续断菊与玉米间作的铅累积及根系低分子量有机酸分泌特征研究

为探明间作作物根系分泌低分子量有机酸对土壤重金属生物有效性的影响,采用矿区周边农田土壤进行室内盆栽试验,研究了云南本土超累积植物续断菊(Sonchus asper L. Hill)和玉米(Zea mays L.)间作下,植物生长、根系低分子量有机酸分泌量、根际土壤Pb提取形态以及植物Pb积累特点。结果表明:与单作相比,间作续断菊地上部和根部生物量、根长、根内径和根系体积均显著增加(P0.05);间作玉米根部生物量、根长、根内径和根系体积显著增加(P0.05)。柠檬酸、草酸是续断菊和玉米根系分泌的主要低分子量有机酸,间作导致续断菊根系低分子量有机酸的分泌量增加,玉米根系低分子量有机酸的分泌量降低。续断菊根际土壤生物有效态Pb含量增加85.2%(P0.05),而玉米根际土壤生物有效态Pb含量降低26.1%(P0.05)。续断菊体内Pb含量显著增加18.0%～43.2%(P0.05),富集系数提高26.0%,而转运系数降低42.0%;玉米地上部Pb含量显著降低24.3%(P0.05),转运系数降低43.1%。续断菊根系分泌的柠檬酸和草酸数量,均与土壤生物有效态Pb含量呈显著正相关,且土壤有效态Pb含量分别与续断菊地上部和根部的Pb含量呈显著正相关。表明间作增加了续断菊对Pb的吸收积累量,与间作体系植物根系分泌的低分子有机酸介导下的土壤有效态Pb含量增加密切相关。     

八宝景天–柑橘间作降低柑橘根际土壤镉含量以减少对镉的吸收

  【目的】  超富集植物与经济作物间作是实现重金属污染农田边生产边修复的有效措施。为此,研究八宝景天 (Hylotelephium spectabile) 和柑橘间作对柑橘重金属吸收累积的影响,为柑橘生产提供安全、经济有效的栽培措施。  【方法】  以早熟和晚熟柑橘、八宝景天为试材进行盆栽试验,以全Cd含量为0.92 mg/kg的污染土壤和0.06 mg/kg的清洁土壤为供试土壤。分别设置早熟和晚熟柑橘单作、八宝景天单作、早熟和晚熟柑橘–八宝景天间作和柑橘–八宝景天限制性间作,共7个处理,限制性间作采用半透膜根际袋将八宝景天和柑橘根系分开。在植株生长74天 (7月) 和218天 (12月)时采样,调查植株生物量和Cd含量,分别测定根际土壤全Cd和有效态Cd含量。  【结果】  与柑橘单作相比,与八宝景天间作柑橘的叶片Cd含量降低了26.7%,与清洁土壤种植的柑橘叶片Cd含量 (0.011 mg/kg) 相近。间作条件下,柑橘根际土壤中全Cd含量由0.92 mg/kg降低至0.75 mg/kg,有效态Cd含量由单作处理的0.82 mg/kg降低至0.78 mg/kg,低于柑橘单作处理;柑橘–八宝景天间作柑橘根际土壤中全Cd的减少量是柑橘–八宝景天限制性间作柑橘根际土壤全Cd减少量 (6.52%) 的2.83倍。柑橘–八宝景天间作中八宝景天对土壤Cd的年提取量、年去除率分别达1.40 mg/pot、3.34%,与其单作 (1.50 mg/pot、3.73%) 相比,去除效率降低了10.6%,其主要原因是间作降低了八宝景天的生物量。  【结论】  尽管柑橘–八宝景天间作影响八宝景天对镉的去除效率,但显著降低了柑橘根际全Cd和有效态Cd含量,进而将柑橘叶片Cd含量降低到与清洁土壤下近似的水平,实现了边修复边安全生产的目标,因此,柑橘–八宝景天间作可作为中低度Cd污染农田土壤修复的重要生物措施。     

油葵和苦荬菜根际土壤中镉和锌的活化机制及修复潜力比较

  目的  研究油葵和苦荬菜根际土壤固、液相对镉（Cd）和锌（Zn）的活化机制,比较两种植物在轻、中度复合污染农田的修复潜力。  方法  通过大田试验种油葵和苦荬菜,测定成熟期土壤的pH值、有机酸、重金属总量及其生物有效性;测定土壤溶液中的溶解性有机质（DOM）、主要离子、水溶态重金属及其形态分布;测定植物各部位中重金属的浓度及形态,通过计算重金属在植物中的富集系数（BCF）和转运系数（TF）,比较两种植物对土壤重金属污染的修复潜力。  结果  油葵和苦荬菜根系分泌的低分子有机酸均使根际土壤pH值下降明显,显著低于非根际土壤（P < 0.05）;苦荬菜根际土中低分子有机酸及DOM的浓度显著高于油葵根际土（P < 0.05）。两种植物根际土壤溶液中的Cd以离子态和DOM结合态为主,Zn以离子态为主;两种植物根际土壤中有效态的Cd差异不显著,油葵根际有效态Zn显著高于苦荬菜;两种植物根际土壤的Zn和Cd有效态与土壤溶液中Cd-DOM和Zn-DOM呈显著相关。苦荬菜根对重金属的富集能力较强,但油葵地上部分能吸收转运更多的Cd和Zn,并在叶中以毒性较低的不溶性磷酸盐结合态和草酸结合态富集。  结论  两种植物根际分泌的有机酸可以增加根际土壤中的Cd-DOM和Zn-DOM的浓度,提高土壤中的Cd和Zn的有效性,苦荬菜根际对重金属有较强的活化能力,但油葵地上部分对Cd和Zn的吸收转运能力更强。两种植物都具有较强的土壤重金属修复潜力,但从经济角度出发,油葵更适合现阶段我国农田重金属污染的修复。     

南京栖霞重金属污染区植物富集重金属效应及其根际微生物特性分析

以南京栖霞重金属污染区5种植物及其根际土壤为研究对象,对植物富集重金属特征以及重金属含量与根际土壤细菌数量、土壤酶活性等的相关性进行了调查分析。结果发现,植物根际重金属污染物以Zn和Cd为主;重金属污染地区的植物有较强的吸收重金属能力,龙葵和茼草具备了超积累植物的基本特征;植物根际细菌和Pb抗性细菌的数量达到了107CFU g-1土;根际土壤酶活性未受到重金属的毒害或受到的毒害很小;植物体中重金属含量与土壤重金属含量及其存在状态、土壤酶、土壤重金属抗性细菌有显著的正相关性。根际土壤细菌尤其是具有重金属抗性的活性细菌可能会促进土壤重金属的活化,由此促进植物体对重金属的吸收和转运。     

铅胁迫下小花南芥与玉米间作对根系分泌物 有机酸的影响

为了揭示Pb胁迫对间作和单作的超累积植物和作物根系分泌低分子有机酸的影响,研究设置400 mg·L?1Pb胁迫,采用水培曝气法试验,以玉米和小花南芥单作为对照处理,研究Pb胁迫下玉米和小花南芥间作对植物根系形态、根系分泌有机酸及Pb吸收的影响。结果表明:与单作相比,间作小花南芥情况下,玉米根系分泌物检测到乳酸;玉米分根条数、根表面积和根密度与单作相比分别增加60%、15%和42%,地下部和地上部干重生物量分别增加108%和75%,玉米地下部Pb含量下降44%;与单作相比,间作玉米条件下,小花南芥根系分泌物检测到乙酸和乳酸,小花南芥根系分泌物量与单作相比增加103%~1 700%,小花南芥地下部和地上部Pb累积量分别比单作增加49%和75%,转运系数增加22%。相关分析结果表明,单作小花南芥只有地上部Pb累积量与草酸显著相关,而间作小花南芥地下部和地上部Pb累积量与草酸、柠檬酸和苹果酸显著相关。研究表明超富集植物小花南芥与玉米间作体系,根系分泌的有机酸改变了Pb在小花南芥和玉米体内的累积特征,促进超累积植物小花南芥累积Pb,减少农作物玉米植株体内Pb含量。Pb胁迫下超累积植物小花南芥与玉米间作是一种可行的修复模式。     

间作对不同品种玉米和大叶井口边草吸收积累重金属的影响

采用土壤盆栽试验,研究砷（As）超积累植物大叶井口边草（PteriscreticaL.）与玉米品种云瑞6号（ZeamaysL.Yunrui6）、云瑞8号（ZeamaysL.Yunrui8）、云瑞88号（ZeamaysL.Yunrui88）间作对其吸收积累重金属的影响。结果表明,不同玉米品种对大叶井口边草的生物量都有一定的抑制作用,均不同程度地降低了其生物量。与玉米间作显著提高了大叶井口边草地上部和根部对As、Cd的吸收,同时显著降低了地上部对Pb的吸收,而地下部对Pb的吸收却有明显增加,尤其以云瑞8号的间作效应最显著。与单作相比,间作能显著提高玉米各器官重金属含量,只有云瑞88号的茎中As含量明显降低,由单作的310.89mg.kg-1降低至间作的145.86mg.kg-1。研究初步表明,大叶井口边草与云瑞8号间作可提高修复As、Cd、Pb污染土壤的效率。     

豆科禾本科作物间作的根际生物过程研究进展

间作作为一种可持续发展的种植模式不仅具有产量和养分获取的优势,而且能够保证粮食安全、降低作物减产风险。在众多间作组合中,豆科禾本科作物间作由于种间促进及生态位互补作用,而在世界范围内被广泛应用。根际是作物-土壤-微生物相互作用的界面,是养分、水分及有害物质从土壤进入作物系统参与食物链物质循环的必经门户,在根际中所发生的生物过程不仅决定着养分的供应量和有效性,而且也影响着作物的生产力和养分利用效率。因此,本文从豆科禾本科间作的根际生物过程角度出发,综述了豆科禾本科间作对根系形态、根际微生物、根系分泌物及其生态效应的研究进展,为豆科禾本科间作体系在修复重金属污染土壤、提高土壤中养分有效性以及植物遗传改良等方面的应用提供理论依据。     

砷污染土壤的生物修复研究进展

土壤As污染已是全球性问题,我国也不例外,对As污染土壤的生物修复已是研究热点,但相关机理仍不完全清楚.本文综述了国内外微生物、蚯蚓、植物在As污染土壤中吸收转化As及其解As毒机理,以及微生物-植物复合系统修复As污染土壤方面实验室内研究情况.目前广泛认为植物修复土壤重金属/非金属污染较有应用前景,可限于甚至是使用超富集植物单一作用下仍有较多缺陷,如通过微生物技术及蚯蚓调节根际微生态,以利于植物在污染土壤中存活或/和吸收更多的As,将极具应用前景.     

铅污染土壤的植物修复研究进展

利用植物修复技术对土壤重金属污染进行治理是目前国内外有关学者研究的热点和难点问题。本文系统地阐述了重金属Pb污染土壤的植物修复,从Pb超富集植物、植物吸收累积Pb的机制和影响因素以及螯合剂在Pb污染土壤植物修复中的作用等几方面介绍了国内外的有关研究现状及其发展趋势。     

六种乡土树种重金属富集特性试验研究

有针对性地选取广东地区常见的六种绿化乡土树种进行重金属富集特性试验研究。在轻度污染的Cd-Pb-Cu土壤上,六种植物生物量均未显著下降。植物重金属富集系数与土壤重金属质量分数相关,与植株生物量没有显著相关关系。香樟、小叶榕、构树、人面子的根部Cd的富集系数大于1,石斑木地上部及根部Cd的富集系数均大于1;香樟、小叶榕、构树的根部Pb的富集系数大于1;小叶榕的根部Cu的富集系数大于1。六种植物对重金属均有不同程度的富集能力,且表现为根部富集能力大于地上部,并非超富集植物。抗逆性强、根系发达、生物量大的乡土树种可作为修复城市低Cd-Pb-Cu复合污染场地的园林植物。     

重金属污染农田安全利用:进展与展望

我国耕地土壤污染面积广,污染情况复杂,农产品重金属超标问题已经关系到国计民生。常用的物理化学修复方法成本高,不适用于大面积的中低污染农田。植物提取修复方法成本低,环境友好,但修复时间长,推广困难。总的来讲,基于重金属移除的诸技术在解决农田重金属污染方面还没有太大优势。相较而言,农田安全利用在不移除或缓慢移除土壤重金属的条件下,以生产安全农产品为目标,具有更加坚实的现实意义和推广价值。种植低吸收农作物是安全利用的重要措施,基因工程手段在低吸收农作物品种筛选中具有巨大的潜力,但其可能带来的生态环境风险使得这些通过基因工程得到的低吸收作物的田间种植面临着巨大挑战。土壤添加剂可以改变土壤重金属形态,降低重金属的生物有效性,但会对土壤质量产生影响。微生物尤其是土著微生物的利用越发受到关注,改变微生物的生存环境与基因工程手段能够强化微生物的钝化效果。施肥、水分管理、间作等农艺措施也能改变土壤重金属的形态,抑制作物对重金属的吸收。未来以加强推广为目的,多种技术手段的联合应用是重金属污染农田安全利用的重要发展方向,其中以生物技术为核心的利用模式具有十分重要的意义。     

农田土壤重金属污染现状与安全利用技术研究进展①

重金属污染农田直接影响粮食安全和农业可持续发展。安全利用技术主要通过降低土壤中重金属的生物有效性,减少重金属进入食物链的可能性,对我国现阶段有效地利用重金属污染农田资源和保障食品安全具有重要意义。因此,本文首先分析了农田土壤重金属污染成因与现状,然后综述了低累积作物品种筛选、水肥管理、间作或轮作等农艺调控,原位钝化和叶面阻控等安全利用技术研究进展,最后提出了强化重金属污染农田土壤安全利用研究及应用的对策。     

植物提取影响因素研究进展

Hyperaccumulators concentrate trace metals and heavy metals in their shoots when grown in metal-contaminated soils and these trace metal-loaded plants may be removed by harvesting the fields. Studies exploring the beneficial role of these hyperaccumulators to clean up the environment have led to the development of phytoextraction. The success of phytoextraction depends upon the high biomass of plant species and bioavailability of metals for plant uptake. The phytoavailability of metals is influenced by soil-associated factors, such as pH, redox potential, cation exchange capacity, soil type, and soil texture, and by plant-associated factors, such as root exudates and root rhizosphere processes (microorganisms). Efficiency of phytoextraction can be improved by advanced agronomic practices including soil and crop management by application of genetic engineering to enhance the metal tolerance, shoot translocation, accumulation, and sequestration and by application of chelate treatments to enhance metal bioavailability. Application of microorganisms including bacteria and mycorrhiza may facilitate the phytoextraction application at commercially large scale.     

植物提取影响因素研究进展（英文）

Hyperaccumulators concentrate trace metals and heavy metals in their shoots when grown in metal-contaminated soils and these trace metal-loaded plants may be removed by harvesting the fields.Studies exploring the beneficial role of these hyperaccumulators to clean up the environment have led to the development of phytoextraction.The success of phytoextraction depends upon the high biomass of plant species and bioavailability of metals for plant uptake.The phytoavailability of metals is influenced by soilassociated factors,such as pH,redox potential,cation exchange capacity,soil type,and soil texture,and by plant-associated factors,such as root exudates and root rhizosphere processes(microorganisms).Efficiency of phytoextraction can be improved by advanced agronomic practices including soil and crop management by application of genetic engineering to enhance the metal tolerance,shoot translocation,accumulation,and sequestration and by application of chelate treatments to enhance metal bioavailability.Application of microorganisms including bacteria and mycorrhiza may facilitate the phytoextraction application at commercially large scale.     

利用粘粒矿物修复重金属污染农业土壤研究进展

Heavy metal contamination of agricultural soils poses risks and hazards to humans.The remediation of heavy metal-polluted soils has become a hot topic in environmental science and engineering.In this review,the application of clay minerals for the remediation of heavy metal-polluted agricultural soils is summarized,in terms of their remediation effects and mechanisms,influencing factors,and future focus.Typical clay minerals,natural sepiolite,palygorskite,and bentonite,have been widely utilized for the in-situ immobilization of heavy metals in soils,especially Cd-polluted paddy soils and wastewater-irrigated farmland soils.Clay minerals are able to increase soil pH,decrease the chemical-extractable fractions and bioavailability of heavy metals in soils,and reduce the heavy metal contents in edible parts of plants.The immobilization effects have been confirmed in field-scale demonstrations and pot trials.Clay minerals can improve the environmental quality of soils and alleviate the hazards of heavy metals to plants.As main factors affecting the immobilization effects,the pH and water condition of soils have drawn academic attention.The remediation mechanisms mainly include liming,precipitation,and sorption effects.However,the molecular mechanisms of microscopic immobilization are unclear.Future studies should focus on the long-term stability and improvement of clay minerals in order to obtain a better remediation effect.     

蚯蚓在植物修复重金属污染土壤中的应用前景

重金属污染土壤的植物修复技术是绿色生物技术,该技术的应用受制于两个主要因素:超积累植物生物量小和土壤中重金属有效性低。本文在收集大量资料基础上,论述了蚯蚓与重金属的相互关系:重金属对蚯蚓的毒理效应和蚯蚓对重金属的忍耐力。根据在重金属污染土壤中,蚯蚓活动能提高植物生物量和土壤中的重金属的生物有效性,论证了在重金属污染土壤植物修复技术中引入蚯蚓的可行性,并指出引入蚯蚓的植物修复技术当前的研究热点及今后的研究方向。     

Phytoremediation Technology: Hyper-accumulation Metals in Plants

This paper reviews key aspects of phytoremediation technology and the biological mechanisms underlying phytoremediation. Current knowledge regarding the application of phytoremediation in alleviating heavy metal toxicity is summarized highlighting the relative merits of different options. The results reveal a cutting edge application of emerging strategies and technologies to problems of heavy metals in soil. Progress in phytoremediation is hindered by a lack of understanding of complex interactions in the rhizosphere and plant based interactions which allow metal translocation and accumulation in plants. The evolution of physiological and molecular mechanisms of phytoremediation, together with recently-developed biological and engineering strategies, has helped to improve the performance of both heavy metal phytoextraction and phytostabilization. The results reveal that phytoremediation includes a variety of remediation techniques which include many treatment strategies leading to contaminant degradation, removal (through accumulation or dissipation), or immobilization. For each of these processes, we review what is known for metal pollutants, gaps in knowledge, and the practical implications for phytoremediation strategies.     

土壤重金属污染的植物修复与金属超富集植物及其遗传工程研究

本文综述了土壤重金属污染的植物修复、金属超富集植物及其遗传工程的最新研究进展及存在问题,并提出加紧筛选和发现野生高生物量的金属超富集植物,在现有高生物量作物种质资源中筛选金属超富集作物,应用遗传工程技术把野生植物的超富集基因转移到现有高生物量植物(作物)中,寻找综合、可持续的植物修复手段等对策。