稀土元素在土壤—玉米体系吸刷的剂量效应关系研究

通过盆栽实验研究施加农稀土微肥后,玉米根、茎和叶中稀土元素的含量变化,结果表明,玉米根和茎叶稀土元素含量随外源稀土施入量的增加而增大,存在显著剂量效应关系,玉米根和茎中La/REE比值随外源稀土施加的浓度增大而逐渐与稀土微肥（常乐）的La/REE值趋于一致,发现随着施入稀土元素浓度的增加,玉米吸收的稀土元素逐步转为主要由外源施加稀土微肥贡献为主,随根施剂量加大,玉米根和茎吸收稀土元素的富集系数逐渐增大,说明外源稀土的生物有效性明显高于土壤本身的稀土,稀土元素在苗期的玉米叶片中不产生显著水平的富集。     

稀土元素在土壤环境和植物中的分布

通过模拟块地试验，初步研究了外源稀土元素在土壤环境（径流、土壤水溶液和表层土壤）和小麦中的浓度分布。试验发现，各样品中的稀土元素分布模式均与土壤的相近，土壤中稀土元素的含量和分布影响其它样品中稀土元素的含量和分布；土壤环境样品和小麦样品中的稀土元素浓度随稀土施用量的提高而有不同程度的增加，这些样品中的稀土元素的浓度与稀土的施加量存在一定的剂量关系。     

外源硒矿粉对玉米硒累积及矿质元素吸收的影响

【目的】通过生物强化的方法获得生物安全形态的有机硒,是实现人体科学补硒的重要途径。研究外源硒矿粉在生产中的合理施用量及其对作物的影响,可为富硒农产品生产提供理论与技术指导。【方法】以玉米为试材,以湖北恩施的富硒矿粉(总硒含量为180 mg/kg)为硒源进行田间试验,研究了玉米对外源硒的吸收与转化及施硒对玉米矿质元素吸收的影响。设5个施硒处理: Se 0 (CK)、 750 (Se1)、 1500 (Se2)、 2250 (Se3) 和3000 g/hm2 (Se4)。于玉米大喇叭口期和成熟期取样,测定玉米不同部位总硒含量以及玉米籽粒中总硒、 有机硒及矿质元素含量。【结果】土壤施用富硒矿粉对玉米籽粒产量和总生物量没有显著影响,但可显著增加玉米籽粒及各器官硒含量。随硒施用量由0增加到3000 g/hm2,玉米籽粒中硒含量由14.2 μg/kg 增加到350.3 μg/kg。除Se2处理外,玉米根系中的硒含量在收获期高于抽穗期,而玉米茎和叶中的硒含量在收获期低于抽穗期。玉米不同器官对硒的富集能力依次为根叶籽粒茎,而玉米对硒的转移系数大小顺序亦为叶籽粒茎。与对照相比,施硒使玉米籽粒中有机硒含量显著增加,不同施硒处理玉米籽粒中有机硒含量范围为12.9~302.6 μg/kg,随土壤施硒量增加,有机硒占总硒的比例从86.87%增加到90.84%,不同处理之间有机硒所占比例差异不显著。玉米籽粒总硒、 有机硒与各器官硒含量之间均表现出显著的相关性,其中籽粒中有机硒与不同生育期根中硒含量达到极显著相关水平。施硒可显著抑制玉米籽粒对Na的吸收,对K、 Ca、 Mg、 Fe 的吸收无显著影响,一定的施硒水平下,可促进玉米籽粒对Mn、 Cu、 Zn的吸收。【结论】施用外源硒矿粉对玉米生物量与籽粒产量无显著影响。随施硒量增加,玉米籽粒中总硒含量和有机硒含量与对照相比显著增加,但对玉米籽粒中的有机硒与总硒的比例没有显著影响。一定施硒水平下,可促进玉米籽粒对Mn、 Cu、 Zn的吸收。以纯硒施用量为750~1500 g/hm2作为硒矿粉在富硒玉米生产中的推荐施硒量。     

模拟酸雨和外源铝对茶树铝及一些营养元素吸收积累的影响

采用盆栽方法,研究了模拟酸雨和外源铝对茶树铝及一些营养元素吸收积累的影响,以期为酸沉降区茶园管理提供资料。结果表明,随着外源铝浓度的增加,茶树根、茎和叶中铝含量增加,在适度浓度外源铝处理下,模拟酸雨促进茶树根、茎和叶对铝的吸收与积累,高酸高铝则抑制茶树各器官中铝的积累。外源铝促进茶树根、茎和叶对磷、铜和铁的吸收与积累,促进茶树茎和叶对钾的吸收与积累,对茶树根中钾含量没有明显的影响,外源铝抑制茶树根对钙、镁和锌的吸收与积累,但不影响它们在茶树中的运输,茎和叶中含量增加。模拟酸雨对茶树根和茎中磷含量没有明显影响,pH4.5的模拟酸雨有利于茶叶磷的积累,模拟酸雨对茶树根、茎和叶中钾、钙、镁、铜和锌含量没有明显的影响。无外源铝处理下,模拟酸雨降低茶树根系中铁的含量,对茎和叶中铁含量没有明显影响,外源铝处理下,模拟酸雨明显降低茶树根、茎和叶中铁的含量,并且外源铝处理浓度越高,模拟酸雨对根、茎和叶中铁含量的降低幅度越大。     

雷州半岛玄武岩母质土壤剖面稀土元素分布及其与常量元素、粒度的关系

对雷州半岛玄武岩母质土壤剖面稀土元素地球化学特征进行了研究,结果表明:土壤剖面中稀土元素的分布既受母岩的控制,又叠加了风化成壤作用的影响,∑REE和δEu对母岩有明显的继承性,风化成壤作用则导致REE在剖面上部富集以及土壤中Ce的显著正异常,并造成轻、重稀土之间发生一定的分馏(以轻稀土富集为主要特征),但轻稀土或重稀土内部未出现明显的分异;∑REE与Fe2O3含量呈极显著负相关,可能与风化成土过程中铁氧化物结晶程度提高,富含REE的无定形铁含量降低有关;∑REE与P2O5、MnO则呈极显著正相关,应当是由于剖面中含有较多的赋存REE的磷酸盐矿物和锰氧化物矿物所致;∑REE与黏粒组分(尤其是<1μm的组分)呈极显著正相关,表明风化成壤过程中黏土矿物含量增加所导致的对REE的吸附效应是造成该区REE富集的重要原因,其中黏粒对轻稀土元素的吸附更为明显。     

不同水分状况下施锌对玉米生长和锌吸收的影响

选择潮土(砂壤)和土(粘壤)两种质地不同的土壤,进行盆栽试验,研究不同土壤水分条件下施锌对玉米生长和锌吸收的影响。结果表明,施锌显著增加了玉米植株根、茎、叶以及整株干物质重;缺锌条件下玉米植株根冠比、根叶比和根茎比趋向增大。施锌显著提高了玉米植株各器官中锌的浓度和吸收量,并明显促进锌向地上部运移。干旱胁迫抑制了玉米植株生长,根冠比、根茎比、根叶比增大;随着土壤水分供应增加,植株生长加快,各器官生物量以茎和叶增加大于根。水分胁迫下,在潮土上玉米叶片中锌浓度上升;在土上叶片中锌浓度下降。但增施锌后,根和茎锌浓度增加幅度较大,叶片增加幅度较小;施锌和水分胁迫对根和茎锌浓度的交互作用极显著。水分胁迫下,玉米植株对锌的吸收总量减少。水分胁迫和锌肥施用对玉米叶片、茎锌吸收量的交互作用十分显著,但对根锌吸收量的交互影响不显著。     

Pb、Cd复合胁迫下4种植物抗氧化防御差异性研究

为了解植物在Pb、Cd复合胁迫下抗氧化系统的响应, 研究了重金属超富集植物龙葵、印度芥菜和非重金属超富集植物玉米和萝卜在Pb、Cd复合胁迫下抗氧化系统的变化。研究结果显示: Pb、Cd复合胁迫下超富集植物印度芥菜和龙葵的叶生物量显著减少, 根和茎生物量在低浓度处理下减少不明显; 非超富集植物萝卜和玉米的生物量随重金属浓度升高显著降低。超富集植物的SOD活性随重金属浓度升高逐渐升高; 4种植物POD活性随重金属浓度变化规律各不相同, 非超富集植物玉米和萝卜POD活性总体上随重金属浓度增加而提高; 超富集植物叶片MDA含量随重金属浓度升高逐渐升高; 印度芥菜和萝卜的总GSH含量显著高于其他两种植物。超富集植物的SOD、MDA、TAST、总GSH和PC与土壤重金属毒性系数呈显著相关; 非超富集植物玉米的POD和总GSH与重金属毒性系数呈显著相关, 而萝卜的TAST和PC与重金属毒性系数呈显著相关性。不同植物的解毒机制并不相同, 因而进一步了解超富集植物的相关酶基因调控对阐明解毒机制尤为重要。     

不同锌水平对低剂量镉在水稻中迁移能力的影响

本研究利用水稻作为供试植物,在轻度镉(Cd)污染[镉浓度分别为0 mg·L~(-1)、0.01 mg·L~(-1)(低剂量)、0.03 mg·L~(-1)(中剂量)、0.09 mg·L~(-1)(高剂量)]水培条件下,通过外源添加不同剂量锌(Zn,浓度分别为0 mg·L~(-1)、0.025 mg·L~(-1)、0.05 mg·L~(-1)、0.1 mg·L~(-1)、0.2 mg·L~(-1))研究水稻生物量变化及Cd在水稻体内分布和迁移,探索Zn、Cd间的相互关系,并筛选治理水稻Cd污染的最适外源Zn浓度。结果表明,施加外源Zn水稻根茎叶的生物量均有所增加,且Zn浓度为0.05 mg·L~(-1)效果最显著。缺Zn条件(0 mg·L~(-1))下,水稻根细胞质和细胞壁中的Cd含量比值随外源Cd浓度增加而降低;加入外源Zn后,细胞质与细胞壁中Cd含量比值有上升趋势,0.03 mg·L~(-1) Cd水平下变化显著。中低剂量(0.01~0.03 mg·L~(-1))Cd水平下,施加Zn可降低水稻根部对Cd的吸收和转运。其中Zn浓度为0.05 mg·L~(-1)时,水稻根、茎、叶中的Cd含量下降最为显著,分别下降38%、71%、65%(低剂量Cd)和44%、79%、69%(中剂量Cd),且水稻根与茎、根与叶的转移系数分别降低53%和44%(低剂量Cd)、62%和40%(中剂量Cd);而后随Zn浓度增加水稻各部位Cd含量及转移系数无显著变化。在高剂量Cd环境下,施加外源Zn对水稻根、茎、叶Cd含量没有显著的抑制作用。因此,在中低剂量的Cd污染条件下,Zn、Cd间存在明显的拮抗作用,且外源添加0.05 mg·L~(-1) Zn是降低水稻Cd吸收迁移及增加水稻产量的最适浓度。     

喷施稀土对辣椒体内稀土元素含量和分布的影响

利用ＩＣＰ－ＭＳ测定了辣椒不同部位１５种单一稀土元素的含量。结果表明，喷施稀土的球椒植株，各部分稀土含量的高低顺序为叶〉根〉茎〉果，而对照的顺序为根〉茎〉果；随着喷施长稀土浓度的增大辣椒各部位稀土含量有上升的趋势，当喷施浓度为６００ｍｇ／Ｌ，各部位稀土含量最大值。     

外源氯处理对向日葵幼苗生长、养分吸收及植株硝态氮含量的影响

通过水培试验,研究了不同水平外源氯处理对向日葵(Helianthus.annuus)幼苗生长、干物质积累、Cl-、NO3-、全N、全P、全K含量的影响。结果表明,不同浓度外源氯(Cl-6.253～00.mmol/L)处理8.d,油葵幼苗的茎生长速率均显著下降,外源Cl-浓度越大,生长下降越显著。Cl-6.252～5.mmol/L处理8.d,油葵幼苗干物质积累速率极显著高于对照,Cl-25、50.mmol/L处理,油葵幼苗的干物质积累速率与对照差异不显著;而Cl-2003～00.mmol/L处理的幼苗干物质积累极显著下降。Cl-处理下,植株体内氯含量极显著上升,而叶片中硝酸盐含量显著下降,其中以Cl-50.mmol/L处理的叶片硝酸盐含量最低。Cl-6.251～00.mmol/L处理,油葵幼苗茎、叶全N、全P含量与对照差异不显著;Cl-200.mmol/L处理下,叶、茎全N含量显著下降,而根系全N、全P含量随Cl-处理的增加而增加。随着Cl-浓度处理的提高,油葵幼苗根、茎、叶的全K含量增加,其中以根、茎增加较快。因此,一定范围的外源氯处理,不影响向日葵生物量甚至促进生物量积累的同时,也可明显的提高向日葵幼苗的氮素利用效率。     

Accumulation and Fractionation of Rare Earth Elements in a Soil-Wheat System

Time series bioaccumulation of rare earth elements (REEs) in field-grown wheat with and without a dressing of extraneous REE fertilizer at different growth stages and fractionation of REEs during their transport in a soil-wheat system were determined. Time-dependent accumulation of extraneous REEs was found in different parts of wheat. An upward transport of extraneous REEs from roots to shoots under a soil dressing and a downward transport from leaves to roots with a foliar dressing were also observed. Moreover, fractionation of REEs occurred in the soil-wheat system. Compared to the host soil a positive Eu anomaly in the stems and grains as well as heavy REE enrichment in the grains were found. The ability of the different wheat organs to fractionate Eu from the REE series was ranked in the order of stems ≥ grains > leaves > roots.     

施用稀土元素镧对南非马唐生长及若干生理特性的影响

盆栽试验研究喷施和土施条件下稀土元素镧对禾本科牧草南非马唐生长的影响。结果表明,不论是喷施还是土施,镧均显著提高南非马唐叶片超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）等保护酶的活性,降低其叶片丙二醛（MDA）含量,从而减轻了南非马唐生长过程中活性氧（ROS）对细胞膜、叶绿体膜的过氧化伤害,维护叶片光合机能。施用稀土元素镧能显著增加南非马唐叶片的叶绿素含量,提高净光合速率（Pn）,促进生长,增大叶面积,最终显著增加了南非马唐的干物重。收获时,地上部干重,喷施镧比对照提高了5.60%～14.45%,土施提高了4.00%～12.85%;根干重喷施提高了6.28%～20.96%,土施提高了7.01%～21.18%,差异均达显著水平。在同一施镧水平上,喷施的干物质积累和土施的无显著性差异。本试验看出,土施稀土元素的量比喷施的量提高1～2倍即可,这样不仅有利于促进南非马唐生长,而且可以避免稀土元素在土壤中的积累过多,影响生态环境。     

粤西地区土壤-植物系统中稀土元素地球化学特征

在广东省西部不同地区采取土壤、植物样品，并对其中的稀土元素含量采用ICP-MS法测定，研究了稀土元素在土壤、植物叶中的地球化学特征。结果表明：土壤一植物系统的各环节间稀土元素的含量模式基本相似。不同母岩发育的土壤稀土分布有较大的差异，其中以花岗岩发育的土壤稀土含量最高。在土壤的各个剖面层中，心土层和底土层稀土含量高于表土层，轻重稀土发生分异，均有不同程度的Eu亏损，Ce表现为土壤各层位中的正异常。同一采样点的不同种属植物具有相似的稀土分配模式，在不同母岩发育土壤上生存的同一种属植物稀土分配模式不同，其稀土分布均受其所生存土壤的影响和制约，同时具有自身的生物地球化学特性。生物吸收系数表明植物对稀土元素的吸收能力的差异，稀土元素在由土壤向植物体运输迁移中发生了明显的分馏作用，重稀士相对贫乏。     

稀土元素示踪法在土壤侵蚀与泥沙来源研究中的应用

[目的]掌握稀土元素(REE)示踪土壤侵蚀和泥沙来源的方法,明确其不确定性来源,对正确运用该方法获得可靠的侵蚀速率和泥沙源地贡献结果具有重要意义。[方法]基于前人运用REE示踪土壤侵蚀速率和泥沙来源的研究成果,总结了REE示踪土壤侵蚀的基本技术路线及其在水蚀、风蚀和泥沙来源研究中的应用,探讨了REE示踪土壤侵蚀和泥沙来源研究中的不足。[结果]分析认为REE虽是理想的示踪剂,但REE示踪法仍存在影响示踪土壤侵蚀和泥沙来源准确性的关键方面需要改进,包括REE与土壤结合方式与机理、长期监测或复杂环境下随淋溶、径流的迁移以及植被吸收利用等。在未来研究中应重点关注大量释放REE对土壤、植物、环境健康的影响以及REE示踪法与复合指纹识别法的结合运用等。[结论]研究结果为提高REE示踪土壤侵蚀结果的准确性,运用该方法开展其他侵蚀类型研究,与复合指纹识别法结合辨别大区域的泥沙来源奠定基础。     

Contents and bioavailability of rare earth elements in agricultural soils in Hesse (Germany)

With increasing agricultural and industrial use of rare earth elements (REEs), input of REEs into the pedosphere has risen in parallel. Since total REE budgets for soils in Germany are mainly unknown, this pilot study investigates the concentrations of REEs in three loess soil profiles under agricultural land use in the Wetterau region, Germany. There were no significant REE applications in the past, so the presented data can be considered as background concentrations of REEs in soils. In addition to the total REE contents (aqua regia digestion), potentially plant‐available (EDTA) and at actual conditions available, mobile (NH₄NO₃) REEs have been determined for each horizon. Interactions between REE availability and properties of soils are explained after assessing several chemical and physical properties. The results reveal a wide range of total REE contents, ranging from 222 to 423 mg kg^–1. With 10.1% of total REE amounts, the potentially plant‐available proportions of REEs are generally low. In contrast, yttrium, which showed high available proportion of 24.8%, was found to be comparable with Cd. Cerium is the most abundant REE in aqua regia digests, whereas only small amounts in the potentially plant‐available fraction were found. Thus negative cerium anomalies could be concluded concerning its potential availability. Generally, bioavailability of REE had significant correlations between clay contents and Fe and Mn oxides for the majority of REEs. Due to moderately high pH (CaCl₂) in soils (average 6.6) the mobile fraction for most of the elements was not detectible.     

外源稀土作用下根–土界面元素转化、分布及其植物有效性的研究进展

外源稀土（RE）可导致根-土界面物理、化学及生物学特性发生根本性变化,特别是根系主导的根际动态过程的变化。如施用不同剂量RE条件下,稀土元素（REE）与根系的相互作用使根系生长、酶活性、细胞质膜透性等受到不同程度的影响。根系生长、酶活性的变化反映了植物可能通过根系形态学、生理学的适应性和非适应性变化机制来改变根系吸收养分、REE及重金属离子的能力,直接影响根际离子进入根系中的含量;而根系细胞质膜透性的变化则反映了植物可能通过根系分泌作用的适应性和非适应性变化机制来改变根系有机酸、质子等的分泌状况,使之作用于根际环境,制约养分、REE及重金属元素在根际的形态转化与迁移分布模式,从而间接影响根际离子进入根系中的含量。本文从外源RE对根系生长状况和酶活性的影响;对根系细胞质膜透性和分泌作用的影响;对根际养分、REE及重金属元素动态的影响;对根系养分、REE及重金属元素吸收分布的影响等4个方面的国内外文献出发,就土壤-植物系统中外源RE作用下根-土界面养分、REE及重金属元素的转化、分布及其植物有效性的响应变化与相关机制做出综述,同时提出目前研究中存在的问题,对今后的研究方向进行展望。     

Tracing sediment dynamics and sources in eroding rills with rare earth elements

Eroding rills evolve morphologically in time and space. Most current studies on rill erosion use spatially averaged soil erosion data, providing little information on soil erosion dynamics. A method is proposed to use rare earth elements (REEs) to trace sediment distribution in eroding rills. Laboratory flume simulation experiments were conducted at three flow rates (2, 4 and 8 litres minute^?1) and five slope gradients (5, 10, 15, 20 and 25°) with three replicates of each treatment. The rills, of 8 m length, were subdivided into 10 equal segments of 0.8 m length and 0.1 m width, with a different REE applied to each segment. We derived computational formulae for estimating the distribution of eroded amounts along the rills. The actual erosion distribution along rills was then estimated with the data from the experiments. The precision of the REEs for tracing rill erosion was analysed. The results showed that sediment concentration increased with rill length, but the increased rate (the slope of the curve) flattened gradually. Sediment yields increased with slope gradients and flow rates, but the slope gradients had a greater effect on sediment concentration than flow rates, and greater flow rates caused more rill erosion and soil loss under the same slope gradient. The results also demonstrated the feasibility of using REEs to trace the dynamic processes of rill erosion.     

不同母质土壤-水稻系统Cd吸收累积特征及差异

通过选取土壤有效态镉(Cd)含量相近、母质不同的水稻土河沙泥(河流冲积物发育)和紫泥田(紫色砂页岩母质发育),添加不同浓度的外源Cd(0,0.5,1,2,5mg/kg)模拟Cd污染稻田土壤进行盆栽试验,研究不同母质稻田土壤Cd胁迫条件下水稻不同生育期对Cd吸收累积的差异,并推算出土壤Cd环境安全临界值。结果表明,水稻生育期2种土壤有效态Cd含量均在分蘖期最高,河沙泥有效态Cd含量平均为0.47mg/kg,紫泥田平均为0.36mg/kg,同一外源Cd水平下,河沙泥土壤有效态Cd含量高于紫泥田。对河沙泥而言,随着外源Cd浓度的增加,水稻总生物量呈现先增加后下降的趋势,当外源Cd浓度为1mg/kg时达到最大生物量,为47.11g/pot;而紫泥田水稻生物量呈现逐渐增加的趋势,但各处理间差异不显著(P0.05)。2种土壤中水稻糙米、谷壳、茎叶、根Cd含量均随外源Cd浓度的增加而增加,整体分布特征为根茎叶谷壳糙米,且河沙泥高于紫泥田;河沙泥水稻平均Cd累积量为51.71μg/pot,紫泥田平均Cd累积量为42.56μg/pot,2种土壤成熟期水稻Cd累积量对比分蘖期分别增加1.45,1.07倍。回归分析表明,河沙泥和紫泥田稻米Cd超标的土壤Cd安全临界值分别为2.03,3.14mg/kg。水稻对Cd的吸收累积特征及土壤Cd安全临界值因土壤母质不同而存在显著差异。     

超富集植物对稀土元素吸收转运解毒与分异的研究进展

稀土是重要的战略资源,在现代高科技行业和农业生产中发挥着重要的作用。随着稀土需求量的与日俱增,稀土矿山开发加剧,产生了大面积的稀土废弃尾砂地进而污染农田,对当地生态环境和居民健康构成威胁。植物采矿是指在金属污染地上种植超富集植物,在恢复植被和修复污染土壤的同时,还可通过收割地上部实现金属回收利用,是一种原位和低成本的污染土壤修复手段。探究超富集植物重金属富集机理是实现植物采矿的基础,但相对于Ni、Zn、As等超富集植物的研究,稀土超富集植物吸收转运和耐受稀土机制的研究仍然缺乏。本文结合近年国内外研究,从植物富集稀土的四个关键过程综述超富集植物对稀土的吸收、转运和分布解毒机制以及与稀土分异之间的关系,并提出超富集植物中稀土分异的概念模型。     

杂交苏丹草镉的吸收与分布规律研究

随着土壤中添加镉量的增加,杂交苏丹草的株高明显降低,生物量显著下降。镉添加量为40mg kg土的处理,杂交苏丹草株高和地上部的生物量分别只有对照的48%和8.4%。不加镉的对照,杂交苏丹草根、茎、叶的含镉量分别为3.2,2.7,3.2μg g-1,各部位含镉量没有显著差异;而在添加镉的土壤中,则呈现出根>茎>叶的变化规律;土壤添加镉的量越大,杂交苏丹草各部位含镉量越高,当镉添加量为40mg kg-1土时,根、茎、叶的含镉量分别为451.9,132.5,79.4μg g-1。杂交苏丹草植株中镉含量与土壤中镉的添加量呈现为显著的直线正相关,镉的累积量呈现为先上升后下降的规律。