晚稻全生育期Cd的迁移转化规律及预测模型研究

为探讨晚稻全生育期Cd的迁移转化规律及预测模型,采用长沙市望城区大田试验土壤-水稻Cd点对点数据,对水稻4个典型生育期（苗期、分蘖期、灌浆期和成熟期）及不同部位（根、茎叶及籽粒）Cd的吸收、累积和分配差异进行研究。结果表明,同一生育期各部位Cd含量和富集能力均为根>茎叶>籽粒,且根部明显高于其他部位,不同生育期差异显著,具体为成熟期>灌浆期>分蘖期>苗期;Cd转运能力为土-根>根-茎叶>茎叶-籽粒>根-籽粒,籽粒Cd大部分来自于茎叶的转移,且分蘖期转运能力显著高于其余生育期;Cd积累量和分配差异为茎叶>根>籽粒,且分蘖期和成熟期远大于苗期和灌浆期;土壤pH和有效态镉(ACd)含量是影响水稻Cd吸收的主控因子,pH为负效应,有效态镉为正效应,分蘖期茎叶Cd含量受其影响最大,是控制Cd进入籽粒的关键时期。可利用分蘖期土壤pH和有效态镉含量预测成熟期籽粒Cd含量,最优预测模型为lgCd_{成熟期籽粒}=0.158-0.099pH_分蘖期+0.261lgACd_分蘖期。研究结果可为中国长株潭地区稻田土壤Cd污染风险评估和管控提供理论依据和数据支撑。     

土壤镉污染对箭筈豌豆生长、镉积累和营养物质吸收的影响

采用污染土盆栽法,研究箭筈豌豆(Vicia sativa L.)在镉(Cd)添加量为2.5和10.0mg/kg土壤中的生长状况、营养物质吸收和镉富集特征。结果表明,土壤镉添加对箭筈豌豆地上部和地下部生物量没有显著影响,但使种子的生物量降低。轻度和重度镉污染条件下,箭筈豌豆地下部的镉富集系数为21.12~26.39,地上部的镉富集系数为0.47~1.00,种子的镉富集系数为0.46~1.16,镉的转运系数为0.02~0.05。地下部镉含量达268.97mg/kg,地上部和种子的镉含量超国家食品限量标准,营养元素尤其是Fe、Zn、Mn和P的含量,受到镉添加的显著影响。因此,箭筈豌豆可用于镉污染土壤的植物修复,但需防范地上部和种子食用和饲用的安全风险;镉对营养元素吸收的影响是其生长受抑制的原因之一。     

稻田冬季杂草稻槎菜的镉积累特性研究

为进一步筛选出更多的适合稻田镉污染修复的镉超富集植物材料,通过盆栽试验和小区试验,对稻田冬季杂草稻槎菜的镉积累特性及其生理生态特性进行了研究。初步试验和验证试验表明,随土壤镉浓度的增加,稻槎菜根系生物量、地上部分生物量、整株生物量及抗性系数呈先降后升再降的趋势,但未表现出明显的毒害特征。稻槎菜根系及地上部分镉含量均随土壤镉浓度的增加而增加。在土壤镉含量为75 mg/kg时,初步试验和验证试验的稻槎菜地上部分镉含量分别为119.50,110.11 mg/kg,均达到镉超富集植物的临界值(100 mg/kg)。在土壤镉浓度大于0 mg/kg的处理条件下,稻槎菜根系及地上部分富集系数(BCF)均大于1,转运系数(TF)也均大于1。稻槎菜根系、地上部分及整株镉积累量均随土壤镉浓度的增加而增加,并与土壤镉浓度存在极显著线性回归关系。验证试验表明,随土壤镉浓度的增加,稻槎菜叶绿素含量呈先降后增再降的趋势,SOD活性呈先增后降的趋势,POD活性呈先降后增的趋势,这与稻槎菜的特殊生理机制有关。小区试验研究表明,在土壤镉浓度为2.04~2.89 mg/kg时,稻槎菜地上部分镉积累量为1.10~1.13 mg/m2。因此,稻槎菜是一种镉超富集植物,可用于镉污染稻田的冬季修复。     

小麦对镉的吸收、富集及其镉污染预测研究进展

本研究回顾和总结了国内外学者对小麦镉吸收和富集的特点,对比分析了小麦各部位镉的富集系数,小麦不同部位镉富集顺序为：根>叶>茎>籽粒。土壤镉安全阈值是保障小麦质量的重要指标,小麦籽粒中镉含量可以由土壤中总镉含量及pH值来预测。对3类不同浸提剂浸提的土壤有效态镉进行探讨,发现这些浸提剂浸提的土壤有效态镉含量与小麦镉含量间的相关性顺序为：络合剂类>中性盐类(CaCl₂)>稀（弱）酸类。最后提出了结论和展望,以期为今后小麦镉污染预测提供重要的理论指导和思路。     

两个黑麦草品种对镉吸收富集比较研究

采用盆栽试验研究比较两个黑麦草品种在不同Cd污染水平(0、75、150、300及600 mg.kg-1)下生长量、抗氧化酶活性、Cd含量及积累量的差异,以筛选出更适合作为土壤镉污染修复的品种。结果表明,随着土壤镉水平的增加,两个黑麦草品种根系干重、阿伯德地上部干重和植株总干重呈先增加后降低的趋势。土壤镉污染水平为75 mg.kg-1时,阿伯德地上部和植株总干重达到最大值(10.92 g.pot-1和12.03 g.pot-1),较对照分别增加了11.13%和10.67%。两个黑麦草品种各部位SOD活性、CAT活性和根系POD活性,均随土壤镉水平的增加呈先升高后降低的趋势,地上部MDA含量则逐渐升高。两个黑麦草品种镉转运系数、镉富集系数均大于1。黑麦草对Cd耐性和吸收富集存在基因型差异。比较两个品种黑麦草,在75~600 mg.kg-1Cd胁迫下,阿伯德品种地上部干重和总干重均高于邦德品种,且阿伯德地上部和根系镉含量及镉积累量高于邦德。阿伯德更适合作为土壤镉污染的植物修复材料。     

作物吸收富集镉研究进展

土壤镉污染已经成为一个重要的环境问题,植物镉的吸收富集已引起全世界学者的关注。回顾和总结了国内外学者对几种作物镉积累的特点,对比分析了它们可食部位镉的富集系数,并提出了植物吸收积累镉的可能的机制及降低植物镉吸收的方法,最后提出了降低植物镉吸收方面存在的问题和对未来的展望,为今后降低植物镉吸收、防治植物镉污染提供重要的理论指导和思路。     

不同固化剂对玉米吸收铅镉的影响

研究了2个固化剂处理对玉米各部位吸收铅、镉的影响,探讨了2种改良材料在重金属中度污染土壤上的修复效果,以期为重金属复合污染石灰性土壤的安全利用提供科学依据。选用膨润土和磷酸二氢钾为固化剂材料,在中度污染耕地上进行田间试验。结果显示,膨润土与磷酸二氢钾配施可使玉米籽粒、茎叶和根中铅含量分别降低37.22%、40.18%、34.06%,镉含量分别降低24.53%、5.85%、14.82%。2种固化剂处理均能增加玉米的株高、产量和地上部干物质量,降低玉米对铅的富集系数和对镉的转运系数及富集系数,膨润土与磷酸二氢钾配施还可降低玉米对铅的转运系数。可得出结论,在重金属复合污染石灰性土壤上,膨润土与磷酸二氢钾配施一定程度上可作为理想的修复材料。     

植物对重金属镉的吸收与耐受机制研究进展

为了有效降低土壤中镉含量,保障人类健康,人们希望通过一种经济、有效的方法——植物修复技术来治理土壤镉污染。因此,植物对重金属镉的吸收与耐受机制研究,已成为近年来植物逆境生理研究的热点。笔者主要综述了植物对镉的吸收、转运及积累机制,以及植物体通过细胞壁的沉积、细胞区室化、螯合作用和抗氧化系统的保护作用对镉的耐受机制,以期为今后通过植物修复技术更好治理土壤镉污染提供基础资料。     

3个陆地棉种质(系)重金属镉的积累、转运和富集特性分析

以2个转基因陆地棉种质系(ZD-90和SGK3)和陆地棉标准系TM-1为材料,于2009-2010年进行盆栽试验,对镉胁迫下棉花植株不同器官镉的累积、转运和富集特性进行了研究。结果表明,3个棉花种质(系)不同器官镉的累积量随镉胁迫浓度的增加而增加,其中纤维中镉累积量最低,叶柄中镉累积量最高;营养器官镉累积量远高于种子和纤维。各器官累积镉能力的顺序为:纤维<种仁<棉子壳<根<叶片<茎秆<铃壳<叶柄。3个棉花种质(系)各器官的镉转运能力和富集系数与镉累积能力顺序一致,但品种间有显著差异,SGK3和ZD-90的镉累积能力和镉富集系数高于TM-1。棉花具有较强的吸收、转运和聚集重金属镉的能力,体内存在较好的镉运输机制,具备作为超富集植物的基本特征,可以作为超富集植物来治理土壤镉污染。     

不同甘薯品种中镉的积累与转运特性研究

旨在为在中轻度稻田镉污染地区甘薯种植结构调整提供技术支撑。以20个甘薯品种作试验材料,采用旱地小区试验,研究中轻度稻田镉污染区甘薯的生长发育及其积累和转运Cd的差异。结果表明:供试甘薯品种的蔓长、茎粗、生物量、产量以及茎叶、块根积累和转运镉的能力存在品种差异。有3个品种的茎叶镉含量超过无公害蔬菜质量标准(0.05 mg/kg),所有品种茎叶和块根的Cd含量均符合国家食品中污染物限值标准(0.1 mg/kg)。茎叶和块根富集系数范围分别为0.225～1.222、0.022～0.160,转运系数范围为0.067～0.511,说明甘薯对土壤Cd仍有一定的吸收能力,但由茎叶向块根的转运能力较弱。‘QS816’、‘湘薯20’、‘湘108’、‘广87’可作为中轻度稻田镉污染区种植甘薯的优先选择品种,在种植结构调整方面具有潜在的应用价值。     

无性系金丝柳在北方典型镉污染土壤修复中的应用

为探究植物修复技术在镉(Cd)污染土壤中的应用特征及修复效果,以不同Cd污染程度的实际土壤为对象,通过扦插栽培的方式,对比金丝柳在不同Cd污染土壤中对Cd的耐受、富集、转移能力及修复效率。结果表明,随Cd污染浓度增加,无性系金丝柳地上和地下部生物富集系数(BCF)都增加,且地上部富集能力高于地下部,是地下部的3.56~7.28倍。当生长条件相同时,2年生金丝柳BCF和Cd含量都显著高于1年生,是1年生的1.66倍和1.47倍。由此可见,无性系金丝柳对Cd具有较高的耐受性和累积能力,且生长时间越长,从土壤中吸收的Cd相对越多。而在2种Cd污染土壤中,无性系金丝柳都倾向于将部分Cd转运到地上部来缓解Cd的毒性,且地上各部位相较于根部具有更大的Cd容量。在重度污染土壤中金丝柳枝、叶、茎和根部Cd去除量分别是中度污染土壤中的1.01、1.34、1.93、3.47倍,因此在重度Cd污染土壤中无性系金丝柳能去除更高量的Cd,具有较高的Cd提取量和累积能力。综上所述,无性系金丝柳具有较高的耐受性和累积能力,在较高Cd污染土壤中能去除更高量的Cd,具有修复中重度Cd污染土壤的能力。     

春夏不同播期玉米籽粒镉积累差异

本研究以34个玉米品种为材料,在湖南长沙和湘潭两地镉污染农田设置2个播期处理开展大田试验,探讨春、夏不同播期玉米品种籽粒镉积累差异。结果表明,播期对玉米籽粒镉含量有显著影响,春播镉含量高于夏播。不同玉米品种间籽粒镉含量差异显著,表现出广泛的遗传变异,变异系数大于100%,且广义遗传力可达85%。相关性分析结果表明,土壤镉含量与籽粒镉含量极显著相关,且相同地点不同播期间籽粒镉含量相关系数最高。按照镉积累特点将玉米分为3种类型:籽粒高镉积累型‘康农玉999’;籽粒中镉积累型‘苏玉20’、‘康农18’和‘青青515’;其余30个品种为籽粒低镉积累型。籽粒低镉积累型玉米品种可以作为镉污染农田替代种植的农作物。‘康农玉999’可作为籽粒镉积累相关基因遗传定位的研究材料。     

马铃薯对土壤中4种重金属富集能力的差异

为选育低重金属积累的马铃薯品种,解决食物链重金属富集问题,以11个不同马铃薯品种为试材,对马铃薯植株不同器官中Cd、Pb、As和Cr的吸收和转移能力进行研究。结果表明,在参试的11个马铃薯品种中,不同基因型马铃薯不同器官鲜样中Cd、Cr、As和Pb的含量存在较大差异。在马铃薯根、薯皮和薯肉鲜样中,4种重金属平均含量的高低顺序为Cr>Pb>Cd>As,而在马铃薯茎叶鲜样中则为Pb>Cr>Cd>As。经测定,参试马铃薯品种薯肉中的4种重金属含量均未超过国家食品重金属限定标准。在马铃薯各器官对重金属的富集情况分析中,Cr、As、Pb和Cd在马铃薯根系中的平均富集系数最高,Cd在马铃薯根、茎、叶的平均富集系数均大于1,表明其具有较强的富集作用。不同品种马铃薯各器官中重金属的转移系数也呈现出显著差异。其中,Cd和As在马铃薯各器官的平均转移系数为茎>叶>薯皮>薯肉,而Cr和Pb的平均转移系数则为叶>茎>薯皮>薯肉。另外,Cd在品种‘D597’薯肉中的富集系数及转移系数都呈现最低值,表明‘D597’为Cd低吸收、低积累型品种。     

热改性高岭土对土壤Cd形态及辣椒累积Cd的影响

为了探明热改性高岭土对土壤-辣椒体系中Cd迁移的影响,研究2个温度(300、500℃)对高岭土进行热改性,采用盆栽的方式探究高岭土及热改性高岭土对于Cd污染土壤中Cd的形态分布以及对辣椒体内重金属积累的影响。结果表明：在Cd污染土壤上,施用高岭土及热改性高岭土提高土壤pH,但处理间差异不显著;与CK相比,添加300℃热改性高岭土(TK)与500℃热改性高岭土(FK)土壤可还原态Cd含量分别降低1.82%~33.94%、11.76%~26.67%,残渣态Cd含量分别提高46.63%~64.58%、45.96%~1.14%;各处理辣椒的根、茎、叶、果实的干重均高于CK,辣椒果实干重增产31.00%~49.28%,辣椒植株Cd富集依次为根部>叶片>茎>果实。得出结论：施用高岭土及热改性高岭土可提高土壤pH,降低土壤弱酸提取态、还原态Cd含量,减轻Cd对辣椒的协迫,3种材料修复效果为TK>FK>K。     

6种植物对土壤中镉的富集特性研究

[目的]为了筛选出能适应湖南省重金属污染农田的镉移除植物,[方法]以甜高粱、生物质高粱、玉米、油葵、商陆、籽粒苋为材料,在醴陵市、株洲县和湘潭县重金属镉污染区开展田间试验,研究这6种植物对土壤中重金属镉的富集特性。[结果]结果表明：植株中镉的含量高低受植物品种和土壤中镉的含量影响较大,3个试验点中6种植物地上部分重金属镉的含量高低顺序为：籽粒苋＞商陆＞生物质高粱＞油葵＞甜高粱＞玉米,且株洲＞湘潭＞醴陵。除玉米外,其他植物地上部对重金属镉的富集系数均大于1,具备对镉的富集特性,其中籽粒苋对重金属镉的富集系数最高。[结论] 籽粒苋对镉有很强的富集性,是修复土壤重金属镉污染的良好材料。     

锑矿区大叶女贞重金属富集特性研究

为了选择重金属污染土壤生态修复植物,利用采样测试分析的方法,对生长于冷水江严重Sb、As、Cd、Hg污染土壤的大叶女贞进行了研究。结果表明:大叶女贞能耐较严重重金属胁迫,其生长量、生物量受影响较小,胸径、树高和生物量分别减少2.58%、6.07%、7.58%;大叶女贞对各重金属的富集系数均大于2,其中Hg、Cd的富集系数最大,Cu、As的富集系数最小;对各重金属的转运系数均大于60,其中Sb的转运系数最大,Zn的转运系数最小;各重金属在大叶女贞根、茎、叶器官内的富集量有极显著差异,根、茎、叶等器官间富集的重金属有极显著差异,其叶部富集重金属的顺序为ZnSbAsPbCuCdHg,茎部富集重金属的顺序为ZnSbPbCdAsCuHg,根部富集重金属的顺序为ZnSbPbAsCuCdHg,叶、茎、根三器官富集各种重金属的顺序为叶茎根,至少有93.0%重金属富集在叶、茎、枝等地上部器官,其中至少有60.0%的重金属富集在叶部;大叶女贞为一优良重金属污染土壤生态修复树种。     

重金属铅镉对甜高粱生长的影响及其积累特性研究

旨在为甜高粱在修复土壤重金属污染领域的应用提供理论支撑。以甜高粱品种‘辽甜1 号’为供试材料,采用土壤盆栽试验研究不同浓度铅、镉及其复合污染作用下甜高粱的生长响应及重金属吸收、富集和迁移特征变化。结果表明：低浓度Pb(≤100 mg/kg)、Cd(≤1 mg/kg)处理促进了甜高粱的生长,高浓度Pb(≥1000 mg/kg)、Cd(≥10 mg/kg)则呈现出抑制效应,根长、株高、穗长和生物量均显著减小。甜高粱各部位重金属含量随着土壤Pb、Cd处理浓度的升高而增加,其中重金属Pb的含量大小顺序为根＞叶＞茎＞穗,重金属Cd的含量大小顺序为根＞茎＞叶＞穗,且甜高粱对Cd的富集系数和转运系数均显著高于Pb。由此可知,甜高粱品种‘辽甜1 号’对重金属Pb、Cd具有较强的抗逆性和较好的吸收积累和转运能力,其在Pb、Cd单一及其复合污染土壤修复方面具有潜在的应用价值。     

3种植物对镉污染土壤修复的试验研究

为探究植物修复技术在济源镉(Cd)污染土壤的应用特征和效果,笔者以不同Cd污染程度的实际土壤为对象,采用盆栽试验,对比三叶鬼针草、黑麦和印度芥菜对Cd的耐受、富集、转移能力及修复效率。结果表明：污染组植物的生物量无显著下降,供试植物均具有较强的Cd耐性。3类植物富集特征不同,地上部分富集Cd浓度顺序依次是：三叶鬼针草＞印度芥菜＞黑麦。3种植物中黑麦地下部分Cd含量最高,轻、重度污染组的Cd含量分别达到11.95 mg/L、28.56 mg/L。三叶鬼针草对Cd具有较强的转移能力,其中在轻度污染土壤中转移系数(TF=2.23)最大。此外,三叶鬼针草修复效率最高,轻、重度污染组分别为2.04%、1.59%。综上所述,三叶鬼针草的生物量、富集转运系数和修复效率均高于黑麦和印度芥菜。因此,三叶鬼针草可作为济源Cd污染土壤修复植物之一,为当地土壤Cd污染治理提供理论指导和技术依据。