土壤-水-植物系统中Pb和Cd的交互作用及其机理: Ⅰ. 红壤－植物系统中Pb和Cd的交互作用

A study on the effect of Pb-Cd interaction on plant growth and on the chemistry of elements in plants was conducted under greenhouse condition with red soil-wetland rice system in different growth stage.The results showed that Pb-Cd interactions on growth and metal uptake varied with different growth stages and chemical compounds added .The plant height and the root weght were markedly affected by Pb-Cd interication in the young stage but not in the ripening stage of rice at the treatments of PbCl2 and CdCl2 added.However,the weight of rice straw in the ripening stage was significantly affected by Pb-Cd interaction with the treatments of Pb(OAc)2 and CdCl2.The chemistry of elements in plants also depended on Pb-Cd interaction in varying degrees on account of different plant parts and growth stage.It seems that Pb-Cd interaction occurred not only in roots but also in other parts of wetland rice.     

土壤—植物根际磷的生物有效性研究进展

探讨土壤－植物根际磷素养分状况及利用机理,提高土壤磷的生物有效性,使土壤中潜在的难溶性磷库活化,提高磷肥利用率,对促进农业生产的持续发展和陆地生态系统的良性循环具有重大的现实意义。文章从这一角度出发,论述了根际土壤中根际微生物,根际pH值,根系分泌物,菌根,根际土壤磷酸酶等各种因素对提高土壤磷素利用率的机理。     

两个小麦品种对根际土壤中磷的吸收

Inorganic soil phosphorus extractable with sodium bicarbonate(NaHCO3-Pi),soil pH and root hairs length and density in the rhizosphere of two winter wheat cultivars (Tritium aestivum L.cv.Shichum,Sleipner)grown on a high pH Chinese silt loam(52.7 mg NaHCO3-Pikg^-1) and a Danish sandy loam(43.4mg NaHCO3-Pi kg^-1)wer studied to assess how these wheat cultivars differed in phosphorus uptake.The rhizosphere soil pH of two wheat cultivars grown on the two soils were fairly unchanged with increasing distrance from the roo surface.However the root hairs of Shichun were 2.1 times longer than those of Sleipner,Root surface area(RSA) of Shichun increased by 192% due to root hairs whereas root hairs of Sleipner increased RSA by 68% only.Hence the root system of Shichun was in contact with more soil than that of Sleipner,even though Sleipner had a longer root,Grown at the lower pH and level of NaHCO3-Pi in the Danish soil Shichun absorbed more inorganic phosphorus than Sleipner whereas at the higher pH and level of NaHCO3-Pi in the Chinese soil there was no phosphorus uptake difference between the two wheat culivars.     

重金属污染土壤的植物修复研究Ⅱ.金属富集植物Brassica juncea根际土壤中微生物数量的变化

本文在盆栽试验的基础上研究了在不同程度的外源重金单一及复合污染下富金属植物印度芥菜(Brassica juncea)根际土壤中微生物数量的变化.研究结果表明,根际中细菌的数量明显多于放线菌、真菌.细菌生长对重金属和植物生长最敏感,其次为放线菌.含高镉(200mg/kg)的金属复合污染处理对细菌、放线圈的生长有抑制作用;加铜(250mg/kg)对细菌有刺激效果.在低于重金属致死临界浓度时,植物根系的存在对细菌的数量的影响会大于重金属元素的影响.印度芥菜根际土壤中微生物数量的变化与微生物种类、重金属元素及组合和植物生长有关.     

石灰性土壤上植物根际锌的形态分布及其与植物吸收锌的关系

石灰性土壤上作物缺Zn是一个比较普遍的问题。     

铜污染土壤修复的有机调控研究Ⅱ.根际土壤铜的有机活化效应

通过盆栽试验研究了合成有机络合剂ＥＤＴＡ和猪粪可溶性有机物对印度芥菜和高秆牧草根际土壤铜的活化效应。结果表明,施用ＥＤＴＡ可极显地增加根际土壤水溶态和交换态铜含量,猪粪可溶性有机物对土壤铜的活化作用不显。外加ＥＤＴＡ能活化土壤铜而提高其移动性。     

印度芥菜对土壤中难溶态镉、铅的吸收差异

通过根际袋法土培盆栽试验,研究了印度芥菜对石灰性土壤中难熔态Cd,Pb的吸收差异。试验结果表明,印度芥菜能吸收石灰性土壤中的难溶态Cd,Pb并对其有较高的忍耐性。印度芥菜吸收的Cd70%以上累只在地上部而吸收的Pb83%以以累积在根系;印度芥菜根际土壤中的DTPA提取态Cd显著高于非根际土壤,但根际与非根际土壤中的DTPA提取的Pb含量差异不显著。本试验条件下,印度芥菜对土壤Cd的净化率为0．83％－1．25％,对土壤Pb的净化率则只有0.04%-0.07%。     

生物炭对复合污染土壤—作物中镉砷累积和转运的影响

针对镉砷复合污染土壤中小麦籽粒重金属积累问题,采用生物模拟方法,以镉砷复合污染区土壤为研究对象,探究杏核生物炭(C1和C2分别表示3%和6%生物炭添加量)对复合污染土壤—小麦/玉米系统中镉砷累积和转运的影响。结果表明：添加生物炭(C1、C2)显著降低了小麦季根际/非根际土壤Cd、As有效性,并且小麦籽粒中Cd、As含量分别比CK平均降低19.25%和50.70%,但前者差异不显著。对玉米而言,生物炭C1、C2处理显著降低穗中Cd和As含量,降幅分别为85.67%,61.28%和98.36%,96.48%;此外,施用生物炭显著降低了小麦—玉米体系中镉砷的转运和累积,但对小麦镉由秸秆向籽粒转运及籽粒中镉累积的影响未达显著水平。总之,添加3%生物炭可降低小麦籽粒和玉米穗中镉、砷含量,且对玉米穗中重金属镉、砷降低效果更明显,综合分析生物炭对镉、砷在复合污染石灰性土壤—小麦/玉米体系中迁移和累积的阻控效应,推荐施用3%生物炭为宜。     

金属污染土壤中锌铜交互作用对锌吸附和植物有效性的影响

In a previous greenhouse experiment,we showed that there was an interaction between cu and Zn,which affected growth and metal uptake by young barley plants grown on soil to which Cd,Cu,Pb,and Zn had been added.We suggested that the underlying mechanism was the control of the amount of plant-available Zn by competitive adsorption between Cu and Zn,In order to test this hypothesis,the adsorption of Zn alone,and in the presence of added Cd,Cu and Pb,has been measured using the same soil.Following adsorption,the extractability of the Zn in CaCl2 solution was measured .The adsorption isotherms showed that of the added metals only Cu had a large effect on Zn adsorption.The effect of Cu was to reduce Zn adsoption and to increase the amount of CaCl2-extractable(i.e.plant-available) Zn,in agreement with the conclusions from the greenhouse experiment.The magnitude of the effect of Cu on plant-avalilable Zn was similar in both experiments.     

田块尺度污染农田土壤铅、镉和砷含量的空间变异及其对土地利用的启示

为了探明铅冶炼污染区田块尺度下农田土壤重金属含量的空间变异及其对污染农田土壤安全利用的意义,在某冶炼厂附近一面积为4800 m2的农田用网格法采集120个0~20 cm土样,测定样品镉、铅和砷含量。研究表明,研究区土壤中存在砷、镉和铅的积累。从平均污染指数来看,以镉的积累程度最大,铅次之、砷最小。土壤全镉含量的变化范围为1.10~3.84 mg kg^-1,镉含量处于1.10~2.27 mg kg^-1之间的样品占97.50%。从重金属空间分布上看,镉和铅含量的空间分布有较高的一致性,均是研究区北部和南部含量较高,中间区域含量较低。相关分析表明,土壤镉和铅含量之间存在显著正相关(P <0.01)。根据土壤铅含量计算稳定铅时所用普通过磷酸钙的用量范围为0.312~0.419 kg m^-2,平均值为0.367 kg m^-2。根据其他研究者得到的土壤全镉含量与小麦籽粒镉含量的相关方程计算,不同方程得到的小麦籽粒镉含量结果有很大差异,较可信的小麦籽粒镉含量变化范围为0.095~0.814 mg kg^-1。采样区中部为小麦籽粒镉含量较低且铅稳定剂需要量较低区域。以上结果表明,研究区田块尺度下土壤镉含量存在较大的空间变异,且土壤镉含量的空间变异导致小麦籽粒镉含量可能存在较大的空间变异。     

模拟酸雨条件下海泡石对污染红壤镉、铅淋溶的影响

采用填充土柱淋溶试验研究不同pH值模拟酸雨和海泡石添加量对重金属污染红壤Cd、Pb淋溶的影响.结果表明,Cd在酸雨pH值较低时累积淋溶量较大,Pb的累积淋溶量随酸雨pH值的降低逐渐增加,pH值为3.5处理的Pb总累积淋溶量显著高于其他pH值处理(高出54.9％).与对照相比,模拟酸雨pH值为3.5时,添加5 g/kg和10 g/kg海泡石处理Cd的总累积淋溶量明显增加(分别增加24.6％和26.3％),而Pb的总累积淋溶量分别显著降低34.7％和25.7％;酸雨pH值为4.5时,添加5 g/kg和10g/kg海泡石处理降低了Cd的累积淋溶量(分别降低13.0％和1.4％),而Pb的淋溶量随海泡石添加量的增加而降低,10 g/kg海泡石处理的Pb总累积淋溶量显著下降17.6％;pH值为5.5和6.5时,海泡石处理Cd累积淋溶量均有所下降,而对Pb的淋溶无显著降低效果.酸雨酸性强度的增大增加了Cd、Pb的淋溶风险,且Pb比Cd敏感.添加海泡石可有效减少酸雨对土壤中Pb的淋溶,但其对Cd淋溶的影响受酸雨酸性强度的影响.     

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。     

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。     

铝、氟及其复合处理对茶树根际土壤酶活性的影响

研究了铝、氟及其交互作用对白茶和智仁早茶根际土壤酶的生态效应。结果表明,在单独施铝处理中,脲酶和多酚氧化酶活性受到抑制,其它土壤酶活性均随铝浓度的升高呈现先升后降的趋势,当Al浓度高达400mg/kg时,对酶呈现出抑制作用,影响达显著或极显著水平;在单独氟处理下,磷酸酶、尿酸酶活性变化不大,随着氟浓度的升高,除多酚氧化酶活性受抑制外,其余的酶活性也呈现出先升后降的趋势,当F浓度高达120 mg/kg时,对酶产生抑制作用,总体上氟的影响不如铝显著;铝、氟复合处理条件下,铝与氟之间联合作用对脲酶、蛋白酶、过氧化物酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶、尿酸酶和抗坏血酸氧化酶活性产生了显著或极显著的交互效应,其作用方式因铝、氟处理浓度组合、酶及茶树品种的不同而不同。研究还发现,铝、氟对茶树根际土壤酶的交互效应与铝氟浓度的比值有密切关系,且不同的酶活性达最高时的铝氟比值基本相同,表明在茶树体内代谢中铝、氟之间存在一定的相关性。根际土壤酶活性在两个茶树品种间存在较大的基因型差异,尤其以酸性磷酸酶和抗坏血酸氧化酶最为显著,总体上白茶根际土壤酶对铝、氟及其交互作用较智仁早茶更敏感,两茶树品种之间土壤酶活性的差异与茶树根际过程密切相关。     

小麦蚕豆间作对红壤有效磷的影响及其与根际pH值的关系

在云南红壤上采用田间小区试验,通过测定分蘖～拔节期、孕穗～抽穗期、灌浆～乳熟期不同土层深度小麦根际土壤有效磷(available phosphorus)含量和根际pH值,比较研究了小麦蚕豆间作对小麦根际土壤有效磷含量和pH值的影响,探讨了间作小麦根际pH与根际土壤有效磷之间的相互作用.结果表明,与小麦单作相比,小麦蚕豆间作显著地促进了小麦产量的提高.同时,小麦蚕豆间作促进了小麦根际土壤有效磷含量的提高,分蘖～拔节期、孕穗～抽穗期0-10 cm、10-20 cm土层单、间作差异显著;间作显著降低了分蘖～拔节期10-20 cm土层、孕穗～抽穗期0-10 cm、10-20 cm、20-30 cm土层小麦根际土壤pH.分蘖～拔节期、灌浆～乳熟期,单、间作小麦根际土壤有效磷含量与根际pH呈负相关关系.试验表明,在红壤上间作小麦根际土壤有效磷含量的提高与间作降低根际pH有密切关系.     

淹水还原作用对红壤镉生物有效性的影响

用添加20 mg.kg^-1镉（Cd）的红壤（pH 4.46）室温淹水培养41 d,研究淹水还原作用对Cd溶解性的影响,同时设置水稻培养试验,在红壤淹水初期（1-11 d）和后期（淹水31-41 d）植入水稻秧苗,以比较不同淹水时段红壤Cd对水稻的有效性。结果表明,红壤淹水后1-25 d水溶性Cd浓度由0.210 mg.L^-1上升到0.254 mg.L^-1,淹水28-40 d水溶性Cd浓度由0.221 mg.L^-1下降到0.092mg.L^-1,在淹水1-11 d和31-41 d水稻茎叶Cd含量分别为48.37和16.25 mg.kg^-1。说明淹水初期红壤Cd活性和生物有效性高于淹水后期。通过红壤淹水过程Fe、Cd溶解性及CEC、阳离子饱和度等的研究,表明红壤淹水后氧化铁的还原溶解作用导致pe＋pH下降和pH上升,由此控制着Cd活性和生物有效性的升降。     

水稻旱作条件下土壤水分对红壤磷素的影响

通过温室盆栽和大田试验研究旱作水稻在施用中量磷肥条件下,土壤水分对红壤中几种磷的含量和动态的影响。研究表明:土壤水分水平和采样时间对红壤全磷、有效磷、有机磷和不同形态的无机磷含量都有极显著的影响,且相互间的交互作用明显。栽种水稻后总体来说,土壤全磷、有机磷和O-P含量均有一定的提高,有效磷和Al-P、Fe-P、Ca-P含量则下降;土壤中不同形态无机磷含量为O-P>Fe-P>Al-P>Ca-P;大田和盆栽实验相比,在4种形态的无机磷、全磷和有机磷的排列顺序、演变趋势等方面基本一致,但有效磷则出现相反的结果,同时,大田试验土壤中各种磷的含量要比盆栽试验高得多,表明盆栽条件下,由于根系密度大,使土壤磷素消耗更快。     

氮及相关的酶活性对小麦根际施肥的反应

In the present experiment,wheat seedlings(Trticucum aestivum L.)were grown on a purple soil with various fertilizer treatments in order to investigate the responses of nitrogen and related enzyme activities in the rhizosphere,The results revealed the increments of both organic matter and total N in the soil with the proximity to the growing roots,especially in treatment of supplying pig manure in combination with chemical fertilizer,suggesting that they could ome from root and microorganism exudation which could be intensified by inorganic-organic fertiliztion,being of benefit to improving the physical and bilogical envi-ronment in the rhizosphere of wheat.Much more inorganic N was observed in the fertilized soils surrounding wheat roots than in the CK treatment ,indicating ,the improvement of crop N supply in the rhizosphere of wheat by fertilization. The activities of invertase,urease and protease in the root zone were greatly enhanced as compared to those in the other parts of soil except that the urease activities were similar in the rhizospher and nonrhi-zosphere of the CK and pig manure treatments,indicating that invertase and protese could be produced by growing roots and rhizosphere microorganisms,in contrast to urease which could be stimulated by urea,Also,significant increment of chemical fertilizer combined with pig manure,suggested that fertilization not only accelerated the renewal of organic matter bu also enhanced bioavailability of organic N in that soil zone .This could be the reason why the total amount of inorganic N available for plants was increased more obviously in the rhizosphere of wheat of the fertilizaton treatments than in taht of the CK treatment.     

水肥管理对春小麦产量和根际土壤肥力特征的影响

为确定灌漠土带田春小麦高产的水肥管理模式,本研究采用裂-裂区的试验方法研究了灌溉定额(4 500 m³·hm^-2、6 000 m³·hm^-2和7 500 m³·hm^-2)、绿肥(不种绿肥和种植绿肥)、化肥(不施化肥和施用化肥)及其交互作用对春小麦产量和根际土壤肥力的影响。结果表明,增加灌溉定额能显著增加春小麦产量,与4 500 m³·hm^-2的灌溉定额相比,6 000 m³·hm^-2和7 500 m³·hm^-2的灌溉定额对春小麦产量的增加幅度为7.73%和9.99%。与不施化肥相比,施用化肥对春小麦的增产幅度为132%。绿肥和化肥之间的交互作用对春小麦产量的影响极显著,种植绿肥和施用化肥条件下春小麦产量最高,为2 639 kg·hm^-2;种植绿肥和不施化肥条件下春小麦产量最低,为987 kg·hm^-2;两者相差167%。随灌溉定额的增加,春小麦根际土壤速效氮和速效钾含量呈极显著降低的趋势,含水量和pH值呈极显著增加的趋势。种植绿肥能显著提高土壤的速效氮、有机质和含水量,能极显著降低土壤的pH值。施用化肥能极显著提高土壤的速效氮、速效磷和含盐量,能极显著降低土壤的速效钾、含水量和pH值。灌溉定额与化肥之间的交互作用对土壤速效氮含量的影响表现显著,4 500 m³·hm^-2的灌溉定额和施用化肥条件下土壤速效氮含量最高,7 500 m³·hm^-2的灌溉定额和不施化肥条件下土壤速效氮含量最低,两者相差80.6%。依据本研究得出的灌漠土带田春小麦高产的最佳水肥管理模式为:6 000 m³·hm^-2的灌溉定额、种植绿肥和施用化肥相结合。此管理模式下的带田春小麦产量为2 667 kg·hm^-2,根际土壤速效氮、速效磷、速效钾、有机质、含水量和pH值分别为106 mg·kg^-1、34.7 mg·kg^-1、93.6 mg·kg^-1、23.3 g·kg^-1、11.5%和8.29。