施用氮肥对烟草镉积累及其根际细菌群落的影响

【目的】虽然烟草有望成为一种理想的镉污染土壤修复植物,但氮肥如何影响烟草镉积累及其机制需进一步明确。【方法】采用室内试验,比较了施用3种氮肥(硝酸钾、尿素、硫酸铵)对烟草富集镉的影响,以及根际细菌群落结构的变化。【结果】施用3种氮肥均在一定程度上改善了烟草的生长,并提高了植株镉含量及镉提取量。其中施用尿素效果最佳,使烟草叶片中镉含量从15.07 mg·kg^(-1)提升到22.70~23.00 mg·kg^(-1),提高了50.6%~52.6%,并使烟草植株镉提取量从23.13μg·pot^(-1)提高到37.41~37.43μg·pot^(-1),较对照显著提高了63.4%~63.6%。另外,施用尿素降低了根际有效镉含量,这可能与烟草对镉的大量吸收有关。通过16S rRNA高通量测序技术发现,施用尿素显著提高了根际细菌群落的多样性和丰富度,并改变了细菌属水平的群落结构。其中,施用尿素使鞘氨醇单胞菌丰度显著提高,这可能是尿素提高烟草镉积累的另一重要原因。【结论】试验结果能为以合理施肥为手段提高烟草对镉污染土壤的修复效率奠定理论基础。

镉与微量元素在小麦吸收过程中的相互影响

为开发小麦生理阻控降Cd材料,以郑麦1354和郑麦1860为供试小麦品种,通过水培试验方法,研究了不同Zn(1~10μmol·L^(-1))和Mn(1~10μmol·L^(-1))供应量对小麦生物量和Cd/Zn/Mn含量的影响,以及不同Cd(1~50μmol·L^(-1))胁迫水平对小麦生物量和Cd/Zn/Mn含量的影响。结果表明,5μmol·L^(-1) Zn和10μmol·L^(-1) Mn处理显著提高了两种小麦的生物量。Mn(1~10μmol·L^(-1))处理使郑麦1354和郑麦1860小麦地上部Cd含量分别降低了22.8%~29.4%和15.2%~17.5%,地下部Cd含量分别降低了25.7%~30.0%和28.6%~31.6%,Zn(1~10μmol·L^(-1))处理使郑麦1354和郑麦1860小麦地下部Cd含量分别降低了20.3%~34.3%和18.9%~43.0%,此外还使郑麦1354地上部的Cd含量降低了10.1%~13.1%。不同Cd胁迫(1~50μmol·L^(-1))均有提高小麦生物量的趋势。随着Cd胁迫水平的提高,两个品种地上部和地下部Cd含量均呈升高趋势,地下部Zn含量呈先增加后降低的趋势,Mn含量呈逐渐降低的趋势,表明在小麦吸收金属元素过程中,Cd与Mn存在竞争关系,而与Zn的关系则较为复杂,且其竞争程度因品种而异。研究表明,适度提高Mn和Zn供应能显著降低小麦植株Cd含量,因此Mn和Zn是实现小麦降Cd的有效生理阻控材料。

低磷胁迫对小麦镉吸收的影响

为探究低磷胁迫下小麦根系生理和形态的变化及其对镉的吸收能力的影响,以Ca_(3)(PO_(4))_(2)作为磷源,通过砂培试验研究了在低磷胁迫下小麦根系形态和分泌物变化特征,以及这些变化对难溶态镉(CdCO_(3))的活化与吸收的影响。结果表明,在低磷处理中,小麦地下部生物量显著低于对照,降幅为27.3%(P<0.05),根长度、根表面积和根体积均显著变小(P<0.05)。此外,低磷胁迫下小麦地上部和地下部磷含量均显著降低,降幅分别为35.4%和23.1%(P<0.05),但是显著促进了难溶态磷的溶解(P<0.05)。同时还发现低磷胁迫显著提高了小麦植株Cd含量和Cd的总活化量,增幅分别为190.8%和82.8%(P<0.05)。低磷胁迫下培养基pH降低了0.3,同时根中草酸根和苹果酸根含量显著升高,增幅分别为1 588.1%和37.7%(P<0.05),由此可见,低磷胁迫下小麦通过分泌质子和羧酸根促进了磷的活化,并促进了Cd的活化,进而导致小麦Cd吸收的增加。这些结果阐明了低磷胁迫影响小麦Cd吸收的机制。

铝酸盐材料对镉污染土壤的稳定化修复及其机理

为研究铝酸盐材料对于修复Cd污染土壤的可行性,以常见的硅酸盐材料为参照,比较了两者对土壤中Cd的稳定化效果,并对相关反应机制进行了讨论。结果表明:当土壤中Cd的质量分数为54.6 mg·kg^(−1)时,铝酸盐和硅酸盐材料使Cd的7 d浸出质量浓度分别降低58.07%~77.75%和63.46%~93.02%,180 d浸出质量浓度分别降低28.72%~79.23%和41.08%~86.63%;当土壤中Cd的质量分数为2940.03 mg·kg^(−1)时,铝酸盐和硅酸盐材料使Cd的7 d浸出质量浓度分别降低76.97%~93.15%和19.05%~94.38%,180 d浸出质量浓度分别降低56.56%~88.87%和-32.68%~49.79%。这说明铝酸盐材料对土壤中Cd的稳定化效果优于硅酸盐材料。在CdCl2溶液中(94.02 mg·L^(−1)),铝酸盐和硅酸盐材料分别使Cd质量浓度降低了99.92%~99.93%和99.68%~99.92%,并使pH分别增大了6.56~6.81和7.01~7.69。通过SEM-EDS、FTIR、XRD和XPS等分析手段发现,铝酸盐材料可通过水化反应生成Ca—Si—H和Ca—Al—Si—H凝胶,以实现对Cd的物理包裹和吸附,并可通过使pH增大而生成Cd(OH)_(2)、CdO或CdCO_(3)沉淀,进而实现了对Cd的稳定化。本研究表明铝酸盐材料较硅酸盐材料对Cd的稳定化更为高效且长效,可为Cd污染土壤修复提供参考。