镉污染中性土壤伴矿景天修复的硫强化及其微生物效应

采用田间微区试验研究了施硫处理对中性镉污染农田上伴矿景天镉吸取修复效率、土壤p H、有效态镉、有效态硫以及微生物群落变化的影响。结果发现:土壤p H随时间和硫用量的增加而显著下降,有效态镉和有效态硫含量随时间和硫用量的增加而显著增加。在360 g/m²硫处理下,伴矿景天地上部镉含量为70.9 mg/kg,较不施硫对照(38.3 mg/kg)增加85.1%,耕层土壤全量镉去除率为19.4%,是对照(10.5%)的1.85倍。施硫处理150 d后,土壤Thiomonas和Rhodanobacter细菌相对丰度显著高于试验前土壤和对照处理。本试验结果表明,中性土壤施加适量硫磺不仅可显著提高污染土壤中镉的生物有效性,也可通过调节与硫代谢相关的功能微生物,显著增强镉的植物吸取修复效率。     

收获方式对污染土壤上伴矿景天锌镉吸收性的影响

植物修复是20世纪80年代末兴起的一种新型环境治理技术,因其具有低成本、环境友好等特点成为修复重金属污染土壤的重要方法之一[1]。该技术的修复效率受修复植物生物量和生长周期限制[2～5],因此,越来越多的研究关注于提高超积累植物修复效率的强化措施,包括育种、生物技术等提高修复植物本身的吸收性能,施加螯合剂和调节土壤pH、氧化还原电位等改变土壤环境间接提高植物吸收效率等[6～9]。农艺措施,如合理的种植制度、灌溉、施肥等可改善作物生长环境,提高产量。该技术也被运用到植物修复中,以改善修复植物生长环境,增大生物量,进而提高修复效率[10,11]。对于多年生、再生能力强的超富集植物,可以借鉴在牧草种     

中国景天科植物一新种——伴矿景天

本文描述了景天属(景天科)一新种,即伴矿景天(SedumplumbizincicolaX.H.GuoetS.B.Zhousp.nov.)。     

伴矿景天和鹅掌柴间作系统中根系相互作用对植物生长和镉锌吸收的影响

为明确不同物种根系间的相互作用对植物生长和重金属元素吸收的影响,以Cd、Zn超积累植物伴矿景天与花卉植物鹅掌柴为材料,研究二者根系相互作用及对植物生长和Cd、Zn的影响。结果发现,二者根系具有相互抑制生长的作用。单作条件下伴矿景天的Cd、Zn吸收量最高,分别达0.812、19.6 mg/盆;较单作相比,无分隔间作条件下伴矿景天对土壤Cd、Zn吸收降低分别达30.0%和30.6%。两种植物根系改变了土壤养分性质,对土壤钾和磷的利用分别具有竞争和互补作用,但其有效态含量并未降低到亏缺水平,养分竞争可能不是两种植物根系相互作用的主要因素。水培试验表明鹅掌柴根系分泌物对伴矿景天的生长和Cd吸收具有抑制作用。     

铜对伴矿景天生长及锌镉吸收性的影响

利用植物生长室水培试验和温室土培盆栽试验相结合,研究了Cu对Zn、Cd超积累植物伴矿景天生长及Zn、Cd吸收性的影响。水培试验结果显示,0.31～50μmol/L Cu处理14天对伴矿景天生长及对Zn、Cd吸收性没有显著影响;但100μmol/L Cu处理显著抑制植物生长,降低地上部Zn、Cd及根中Cd浓度,对根中Zn浓度变化没有显著影响。盆栽试验结果发现,在土壤Cu仅为3.61 mg/kg时伴矿景天生长不良,外加Cu显著促进其生长并随Cu浓度升高效应增加;但施用3 mmol/kgEDDS和再次外加250 mg/kg Cu处理使伴矿景天因体内Cu积累量过高而导致明显毒害,地上部Cu最高达1 068 mg/kg。可见低量Cu处理可促进伴矿景天生长,利于植物对土壤Zn、Cd的吸取修复,但土壤中Cu浓度过高将抑制Zn、Cd超积累植物的生长,降低其Zn、Cd吸收能力,在利用该Zn、Cd超积累植物修复高Cu的Zn和Cd污染土壤时应采取适当措施降低Cu毒害效应。     

生物措施缓解酸性土壤铝毒害研究进展

酸性土壤在世界上广泛存在,Al毒是酸性土壤限制作物生长和产量的主要限制因子之一.本文概述了酸性土壤Al毒害问题以及作物的耐Al机制,总结了遗传改良植物的耐Al性、向土壤或植物根际接种外生菌根真菌和其他耐Al微生物以缓解酸性土壤Al毒害的研究进展.以上措施在酸性土壤中的生态系统恢复具有应用前景.     

镉污染土壤伴矿景天的萃取强化-螯合剂和植物激素的叶面调控

为提高Cd超富集植物伴矿景天(Sedum plumbizicola)的植物萃取能力,采用盆栽试验研究螯合剂乙二胺四乙酸(EDTA)和植物激素脱落酸(ABA)单独和联合作用的叶面调控对伴矿景天生长和Cd吸收转运的影响,并通过大田试验进行验证。结果表明:盆栽试验叶面喷施EDTA、ABA均能提高伴矿景天对Cd的转运,地下部至地上部的Cd转运系数为EDTA＞ABA,但叶面EDTA处理对生长旺盛期伴矿景天的生长有抑制。伴矿景天各部位Cd富集浓度差异很大,呈现新叶＞地下部＞茎＞老叶,新叶中Cd浓度是老叶的3.6~5.4倍,且主要富集在细胞壁和细胞器中,占总富集量的88%~94%。EDTA处理新叶细胞器中Cd浓度剧增,ABA处理新叶细胞壁中Cd浓度增加,ABA和EDTA联合使用可以缓解EDTA对生长的抑制,且更有利于Cd从根系向地上部转运。大田小区试验叶面诱导强化伴矿景天Cd萃取是可行的,ABA和EDTA联合处理显著增加伴矿景天总Cd积累量,增幅达到37.87%。研究结果为伴矿景天修复Cd污染土壤提供理论指导。     

不同生境下锌镉在伴矿景天不同叶龄叶中的富集与分布特征

田间试验、温室盆栽和生长室水培试验研究了Zn和Cd超富集植物伴矿景天不同叶龄叶片的Zn、Cd富集和分布特征。结果显示,田间条件下伴矿景天新叶中Cd浓度高于成熟叶、但新叶中Zn浓度低于成熟叶。温室盆栽试验发现,连续种植伴矿景天,第4季时低污染土壤（S1）上新叶中Zn浓度低于成熟叶,但高污染土壤（S4）上新叶中Zn浓度高于成熟叶;而到了第6季,S1、S4上新叶中Zn浓度均低于成熟叶,且在S1上两者达到显著水平;第4和第6季,伴矿景天新叶中Cd浓度始终高于成熟叶（除S1成熟叶中Cd浓度略高于新叶外）。水培试验结果发现,无论在高Zn（600 mmol/L）、高Cd（100 mmol/L）,还是低Zn（10 mmol/L）、低Cd（1 mmol/L）处理,新叶中Zn、Cd浓度均高于成熟叶;而且随着处理时间的延长,新叶和成熟叶中Zn、Cd浓度均明显上升。水培条件下,新叶和成熟叶中Zn最高分别为43 107、33 774 mg/kg（以干重计）（600 mmol/L,处理56 天）;新叶和成熟叶中Cd的最高浓度分别为15 057、9 060 mg/kg（以干重计）（100 mmol/L Cd,处理56 天）。这些结果表明,Zn、Cd在伴矿景天新叶和成熟叶中富集和分布与其生长介质中Zn、Cd的浓度尤其是有效态浓度、处理时间及植物所处的生长阶段等有关,同时也表明Zn、Cd优先分布于新叶可能与伴矿景天超富集Zn、Cd的机制有关。     

水分特征对伴矿景天生长和重金属吸收性的影响

利用盆栽试验研究了水分特征对伴矿景天生长和重金属吸收性的影响.结果表明:在70% 土壤最大田间持水量(70%WHC)处理下,伴矿景天生长最好,其地上部鲜重显著高于其他处理;70%WHC处理伴矿景天对重金属吸收能力最强,其茎中Zn的浓度显著高于其他处理,茎中Cd的浓度分别比35%WHC、100%WHC、淹水处理高27.1%、29.0%、63.1%;叶中的Zn浓度表现出与茎中相同趋势,叶中Cd的浓度与茎中不同,以100%WHC处理最高.70%WHC处理下,植物提取Zn、Cd的效率最高,其修复效率均显著高于其他处理.这些结果表明,土壤水分状况在土壤重金属污染伴矿景天植物吸取修复中起着重要作用.     

3种有机酸对伴矿景天修复效率及土壤微生物数量的影响

伴矿景天(Sedumplumbizincicola)是一种Cd和Zn的超积累植物,常用于Cd污染土壤的植物修复。有机酸能够提高土壤重金属的有效性,促进植物对重金属的积累,对重金属污染土壤的植物修复效率具有强化作用,并对土壤微生物数量有重要影响。以河潮土和红黄泥为供试土壤,探讨了乙二胺四乙酸(EDTA)、柠檬酸、草酸对伴矿景天修复效率和土壤微生物数量的影响。结果表明,有机酸能显著提高土壤有效态Cd含量,柠檬酸处理的效果最好,河潮土和红黄泥中有效态Cd含量较单种伴矿景天分别增加72.73%,12.99%(P<0.05);伴矿景天地上部Cd含量在河潮土和红黄泥中以EDTA处理最高,在河潮土和红黄泥中分别比单种伴矿景天增加99.24%和33.32%;与单种伴矿景天相比,添加有机酸处理河潮土和红黄泥中伴矿景天修复效率显著提高。添加有机酸比单种伴矿景天显著增加土壤中微生物数量,其中柠檬酸处理河潮土中细菌和真菌数量分别增加34.38%和68.42%(P<0.05),草酸处理红黄泥中放线菌数量增加150.00%。研究结果可为重金属污染土壤的植物强化修复提供理论支撑。     

柠檬酸对西瓜幼苗铝毒害的缓解作用

为了探究柠檬酸对西瓜幼苗铝毒害的缓解作用,本试验采用水培法,以早春红玉(耐铝型,HY)和早蜜王(铝敏感型,ZM)2个西瓜品种为材料,用不同柠檬酸浓度(200、400、800、1 200μmol·L~(-1))处理铝胁迫(1 500μmol·L~(-1))下的西瓜幼苗,研究不同柠檬酸浓度对西瓜幼苗生长和生理特性的影响。结果表明,铝胁迫对HY和ZM幼苗的生长和生理均产生了明显的毒害作用,与HY相比,ZM受毒害的程度更大。加入柠檬酸后,铝对HY和ZM的毒害作用得到了有效的缓解,且缓解效果存在浓度差异,在一定浓度范围内(≤800μmol·L~(-1)),随着柠檬酸浓度增加缓解效果增强,其中以800μmol·L~(-1)效果最佳;当浓度增至1 200μmol·L~(-1)时,缓解效果反而减弱。柠檬酸对ZM的缓解作用强于HY,同时随着处理时间的延长柠檬酸缓解效果越明显。综上所述,柠檬酸能够有效缓解铝对西瓜幼苗的毒害作用,以400~800μmol·L~(-1)解毒效果最佳。本研究结果为明确柠檬酸缓解西瓜铝毒害作用机制以及西瓜优质高产栽培提供了理论依据。     

硅、钙对水土保持植物荞麦铝毒的缓解效应

采取水培法,研究了铝胁迫下不同水平的钙或硅对荞麦真叶期和初花期铝毒害的缓解效应。结果显示:在Al3 胁迫下,增加钙或硅的供应可减轻Al3 对植物的毒害,显著削弱因Al3 处理导致的根系活力、可溶性蛋白质含量和过氧化物酶(POD)活性的下降以及丙二醛含量的上升,在初花期能完全消除Al3 对可溶性蛋白质形成的抑制效应并促进其形成,有效提高植株抗逆性。但随着Al3 浓度的提高,Ca2 和硅的缓解效应有限。Ca2 的缓解效果略强于硅。     

生物质炭和Ca(OH)2缓解土壤酸化过程中植物铝毒性的模拟对比研究

随着外源酸输入,酸性土壤改良剂的石灰效应逐渐消退,土壤再次酸化形成铝毒害。作为一种新型酸性土壤改良剂,生物质炭施用后土壤的复酸化过程尚不清楚。本研究通过循环酸浸洗耦合根伸长试验,对比研究了施用生物质炭和熟石灰（Ca(OH)2）后土壤的复酸化过程及其对植物的铝毒性。结果表明,循环酸浸洗有效模拟了土壤的复酸化过程。随着模拟酸化年限增加,生物质炭和Ca(OH)2处理土壤中玉米根系伸长均逐渐受到了抑制。生物质炭相较于Ca(OH)2有效缓解了酸化过程对植物根系的抑制作用。在模拟12年酸输入时,生物质炭处理中玉米根相对伸长率较Ca(OH)2处理高18.6%,生物质炭相较于Ca(OH)2处理展现出更为长效的酸性土壤改良潜力。这一方面是由于生物质炭通过表面阴离子官能团质子化作用减缓了酸化过程中土壤pH的降低,抑制了土壤铝的活化。在模拟12年酸输入时,生物质炭处理土壤溶液Al3+浓度较Ca(OH)2处理低33%。另一方面,酸化过程中生物质炭持续释放Mg2+,在模拟12年酸输入时,生物质炭处理土壤溶液Mg2+浓度和植物Mg2+吸收量均较Ca(OH)2处理高2倍以上。较高的Mg2+浓度可通过调控植物对Al3+的生理响应,缓解植物铝毒害症状。该研究结果可为土壤酸化长效阻控提供理论依据和技术支撑。     

植物对铝毒害的抗逆性研究进展

铝毒是酸性土壤中限制作物产量的一个重要障碍因子。从铝的存在形态、铝毒机制、植物耐铝毒机理及影响铝毒效应的因素等方面综述了近几年国内外对铝毒的研究进展,提出了该领域研究中存在的问题,为进一步开展植物对铝毒的抗逆性研究提供参考。     

直流电场与添加剂强化东南景天修复镉污染土壤

通过盆栽试验,研究交换直流电场(电压梯度1.0 V cm-1、通电时间6 h d-1)和添加剂(15 g kg-1猪粪堆肥、10 g kg-1腐殖酸肥或5 mmol kg-1乙二胺四乙酸二钠(EDTA)对超积累植物——东南景天修复镉污染土壤的影响。结果表明,施加直流电场和添加剂均显著(p0.05)提高土壤有效态镉含量,促进东南景天对镉的吸收转运。在电场作用下,东南景天地上部镉含量提高26.6%~47.5%;在添加剂(猪粪堆肥、腐殖酸肥、EDTA)作用下,东南景天地上部镉含量分别提高22.9%~33.1%、14.3%~29.4%和6.1%~12.0%。双向切换电场方向能有效控制土壤pH的剧烈变化,施加直流电场对东南景天地上部生物量无显著影响。施加15 g kg-1猪粪堆肥和10 g kg-1腐殖酸肥显著提高东南景天地上部生物量,增幅分别为40.3%~43.7%和16.3%~18.2%,但是,添加5 mmol kg-1EDTA却显著抑制东南景天的生长,东南景天地上部生物量减少7.3%~7.5%。综合东南景天地上部镉含量和生物量,在猪粪堆肥―交换直流电场和腐殖酸肥―交换直流电场的联合作用下,东南景天地上部镉积累量分别提高了135%和100%,因此,猪粪堆肥和腐殖酸肥联合交换直流电场可显著促进东南景天对镉的吸收积累,提高东南景天修复镉污染土壤的效率。     

Bioavailability and Accumulation of Cadmium and Zinc by Sedum plumbizincicola after Liming of an Agricultural Soil Subjected to Acid Mine Drainage

A glasshouse pot experiment was conducted to study the effects of liming on plant growth and zinc (Zn) and cadmium (Cd) accumulation by Sedum plumbizincicola in a heavy-metal-contaminated acidified paddy soil. Lime application significantly increased the soil pH, which reached a maximum of 5.53 after addition of 4.0 g kg^?1 lime to soil, about 1.4 units more than that of the control. Sedum plumbizincicola grew larger after lime application but aboveground biomass did not increase significantly with increasing soil pH. Liming significantly reduced shoot Zn and Cd concentrations and uptake except at the lowest lime application rate (0.5 g kg^?1 lime to soil). This indicates that S. plumbizincicola can grow well in acidic soil at a soil pH of 4.15, and application of lime did not increase plant heavy-metal extraction. Consequently, it is promising to use this plant for Cd and Zn phytoextraction from agricultural soils polluted with acid and metals.