稀土元素在土壤-植物系统中行为与归宿的研究

对当前农用稀土安全性评价研究前沿的土壤-植物系统中稀土元素的行为与归宿研究予以综述。归纳出土壤pH、氧化还原电位、有机质、阳离子交换量、粘粒矿物等均影响外源稀土在土壤中吸附性能和迁移性、稀土元素各形态转化与可给性,植株或农作物体内聚集稀土元素的能力依赖于植物种类、土壤介质中稀土含量以及成土母质和相应的生境。与土壤介质相比,植株中单一稀土元素含量可存在一定的分异性,并且植株对单一稀土元素的吸收与运移具有选择性。为此有必要从细胞水平和分子水平进一步研究单一稀土元素在植物体内的存在状态和运移特性,同时深入研究稀土肥料的不同方式施用后,田间状况下农作物体内稀土元素的吸收及运移情况,特别是籽实中稀土元素的累积。     

农用稀土对大田玉米中稀土元素分布的影响

以潮土为例，采用田间试验方法，研究了农用稀土施加后不同时期大田玉米体内16种稀土含量的变化。结果表明，所施稀土很快地被玉米根系吸收并运移到地上部分。根系中稀土含量存在显著的剂量-效应关系。并不随玉米生育期而发生明显变化，但玉米生长可显著影响到地上部分稀土的分布，尤其在低剂量稀土作用时。稀土肥料施用后玉米体内单一稀土含量依根系≥叶〉茎〉籽实的顺序减少；玉米体内La的吸收和运移明显快于Ce和Sm，并随生育期而发生变化；土壤中Gd较容易被玉米根系吸收并转移到地上部分。在此实验条件下，农用稀土施加后玉米体内单一稀土的吸收和运移具有选择性，随玉米生育期而发生变化；根系中单一稀土限口La、Ce和Sm）的选择性积累可能存在一种动态平衡。     

植物对稀土元素的生理生态响应

本文对稀土影响植物抗逆性、光合作用和对重金属离子吸收、提高作物产量和品质、增强土壤中N、P、K等营养元素的利用与转化、以及稀土在土壤中的存在形态和在植物体内的分布等方面的生理生态效应进行了评述,并指出植物对稀土元素的生理生态适应过程研究中存在的问题。     

稀土在玉米及水稻中吸收分布与积累规律研究

研究玉米和水稻中５个稀土元素（Ｌａ,Ｃｅ,Ｙ,Ｇｄ）的含量分布以及单一稀土的分布规律。结果表明：玉米和水稻吸收稀土的能力与土壤可给性稀土呈正相关关系,植物体各部位稀土含量分布一般规律为根〉叶〉茎〉时实;单一稀土在根部的分布特征是Ｌａ〉Ｃｅ〉Ｎｄ〉Ｙ〉Ｇｄ,在叶、茎、果实的分布特征是Ｃｅ〉Ｌａ〉Ｎｄ〉Ｙ〉Ｇｄ,说明轻稀土较重稀土易被植物吸收。总之,稀土元素在植物中不易迁移,主要集中在根部,果实中含量甚微,因而施用稀土微肥,不会影响食用粮食的安全问题。     

赣南某些作物中稀土元素地球化学特征

对赣南地区(我国稀土元素高背景区)烟、茶、柿、枣典型产地植物样品(叶、果)和土壤样品中的稀土元素进行了采样测试分析研究。结果表明,植物稀土含量具有烟叶>枣叶>柿叶>茶叶>枣果>柿果的特点,这除了与产地土壤稀土丰度有一定关系外,主要受各种作物对稀土的吸收富集强度控制;同时,植物对稀土的吸收过程引起了稀土的分馏作用,在烟、枣、柿的叶片中轻、中稀土得到分馏富集,而茶叶呈现弱的重稀土分馏富集;稀土元素Ho表现出相对强的植物生理活动性。     

稀土对玉米根际土壤P形态分布及生物有效性的影响

以潮土为例,采用混合氯化稀土和氯化镧,利用根袋法进行盆栽试验,探讨了稀土对玉米根际土壤P形态分布的影响,同时结合大田试验,分析了稀土施加后植株P吸收与运移。结果表明,随稀土剂量的增加,玉米根际和非根际土壤有效P含量显著降低,相对而言根际土壤有效P含量高于非根际;当施用剂量增至100mg·kg-1风干土时,根际土壤有效P含量的富集效应显著减弱。镧和混合稀土对此具有相似性。通过有氧培养显示,随混合稀土或镧剂量的增加,玉米根际内外土壤有机P矿化所产生的有效P量呈增加趋势,根际与非根际土壤未见显著差异。稀土对苗期玉米P吸收的影响不明显,但当剂量低于10kg·hm-2时可促进大田玉米对土壤P的吸收以及体内的P向籽实运移。     

3种N素水平下土壤中稀土在稀株中的积累和分布

进行了３种Ｎ素水平的田间微区试验，以研究施Ｎ水平对稻株吸收积累土壤中稀土的影响。结果表明：Ｎ素水平明显影响水稻对土壤中稀土的积累，这种影响有在同生育期表现不尽相同。移栽后３０￣４０ｄ，３个Ｎ素水平的稻株体内的稀土含量均有一个明显跌落，这与此时出现的稻株体内Ｎ、Ｐ素含量轶落同步，反映出Ｎ、Ｐ素与稀土元素生物有效性之间有密切联系。成熟期，３个Ｎ素水平的稻株中稀土均向稻茬富集，进入籽粒量很少，且这种分布     

十五种稀土元素对棉花效应研究

单一稀土元素和混合稀土对棉花的效应主要是: 1、稀土处理与对照相比均提高了棉株稀土含量,但不同稀土处理之间,前期差异不显著,此期棉株中稀土50——80%来自于根系所吸收的土壤稀土,20—50%来自于浸种供给的稀土。花铃期喷施稀土显著提高了棉株稀土含量,且不同稀土元素处理之间差异也极显著。2、大部分稀土处理与对照比,均表现出不同程度的增产,但L.S.D测验结果表明,只有混合稀土和铥达到接近5%显著水平,分别增产9.6和8.2%。3、盛花期测定棉株稀土含量呈较显著的正相关(接近R=0.05水平)、稀土含量与钾呈极显著负相关(R=-0.68),而钾与产量呈α=0.10水平负相关(r=-0.42),因此稀土可能主要是通过控制体内钾含量来提高产量的。4、稀土对棉花纤维品质有提高的趋势。     

大豆长期连作施肥白浆土中Zn营养的研究

研究了大豆连作条件下,土壤中有效Zn与植株体内Zn营养的变化情况。结果表明,不同生长期各施肥处理大豆连作土壤中有效Zn都高于轮作土壤,但连作大豆植株体内Zn累积吸收量却低于轮作。不同施肥处理轮作和连作土壤中有效Zn含量、植株体内Zn累积吸收量的大小排列顺序为:施有机肥>秸秆还田>施用化肥>对照。     

赣南典型脐橙园土壤-脐橙系统中轻稀土元素相关性研究

赣南脐橙园土壤中轻稀土总量大于重稀土,适量的轻稀土元素不仅促进脐橙生长,而且有利于人体健康。探究赣南脐橙园土壤中轻稀土含量与脐橙叶片和果实轻稀土含量相关性,揭示轻稀土元素对脐橙品质的影响机制。研究以信丰县不同土壤稀土背景种植的2片纽荷尔脐橙园为研究对象,采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS),分析不同生长时期脐橙叶片和果实中镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)4种轻稀土元素含量的变化规律,以及土壤、脐橙果实和叶片之间轻稀土含量的相关性。结果表明,土壤中轻稀土元素含量的由高到低为Ce、La、Nd、Pr,4种轻稀土元素含量差异极显著。脐橙叶片和果实对轻稀土元素的吸收具有选择性和分异性。不同生长时期,轻稀土元素La在叶片和果实中的积累量最大,叶片轻稀土含量变化的趋势是先升高后降低,果实则表现为持续降低。轻稀土元素在从土壤→叶片→果实的迁移过程中,随着迁移距离的增大,含量迅速降低。此外,脐橙轻稀土积累量与土壤轻稀土含量呈正相关。脐橙果实与叶片轻稀土含量的相关性最大,其中与La的相关性最大,Ce次之,表明脐橙体对轻稀土元素的积累量受元素种类的影响。     

3种N素水平下土壤中稀土在稻株中的积累和分布

进行了３种Ｎ素水平的田间微区试验,以研究施Ｎ水平对稻株吸收积累土壤中稀土的影响。结果表明：Ｎ素水平明显影响水稻对土壤中稀土的积累,这种影响在不同生育期表现不尽相同。移栽后３０～４０ｄ,３个Ｎ素水平的稻株体内的稀土含量均有一个明显跌落,这与此时出现的稻株体内Ｎ、Ｐ素含量跌落同步,反映出Ｎ、Ｐ素与稀土元素生物有效性之间有密切联系。成熟期,３个Ｎ素水平的稻株中稀土均向稻茬富集,进入籽粒量很少,且这种分布是因施Ｎ水平而异;稀土在成熟稻株中各部位的分配与体内Ｎ、Ｐ素的分配有相反趋势,３个Ｎ素水平下籽粒中稀土量与Ｎ、Ｐ量之间有显著或极显著负相关,但稻草中的稀土含量与籽粒中Ｎ、Ｐ量呈明显正相关,ｒ值分别为０．９６７４＊和０．９９５１＊＊,这在一定程度上反映出合理施Ｎ的重要性。     

农作物对污染土壤中铅赋存形态及其植物有效性的影响

采用形态分析方法研究了北方地区常见农作物对长期复合污染土壤中Pb的形态转化及其植物有效性的影响。结果表明,作物对可交换态Pb含量影响最显著,碳酸盐态、氧化物态和有机态Pb也受到了影响,但其变化幅度相对较小。多数作物根际土壤中可交换态、碳酸盐态、有机态呈减少趋势,氧化物态含量则增高。Pb在根际与非根际土壤中的总体形态分布未发生明显变化,均以氧化物态和残渣态为主,有机态次之,碳酸盐态和可交换态较少。Pb的形态与作物地上部分含量之间的相关分析结果表明,有机态Pb对作物吸收的贡献较大,其他形态无明显贡献。     

稀土元素对植物生物学作用机制的研究进展

稀土元素在农业上得到了广泛的应用,产生了显著的经济效益。人们对稀土元素生物学效应 的作用机制进行了很多研究,提出了许多论点。从稀土元素在植物体内的赋存、稀土元素对植物光合 作用的影响机制、稀土元素对细胞中Ca的竞争取代机制、稀土元素对生物体内自由基的清除机制和 稀土与生物大分子的紧密结合及在细胞水平的定位五个方面综合分析了稀土元素对于植物体作用 机制的最新研究成果,为稀土农用技术的研究提供新的思路。     

两种改性剂对油菜吸收Cd Pb和Cu的影响

通过盆栽试验,研究了2种改性剂(有机肥和无机功能材料)对重金属Cd、Pb和Cu污染土壤油菜生长及其吸收重金属的影响。结果表明,2种改性剂均可明显增加油菜产量,但对土壤的改良效果存在差别。有机肥对油菜茎叶吸收Pb具有较好的抑制作用,但却提高了土壤中有效态Cd、Cu含量,使油菜体内Cd、Cu含量增加;施加无机功能材料与有机肥相比,降低了油菜茎叶中Cd、Pb和Cu含量,对油菜吸收Cd、Pb和Cu均起到了较好的抑制作用。     

水分条件对湿地植物红蛋吸收镉及其根际土壤中镉化学形态变化的影响

选用对镉(Cd)具有较强耐性和累积性的湿地植物红蛋(Echinodorus osiris)为研究材料,研究了其在不同土壤水分条件和Cd污染水平下,植株对Cd的吸收累积特性以及土壤中Cd化学形态的变化情况。结果表明,根区土壤具有更低的p H值,随着时间的增加,土壤p H呈逐渐升高的趋势。无论在淹水还是非淹水条件下,根区土壤中酸提取态Cd和可氧化态Cd含量均高于非根区土壤,分别提高了1.48%~4.33%和10.25%~16.24%。土壤淹水处理显著提高了红蛋植株生物量、根表铁膜含量、铁膜中Cd含量以及植株体内Cd的含量。总体来说,淹水条件更有利于红蛋植株对土壤中Cd的吸收和累积。     

稀土元素对农田生态系统的影响研究进展

稀土矿的开采和冶炼、稀土农用等导致农田土壤稀土元素含量不断积累,对农田生态系统结构和功能稳定产生严重的影响。综述了近20年来国内外农田生态系统稀土元素的主要来源、分配和输出,土壤和植物中稀土元素的测定方法,稀土元素对农田生态系统中植物、微生物、动物以及人类健康影响的研究进展。探讨了农田生态系统稀土元素的毒性评价和稀土污染土壤的修复措施。最后提出开展稀土元素对农田生态系统影响研究还需要加强的一些问题。     

稀土元素在土壤-小麦体系中的迁移和分馏特征

通过观察土施和喷施两种条件下稀土元素从土壤向植物迁移过程中生物富集系数(Ax)大小和分布变化,研究了农用稀土在土壤-小麦体系中的迁移和分馏特征。结果表明,土施和喷施都存在一“效应期”,受稀土微肥成分的影响,在“效应期内植株有富集轻稀土的特征。在外源稀土影响较小时,小麦不同部位对稀土元素的富集具有不同的特点,根部稀土元素未出现分馏,但地上各部位出现Eu正异常,其中籽粒又有富集重稀土元素的特征。根据Eu异常值(δEu')的变化,初步确定稀土元素Eu在土壤-小麦体系迁移过程中发生分馏强弱的不同地上部位顺序为:茎≥籽粒>叶。利用相同方法对其他植物的研究表明,植物对稀土元素的富集模式因种类和生长环境的差异可能有很大不同。     

土壤-植物体系中施硒方式影响作物吸收转运镉的研究进展

镉是一种毒性较强的重金属,镉污染具有隐蔽性、长期性和不可逆性等特点。硒是人体不可缺少的微量元素之一,利用硒与镉在植物体内的拮抗作用,在土壤或植物中施外源硒可以降低作物的重金属镉含量,并提高作物中硒含量。前人研究表明不同的施硒方式影响植物中镉吸收转运的效果,总结了土壤施硒和叶面施硒2种施硒方式下对不同农作物镉吸收和转运的影响,发现以果实或叶片作为食用对象的作物,可以用叶面喷施外源硒的方式降低镉在食用部位的累积,而土壤施加外源硒可降低植物根部对土壤中镉的吸收及镉在植物体内转运至可食用部位的含量,同时转运至可食用部位的硒含量增加,以期为今后更加深入研究施硒对镉污染土壤安全利用提供参考依据,对镉污染土壤中实现农产品安全生产具有重要意义。     

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。     

铅锌矿冶炼区农田土壤和马铃薯中Cd含量及其化学形态分布

采用化学连续提取法研究了赫章铅锌矿冶炼区农田土壤以及马铃薯根、茎、叶、果实（块茎）中Cd含量及其化学形态分布特征,以揭示该污染区Cd在土壤与植物体内的迁移转化特征。结果表明,农田土壤Cd含量介于2.53～22.30 mg/kg,且以可交换态和铁锰氧化物结合态为主,土壤p H值与土壤可交换态Cd含量呈显著负相关,与铁锰氧化物结合态Cd含量呈显著正相关。马铃薯各器官Cd含量总体表现为根、叶、茎大于果实,且主要以氯化钠提取态和去离子水提取态为主;马铃薯除果实外,根、茎、叶中Cd含量几乎全部超出国家食品安全限值,存在较高的生态风险。土壤 p H值与马铃薯根、茎中Cd含量呈显著负相关;土壤有机质含量与马铃薯叶中Cd含量呈极显著正相关;马铃薯根中Cd含量与茎中Cd含量呈显著正相关。总之,土壤p H值是影响植物吸收Cd的重要因素,其主要通过影响Cd在土壤中的形态分布来影响Cd向马铃薯体内的迁移。控制土壤p H值可有效降低土壤中Cd向植物迁移的能力和农作物中的Cd含量,保障当地农作物食品质量安全。