玉米套作蜈蚣草修复砷污染农田土壤的效应研究

为探明作物-超富集植物套作模式对修复砷污染土壤的效应,采用盆栽实验,探讨了玉米(Zea mays L.)与蜈蚣草(Pteris vittata L.)开放性套作、限制性套作和单作模式对植物生长及As吸收累积的影响。结果表明:和单作相比,开放性套作和限制性套作模式下蜈蚣草生物量显著提高,其地上部分别提高了55.7%和43.9%,但玉米生物量没有显著差异;三种处理间除根无显著差异外,玉米茎、叶和籽粒中As含量均呈单作>限制性套作≈开放性套作。和单作相比,开放性套作和限制性套作显著降低了玉米茎、叶、籽粒中As含量,茎中分别降低了35.2%和31.9%,叶片中分别降低了21.9%和18.6%,籽粒中分别降低了24.2%和12.1%;和单作相比,限制性套作对蜈蚣草根部砷含量影响不明显,但显著提高了蜈蚣草地上部砷含量,提高幅度达11.3%;开放性套作同时显著提高了蜈蚣草根和地上部砷含量,分别提高了32.4%和17.9%。开放性套作显著降低了玉米和蜈蚣草根际土有效态As含量,分别降低了9.3%和15.4%;限制性套作显著降低了玉米根际土有效态As含量,降低了9.1%,但对蜈蚣草有效态砷含量影响不显著。玉米与蜈蚣草套作抑制了玉米体内As的累积量,同时促进了蜈蚣草的生长及对土壤中砷的吸收累积。这为中轻度砷污染农田的安全利用提供了参考依据。

蜈蚣草-玉米套作模式对玉米砷胁迫的缓解效应

超富集植物与农作物套作修复重金属污染农田的效应尚需进一步探讨。作者课题组前期的研究结果表明蜈蚣草(Pterisvittata)-玉米(Zea mays)套作模式下玉米对砷的吸收显著减弱,为探明其生理作用机制,该研究采用土培试验,设置单作、限制性套作、开放性套作3种处理,及水培试验,设置玉米单作、蜈蚣草-玉米套作2个处理,探讨了套作模式对玉米生长、根际土壤As生物有效性、根系分泌有机酸及抗氧化酶活性等的影响。结果表明:限制性套作和开放性套作对玉米产量无显著影响,开放性套作下玉米总根长和总表面积显著降低16.25%和19.61%,而根系平均直径显著增加24.24%;玉米根际土壤有效态As含量分别显著降低9.1%和9.3%。与单作相比,套作模式下玉米根系的乙酸和草酸的分泌量分别显著增加844.68%和59.49%,且与根、茎、叶及籽粒As含量呈显著负相关;玉米SOD(Superoxide Dismutase)和CAT(Catalase)活性分别显著降低18.21%和44.67%,MDA(Malondialdehyde)含量显著降低21.51%。蜈蚣草-玉米套作模式改变了玉米根系形态,促进玉米根系有机酸的分泌,并显著降低了玉米根际土壤中As的生物有效性,缓解了As胁迫带来的活性氧损伤。该研究将为农田污染土壤的修复及作物安全生产提供技术指导。

砷超富集植物蜈蚣草丛枝菌根观察方法的优化

为了便于蜈蚣草菌根结构的观察及侵染状况的测定,研究根系组织透明(脱色)流程优化及采用酸性品红乳酸液、曲利苯蓝、蓝黑醋酸墨水(北京牌)和纯黑醋酸墨水(Quink牌)4种染液处理对菌根染色效果的影响,以优化蜈蚣草丛枝菌根观察的脱色条件及染液染色方法。结果表明,采用20%KOH于90℃水浴60 min、碱性H_2O_2处理45 min的方法对根系的脱色效果最好;采用醋酸墨水染色,菌丝、泡囊、丛枝的染色效果明显。研究结果将为观察蜈蚣草菌根提供技术指导,方便测定真菌侵染状况,从而为进一步研究丛枝菌根真菌对砷在蜈蚣草体内的迁移转化提供方法指导。

硅钙钾肥对复合污染农田土壤上玉米吸收镉、砷的影响

为探究硅钙钾肥对复合污染农田土壤上玉米吸收镉、砷的影响,采用盆栽实验方法,以玉米品种迪卡008为实验材料,设置施用硅钙钾肥与不施2个处理,测定抽雄期、开花期玉米茎叶生物量、茎叶中镉砷含量、土壤中的镉砷形态等指标。研究结果表明,施用硅钙钾肥对玉米地上部分生物量没有影响,可显著提高土壤p H值,抽雄期和开花期施用硅钙钾肥处理的土壤比对照组高0.8个p H单位;施用硅钙钾肥可显著降低土壤可交换态镉含量,抽雄期和开花期土壤中镉可交换态含量分别比对照减少了21.6%和24.3%。同时施用硅钙钾肥也能显著降低镉、砷在抽雄期和开花期玉米茎叶中的累积。研究结果将为硅钙钾肥的推广应用及在保证农产品安全方面提供依据,为受到镉砷复合污染的农田土壤的修复提供材料支持。

滤泥有机肥对镉砷复合污染农田玉米吸收重金属的影响

通过大田试验评估滤泥有机肥在促进玉米增产和消减玉米籽粒累积重金属的影响。研究结果表明,施加滤泥有机肥后玉米籽粒产量达到7137 kg/hm2,明显高于对照的5649 kg/hm2;同时也降低了玉米籽粒中镉砷含量,镉由对照的0.038 mg/kg下降到0.031 mg/kg,差异不显著;砷含量由对照的0.35 mg/kg下降到0.21 mg/kg,降低率达40%。研究结果将为滤泥有机肥的推广应用及在保证农产品安全方面提供依据,为受到镉砷复合污染的农田土壤的修复提供材料支持。