不同种群蜈蚣草中砷形态的X射线吸收光谱研究

研究选择了分布于我国安徽、重庆、湖南、台湾、福建、广西、广东等7个省、市、自治区中10个不同地理区域的13个蜈蚣草种群,通过同步辐射X射线吸收光谱研究不同种群蜈蚣草中的砷形态差异,为揭示其富集机理奠定基础。蜈蚣草根部的砷主要以与O结合的方式存在,各种群的蜈蚣草根部还存在As—S配位的砷,但含量较少。蜈蚣草根部中的砷以As（Ⅴ）为主,As（Ⅴ）的比例为59.6%±0.6%～83.8%±3.8%。不同种群的根部砷形态具有较大差异,HN5种群具有明显高于其他种群的As（Ⅲ）比例,FJ种群具有明显低于其他种群的As（Ⅲ）比例,而来自湖南和广西的几种种群具有较高的As-GSH比例。As（Ⅴ）比例由低到高的顺序为：HN5HN3〉HN1〉TW〉CQ〉AH〉FJ〉HN5〉HN2〉GX2〉GX3〉HN4〉GX1。对蜈蚣草中砷形态的种群差异揭示有利于对蜈蚣草砷富集能力的种群差异来源机制进行深入研究。

蜈蚣草孢子囊元素组成的X射线光谱分析

砷超富集植物蜈蚣草具有超强的砷吸收和富集能力,生物量大,被认为是修复砷污染土壤的理想植物材料。基于砷超富集植物蜈蚣草的植物修复技术已经推广应用到了我国20多个污染区的土壤修复实践中。目前所报道的所有蜈蚣草均具有砷超富集能力,并且该特性能够得到稳定遗传。蜈蚣草是如何通过仅仅几十个微米的孢子将这种砷超富集能力传递给下一代?与其他微区分析手段相比,基于同步辐射X射线的荧光光谱和吸收光谱分析灵敏度高、操作简便,近年来被广泛应用到超富集植物的研究中,它也使得研究几十个微米的孢子中砷及其他元素的分布成为可能。为了揭示砷超富集植物蜈蚣草孢子的化学元素组成,该研究采用同步辐射X射线荧光探针分析技术首次揭示了蜈蚣草的生殖细胞——孢子中砷、铜、锌等微量元素的浓度分布,以及钾、钙等大量元素的浓度分布;并将砷的分布趋势与大量营养元素钾、钙、铁、硫,以及微量元素铜、锌的分布趋势进行对比。蜈蚣草的微区元素分布研究表明,孢子囊中砷和钙、砷和硫的分布特征具有相似性,砷和硫、钙更有可能同时聚集在孢子中。这表明,在孢子产生和萌发过程中,砷、硫和钙可能发挥着重要作用。为了揭示变价元素砷在孢子中的存在形式,采用同步辐射X射线吸收光谱首次揭示了蜈蚣草孢子中砷的微区形态,结果表明,蜈蚣草孢子中砷的存在形态与羽叶一致,以低价态的AsⅢ为主。AsⅢ是活性和毒性都相对较强的一种砷存在形式。这表明蜈蚣草孢子对于高毒性高活性的三价砷具有较强耐性。通过采用高分辨率低检测限的X射线荧光探针和X射线吸收光谱技术,揭示砷超富集植物蜈蚣草孢子中砷的分布和存在形式,研究结果为了解蜈蚣草砷富集能力的遗传特性提供基础信息。

湿地植物通气组织和渗氧对其重金属吸收和耐性研究进展

湿地植物具有强大的通气组织和根部渗氧能力特征,使得其根际微环境处于氧化状态从而适应湿地土壤浸水的环境。近年来,湿地植物通气组织和渗氧在重金属吸收和耐性研究方面已引起了人们的关注,并对此进行了相关的研究。本文分别对湿地植物通气组织和渗氧特征,通气组织和渗氧对重金属吸收和耐性影响、对根际微环境影响等方面的研究进展和存在问题进行了综述,并提出了该领域未来可能的研究方向。认为针对从通气组织和渗氧角度出发研究湿地植物重金属耐性机理,应重点对湿地植物根际重金属的环境化学行为展开深入研究,在研究方法和手段上应注重新技术的开发与应用。

赤泥条件下水稻根际铁膜形成及镉吸收机理研究

为揭示赤泥条件下水稻（Oryza sativa L.）根表和根际铁膜形成及铁膜中重金属（Fe、Mn 和Cd）分布与水稻镉（Cd）吸收的潜在关系,本文采用盆栽试验,即在2 和5 mg·kg^-1 两种镉浓度条件下,试验设置0%、0.5%和1% 3 个梯度的赤泥施用量,利用根际袋法系统研究了赤泥对水稻（浙优12 号）根表和根际铁膜的形成及重金属（Fe、Mn、Cd）分布特征,探讨了赤泥条件下水稻根际效应对水稻Cd 吸收转运及生物量的影响.研究结果表明,赤泥显著增加了水稻的株高、根干重、秸秆干重和籽粒重;显著降低了供试水稻根部Cd 浓度、秸秆Cd 和籽粒Cd 的浓度,下降幅度分别为23.6%-40.2%,20.1%-48.8%和45.5%-103%;显著提高了水稻根表和根际铁膜中Fe、Mn 和Cd 的浓度（P 〈 0.05）,且随赤泥施用量的增加而增加.水稻根表铁膜中Fe、Mn 和Cd 浓度提高幅度分别为64.5%-107%、13.9%-43.7%和20.8%-69.9%;水稻根际铁膜中Fe、Mn 和Cd 提高幅度分别为93.8%-206%,20.1%-42.2%和17.3%-111%.与对照处理相比,添加赤泥土壤的pH 值提高程度均达到显著水平（P〈0.05）,DTPA 提取态镉含量分别降低17.9%-47.9%和26.3%-48.6%.水稻根表和根际铁膜中Cd浓度与水稻根Cd 浓度、秸秆Cd 浓度、籽粒Cd 浓度、根表和根际铁膜中的Fe 浓度和Mn 浓度呈显著正相关（P〈0.05）.结论：赤泥的添加促进了水稻的生长,且其富含铁氧化物的特性还可以促进水稻根表和根际铁膜的形成,通过铁膜中的Fe和Mn 对Cd 富集作用来减少水稻秸秆和籽粒对Cd 的吸收.因此,利用富含铁氧化物的赤泥作为钝化材料修复中低度Cd 污染稻田有望达到较好的修复和利用效果.

外源磷素对药用植物三七吸收砷的微区及形态分布特征影响

三七是中国特有的珍稀药用植物,其生长环境受地域、气候、土壤等条件的限制,仅云南省文山州三七产量高、品质好。但由于矿业开采、工业生产等因素使得土壤砷的背景值超标,逐渐威胁三七的正常生长及其产品质量。因此,如何降低三七砷污染是目前迫切需要解决的问题。磷与砷具有相似的结构和理化性质,利用磷与砷在土壤中的拮抗效应,达到控制土壤砷危害的效果。本研究利用同步辐射X射线荧光方法(SRXRF)和高效液相色谱-原子荧光联用技术(HPLC-HG-AFS)相结合对参试三七植株进行分析测定,从细胞微区组织层面揭示药用植物三七在外源磷素作用下吸收As和P的相对含量分布规律和三七植株各部位的砷形态及含量特征,以及各部位的生物转运系数及富集系数的变化。结果表明:磷和砷在三七主根部的相对含量荧光分析中保持分布规律一致的特性,说明三七根部吸收磷和砷的点位相同;添加外源磷素处理可以有效降低三七各部位三价砷和五价砷的含量,最大降幅达50%,同时可以降低根部对砷的吸收富集系数;试验中仅添加五价砷元素,但在三七植株各部位均检出三价砷,说明三七体内存在着砷还原机制;其中茎部的三价砷的含量均高于五价砷,推测茎是三七体内砷还原反应的主要场所。

砷胁迫下磷对三七砷的微区及亚细胞组织分布特征的影响

通过同步辐射X射线荧光分析(μ-SRXRF)和亚细胞组分分离技术相结合,从植株各部位微区及亚细胞组分层面揭示了药用植物三七在外源磷素作用下砷吸收累积的分布特征。结果表明:三七的根部和茎部是砷的主要富集部位,添加外源磷素可以有效降低三七根部、茎部和叶片的砷含量,降低幅度分别为47%、80%和33%;三七各部位的亚细胞组分砷的累积量不同,其中细胞液是砷的主要富集组分,具有一定的区隔化作用,但不能有效地减少砷对植物细胞新陈代谢的影响和毒害;外源磷素的加入可以显著降低三七不同部位亚细胞各组分中砷的累积量,其降低幅度由高到低依次为细胞液>细胞壁>细胞器,但分析表明,外源磷素的添加对三七各部位的亚细胞组分砷累积量占植株总砷累积量比例的影响不大。

湖南石门砷污染农田土壤修复工程

一、项目背景我国的土壤污染问题已不容忽视,因重金属造成的土壤污染对生态环境、农产品质量安全、人体健康构成严重威胁。2015年5月28日,国务院发布《土壤污染防治行动计划》,该《计划》提出以改善土壤环境质量为核心,以保障农产品质量和人居环境安全为出发点,坚持预防为主、保护优先、风险管控,突出重点区域、行业和污染物,实施分类别、分用途、分阶段治理。

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(1.50mg/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。

解钾菌及其释钾微观机制的研究进展

解钾菌主要通过黏附到矿物表面并释放酸性物质,将难溶性钾、磷和硅等营养元素释放出来进而供植物吸收利用。研究解钾菌释钾机制,对土壤肥力改善和绿色农业发展具有重要作用,并促使其成为国内外学者关注的热点问题。前人有关解钾机制(酸解、酶解、多糖络合溶解等)和室内或田间施用效果等宏观方面做了大量的研究和总结,然而,从微观尺度揭秘解钾菌和矿物间的生物物理相互作用机制很可能是剖析解钾过程黑匣子的关键和新思路。本文简要概述了解钾菌的种类和施用效果,重点剖析了单细胞水平上解钾菌在含钾矿物表面生物膜形成微观过程及影响因素,并详细介绍了研究解钾菌相关的前沿科学技术。

中国乐派构建视域下近代梅庵琴派海外传播研究

本文对历时性概念下的“中国乐派”进行了释义,并对梅庵琴派的海外传播进行研究,探讨其成功原因,并以此为鉴,对新时代“中国乐派”的建设提出了两点建议,继承传统,推陈出新;以及取长补短,需求突破。我们要牢记历史,要站在传统音乐文化的肩膀上,汲取传统音乐文化的精髓,努力创建属于新时代“中国乐派”的辉煌。

复合污染土壤中水稻根际元素特性及效应研究

【目的】以广东大宝山重金属复合污染农田为生长介质,通过研究水稻不同部位生长量、金属含量、对金属的富集系数,及其与根际、非根际土金属含量、形态变化的相关关系,探讨根际效应可能对水稻体内金属积累转运以及生物量的影响。【方法】选取了广东大宝山稻田重金属复合污染(As、Pb、Fe、Cu、Zn)土壤及当地常见的20个水稻品种进行根际袋试验,即将根际袋内的土视为根际土,根际袋外的土视为非根际土,将供试水稻品种种植于根际袋土壤中60天后收获,测定水稻各部位的生长量、不同金属的含量,根际土和非根际土中各金属有效态的含量。【结果】Fe、Cu、Pb、Zn、As在根部的富集系数均大于其在茎叶的富集系数,各金属在茎叶和根部的富集能力排序分别为Zn>Cu>As≈Pb≈Fe和Fe>Zn>As>Cu>Pb。根际土和非根际土中各种金属有效态含量均为Fe>Cu>Pb>Zn>As。研究还发现,有效态Fe、Cu和Zn浓度对整株干重的影响显著,作用强弱顺序为Cu>Zn>Fe,对水稻生长影响作用显著的三种有效态金属Fe、Cu和Zn均为植物生长所必需的元素。供试土壤中有效态Cu浓度对水稻的生长所起的作用最强。根际土有效态Fe浓度对根系Fe的积累作用效果显著,有效态As浓度显著抑制了根系Fe的积累,且有效态As浓度的作用强于有效态Fe。【结论】根际土中有效态Fe对株高、根干重、茎叶干重和整株干重均起着抑制作用,有效态Cu对水稻生长起到了促进作用。根际土有效态As和非根际土有效态Zn对根部Fe的积累起到了抑制作用,根际土有效态Fe和非根际土有效态Cu则起到了促进作用。非根际土有效态Fe和有效态Zn对水稻根长的增加均起到了促进作用。

3种园林植物铜矿废弃地复垦应用初探

植物修复是解决矿区废弃地复垦问题的有效途径之一,铜矿废弃地含有高浓度铜,但铜超富集植物尤其是园林草本植物的种类非常有限,因此其复垦难度较大,急需挖掘能应用于铜矿废弃地的植物。本研究对夏佛塔雪轮(Silene schafta)、紫露草(Tradescantia reflexa)、中华山蓼(Oxyria sinensis)用于铜矿废弃地复垦的可行性进行试验探索。人工模拟铜矿废弃地土壤特征,采用控制变量法,根据三者的铜胁迫响应能力、富集能力、铜转运系数等数据进行对比分析。结果表明:在1000 mg/kg土壤铜浓度下,铜胁迫的耐性指数为:紫露草>中华山蓼>夏佛塔雪轮,表明紫露草和中华山蓼对铜胁迫耐性较强,而夏佛塔雪轮对铜胁迫较敏感;与地上部生物量相比,三者地下部生物量均对铜胁迫更为敏感,因此考核时应重点关注地下部分的生物量。根据三者的铜胁迫的耐性与富集特征,结合其观赏效果进行综合评分,最终得出其可行性依次为:紫露草>中华山蓼>夏佛塔雪轮。该研究结果将为铜矿废弃地的复垦再利用和园林植物景观构建提供参考。

某铅冶炼厂对周边土壤质量和人体健康的影响

为了解铅冶炼厂对周边土壤的污染程度和人体健康危害状况,对河南省某铅冶炼厂周边的土壤、村民血液和头发中的铅含量进行调查,探讨了铅冶炼厂卫生防护距离估算的合理性.结果表明,铅冶炼厂周边M村和Y村的儿童血铅含量全部超过国际铅中毒诊断标准,最高血铅含量为491μg.L-1,其轻度、中度和重度铅中毒率分别为52.5%、42.5%和5.0%;Y村的儿童发铅超标率达100%,最高值为156 mg.kg-1,儿童的发铅平均含量是成年人的2.9倍.同时,铅冶炼厂周边66.7%的农田表层土壤(0～20 cm)Pb含量超过土壤环境质量标准(GB 15618-1995)的二级标准(350 mg.kg-1,pH>7.5),最高值达1 687mg.kg-1,导致铅冶炼厂周边儿童的健康受到损害.因此,铅冶炼厂的卫生防护距离的科学估算及其周边重金属污染土壤的修复应引起重视.

铅胁迫对不同湿地植物耐性和吸收的影响

人工湿地系统中湿地植物种类的选取是影响其去除重金属效率的关键因素。通过水培试验研究了Pb胁迫(CK,10 mg·L^(-1),20 mg·L^(-1))对18种挺水湿地植物的耐性及吸收的影响。结果表明:Pb胁迫条件下,供试湿地植物根部对Pb的积累能力较强,Pb被根系吸收后大部分被固定于根部,只有少量被转运至地上部分;不同湿地植物对Pb的吸收差异显著(P<0.01);在20 mg·L^(-1)处理条件下,Pb地上部分最高浓度的植物是小婆婆纳,为8226 mg·kg^(-1),独穗飘拂草Pb浓度最低,为50 mg·kg^(-1);此外,不同湿地植物对Pb的耐性指数差异显著(P<0.01),Pb耐性较高的植物如水花生的Pb含量远高于毒性阈值,表明湿地植物除了通过根的排斥作用减少Pb向上转运的策略外,还可能通过体内存在相应的解毒机制来减少过量Pb带来的毒害。本研究结果为湿地植物修复重金属污染土壤提供了有力的科学依据。

土壤添加剂对蜈蚣草吸收转运铅、镉的影响

通过盆栽试验研究了磷酸二氢铵、柠檬酸与乙二胺四乙酸(EDTA)对蜈蚣草在Pb-Cd复合污染的2种北方典型土壤(潮土和潮褐土)中吸收转运Pb、Cd的影响。结果表明,EDTA显著提高了蜈蚣草体内Pb的浓度与积累量,其中羽叶的Pb浓度在潮土与潮褐土中分别为对照的33.9和5.97倍,积累量分别为对照的9.22与1.18倍。EDTA也显著提高了蜈蚣草体内Cd的浓度,其中羽叶Cd的浓度分别为对照的9.16和2.40倍;而对Cd的积累无促进作用。磷酸二氢铵与柠檬酸在2种土壤中对蜈蚣草吸收富集Pb、Cd均无促进作用。此外,磷酸二氢铵显著促进了蜈蚣草的生长;而EDTA显著降低了蜈蚣草的生物量。本研究可为蜈蚣草应用于北方Pb-Cd复合污染土壤修复和应用土壤添加剂来提高其修复效率提供理论依据。

黑土粮仓全域定制模式的理论基础与技术路径

东北黑土地是中国粮食生产的“压舱石”。不合理开发利用导致部分地区黑土地退化严重,影响局部区域粮食生产和经济社会发展。在全球范围内粮食供需矛盾加剧的背景下,亟需着眼于区域可持续发展战略全局,寻求系统性、科学性和经济性的解决方案。黑土粮仓全域定制模式以地理学综合思想为指导,系统诊断黑土地退化的关键问题与主导因素,构建多尺度联动、多要素耦合、多技术协同的黑土地保护共性与个性相结合的解决方案。该模式依托“星—空—地—网”立体监测系统,结合大数据与人工智能驱动的全域定制平台,构建3个不同尺度策略:(1)市域尺度实施“分区施策”,制定服务于黑土保护的农业资源优化配置方案和全域农业区划方案等;(2)村域尺度实施“依村定策”,制定不同类型村庄的黑土地保护利用模式;(3)地块尺度实施“一地一策”,提供黑土保护与种植管理等土壤修复和产量提升精准策略。在齐齐哈尔市开展“市域—村域—地块”多尺度的方案验证与集成示范,以破解黑土地保护与利用难题,形成可复制可推广的系统解决方案,为中国和全球黑土地农业的可持续发展提供示范样板。

基于空间自相关和概率论的土壤重金属异常值的识别方法

数据是开展土壤环境质量研究的基础,在实验过程中,由于系统误差和人为误差导致数据异常、降低数据质量,进而对污染评价、修复与管理决策等后续工作带来误判。目前对于此方面缺乏深入的研究和探讨。基于此,本研究提出一种甄别土壤重金属异常数据的方法,并以北京市土壤Cd含量数据为例,对该方法的有效性进行了验证。结果显示,北京市651个土壤Cd数据中有34个数据异常,对甄别出的异常数据进行化学复测,发现76.5%的Cd异常数据(26个)为系统误差和人为误差导致;20.6%的异常数据(7个)为客观存在的异常点。将原始数据修正后,插值预测精度得到了显著提高。Cd异常数据自身的平均相对误差下降44.56%,均方根误差降低33.33%;受异常值影响的邻近点平均相对误差下降20.59%,均方根误差降低17.33%。结果表明本方法可以有效识别出土壤重金属数据中的异常数据,在增加有限样本量和分析时间的前提下提高调查数据质量,为开展区域土壤调查,保障数据质量提供有效的工具。

盐胁迫下八宝景天不同生态型对土壤中Cd积累特征

采用Cd含量为2.22 mg·kg^(-1)的潮褐土开展盆栽试验,通过外源添加NaCl研究不同生态型八宝景天对Cd和盐分复合胁迫的生长响应以及Cd吸收积累的差异.结果表明,在Cd单一或与盐分复合胁迫下,八宝景天各生态型间地上部生物量和Cd含量均表现出显著差异,盐分胁迫进一步加剧了八宝景天的生长抑制,高盐胁迫下八宝景天各生态型地上部Cd含量总体呈下降趋势,这与盐分引起土壤pH显著升高导致Cd生物有效性降低有关.此外,不同生态型对盐分胁迫表现出的生长和Cd吸收响应有显著差异,LN生态型地上部生物量在各处理下均显著高于其他生态型,且在1%NaCl处理下生物量仍没有显著下降,耐性指数可达0.91.同时,其地上部Cd含量在不同处理下均显著高于其他生态型,其原因为LN生态型在Cd富集和解毒的生理机制方面更具优势,而这些同样是其耐盐性的重要生理机制.综上可知,尽管盐分胁迫减少了八宝景天地上部Cd富集量,但其不同生态型间差异显著,LN生态型在2%Na Cl处理下地上部Cd富集量仍可达84.4μg·plant^(-1),且较其他生态型显著提高48.4%~89.3%,因此,LN生态型八宝景天具有应用于修复盐渍化土壤Cd污染的潜力.

砷在药用植物三七根部组织及其亚细胞分布特征

采用同步辐射X射线荧光分析(SRXRF)与亚细胞分布研究相结合的方法,从细胞组织微区及亚细胞分布层面首次揭示了药用植物三七(Panax notoginseng)受砷(As)的毒害作用。研究结果表明,三七根部的As元素多集中在表皮组织中,且有向维管束运转的趋势;细胞液是As主要富集的亚细胞组分,用20 mg·L^(-1)As处理的三七细胞液中As含量约为不加As的200倍;分析三七主根亚细胞组分的As含量与营养液As浓度的曲线拟合方程,确定了营养液As浓度直接影响细胞液组分的As含量;各组分所占比例从大到小表现为:细胞液>细胞壁>细胞质,20 mg·L^(-1)As处理的细胞液中砷含量约占三组分总量的65.78%,达到最高比例,细胞壁和细胞器中则始终维持较低的砷浓度。

通过选种重金属低积累甘蔗品种实现污染农田的生态修复(英文)

为探索重金属中低污染农田的生态、安全利用难题,在广西环江典型的砷、铅复合污染农田上开展了低积累高耐性甘蔗品种的筛选。研究发现:不同甘蔗品种的产量差别较大,桂引9号的蔗茎产量和含糖量在所有7个参试品种中表现最好的,分别达到了每公顷187.5 t 和27 t,比桂糖00-122高出127.0%和86.0%。同时该甘蔗品种蔗汁中的砷、铅含量均低于国标《食品中污染物限量》所规定的限值。因此,在重金属中低污染农田上种植桂引9号能获得较大的蔗茎产量和安全的农产品。这一研究结果将促进华南地区大面积的重金属中低污染农田的生态、安全利用。