河南南阳烟区不同类型土壤的根际和非根际微生物及酶活性变化

以南阳烟区5种类型土壤为研究对象,研究了不同类型土壤对根际和非根际微生物主要类群和主要酶活性的影响及其相互关系。结果表明:不同类型根际和非根际土壤微生物数量、酶活性均表现出差异性,根际土壤微生物数量、酶活性均高于非根际土壤,黄棕壤根际土中细菌和解磷菌数量最多;黄红壤根际解钾菌和氨化细菌数量最多;暗棕壤根际土好气性自生固氮菌和芽孢杆菌数量最多。潮土根际和非根际土过氧化氢酶和脲酶活性均最高;暗棕壤根际和非根际土蔗糖酶活性最高。由相关分析可知根际和非根际土壤微生物数量、酶活性之间关系密切。综合分析认为,黄棕壤可以改善土壤环境,有效防止植烟土壤退化。     

添加有机酸对土壤镉形态转化及苋菜镉积累的影响

植物根系分泌的低分子量有机酸能够与土壤中的镉形成镉–有机酸复合体,从而影响根际镉的移动性。本文通过添加有机酸对土壤镉形态转化的研究,阐明有机酸与镉生物积累的关系。采用盆栽试验及土壤培养等方法,研究了添加苹果酸、柠檬酸对赤红壤和黄棕壤中镉的形态转化以及超积累型苋菜天星米镉生物积累的影响。结果表明,与Cd 25 mg/kg处理比较,Cd 25 mg/kg＋苹果酸、Cd 25mg/kg＋柠檬酸处理对苋菜生物量未产生影响,但显著增加苋菜根系及地上部镉含量;添加苹果酸、柠檬酸处理显著降低土壤专性吸附态Cd含量,却显著增加了交换态Cd、碳酸盐结合态Cd和有机结合态Cd含量。说明添加苹果酸、柠檬酸还能够通过影响土壤镉形态转化而促进苋菜对镉的积累。     

化肥和有机肥配施生物炭对根际/非根际土壤养分和氮赋存形态的影响

阐明化肥和有机肥配施生物炭对根际/非根际土壤养分和氮赋存形态的影响,有助于农田氮的高效利用及科学管理。采用盆栽试验方法,设置不施肥(CK)、单施化肥(CF)、施有机肥(M)、化肥配施生物炭(CFB)、有机肥配施生物炭(MB)、新鲜有机肥配施生物炭(FMB)6个处理,通过测定根际及非根际土壤养分含量和土壤氮赋存形态,阐明不同施肥处理对氮形态转化的影响。结果表明：与CK处理相比,MB处理提高非根际及根际土壤pH0.32和0.28个单位,FMB处理提高根际土壤pH0.63个单位；MB和FMB处理分别提高根际土壤有机质含量25.37%和84.88%,同时显著提高根际土壤全氮含量25.42%和50.93%。配施生物炭(CFB、MB和FMB)处理能促进土壤非可转化态氮(NTF-N)向铁锰氧化物结合态氮(IMOF-N)和有机硫化物结合态氮(OSF-N)这两种活性更高的氮形态转化,其中IMOF-N和OSF-N分别占可转化态氮的35.85%~61.72%和26.65%~46.56%,是根际及非根际土壤可转化态氮(TF-N)的主要成分。因此,有机肥配施生物炭是改善根际及非根际土壤养分和调控氮转化最有效的方式。     

污染区千金子和酢浆草根际土壤中PAHs结合态残留的梯度分布

采集某污染区千金子(Euphorbia lathyris L.)和酢浆草(Oxalis corniculata L.)的离根表0~3、3~6、6~9 mm的根际土壤,分析了多环芳烃(PAHs)结合态残留中母体化合物(Parent compound of bound residue,PCBR)在根际土壤中的含量及梯度分布规律。供试土壤类型为黄棕壤。结果表明,在非根际和根际土壤中均可检出10种PAHs的PCBR,非根际土壤中PCBR总含量为3.31 mg kg-1,高于根际土壤(1.07~1.82mg kg-1)。根际土壤中PAHs的PCBR含量随离根表距离(0~9 mm)的增加而增大。可用根际效应(R)来衡量根际土壤中PAHs的PCBR含量与非根际土壤相比减少的比例;R值随离根表距离(0~9 mm)的增加而变小。3个连续根际区中,PAHs总PCBR的R值为45.15%~67.66%,其中2环PAH的R值最大(61.18%~93.50%),4环和5环PAHs的R值最小(2.39%~6.31%),低环PAHs的PCBR在根际土壤中更易转化。PAHs的PCBR在千金子根际土壤中R值大于酢浆草,表明前者有更利于PAHs结合态残留转化的根际环境。PAHs结合态残留的根际梯度分布与根系分泌物的梯度分布关系密切,而PAHs种类、植物根际环境对PAHs结合态残留的分布影响显著。     

降水酸度对马尾松根际环境中铝形态的影响

为了探明降水酸度对植物根际环境中铝形态的影响,以马尾松为例,采用根箱栽培、配制不同pH值的模拟酸雨以室外模拟酸雨喷淋法研究马尾松根际及非根际土壤中铝形态的特征及规律.研究结果表明:酸雨对土壤中铝化合物具有溶蚀作用,可促进土壤里活性铝离子(Al3+)溶出,并且酸雨pH值越低,活性铝离子累积溶出量越大,溶出的铝所形成的铝形态在马尾松根际土壤与非根际土壤以及根际不同土层之间存在一定差异,马尾松根际pH值和根系分泌物协同影响铝形态的动态变化.根际土壤中有机铝结合态含量增加.交换态铝含量则稍稍下降.     

玉米根际土壤中不同重金属的形态变化

采用根垫法研究了不同生长时期的玉米根际土壤中铜、镉、铅、锌和铬的形态变化。结果表明 ,玉米生长 1 0 0d内不同重金属的形态变化有显著差别。交换态铜 ,碳酸盐态铜和锌 ,铁锰态铜、铅和铬 ,有机态铜、铅和铬都有明显变化。在 1 0 0d生长期间 ,不同重金属在根际土壤中的相对变化有较大幅度的波动。植物吸收主要影响根际土壤交换态铜和碳酸盐态铜和锌的变化 ,对镉和铅形态变化影响不大。     

有机肥对水稻根际土壤中微生物和酶活性的影响

利用根际箱在红壤上研究了有机肥对水稻根际有效磷、根际微生物和土壤酶活性的影响。试验结果表明,有机肥明显地提高水稻根际和非根际土壤真菌、放线菌和细菌的数量及土壤有效磷的含量。根际土壤各类微生物的数量大于非根际土壤,表现出明显的根际效应。施用有机肥使根际效应增加,其效应为细菌 放线菌 真菌。有机肥还明显地促进水稻根际无机磷溶解菌和有机磷分解数量以及磷酸酶和脲酶的活性,同时对水稻根际土壤磷转化速率有明显的提高,从而加速了土壤养分的转化。     

镉和铅在2种典型土壤中的吸附及其与温度的关系

采用批平衡法研究我国2种典型土壤对镉和铅的吸附特性及其与温度的关系,运用热力学参数△G°、△H°和△S°解释土壤镉和铅的吸附机理,并对镉和铅在复合共存情况下的吸附特性进行讨论.结果表明,镉和铅在土壤中的吸附过程表现出明显的非线性,镉和铅的吸附分别符合Freundlich模型和Lang-muir模型.壤土对镉和铅的最大吸附量和最大缓冲容量均大于红壤的.镉和铅复合共存时,2种重金属的吸附均受到抑制;温度升高时,镉和铅对彼此的抑制作用有所减弱.吉布斯自由能变△G°为负值表明镉和铅吸附反应为自发反应;△H°为正值衰明土壤对镉和铅的吸附为吸热反应.单一存在时,镉在填土和红壤中的主要作用力分别为氢键和范德华力;而铅在壤土和红壤中的主要作用力均为范德华力.复合共存时,镉和铅的主要作用力发生改变.     

茶树根际与非根际土壤磷形态变化特征

以茶树(Camellia sinensis)根际和非根际土壤为研究对象,选取湖南省石门、临澧、桃源、长沙、安化、资兴等6县(市)的茶园为采样点,对其根际和非根际土壤的全磷、有效磷及无机磷的不同化学形态进行了分析。结果表明,茶树根际土壤全磷和有效磷含量均高于非根际土壤,有效磷在根际富集明显;土壤无机磷含量及占全磷的比例差异都很大。不同母质发育土壤的无机磷组成也不同,板页岩母质发育的根际土壤中Al-P含量最高,Fe-P其次,O-P最少。花岗岩和第四纪红色黏土发育的根际土壤Fe-P最高,Al-P其次,O-P最少。3种母质发育的非根际土壤中均为Fe-P含量最高。根际无机磷中的Al-P,Fe-P和Ca-P含量与有效磷呈极显著正相关,非根际Al-P和Fe-P与土壤有效磷显著正相关关系。根际、非根际土壤全磷和有效磷含量与pH值相关性不显著,根际、非根际土壤有效磷和全磷含量相关性极显著。     

几种有机酸对恒电荷和可变电荷土壤吸附Cu2+的影响

以恒电荷土壤(黄褐土和黄棕壤)和可变电荷土壤(红壤和砖红壤)为供试材料,研究了乙酸、草酸、酒石酸和柠檬酸对土壤吸附重金属铜离子(Cu2 )的影响。结果表明,在相同酒石酸浓度下,土壤对酒石酸的吸附量依次为黄棕壤(2 1 8mmolkg-1) >红壤(15 4mmolkg-1) >砖红壤(9 5mmolkg-1) ,土壤吸附有机酸后负电荷量增加,相同条件下增幅为砖红壤>红壤>黄棕壤;无有机酸配体时,供试土壤对Cu2 的吸附量为黄褐土>黄棕壤>砖红壤>红壤;加入有机酸时,随有机酸浓度增高,土壤对Cu2 的吸附一般表现为“峰”形曲线,峰所对应的有机酸浓度因有机酸类型而异,且随土壤可变电荷性质增强而增高;土壤吸附有机酸后对Cu2 的次级吸附不同于有机酸与铜共存时的竞争吸附,且因土壤性质表现迥异。这些结果意味着在存在有机酸配体的根际环境中,恒电荷土壤与可变电荷土壤对Cu2 的吸附明显不同,并将影响重金属离子在根际的转化与有效性     

赤泥和有机肥对镉、铅在水稻中吸收分布的影响

通过大田正交试验,研究添加赤泥和有机肥对Cd、Pb在土壤-水稻系统中分布规律的影响。结果表明,添加赤泥或有机肥后,水稻根际土壤pH值升高0.36~1.90个单位,根际土壤中Cd、Pb含量分别降低2.73%~26.25%和7.15%~34.26%,糙米中Cd和Pb含量分别降低23.24%~55.90%和11.76%~29.41%,其中单施赤泥效果最好,其次是配施,单施有机肥最差。添加赤泥和有机肥后,水稻各器官中Cd和Pb含量显著降低,不同生育期Cd和Pb的贡献率明显改变,且添加量及施肥方式(单施、配施)也有显著影响。与CK相比,降Cd效果最好的是单施赤泥4 000 kg·hm~(-2),降幅为55.90%;降Pb效果最好的是赤泥(4 000 kg·hm~(-2))与有机肥(1 000 kg·hm~(-2))配施,降幅为29.41%。由于土壤中Cd(超标65倍)、Pb(超标7倍)污染程度较高,糙米中Cd、Pb含量仍超过食品污染物限量(GB 2762—2012)。因此,在重金属污染程度较高的稻田,仅通过添加土壤调理剂不能达到安全生产的目的。     

磷影响下根际无机砷的形态分布及其对水稻生长的影响

两种有代表性的紫色土的水稻盆裁试验结果表明，磷的加入可减轻受砷污染的红紫泥中砷对水稻的毒害；但磷的加入会加剧受砷污染的红棕紫泥中砷对水稻的毒害。根际无机砷的形态分布研究表明：试验土壤上，根际砷各形态都比非根际高，砷在根际呈富集状态；在根际环境的作用下，红紫泥中，磷的加入加剧了砷由有效态砷（Al-As、Fe-As）向相对无效态砷（O－As）转化，砷对水稻的毒性减弱；红棕紫泥中，磷的加入加剧了砷由相对无效态砷Fe-As和Al-As向有效态砷Ca-As和A-As（表示水溶态砷及松结态砷）的转化，砷对水稻的毒性增强。     

磷影响下根际无机砷的形态分布及其对水稻生长的影响

两种有代表性的紫色土的水稻盆栽试验结果表明 ,磷的加入可减轻受砷污染的红紫泥中砷对水稻的毒害 ;但磷的加入会加剧受砷污染的红棕紫泥中砷对水稻的毒害。根际无机砷的形态分布研究表明 :试验土壤上 ,根际砷各形态都比非根际高 ,砷在根际呈富集状态 ;在根际环境的作用下 ,红紫泥中 ,磷的加入加剧了砷由有效态砷 (Al As、Fe As)向相对无效态砷 (O As)转化 ,砷对水稻的毒性减弱 ;红棕紫泥中 ,磷的加入加剧了砷由相对无效态砷Fe As和Al As向有效态砷Ca As和A As(表示水溶态砷及松结合态砷 )的转化 ,砷对水稻的毒性增强     

土壤－水分－植物体系中铅和镉的交互作用及其机制: Ⅱ. 根际中Pb-Cd的交互作用

The interaction of Pb-Cd can be observed not only in the uptake process of elements by plants and in their influence on the growth,but also in rhizosphere.The changes in extractable Cd and Pb concentrations in the rhizosphere soil of rice plants ,root exudates from wheat and wheat plant and their complexing capacity,with Pa and Cd were investigated under different Pb and Cd treatments.Results showed that the concentration of extractable Cd in the rhizosphere of rice in red soil was markedly increased by Pb-Cd interaction,It increased by 56% in the treatment with Pb and Cd added against that in the treatment with only Cd added in soil . The considerable differences in both composition and amount of root exudate from wheat and rice were found among different treatments.Pb and Cd might be complexed by root exudates ,The concentrations of free Pb and Cd in the solution were increased markedly by adding root exudate from wheat and decreased by that from rice due to Pd-Cd interaction.The distribution patterns of Pb and Cd in roots were affected by Pb-Cd interaction,which accelerated transport of Pb into internal tissue and retarded accumulation of Cd in external tissue.     

Selenium Speciation and Distribution Characteristics in the Rhizosphere Soil of Rice (Oryza sativa L.) Seedlings

A five-step sequential extraction procedure was used for the fractionation of selenium (Se) in rhizosphere and nonrhizosphere soils with rice (Oryza sativa L.) seedlings. Results showed that in rhizosphere soils without the addition of Se, the soluble Se (Sol-Se), exchangeable Se and Se bound to carbonates (Exc-Se), Se bound to organic-sulfide matter and elemental Se (OM-Se), and total Se contents were significantly greater than those in nonrhizosphere soils, whereas the residual Se (Res-Se) was less than that in the nonrhizosphere soils. After the addition of Se, the Sol-Se and OM-Se contents in the rhizosphere soils were still evidently greater than those in nonrhizosphere soils, but the Exc-Se was significantly less in rhizosphere soils than in nonrhizosphere soils. Our overall results suggest that the Se bioavailability in rice rhizosphere soils is greater than that in nonrhizosphere soils. Selenium bioavailability in the rhizosphere soil is not correlated with Se accumulation in rice seedlings.     

阻隔主要外源输入重金属对土壤-水稻系统中镉铅累积的影响

土壤-水稻系统中重金属输入输出调控对稻田污染防治和水稻安全生产具有重要意义。该文研究稻草移除、截断大气沉降、清洁水灌溉等调控措施对稻田土壤-水稻系统中重金属Cd和Pb的累积与运移特征的影响。结果表明,稻草移除、截断大气沉降和清洁水灌溉均能明显降低污染土壤中有效态重金属含量和水稻中重金属的累积量。与稻草还田对照处理相比,除种植早稻后的土壤有效态Pb含量外,稻草移除处理下土壤中有效态Cd、Pb含量均略有降低,且在该处理下,早稻糙米中Pb含量与晚稻糙米中Cd、Pb含量显著降低,降幅分别为3.6%、10.4%和32.4%;稻草移除+截断大气沉降处理下,土壤中有效态Cd、Pb含量均不同程度地下降,种植晚稻后的土壤有效态Pb含量显著降低,除早稻的根和糙米中Cd含量外,其余早晚稻水稻各部位Cd、Pb含量均显著降低,水稻根和茎叶Cd、Pb含量平均降幅分别为32.8%、36.8%和32.2%、24.8%,晚稻糙米Cd、Pb累积量分别显著降低66.3%和22.2%;稻草移除+清洁水灌溉处理下,种植早晚稻后的土壤有效态Cd、Pb含量平均下降幅度分别为11.7%和15.9%,早晚稻各部位Cd、Pb含量降低幅度较大,早晚稻根和茎叶Cd、Pb含量平均降幅分别为38.34%、30.35%和43.4%、13.2%,晚稻糙米中Cd、Pb累积量降幅分别为39.4%、67.2%。分析水稻地上部的Cd、Pb富集与转运系数表明,稻草移除结合截断大气沉降或清洁水灌溉等控源措施可显著降低Cd、Pb在水稻地上部位的富集系数,减少地上部位重金属的累积量。上述结果表明,采用稻草移除结合截断大气沉降或清洁水灌溉措施可进一步降低土壤中有效态Cd、Pb含量和水稻中Cd、Pb富集。因此,控制区域大气污染,净化农田灌溉水等控源措施,同时施行稻草移除等输出污染农田土壤中重金属等策略,可有效实现污染农田土壤安全利用和水稻安全生产。     

生物炭对水稻-再生稻体系吸收土壤中Cd和Pb的影响

以矿区周边Cd—Pb复合污染的农田土壤为供试材料,设置0,2.5%和5%(w/w)3个生物炭添加处理,通过盆栽试验探讨生物炭对再生稻吸收土壤中Cd和Pb的影响。结果表明,生物炭施加提高土壤pH和有机质含量,使Cd和Pb从移动性较强的弱酸提取态转化为较稳定的可还原态,且土壤CaCl2提取的有效态Cd和Pb含量分别降低33.23%~53.23%和66.52%~91.45%。同时,生物炭抑制Cd在头季和再生季水稻叶到糙米中的迁移,降低Pb从茎到叶和糙米的迁移,从而减少Cd和Pb在糙米中的累积;在5%生物炭处理下,再生季糙米Cd含量为0.15mg/kg,低于食品安全国家标准限量值(0.2mg/kg);Pb含量比对照处理降低68.18%。此外,再生季糙米中Cd和Pb含量低于头季稻糙米中相应的含量。因此,生物炭可以抑制Cd和Pb在再生稻体内的累积,降低糙米的重金属污染风险。     

赤泥对Cd污染稻田水稻生长及吸收累积Cd的影响

采用田间小区试验,研究了不同赤泥施用量对酸性Cd污染稻田（潮泥田）水稻生长及吸收累积Cd的影响。结果表明,赤泥施用量为4 948 kg·hm-2时水稻产量达到最高,其主要作用是促进了水稻有效穗的形成。同时施用赤泥能显著提高土壤pH,降低土壤有效态Cd含量和减少水稻Cd累积。与不施赤泥的对照相比,施用赤泥3 000 kg·hm-2的处理水稻增产12.4%（P〈0.05）,水稻根Cd降低22.0%（P〈0.05）,糙米Cd（0.14 mg·kg-1）降低40.8%（P〈0.01）,并达到国家粮食卫生标准（GB2715—2005）;当赤泥施用量增至9 000 kg·hm-2时,土壤pH提高12.0%（P〈0.01）,有效态Cd含量降低24.9%（P〈0.05）,水稻根系、茎叶和糙米Cd分别降低55.7%（P〈0.01）、54.5%（P〈0.01）和69.9%（P〈0.01）。表明利用赤泥修复中轻度酸性Cd污染土壤是可行的,并能起到改良土壤和促进水稻增产的效果。试验所用赤泥重金属含量很低,不会造成二次污染。但将赤泥大面积应用于酸性Cd污染稻田还需要系统研究应用参数,并采取农机配套和激励机制来鼓励农民自发行动的积极性。     

根系分泌物与重金属的化学行为研究

通过毛细管电泳测定根系分泌物的组成发现,根系在受到重金属铅、镉或铅-镉共同作用下分泌物种类与对照都有不同程度的变化;透析袋平衡透析方法则证实了根系分泌物与重金属之间存在着络合反应,络合能力的大小与重金属本身的性质有关,小麦根系分泌物对铅的络合能力大于镉。溶解试验表明,小麦分泌物对红壤中铅、镉的溶出没有显著的影响。小麦无菌根系分泌物、非无菌分泌物、非无菌过0.45m分泌物均促进红壤对铅、镉的吸附。其中铅吸附量较对照分别增加了12%,16%,21%;镉吸附量较对照分别增加了66%,102%,72%。     

Interrelationship of Organic Acids and Aluminum Concentrations in Rhizosphere and Nonrhizosphere Soil Solution of Rice in Acidic Soil

To study the interrelationship of organic acids and aluminum concentrations in rhizosphere and nonrhizosphere soil solution of rice (var. Satabdi and IR 64) in acidic soil, plants were grown in plastic pots containing 500 g soil. Three organic acids (viz., tartaric, oxalic, and citric acids) were identified and quantified in rice rhizosphere and nonrhizosphere soils. Organic acids were found more in the rhizosphere soil and at early stages of crop growth, decreased sharply after 30 days of germination, and found in negligible quantity after 45 days of germination. Regression analysis revealed a significant and negative relationship between solution aluminum and organic acid. Satabdi showed greater organic acid concentration in rhizosphere soil, leading to significantly lower root and shoot aluminum concentrations and consequently significantly greater dry-matter production as well as root volume, compared to IR 64. The findings established that organic acids can effectively reduce aluminum concentration in soil solution.