枯落物不同组分的CO、CO 2、NO x 、C x H y 和PM 2.5 等污染物的排放因子也存在显著差异。杉木枯落物燃烧排放的PM 2.5 主要由碳质组分、水溶性离子及少量无机元素等成分组成,阴燃时的各成分排放因子整体表现为高于明燃时。     

福建长汀植被覆盖度变化的主要驱动影响因子及影响力分析

运用多元线性回归和逐像元趋势分析法,并结合Arc GIS技术手段对2000—2010年福建长汀植被覆盖度变化的驱动因子及影响力进行定量分析.将影响当地植被覆盖变化的相关因素分成气象因素、非气象因素(包括地形因子、社会经济)和全变量因素分别进行分析.研究结果表明:2000—2010年,长汀植被覆盖度整体以增加为主,仅个别地区出现减少的现象;模型拟合结果显示,非气象因素整体对长汀植被盖度变化的影响大于气象因素;变量重要性研究结果表明:农作物播种面积、当地财政支出、坡度和水保活动收益是影响长汀植被覆盖度4个重要因素,进一步揭示了政策和经济因素的重要性.