镉胁迫对白车轴草生长、镉含量及养分分配的影响

为了解镉(Cd)胁迫对白车轴草(Tritolium repens L.)生长发育以及养分的吸收、累积与分配的影响,采用盆栽试验,研究了不同浓度镉处理下白车轴草幼苗的生长、生物量及碳(C)、氮(N)、磷(P)和钾(K)的积累与分配特征。结果表明:随镉胁迫浓度增加,植株幼苗叶面积、主根长、侧根数、侧根长及地上部高先升高后降低,叶柄长明显降低;而根、茎、叶中镉含量逐渐升高,且根系大于茎叶。同时,植物各器官生物量生产及C、N、P和K积累量均表现出随镉添加量的增加而先升高后降低,高浓度镉胁迫处理(50.00、100.00和200.00 mg·kg-1)明显抑制植株生物量生产以及C、N、P和K的积累,显著改变了生物量及其C、N、P和K积累量的分配格局,但低浓度镉处理(12.50mg·kg-1)却无明显影响。一定浓度的镉胁迫处理(12.50和25.00 mg·kg-1)降低植株N、P、K的利用效率,但高浓度镉处理(200.00 mg·kg-1)则提高植株N、P、K的利用效率。本研究为城市园林绿化及镉污染土壤的修复提供了应用潜力,同时也为牧草的安全评估提供了科学借鉴。     

镉修复土壤中磷酸盐对镉的形态转化和植物吸收的影响

Phosphate was found to have neither influence on Cd transformation nor effect on plant Cd uptake in three Cd-amended upland soils.However,on submerged red earth,high phosphate dressing inhibited the transformation of Cd from exchangeable fraction to other lower-available ones.Cadmium uptake by rice plants increased simultaneously with increasing phosphate supply though plant resistance to Cd also increased at high phosphate level.Application of phosphate as an amendment for Cd-contaminated soil was therefore not recommended in view of the increasing influx of Cd into food chain especially on flooded soils.     

南方典型镉污染稻田土壤有效态镉预测模型研究

为了更好地指导重金属镉污染稻田实施土壤修复、管控土壤镉毒害风险,以我国南方典型镉污染稻田为研究对象,基于316个监测点位的土壤镉及理化性质指标测定,分析土壤有效态镉含量与土壤理化因子间的相互关系,并通过逐步多元回归方程,建立稻田土壤有效态镉的预测模型。结果表明,土壤总镉、有效锌、有效硫、有效磷及有效铜是影响南方稻田土壤有效态镉含量的主要因素。通过区域调研,借助逐步回归分析得到南方稻田土壤有效态镉含量的预测模型方程:Cdext=-0.006+0.371(Cdtot)+0.014(A-Zn)+0.001(A-S)-0.001(A-P)+     

镉同位素分馏在土壤-植物体系中的研究进展

镉污染土壤因其导致粮食作物超标以及通过食物链对居民健康构成威胁,引起了人们的高度关注。土壤镉的迁移转化、植物根部对镉的吸收、植物体内对镉的装载转运和贮存是土壤-植物体系镉生物地球化学循环的重要过程。近年来,稳定同位素分馏技术被广泛应用于土壤-植物系统中镉的迁移和储存,为研究镉在不同土壤库和植物部位中的迁移和转化提供了新的思路和视角。本文首先介绍了镉同位素组成分析的基本原理和方法;其次对土壤矿物溶解、共沉淀、吸附和有机质螯合配位等四个关键过程引起的镉同位素分馏方向和程度进行综述,并重点针对植物根部对镉的吸收、根部-地上部转运和籽粒储存等三个关键过程阐述植物体内镉同位素分馏机制;最后基于目前研究现状,展望了土壤-植物体系镉同位素分馏尚需解决的科学问题和未来的研究方向。有助于深入理解镉在土壤-植物体系中的生物地球化学过程与机制,以期为镉污染土壤的安全利用与治理修复、农产品减毒脱毒等应用技术的研发提供科学依据。     

象草腋芽外植体消毒方法的筛选

为了解决象草组织培养中外植体污染问题,提高象草组织培养的成功率。本研究运用正交设计实验设置自来水冲洗、0.1%升汞浸泡和2%次氯酸钠浸泡3因子的不同消毒组合,通过直观分析和方差分析对象草腋芽外植体消毒灭菌结果进行分析。结果表明,象草腋芽外植体消毒的最佳组合为:自来水冲洗60min,0.1%升汞浸泡25min,2%次氯酸钠浸泡20min。该组合不仅能使污染率降低到13.33%,同时又在外植体的承受范围之内,没有对外植体造成伤害,本文结果将为象草的离体再生培养提供技术参考。     

南方典型设施蔬菜生产系统镉和汞累积的健康风险

选取南京市典型设施蔬菜生产系统为研究对象,研究了设施土壤-蔬菜系统中镉和汞的累积特征,评价了不同类型蔬菜中镉和汞的暴露风险,提出了基于健康风险的设施菜地土壤镉和汞的环境质量基准。结果表明:(1)设施菜地表层土壤中镉和汞产生了明显累积,且土壤汞的平均含量超过了温室蔬菜产地环境质量评价标准;(2)叶菜类蔬菜对镉和汞的富集能力最强,部分叶菜中的镉和汞含量超过了食品中污染物限量标准;(3)研究区有约21.2%的蔬菜具有镉的潜在人体摄入风险,蔬菜中汞的风险概率约为1%,不同蔬菜镉和汞的人体摄入风险排序为叶菜根茎茄果;(4)不同蔬菜类型土壤镉和汞的环境质量基准值差异较大,因此在今后的标准修订时可考虑针对不同蔬菜类型分别制定设施菜地土壤重金属环境质量基准。     

生物炭对铜矿区污染土壤微生物活性及香根草富集铜、镉、铅的影响

矿区土壤易发生重金属污染,是土地资源利用和维护的一大难题。以铜矿区污染土壤为研究对象,按质量比添加0,1%,2%,4%,10% (w/w)的生物炭,进行香根草室内盆栽试验。研究添加生物炭对土壤pH和微生物活性、香根草富集与转运重金属的影响,探明重金属形态含量与生物炭、微生物活性的相关性,旨在为生物炭与香根草联合修复矿区重金属污染土壤提供理论参考。结果表明:生物炭的添加能提高土壤pH,显著提高土壤FDA水解酶、蔗糖酶和脲酶活性,显著促进土壤基础呼吸,但对土壤微生物量碳无显著影响;生物炭的添加使香根草生物量显著增大,降低土壤Cu和Pb的有效态占比,Cd的变化与此相反;添加生物炭促进香根草对Cd和Pb的富集,降低香根草对Cu的富集,减少Cu、Cd和Pb在香根草体内的转运,因此香根草可作为Cu、Cd和Pb的稳定化植物。土壤蔗糖酶活性与香根草叶片Cu、Cd和Pb含量、有效态和残渣态Cu含量呈显著正相关,土壤基础呼吸与叶片Cu、Cd和Pb含量、有效态Cu、Pb含量呈显著负相关,而与有效态Cd含量呈显著正相关。总之,生物炭可减弱矿区土壤重金属对香根草生长的毒害作用,并促进香根草对重金属的富集,两者结合可改善铜矿区污染土壤的理化性质和微生物活性,有利于重金属污染土壤修复,改善土壤质量。     

不同温度下镉在典型农田土壤中的吸附动力学特征

按土重的3%和5%向采自海南和广西的3种可变电荷土壤中添加由稻草制备的生物质炭,混合培养30 d后用一次平衡法研究了生物质炭对土壤吸附Cd（Ⅱ）的影响及其与土壤表面电化学性质的关系,旨在阐明生物质炭促进可变电荷土壤吸附和固定Cd（Ⅱ）的机制。结果表明,添加稻草炭显著提高了3种土壤的阳离子交换量（CEC）和土壤pH,并使土壤胶体Zeta电位向负值方向位移。因此,添加稻草炭增加了土壤表面的负电荷量,土壤表面对Cd（Ⅱ）的吸附容量增强,使3种可变电荷土壤对Cd（Ⅱ）的吸附量增加,且Cd（Ⅱ）吸附量的增幅随稻草炭添加水平的提高而增加。Freundlich方程和Langmuir方程可以拟合3种土壤对Cd（Ⅱ）的吸附等温线,但Freundlich方程拟合效果更好,该方程表征吸附容量的常数k也随着稻草炭添加水平提高而增大。研究表明在pH3.0~5.0范围内,稻草炭均增加土壤对Cd（Ⅱ）的吸附量。添加稻草炭提高土壤pH,促进Cd（Ⅱ）的吸附,因为Cd（Ⅱ）的吸附量随pH升高而增加。解吸实验表明,添加稻草炭处理Cd（Ⅱ）的解吸量高于对照处理,说明生物质炭提高了土壤对Cd（Ⅱ）的静电吸附量。     

土壤环境质量指导值与标准研究V.镉在土壤-作物系统中的富集规律与农产品质量安全

通过查阅国内现有镉污染农田土壤和作物中镉含量的相关资料,包括近30年来公开发表文献、国家"七五"科技攻关环保项目"土壤环境容量研究"等科研成果,结合本实验室在长江三角洲、珠江三角洲典型地区污染农田调查数据,经筛选后从88组研究中共收集到镉污染农田土壤和作物中镉含量对应数据509对.根据镉盐来源,将收集的数据分为污染农田调查数据和添加镉盐试验数据;根据作物不同,分为水稻、小麦、茎/叶类蔬菜、根菜和果菜地调查数据.采用富集系数和一元回归模型的方法基于土壤镉含量预测作物可食部分镉含量;采用多元回归模型的方法基于土壤镉含量和土壤pH预测作物可食部分镉含量.结果表明,回归模型对作物可食部分镉含量的预测效果明显优于富集系数中位值;回归模型95%预测上限对作物可食部分镉含量的保守预测优于富集系数90分位值.土壤pH显著影响作物对镉的吸收.影响模型回归效果和预测能力的主要因素是数据分布不均和数据量不足.模型对比后选用多元回归模型的95%预测上限推导稻田和茎/叶类蔬菜用地基于农产品质量安全的土壤镉含量环境基准.     

土壤环境质量指导值与标准研究 Ⅴ.镉在土壤-作物系统中的富集规律与农产品质量安全

通过查阅国内现有镉污染农田土壤和作物中镉含量的相关资料,包括近30年来公开发表文献、国家"七五"科技攻关环保项目"土壤环境容量研究"等科研成果,结合本实验室在长江三角洲、珠江三角洲典型地区污染农田调查数据,经筛选后从88组研究中共收集到镉污染农田土壤和作物中镉含量对应数据509对。根据镉盐来源,将收集的数据分为污染农田调查数据和添加镉盐试验数据;根据作物不同,分为水稻、小麦、茎/叶类蔬菜、根菜和果菜地调查数据。采用富集系数和一元回归模型的方法基于土壤镉含量预测作物可食部分镉含量;采用多元回归模型的方法基于土壤镉含量和土壤pH预测作物可食部分镉含量。结果表明,回归模型对作物可食部分镉含量的预测效果明显优于富集系数中位值;回归模型95%预测上限对作物可食部分镉含量的保守预测优于富集系数90分位值。土壤pH显著影响作物对镉的吸收。影响模型回归效果和预测能力的主要因素是数据分布不均和数据量不足。模型对比后选用多元回归模型的95%预测上限推导稻田和茎/叶类蔬菜用地基于农产品质量安全的土壤镉含量环境基准。     

Application of Isozyme Data in Fingerprinting Napier Grass (Pennisetum purpureum Schum.) for Germplasm Management

Sixty-four accessions of Napier grass (Pennisetum purpureum Schum.), a forage crop of tropics and subtropics, were assessed for polymorphism in isozymes and total proteins (TP). The national germplasm collection exhibited polymorphism in all the three isozymes viz., malate dehydrogenase, glutamate oxaloacetate transaminase and peroxidase (POX) besides TP profile. Though POX and TP showed comparatively higher polymorphism, the study indicated the efficiency of three-enzyme system in identifying more than 90% of the accessions. The combination of TP and three-enzyme systems provided unique isozyme/TP banding patterns for all the 64 accessions leading to development of accession specific profile/fingerprints. In Napier, which is perennial with long vegetative phase, it is difficult to discriminate germplasm accessions based only on morphology. Thus biochemical markers could be efficiently utilized to complement morphological evaluations, in maintaining identity and purity of germplasm for proper conservation and management, for better use in breeding and for proprietary reasons.     

果草套种对南方丘陵山地表层土壤微生物量碳氮及酶活性的影响

[目的]探究不同果草套种模式下0—10cm土层土壤微生物量碳、氮及酶活性的差异,为改善土壤肥力条件、促进桂林旅游城市生态循环农业经济的发展提供理论依据。[方法]在桂林潮田河流域大山口农业综合示范区内设置样地,采集表层(0—10cm)土壤样品,测定与分析不同果草套种模式下表层土壤微生物量碳、氮及酶活性的差异。[结果]0—10cm土层土壤氮磷钾、土壤微生物量碳氮和土壤酶活性大小基本表现为:阳朔金桔+牧草桂橙1号+牧草翠冠梨+牧草对照样地。其中,阳朔金桔+牧草模式对0—10cm土层土壤微生物量碳、氮含量和土壤酶活性的影响最为明显(p0.05)。相关性分析表明,土壤微生物量碳氮和3种土壤酶活性存在极显著正相关关系。[结论]果草套种模式特别是阳朔金桔+牧草模式对南方丘陵山地表层土壤肥力条件的改善作用较为明显。     

赤泥施用量对Cd污染稻田水稻产量和土壤生物性状的影响

采用盆栽试验方法,以不施赤泥为对照,分析不同赤泥施用量对Cd污染稻田水稻产量和土壤生物性状的影响.结果表明,施适宜用量赤泥能提高水稻有效穗和促进水稻生长,实现水稻增产,与不施赤泥处理相比,RM-2处理(0.5%赤泥)的水稻株高、有效穗、结实率和水稻产量分别提高了3.40%,4.20%,3.87%和6.86%.从分蘖期到成熟期,施用赤泥处理各生育期的水稻土微生物量碳、氮明显高于对照RM-0处理的.其中,RM-2处理(0.5%赤泥)各时期水稻土微生物量C(SMBC)、微生物量N(SMBN)都明显高于RM-0处理的(P<0.01).施用赤泥处理的稻田土壤细菌、真菌和放线菌数量多数情况下高于对照RM-0处理的.RM-2处理土壤细菌、真菌和放线菌菌群数量多数情况下高于其他处理的.RM-2处理土壤脲酶活性、酸性磷酸酶活性和过氧化氯酶活性均为最高,分别比RM-0处理的提高了10.5%,32.4%和15.9%,且两处理间差异均达到显著水平(P<0.05).与RM-0处理相比,施用赤泥各处理pH和阳离子交换量均有不同程度增加,但有机质的变化不明显.0.5%(W/W)的赤泥施用量较其他施用量有利于改善Cd污染水稻土生物性状,提高土壤肥力,增加水稻产量.     

南方典型母质发育稻田土壤氨氧化细菌和古菌群落结构特征

依托中国科学院桃源农业生态试验站水稻土易地置土长期定位试验,以广东英利(YL,发育于玄武岩风化物)、江西鹰潭(YT,发育于第四纪红黏土)和湖南桃源古市(TYG,发育于河流冲积物)3种母质发育稻田土壤为供试土壤,采用常规土壤农化分析方法测得3种土壤的理化性质、硝化速率,并结合实时荧光定量PCR技术和Illumina MiSeq测序技术,分析了土壤氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)种群丰度及群落结构的异同。结果表明：土壤硝化速率除分蘖期外,均表现为：YT>YL>TYG。YL与YT土壤中AOA数量占主导地位,AOA/AOB比值比值分别在0.72 ~ 3.05、0.98 ~ 1.52;TYG土壤中AOB数量占主导地位,AOA/AOB比值在0.21 ~ 0.75。群落组成方面,不同母质土壤间AOA、AOB群落结构差异显著,3种土壤AOA优势菌属各不相同,AOB优势菌属均为Nitrosospira。冗余分析表明,pH和可溶性有机碳是造成AOA、AOB群落结构差异的核心因子。综上,在环境背景均统一的前提下,不同母质发育稻田土壤理化性质之间依旧存在差异,这种差异影响着氨氧化微生物AOA、AOB的丰度以及群落结构。     

不同草带对坡耕地土壤侵蚀的影响

于20012002年进行了“不同草带对坡耕地土壤侵蚀的影响”研究,试验设高羊茅(A)单作、高羊茅与红三叶混作(B)、非洲狗尾草与红三叶混作(C)和一个无草带种植(对照D)4个处理,坡地在13.2°14°。在每个处理上部等高种植玉米,基部种0.5 m宽的草带,底部设径流收集池,主要收集510月玉米生长期间的水土流失量。结果表明:①草带可显著减少径流量和侵蚀量,3种草带处理2年的总径流量和总侵蚀量均极显著(P<0.01)小于对照D,其中非洲狗尾草与红三叶混作的水土保持效果最好,高羊茅与红三叶混作次之,高羊茅单作为第三。②试验地水土流失主要发生在68三个月,这3个月的径流量和侵蚀量分别占总量的96.8%,99.9%,特别是6月径流量和侵蚀量分别占总量的63.2%,80.3%,草带在此期间水土保持效果最显著。所以,在坡耕地上结合农作物等高种植多年生草带是一项简单有效的水土保持技术。     

南方红壤区典型母质发育土壤硒素特征及影响因素

为探究南方红壤区不同母质土壤硒素特征及理化性质对硒有效性的影响,以广西典型红壤区不同母质土壤为研究对象,通过测定硒形态特征及理化性质,并利用AMOS路径分析模型及土壤培养试验,量化了不同因子对不同母质土壤有效硒的影响。结果表明：南方红壤区不同母质土壤总硒含量均高于0.4 mg/kg,其中以花岗岩母质土壤总硒含量最高,以砂页岩母质土壤有效硒含量最高,且变幅最大。土壤硒形态主要以残渣态和有机结合态为主,不同形态硒含量由高到低均表现为：残渣态硒>有机结合态硒>铁锰氧化物结合态硒>交换态硒>可溶态硒。AMOS路径分析模型结果表明,影响不同母质土壤硒形态分配贡献的主要因素是全磷、有机质和pH,第四纪红色黏土母质土壤中的全氮及砂页岩母质土壤中的速效氮的影响也值得关注。利用贡献较大的理化因子开展土壤培养试验,外源理化因子添加后均在一定的时间及剂量条件下出现土壤有效硒含量最大值,且不同母质土壤获得的最佳因子条件不同。因此,不同土壤母质因土壤理化性质的不同,其硒形态特征存在较大差异,不同理化因子作用于土壤后,土壤硒会因土壤环境的变化而重新分配。     

柠檬酸活化协同伴矿景天-玉米套作对镉轻微污染土壤的修复效果

伴矿景天-玉米套作是一种原位、绿色、边生产、边修复Cd污染土壤的有效方式,土壤中添加柠檬酸可有效提高伴矿景天的修复效率。该研究通过田间微区试验,探究了柠檬酸不同添加方式协同伴矿景天-玉米套作模式对Cd轻微污染稻田土壤修复机理及修复效果。结果表明：1）同一种植模式,添加柠檬酸可提高土壤Cd有效性,显著提高伴矿景天的修复效率;5次添加柠檬酸,伴矿景天单作时修复效率提高了2.09%,套作时提高了10.54%。2）柠檬酸添加量相同时,套种与伴矿景天单种相比,修复效率提高了3.42%～4.27%,同时减少了玉米对土壤Cd的吸收。3）5次添加柠檬酸协同伴矿景天-玉米套作,伴矿景天Cd移除量可达18.59 mg/m2,该处理伴矿景天对轻微Cd污染土壤的修复效果最佳。因此,柠檬酸协同伴矿景天-玉米套作的联合修复模式可强化伴矿景天修复效率,可运用于Cd轻微污染稻田土壤的修复,并可实现边修复边生产。     

钝化材料复配对镉污染土壤中镉的固定效果

为探讨钝化材料不同复配处理对Cd污染土壤有效Cd含量的影响,利用土壤培养试验和盆栽试验,采用正交试验设计,研究生物炭、粉煤灰、汉白玉3种钝化材料不同复配处理对土壤pH值和Cd生物有效性的影响。结果表明,3种钝化材料不同复配处理均显著提高了土壤pH值,降低了土壤有效Cd含量。随着时间的延长,大部分处理土壤有效Cd含量呈先降低后逐渐达到平衡的趋势,平衡时间为7~15 d。同时,3种钝化材料的因素主次效应依次表现为汉白玉>生物炭>粉煤灰。添加钝化材料后小白菜可食部位的Cd含量显著降低,降幅为9.10%~24.39%,以小白菜可食部位Cd含量作为评价指标,1.5%生物炭+1.0%汉白玉、1.0%生物炭+1.0%粉煤灰+0.5%汉白玉、1.0%生物炭+0.5%粉煤灰+1.0%汉白玉为最优复配处理。本研究结果为Cd污染土壤钝化修复和作物的安全生产提供了理论依据。     

不同改良剂对镉污染土壤中小白菜吸收镉的影响

采用盆栽试验, 研究了施用石灰、钙镁磷肥、泥炭、碱渣4种土壤改良剂对外加镉污染的赤红壤上小白菜产量、镉吸收量、土壤有效态镉及pH的影响。结果表明: 外加1 mg·kg^-1和5 mg·kg^-1镉对小白菜生物量无显著影响, 且1 mg·kg^-1镉对小白菜生长有一定的促进作用; 施用改良剂对镉污染土壤上小白菜无显著增产效果。施用4种改良剂均能降低小白菜地上部镉含量, 作用效果为石灰≈泥炭>碱渣>钙镁磷肥。不同改良剂对小白菜根部镉含量影响不同, 泥炭和石灰在所有镉浓度下、钙镁磷肥在0和1 mg·kg^-1镉浓度下可显著降低根部镉含量, 而碱渣无明显作用, 种植两茬规律一致。土壤有效态镉含量与pH呈显著负相关; 施用石灰、碱渣、钙镁磷肥使土壤pH显著升高, 有效态镉含量显著降低, 从而降低小白菜对镉的吸收; 泥炭可显著提高土壤pH, 虽降低土壤有效态镉作用效果不显著, 但显著降低小白菜体内镉含量, 这可能与土壤中形成难以被植物吸收的镉有机结合物有关。两茬蔬菜种植结果显示, 施用后期改良剂对镉污染的抑制效果也较明显。     

Characterisation of germplasm accessions of Napier grass (pennisetum purpureum and P. purpureum×P. glaucum Hybrids) and comparison with farm clones using RAPD

Fifty six germplasm accessions of the important East African fodder crop Napier grass, Pennisetum purpureum, and its hybrids with P. glaucum, were characterised using 67 random amplified polymorphic DNA (RAPD) fragments. No or very low intra-accession variation was found for 49 of the accessions examined, confirming field observations that this species is predominantly clonally propagated. Comparison of intra and inter-accession variation identified several groups of identical/similar accessions that could be targeted if the collection is to be rationalised, and also highlighted two misplantings of germplasm material during transfer to a field trial site. A neighbour joining dendrogram of Jaccard's similarity estimates, clearly separated 50 accessions of P. purpureum from three P. glaucum individuals, and placed six hybrid accessions in an intermediate position. These groupings were well supported by a nested AMOVA (P<0.001; 29.5% of total variance due to taxonomic delineation). The main group of P. purpureum individuals could be further differentiated into five sub-groups (designated East Africa, Southern Africa, USA1, USA2 and Miscellaneous, to reflect the majority membership of sub-groups) and examination of the within P. purpureum component of the nested AMOVA, found them to be significantly different (P<0.001; 18.8% of variance). Genetic diversity across all accessions was found to be fairly high (Shannon's diversity index 0.306) and thus the collection probably represents a wide genetic base for this species. In addition to germplasm accessions, 25 Kenyan farm clones were also analysed. A principal coordinate analysis found that all but one of the clones clustered with the main P. purpureum group of accessions, indicating that the majority are probably not interspecific hybrids. The origin and pedigree of clones is discussed based on genetic similarity amongst clones and to germplasm accessions.