不同作物对重金属复合污染物吸收特性的研究

利用田间小区实验的方法,研究了玉米,水稻,大豆,小麦不同作物对重金属的吸收及重金属在作物体内迁移,积累分配规律。研究表明,作物种类不同,对重金属吸收,积累的特性也不尽一致,水稻根系吸收重金属 担较多,占整个作物体吸收量的５８％－９９％;     

肥料重金属含量状况及施肥对土壤和作物重金属富集的影响

本文对肥料中重金属的含量状况以及施肥对土壤和农作物重金属累积影响的研究进展进行了系统分析和总结。过磷酸钙中锌（Zn）、 铜（Cu）、 镉（Cd）、 铅（Pb）含量高于氮肥、 钾肥和三元复合肥,有机-无机复混肥料中的Pb含量高于其他化肥。有机肥如畜禽粪便、 污泥及其堆肥中的重金属含量高于化肥,猪粪中的Cu、 Zn、 砷（As）、 Cd含量明显高于其他有机废弃物,鸡粪中铬（Cr）含量高;污泥和垃圾堆肥中Pb或汞（Hg）含量高。商品有机肥Zn、 Pb和镍（Ni）含量高于堆肥,Hg含量高于畜禽粪便。多数研究表明,氮磷钾配施与不施肥相比土壤Cd和Pb含量增加,施用有机肥比不施肥提高土壤Cu、 Zn、 Pb、 Cd含量。施用化肥对农作物重金属富集的影响不明确,而施用有机肥可提高作物可食部位Cu、 Zn、 Cd、 Pb 的含量,影响大小与有机肥种类、 用量、 土壤类型和pH以及作物种类等有很大关系。在今后的研究中应着重以下几个方面, 1）典型种植体系下土壤重金属的投入/产出平衡; 2）不同种植体系下长期不同施肥措施对土壤重金属含量、 有效性影响的动态趋势; 3）典型种植体系和施肥措施下土壤对重金属的最高承载年限; 4）现有施肥措施下肥料中重金属的最高限量标准。     

土壤作物系统重金属污染研究

简要介绍土壤-作物系统中重金属污染特征,重金属对作物产量和品质的影响,结合目前国内外研究实际进展,展望了今后土壤-作物系统重金属污染治理的研究方向与工作重点。     

柚园间种作物及施用不同有机肥对土壤与柚果的影响

柚树间种短期经济作物在提高柚园经济效益的同时,还可提高土壤的有机质和Ｎ、Ｐ、Ｋ养分质量分数,改善柚园小区气候,增加有机质和肥来源。间种物钱余体作为绿肥,可显著地提高柚果产量和质量。     

不同土壤改良剂对大豆富集重金属的影响

在广西环江开展了土壤改良剂对大豆富集重金属的影响研究,结果表明:土壤改良剂(煤灰、菌渣、蚕沙)均能在大豆苗期、结荚期和成熟期有效降低大豆中重金属含量。菌渣对大豆苗期重金属抑制效果最好,蚕沙对成熟期重金属吸收的抑制效果最佳,而煤灰在结荚期抑制重金属效果优于其他的改良剂,并且对减少大豆籽粒中重金属含量作用效果最好。     

芜湖城市郊区土壤重金属污染危害及其对策研究

城市和典型农业区之间的过渡区域,即城市郊区,是一类比较特殊的自然地域.它虽然是从乡村演变而来,但其在结构与功能方面已不同于一般的乡村.     

重金属镉、铜、镍复合污染对土壤酶活性的影响

采用回归正交设计方案，研究了Cd、Cu、Ni复合污染对6种土壤酶（脲酶、转化酶、蛋白酶、磷酸酶、过氧化氢酶、脱氢酶）活性的影响。结果表明：6种土壤酶活性与Cd，Cu，Ni复合污染之间均呈显著或极显著的相关关系，但Cd，Cu，Ni复合污染对各种土壤酶活性的影响存在着明显差异。在复合效应影响中，重金属对土壤酶活性的抑制效应顺序为：Cd〉Cu〉Ni，Cd，Cu对土壤酶的活性多表现为抑制作用，而Ni多表现为激活作用，Cd，Cu，Ni对磷酸酶均表现出一定的激活效应。Cd，Cu，Ni复合污染对脲酶和脱氢酶具有相当大的毒性。因而认为脲酶、脱氢酶活性可作为指示土壤Cd，Cu，Ni复合污染程度的主要预警指标。     

再生水短期灌溉对土壤-作物中重金属分布影响的试验研究

再生水是农业灌溉的重要水资源。该文在田间小区开展了为期4年的再生水灌溉试验，研究了重金属在土壤-作物系统中的转化与分布规律。结果表明：短期内重金属在土壤中的累积不明显，且土壤和作物籽粒中的重金属含量都远低于国家标准规定的允许值，再生水短期灌溉对土壤环境和作物均不会造成污染影响；同时，不同再生水灌溉水量条件下，土壤中重金属含量无显著差异，再生水灌溉带入土壤中的重金属量小于作物收获所带走的重金属量，带出量和带入量对土壤中重金属平衡的影响较小。     

不同作物根际环境对土壤重金属形态的影响

采用根垫法研究了玉米、大豆和小麦根际环境对污灌土壤中铜、镉、铅、锌形态的影响。研究结果表明：根际土壤中交换态铜含量呈现增加趋势，碳酸盐态和铁锰氧化物态金属则表现为减少趋势，有机态几无变化。形态变化的幅度与植物种类有关，其中大豆根际土壤中金属形态的变化比小麦和玉米显著。     

紫色土壤中镉铜铅砷污染对作物根系酶活性的影响

本文通过对重庆较有代表性的中性紫色土地区不同浓度Ｃd,Cu,Pb,As对水稻根系酶活性的影响研究，揭示了水稻根系脱氢酶、过氧化物酶受抑制与产生抗性的过程。研究结果表明，除Ｃu外，其余元素对脱氢酶、过氧化物酶都呈不同程度的抑制作用，且均以脱氢酶最为敏感，达到临界浓度时，两种酶的抑制率均为脱氢酶＞过氧化物酶。因此，脱氢酶为指标确定重金属临界浓度可能更为适宜。     

污灌区作物根与秸秆不同处置的重金属健康风险评价

为了评估污灌区作物秸秆不同处理方式的重金属健康风险,以天津污灌区为例,估算了该污灌区3类农作物根和秸秆中的Cd、As、Pb、Cu、Zn总量及其分布特征,采用健康风险评价模型对根和秸秆采取直接还田、燃用、直接还田+燃用处置可能引起的重金属健康风险进行评价。结果表明：作物中重金属的分布格局为“根多茎少”;还田处置对儿童和成人造成的累积致癌风险值分别为6.08×10-9和1.95×10-8,非致癌风险值分别为1.01×10-5和6.45×10-6,不会造成健康伤害;燃用处置对儿童和成人造成的累积致癌风险值分别为2.89×10-8和4.67×10-8,非致癌风险值分别为1.76×10-3和9.43×10-4,还田+燃用处置对儿童和成人造成的累积致癌风险值分别为2.05×10-8和4.28×10-8,非致癌风险值分别为8.88×10-4和3.78×10-4,这2种处置对儿童和成人造成的非致癌性健康风险是不可接受的。污灌区作物初级废弃物由于重金属总量大,在进行处置时,应优先考虑还田,其次谨慎考虑燃用,为农业固体废弃物管理提供了科学依据。     

沼液灌溉中的重金属潜在风险评估

【目的】沼液含有丰富养分元素和生理活性物质,沼液灌溉不仅能消纳沼液,同时也可促进植物生长。但是在经济利益的驱使下,某些重金属元素由于人为的添加,不可避免地通过饲料畜禽粪便途径进入沼气发酵池,导致用沼液灌溉后土壤中重金属含量的超标。本文通过对不同沼气发酵规模和不同地区的沼液中重金属元素含量的分析,并对其污染风险进行评估,探索沼液灌溉的风险等级,以期为选择灌溉前对沼液的处理方法提供依据。【方法】采用文献调研与样品分析,对比分析全国部分地区户用沼气池沼液和沼气工程沼液中的重金属元素含量,收集和监测了全国部分地区户用沼气池和沼气工程近100个沼液样品的重金属含量数据,其中镉(Cd)、 铬(Cr)和铅(Pb)采用原子吸收分光光度法,砷(As)采用二乙基二硫代氨基甲酸银分光光度法,汞(Hg)采用冷原子吸收光谱法测定。采用不同风险表征指数(算术均值指数、 几何均值指数、 Nemerrow指数、 单位向量指数)评估重金属的风险等级。【结果】 1)搜集的户用沼液和沼气工程沼液中重金属数据均不符合正态分布,户用沼液中As、 Cd、 Cr、 Hg和Pb含量的中位值分别为0.312、 0.0195、 0.183、 0.025和0.330 mg/L,沼气工程沼液分别为0.110、 0.009、 0.218、 0.004和0.131 mg/L。除As外,后者平均含量明显高于前者。户用沼液中Cd、 Hg属高强度变异,As、 Cr和Pb属中度变异,而工程沼液中各重金属变异系数均属高强度变异。2)不同原料沼液重金属含量差异较大,其中猪场沼液重金属含量均高于牛场,风险相对较大。3)采用综合风险指数评价,户用沼液中Pb、 As的单位向量指数评价,属于低风险,其余重金属的各指标均小于0.2,无风险。工程沼液中Hg的算术均值指数、 几何均值指数、 Nemerrow指数、 单位向量指数均最高,按Nemerrow指数计算,工程沼液中Hg属较高风险,按均值指数和单位向量指数计算,Hg属于低风险等级。Cd的Nemerrow指数评价,属低风险,其余重金属的综合风险指数虽然随计算方法不同而变化,但其风险等级一致,均属于无风险。4)调查地区中,河南、 安徽的工程沼液中重金属的Nemerrow风险指数最大,属于较高风险,因此其沼液除了必要的物理处理外,还需利用化学方法进行处理,降低风险后才可进行灌溉;其次湖南、 浙江,属于低风险,这些地区沼液只需物理处理和简单化学处理后便可灌溉;其余地区Nemerrow风险指数评价,属于无风险等级。此外,内蒙古、 辽宁、 福建、 四川和重庆5个地区的户用沼液中重金属的Nemerrow风险指数均低于0.2,属于无风险状态,只需经过简单的物理处理便可直接进行灌溉。【结论】统计分析表明,沼液灌溉存在一定风险,主要发酵原料对沼液中重金属含量的影响较大,地域对沼液灌溉风险虽有一定影响,但南方片区与北方片区工程沼液重金属风险等级并没有显著性差异。户用沼气池沼液和沼气工程沼液中,含量相对较低的Hg、 Cd风险反而较大,建议在灌溉前通过化学方法予以去除。     

农业废弃物中重金属含量特征及农用风险评估

为了解江西省主要农业废弃物中重金属污染状况和评估其再利用产物农用的安全性,在江西省内采集了水稻秸秆、蔬菜废弃物、猪粪和牛粪等样品,对样品中铬、镍、铜、锌、砷、镉、汞和铅重金属含量进行了测定与风险评估。结果表明,动物性废弃物中重金属含量和超标率明显高于植物性废弃物,其中猪粪属于重度污染,牛粪为轻度污染,植物性废弃物尚处于安全水平。若以江西省农业废弃物为原料制成有机肥,并长期施用于设施菜地,猪粪有机肥施用8.4、15.3和23.9 a后土壤中Cu、Cd和Zn将陆续超标,牛粪有机肥施用23.3 a后土壤中Cu将超标,水稻秸秆、蔬菜废弃物有机肥施用约29a后土壤中Cd将超标,故农业废弃物有机肥须严格控制原料中重金属含量,其农用的长期安全性有待加强监测。     

重金属污染土壤间作修复的研究进展

种植单一的超富集植物修复重金属污染土壤,不但中断农业生产导致经济收益降低,而且因生物量较低、修复周期长等诸多弊端导致修复效果不甚理想。间作作为一种传统的农艺管理方式,利用生态位和生物多样性原理等能提高农作物对资源的有效利用,对共植的农作物种类增量提质。在中、轻度污染土壤修复中利用间作体系,通过调控超富集植物与农作物的生长发育,促进超富集植物根系低分子量有机酸(LMWOAs)的分泌,降低其根际土壤p H,增加重金属活性,从而增加超富集植物对重金属的吸收,同时抑制农作物根系LMWOAs的分泌,以减少农作物对重金属的吸收,提高其产量和品质,实现"边生产边修复",提高土地利用率,并增加经济效益。本文根据近几年来国内外相关文献,综述了间作条件下超富集植物和农作物生物量、生理生化响应、重金属吸收、转运、富集等方面的变化,以及间作对土壤环境质量的影响,并对间作修复重金属污染土壤领域的发展趋势,如超富集植物和农作物间作的信号转导和分子生物学机制、间作体系下两类植物根际微生物类群的差异及其功能机制,以及构建高效间作体系提高重金属污染土壤的修复效率等方面进行了展望。     

不同磷水平下小麦蚕豆间作对根际有效磷及磷吸收的影响

【目的】探明不同磷水平下小麦–蚕豆间作对根际有效磷含量及作物磷吸收量的影响,提高磷肥利用率。【方法】2015—2016和2016—2017两季田间试验在云南农业大学试验基地耕作红壤上进行,供试小麦品种为云麦-52,蚕豆品种为玉溪大粒豆。设施P2O5 0 (P0)、45 (P45)和90 kg/hm^2 (P90)三个水平,和单作(M,包括小麦单作MW和蚕豆单作MF)和间作(I)两种种植模式。每季在小麦分蘖期、拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期,蚕豆分枝期、开花期、结荚期、籽粒膨大期、收获期采取根际土样测定有效磷含量。在小麦蚕豆收获期测定单、间作小麦、蚕豆产量,并测定作物地上部磷含量。计算土地当量比(LER)来衡量间作优势,并用磷肥农学利用率来反映磷肥的吸收效率。【结果】与单作相比,在P0、P45、P90水平下,2016年间作种植显著提高了小麦籽粒产量12.5%、21.7%和17.3%,2017年间作蚕豆产量较单作分别降低了16.8%、11.7%和8.2%。三个磷水平下,小麦–蚕豆间作具有产量优势,土地当量比(LER)为0.95~1.18。与常规施磷水平(P90)下的单作相比,小麦–蚕豆间作条件下,磷肥减施1/2 (P45)并未降低小麦和蚕豆产量。间作种植对小麦根际有效磷含量无显著影响(除2016年成熟期外),但2017年,在蚕豆分枝期、开花期、结荚期,间作则分别降低蚕豆根际有效磷含量20.8%、44.5%和18%。与P90单作相比,间作P45处理几乎不会降低小麦、蚕豆根际有效磷含量。小麦、蚕豆磷吸收量主要受磷水平的调控,种植模式对小麦和蚕豆磷的吸收量及磷肥农学利用率均没有影响。【结论】在本试验条件下,小麦–蚕豆间作提高了小麦籽粒产量,降低了蚕豆产量;间作种植主要是改变了蚕豆生育前期根际有效磷含量,但对作物的磷吸收量没有影响。小麦–蚕豆间作具有减施磷肥、维持作物产量和根际土壤有效磷的潜力。     

超积累植物吸收重金属的生理及分子机制

超积累植物从根际吸收重金属 ,并将其转移和积累到地上部 ,这一过程包括跨根细胞质膜运输、从根表皮细胞向中柱的横向运输、从根系的中柱薄壁细胞装载到木质部导管、木质部长途运输、从木质部卸载到叶细胞 (跨叶细胞膜运输 )、跨叶细胞的液泡膜运输等主要环节和调控位点。本文就近十年来这方面的研究进展作一综述     

Time-course of heavy metal uptake in maize and clover as affected by root density and different mycorrhizal inoculation regimes

A pot experiment was conducted to test the effect of three microbial regimes on the time course of heavy metal uptake in clover and maize from an industrially polluted soil. The three treatments included: (1) an intact flora of bacteria and fungi, including indigenous arbuscular mycorrhizal (AM) fungi together with soil microfauna; (2) the indigenous bacterial/fungal flora except AM fungi, reintroduced into sterilized soil; or (3) the same bacterial/fungal flora plus an AM fungus. For the final harvest, two pot sizes were included to assess the effect of root density. Plant uptake of P and heavy metals varied according to plant species, harvest time and soil treatment. For both plant species, shoot concentration of Zn, Cd and Cu decreased and Ni increased with plant age. Plants growing in sterilized soil with reintroduced AM fungi generally grew better, but contained higher concentrations of heavy metals than those colonized by indigenous AM fungi. Plants with mycorrhiza frequently contained more P, Zn, Cd, Cu and Pb in roots and shoots compared to nonmycorrhizal plants. Elevated root/shoot concentration ratios of P and metals indicate a sequestration of metal phosphates in mycorrhizal roots. Mycorrhizal performance was influenced by root density. At low root densities, metal concentrations in mycorrhizal plants were reduced, whereas it had no effect at high root densities when the entire soil volume was efficiently exploited by roots. We conclude that root density data are essential for interpretations of the influence of AM on metal uptake in plants.     

间作条件下超积累和非超积累植物对重金属镉的积累研究

通过温室盆栽试验,研究了超积累植物龙葵、非超积累植物黑麦草、苋菜分别与玉米间作条件下对重金属Cd的积累特性。结果表明,几种间作作物中地上部生物量最大的是龙葵,其次是苋菜,最小的是黑麦草,其中土壤Cd浓度为1.59 mg/kg时,龙葵地上部生物量分别是苋菜、黑麦草的2.41、10.6倍;土壤Cd浓度为1.92 mg/kg时,龙葵地上部生物量分别是苋菜、黑麦草的2.42、9.06倍,3种富集植物地上部生物量的差异达到显著水平。玉米间作条件下超积累植物龙葵各器官中Cd含量表现为叶茎籽粒根,即地上部大于根部;而苋菜中Cd含量表现为根茎叶,黑麦草中Cd含量表现为根部地上部,即非超积累植物Cd含量为根部大于地上部。土壤中Cd含量为1.59 mg/kg时,龙葵地上部Cd累积量分别为苋菜、黑麦草的28.0、59.9倍;龙葵的富集系数是苋菜、黑麦草的28.2、59.3倍,转运系数分别是苋菜、黑麦草的8.08、55.9倍。土壤中Cd含量为1.92 mg/kg时,龙葵地上部Cd累积量分别为苋菜、黑麦草的30.8、43.5倍;龙葵的富集系数分别是苋菜、黑麦草的29.4、41.4倍,转运系数分别是苋菜、黑麦草的7.98、53.6倍。综上可知,超积累植物龙葵对土壤中Cd的吸收与转运能力远远大于非超积累植物苋菜、黑麦草,龙葵是最理想的与玉米间作的Cd污染土壤修复的植物修复材料。     

Zinc fractions in soil and uptake by wheat as affected by different preceding crops

Zinc (Zn) deficiency is widespread in alkaline and calcareous soils. Limited information is available on the effect of preceding crops on the distribution of Zn in soil solid phase. This field study was conducted to investigate the changes in Zn chemical forms in soil solid phase as affected by four preceding crops [Sunflower (Heilianthus annuus L. cv. Allstar), Sorghum (Sorghum bicolor L. cv. Speed Feed), Clover (Trifolium pratense L.) and Safflower (Carthamus tinctorius L. cv. Koseh-e-Isfahan)] in a calcareous soil. A control treatment with no preceding crop (fallow) was also used. Our results showed that the preceding crops increased Zn concentration in exchangeable fraction (EXCH-Zn), the organically bound zinc form (ORG-Zn) and zinc bound to iron and manganese oxides (FeMnOX-Zn) while decreased carbonates bound-zinc (CAR-Zn) and residual zinc forms (RES-Zn). However, the changes in Zn fractions were dependent on the preceding crop type. The EXCH-Zn and ORG-Zn pools can be considered labile pools that play significant roles in supplying Zn for plants. Among the preceding crops used in this experiment, clover (Clo) had the highest effect on transforming CAR-Zn form to EXCH-Zn and ORG-Zn labile forms and thus resulted in the highest Zn accumulation in tissues of the target wheat (Triticumaestivum L. cv. Back Cross). Although the changes in chemical forms of Zn in the soil solid phase are complex and dependent on various factors, our findings showed that the preceding crops significantly increased the concentration of Zn in exchangeable and organic matter pools and in turn resulted in higher uptake of Zn by the target wheat.     

三峡库区典型农业区土壤重金属污染特征及风险评价

为了解三峡库区农业区土壤重金属污染现状及环境风险水平,该文以重庆市8个典型农业区县(铜梁、云阳、万州、丰都、城口、垫江、南川和江津)土壤为研究对象,共采集表层(0~20 cm)土壤样品160个,依照《土壤环境监测技术规范(HJ/T 166-2004)》和《土壤环境质量标准GB 15618-1995》分析了土壤样品中8种重金属(As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn)的含量,比较了不同区县8种重金属污染现状及差异,应用地积累指数法和潜在生态风险指数法探讨了研究区土壤重金属的累积特征及潜在生态风险等级。结果表明:该研究区农业土壤8种重金属含量平均值均未超过《土壤环境质量标准GB 15618-1995》二级标准,与土壤背景值相比,Cd、Cr、Cu、Hg和Zn均具有极显著差异(P0.01),As、Ni和Pb差异不显著,8个区县Cr均表现出极显著差异(P0.01),城口区多种重金属均表现出极显著差异(P0.01),8种重金属地累积指数平均值均小于0,研究区土壤受重金属污染水平为未污染等级,单个重金属潜在生态风险顺序为HgCdAsHgCuNiCrZn,Hg元素潜在生态风险指数平均值为43.840,属中等生态风险等级,其余元素生态风险指数值均小于40,属于低生态风险等级,8种重金属综合潜在生态风险指数平均值为108135,为低生态风险等级。综合研究结果表明:三峡库区典型农业区土壤Cd、Cr、Cu、Hg和Zn具有一定程度的累积,且表现为多种重金属复合累积现象,Cr累积具有普遍性,Hg是影响三峡库区农业土壤综合潜在生态风险的主要元素,但研究区土壤重金属总体处于低生态风险水平。