华中地区水旱轮作酸性土磷、铁形态转化及机理

为探讨华中地区水旱轮作体系酸性土壤磷与铁的形态转化以及磷生物有效性变化,本研究于2018年和2019年水稻收获后采集该区域典型酸性红壤（低磷铁比）和黄棕壤（高磷铁比）,采用张守敬-杰克逊无机磷分级方法和梯度扩散薄膜（DGT）技术,对干湿交替培养样品磷形态、生物有效性磷（DGT-P）与铁（DGT-Fe）、Fe（Ⅱ）及无定形氧化铁（Fe_ox）等进行定量分析。结果表明：淹水过程中黄棕壤和红壤pH逐渐升高趋于中性;二者氧化还原电势（Eh）在淹水期间降低,土壤环境呈明显的还原条件。淹水过程黄棕壤和红壤中Fe²⁺与Fe_ox均增加,干燥后均明显降低。黄棕壤与红壤磷形态以铁结合态磷（Fe-P）与闭蓄态磷（Oc-P）为主,干湿交替过程中黄棕壤Oc-P向Fe-P转化,红壤Fe-P向Oc-P转化。在水-土界面以下120 mm土壤垂直剖面内,黄棕壤DGT-P和DGT-Fe释放水平先增加后减少;红壤DGT-Fe增加,DGT-P减少,黄棕壤P和Fe的同步释放相关性更显著。研究表明,干湿交替条件下酸性土壤磷形态主要是Fe-P与Oc-P之间转化,低P/Fe红壤以磷闭蓄化为主,高P/Fe黄棕壤Fe-P增加,以铁吸附磷为主;淹水导致DGT-P含量增加,生物有效性增加;干燥过程磷闭蓄化加深,但磷有效性并无明显降低,这与土壤磷水平有关。     

Potential for the alleviation of arsenic toxicity in paddy rice using amorphous iron-(hydr)oxide amendments

Abstract

A pot culture experiment was conducted to investigate the effects of amorphous iron-(hydr)oxide (Am-FeOH) amendments on arsenic (As) availability and its uptake by rice (Oryza sativa L. cv. BR28) irrigated with As-contaminated water. A rhizobag system was established using 3.5 L plastic pots, each containing one central compartment for plant growth, a middle compartment and an outside compartment. Three levels of laboratory-synthesized Am-FeOH (0, 0.1 and 0.5% w/w) were used to amend samples of the As-free sandy loam paddy soil placed into each compartment of the rhizobag system. The soils were submerged with a solution containing 5 mg L^?1 As(V). Two-week-old rice seedlings were planted in the central compartments and cultured for 9 weeks under greenhouse conditions. The addition of 0.1% Am-FeOH to the soil irrigated with As-contaminated water improved plant growth, reduced the As concentration in the plants and enhanced Fe-plaque formation on the root surfaces. Analysis of soil solution samples collected during the experiment revealed higher pH levels and lower redox potentials in the soils amended with Am-FeOH at the onset of soil submergence, but later the soil solution collected from the 0.1% Am-FeOH treatment was slightly acidic and more oxidized than the solution from the 0% treatment. This indicated active functioning of the roots in the soil treated with 0.1% Am-FeOH. The concentrations of As(III) in the soil solution collected from the central compartment were significantly reduced by the Am-FeOH amendments, whereas in the soil treated with 0% Fe, As(III) accumulated in the rhizosphere, particularly during the late-cultivation period. The improvement in plant growth and reduction in As uptake by plants growing in the Am-FeOH treated soil could be attributed to the reduction of available As in the soil solution, mainly as a result of the binding of As to the Fe-plaque on the root surfaces.     

两种典型炭材料对微生物还原含砷水铁矿的影响及其机制研究

研究了活性炭和生物炭对Shewanella oneidensis MR-1还原含砷水铁矿过程的影响,并探究了这一过程中砷的释放、转化及其在次生矿物中的分布。研究结果表明:在培养初期活性炭和生物炭抑制了含砷水铁矿中铁的微生物还原过程,可能的原因是活性炭和生物炭抑制了菌的生长,荧光染色结果证实了这一过程;在培养中期,微生物逐渐适应培养环境,并使铁还原持续进行,培养结束时活性炭和生物炭显著增加了含砷水铁矿中铁还原的比例。培养基中的磷酸根通过置换作用使水铁矿中的部分砷释放至溶液,而微生物还原含砷水铁矿过程中,活性炭和生物炭抑制了溶液中砷的去除。此外,微生物还原含砷铁矿过程中,依次生成了蓝铁矿和菱铁矿两种次生矿物。SEM-EDX结果表明,在两种次生矿物中,砷主要被蓝铁矿固定。该结果有助于我们从氧化还原的角度评估活性炭和生物炭在农业环境应用过程中的环境效应。     

水稻根际促生菌的筛选鉴定及促生能力分析

植物根际促生菌（Plant growth-promoting rhizobacteria,PGPR）可分泌植物生长激素,促进土壤养分循环,是生物肥料重要的种质资源。本文从水稻根际土壤分离纯化根际促生菌,进行菌株鉴定,测定其促生能力。经过16S rDNA测序比对,筛选得到解磷菌4株（Bacillus pumilus LZP02,Bacillus aryabhattai LZP08,Staphylococcus epidermidis LZP10,Bacillus ginsengisoli LZP05）,溶磷菌3株（Bacillus megaterium LZP03,Bacillus oryzaecorticis LZP04,Bacillus ginsengisoli LZP07）,解钾菌3株（Bacillus aryabhattai LZP01,Bacillus subtilis LZP06,Bacillus licheniformis LZP09）。养分转化能力测试结果表明,Bacillus aryabhattai LZP01和Bacillus subtilis LZP06解钾能力较好;Bacillus pumilus LZP02和Bacillus huizhouensis LZP05解磷能力较强;Bacillus megaterium LZP03和Bacillusginsengisoli LZP07溶磷能力较好。对养分转化能力较强的菌株进行激素分泌能力测定,结果表明6种菌株均能产生生长素、赤霉素,均具有合成铁载体的能力。综合分析菌株养分转化与激素分泌能力发现,Bacillus megaterium LZP03、Bacillus huizhouensis LZP05和Bacillus subtilis LZP06促生能力较强,具有较强的开发利用潜力。研究成果为水稻微生物肥料的开发与生产提供了理论和技术支持。     

硫酸亚铁诱导根表铁膜形成对水稻吸收和转运铜锌的影响

通过水培条件下添加硫酸亚铁诱导水稻根表铁膜的形成,利用连二亚硫酸钠-柠檬酸钠-碳酸氢钠(DCB)溶液对根表铁膜进行提取后测定,采用扫描电镜-能谱仪(SEM-EDS)和X射线衍射仪(XRD)等手段对硫酸亚铁诱导产生的根表铁膜进行表征,并分析根表铁膜对水稻吸收铜锌的影响。结果表明,添加硫酸亚铁可以诱导根表铁膜在水稻根系表面产生,未处理的水稻根表Fe含量为731 mg·kg~(-1),80 mg·kg~(-1) Fe~(2+)处理下水稻根表Fe含量为53 562 mg·kg~(-1);SEM-EDS和XRD分析发现大量颗粒状含铁化合物附着于水稻根表。与未经硫酸亚铁处理相比,有根表铁膜水稻的铁膜中,其Cu含量最高增加73.16%,Zn含量最高增加112.10%;水稻根系Cu含量最高降低31.15%,Zn含量最高降低13.02%;水稻茎叶Cu含量最高降低19.50%,Zn含量最高降低25.56%。土壤添加硫酸亚铁可以显著降低水稻对Cu和Zn的吸收与积累。     

土壤游离氧化铁高光谱特征与定量反演

【目的】建立基于可见-近红外光谱的土壤游离铁精确预测模型,简单、快速、经济地预测土壤游离铁,有助于研究土壤发生和分类。【方法】采集广西壮族自治区的铁铝土、富铁土、淋溶土和雏形土等82个旱地土壤剖面的B层土壤,进行室内土壤化学分析、光谱测定,分析不同光谱变换后的光谱反射率与土壤游离铁含量的相关性。基于特征波段利用偏最小二乘回归(PLSR)和逐步多元线性回归(SMLR)法建立土壤游离铁含量光谱预测模型,通过决定系数(R2)、均方根误差(RMSE)和相对预测偏差(PRD)确定最优模型。【结果】土壤光谱曲线分别在457、800和900 nm波段附近有明显的游离铁吸收和反射峰特征;土壤游离铁含量与原始光谱反射率呈负相关;原始光谱经过微分变换后,游离铁含量与光谱反射率相关性显著提高;基于400～580和760～1 300 nm特征波段和一阶微分光谱变换的SMLR模型预测精度最高,其验证集的R2和RPD分别为0.85和2.62,RMSE为8.41 g·kg~(-1)。【结论】将可见近红外光谱技术应用于土壤游离铁含量高效快速地预测具有良好的可行性。广西旱地土壤光谱反射率与土壤游离铁含量具有高度的相关性,应用逐步多元线性回归方法可以很好地建立土壤游离铁含量反演模型。     

有机硫影响稻田土壤甲基汞的产生

为了探讨有机硫化合物在无机汞甲基化过程中所起的作用,以泉州市某企业周边的汞污染稻田土壤为试验材料,以还原型谷胱甘肽为有机硫,采用室内土壤模拟试验的方法,研究了3个浓度(0、500、1 000 mg·kg~(-1))的有机硫施加对土壤中汞甲基化及甲基汞生物有效性的影响。结果表明:和对照组相比,谷胱甘肽添加显著提高了土壤中铁、锰的溶出以及土壤中可溶性碳的含量。此外,谷胱甘肽施用也显著提高了土壤中甲基汞的产生和甲基汞的溶出,对土壤固相中甲基汞的增加率为87.36%～212.48%,对土壤溶液中甲基汞的增加率为4 380.00%～5 890.30%。相关性分析和逐步回归模型表明,土壤中可溶性铁的含量是影响汞甲基化和甲基汞生物有效性的关键因子。研究表明,有机硫促进了汞甲基化,有机硫化合物影响汞甲基化过程不只是有机硫和汞的络合作用,土壤中铁、锰氧化物所起的作用也不容忽视。     

水稻根表铁膜对磷的富集作用及其与水稻磷吸收的关系

采用溶液培养方法,使铁毒耐性不同的两个基因型水稻根表分别形成有铁膜和无铁膜的根系,研究水稻根表铁膜对磷的富集作用及其与水稻磷吸收的关系。不同基因型水稻根表形成的铁膜厚度存在显著差异,对介质中磷的富集能力也有显著差异。根表形成的铁膜越厚,对介质中磷的富集作用也越大,即根表铁膜数量与铁膜对磷的富集量呈显著正相关。铁膜对磷的富集作用是一个化学过程,吸附可在0.5~1.0 h内达到饱和。根表铁膜明显促进水稻对磷的吸收,表明在淹水降低土壤磷有效性时,水稻根表铁膜富集的磷可作为磷库,保证水稻能正常吸收利用磷。     

尼罗罗非鱼铁调素调节蛋白在宿主抵御病原菌侵染和调节铁稳态中的功能

为了研究铁调素调节蛋白(hemojuvelin,HJV)在硬骨鱼中抵御病原菌感染和维持自身铁稳态过程中的作用,实验扩增了尼罗罗非鱼铁调素调节蛋白基因(Onhjv)的开放阅读框(ORF),分析其在健康尼罗罗非鱼各组织中的分布模式及在抵御病原菌感染和调节铁稳态中的相关作用。结果显示,Onhjv的ORF全长由1 248个碱基组成,编码415个氨基酸,在不同物种之间具有一定的保守性。实时荧光定量PCR(qRT-PCR)结果显示,Onhjv在尼罗罗非鱼各组织中广泛分布,并在肝脏中的表达量最高。在无乳链球菌或嗜水气单胞菌感染后,Onhjv在肝脏、脾脏、肠和鳃中的表达量均显著上调。体外头肾单核/巨噬细胞和肝细胞中Onhjv表达量在受到这2种病原菌应激下也显著上调。此外,在1和10μmol/L FeCl_3溶液刺激后,Onhjv表达量在肝脏、脾脏、肠和鳃等组织,以及头肾单核/巨噬细胞和肝细胞中的表达量也呈显著上调。受重组罗非鱼IL-6蛋白[(r)OnIL-6]刺激后,头肾单核/巨噬细胞中Onhjv表达量显著上调,表明炎症因子可以促进Onhjv表达。研究表明,尼罗罗非鱼铁调素调节蛋白在宿主抵御病原菌感染和维持铁稳态的过程中发挥作用。本实验为探究HJV在硬骨鱼中的生物学功能提供了参考,同时为进一步研究铁代谢在宿主防御病原菌感染过程中的重要作用提供理论指导。     

电麻醉对西伯利亚鲟幼鱼行为特性与血清离子浓度的影响

研究了不同强度电麻醉对西伯利亚鲟幼鱼行为特性与血清离子浓度的影响。西伯利亚鲟电麻醉阶段包括部分失去平衡期、完全失去平衡期、完全麻醉期和鳃动停止期等4个时期。电麻醉时西伯利亚鲟呈现趋阳性;随着电压升高,到达各麻醉阶段时间与恢复时间逐渐缩短。西伯利亚鲟到达完全麻醉期时间在15 V、20 V、25 V、35 V组间均有显著差异,在30 V与35 V时分别仅为97.0 s和68.8 s,而恢复时间为0 s。各试验组西伯利亚鲟在电麻醉时鳃动频率均增加,而恢复阶段均降低。电麻醉对西伯利亚鲟摄食与活动状态均无显著影响。随着电压升高,钾离子与镁离子浓度先下降后上升,钙离子则先上升后下降。钠离子与氯离子浓度变化较大,均是15 V组时浓度最低,20 V时浓度最高。磷离子浓度呈现增高趋势。pH值在麻醉后降低,对照组与其余各组均有显著性差异。因此西伯利亚鲟幼鱼适宜电麻醉强度为25~30 V,电麻醉是种较好的麻醉方法,具有广泛的应用前景。