土壤Cd、Pb污染对苣苋草生物量、生理生化特征和Cd、Pb积累特性的影响

【目的】比较两品种苣苋草对Cd、Pb胁迫的生理生化响应的差异性,寻找对Cd、Pb胁迫抗性较强的品种。【方法】采用盆栽试验,研究不同浓度Cd、Pb单一及复合胁迫下‘R104’和‘K472’两品种苣苋草的生物量,Cd、Pb积累特性,渗透调节物质含量和抗氧化酶活性的变化。【结果】两品种苣苋草的生物量在单一Cd胁迫时下降,在低浓度Pb(2.5 g·kg^(-1))胁迫时上升,在高浓度Pb(10.0 g·kg^(-1))胁迫时下降,在Cd、Pb复合胁迫时表现为先上升后下降的趋势。Cd、Pb单一胁迫下,苣苋草的Cd、Pb含量随着相应元素胁迫浓度的增大而上升;Cd、Pb复合胁迫下,苣苋草的Cd、Pb含量随着另一元素胁迫浓度的增大呈先上升后下降的趋势。随着Cd、Pb单一及复合胁迫浓度的增大,苣苋草超氧化物歧化酶(SOD)活性呈先上升后下降的趋势,过氧化物酶(POD)活性逐渐上升,过氧化氢酶(CAT)活性呈抑制效应。Cd、Pb交互作用在苣苋草生物量和SOD活性上总体表现为复合胁迫>单一胁迫;在植物重金属含量上表现为:低浓度Cd与Pb互为促进作用,高浓度Cd与Pb互为拮抗作用。【结论】苣苋草主要通过提高POD活性和维持CAT活性来抵抗Cd、Pb胁迫;‘R104’的抗性大于‘K472’,表明‘R104’更适合在重金属Pb污染的土壤区域推广种植。

不同钝化材料对玉米Cd、Pb积累与转运的影响

为探究不同钝化材料组合及用量对玉米吸收Cd、Pb的阻控效果,实现重金属污染耕地的安全利用,以“华兴单88”为供试玉米,采用田间试验方法,研究喷施叶面阻控剂(JGL)、不同用量有机肥(YJF1和YJF2)、腐植酸(FZS)和土壤重金属钝化剂(DHJ)以及YJF、FZS和DHJ与JGL的组合(YJF1^(+)/YJF2^(+)、FZS^(+)和DHJ^(+))对玉米生物性状和各部位Cd、Pb含量以及富集系数(BCF)、转运系数(TF)的影响,并根据玉米籽粒Cd、Pb的BCF推算土壤Cd、Pb风险阈值(T)作为阻控效果的评价指标。结果表明,9种阻控措施处理玉米产量较CK提高14.4%~32.3%,增产能力表现为JGLDHJ>YJF1>DHJ^(+)>YJF1^(+)>YJF2>FZS>YJF2^(+)>FZS^(+);供试玉米各部位Cd、Pb含量及富集能力均表现为根部最强,籽粒最弱,Cd、Pb转运能力均表现为茎部-叶部最强,根部-茎部最弱。通过田间试验证明,10种处理供试玉米产量和Cd、Pb阻控效果均表现为FZS+>YJF2^(+)>FZS>YJF2>YJF1^(+)>DHJ^(+)>YJF1>DHJ>JGL>CK;9种阻控措施处理供试玉米土壤TCd和TPb分别介于11.0~23.1 mg·kg^(-1)和109.9~218.0 mg·kg^(-1)之间。在该试验条件下,FZS作为增产以及Cd、Pb阻控效果最好的钝化材料,建议在Cd轻中度污染土壤的玉米产区推广使用,FZS^(+)作为增产以及Cd、Pb阻控效果最好的组合措施建议在Cd重度污染土壤的玉米产区推广使用。

不同叶面阻控剂对玉米Cd、Pb积累与转运差异研究

为探究不同类型叶面阻控剂对玉米吸收Cd、Pb的阻控效果,实现重金属污染耕地农作物的安全生产,以“华兴单88”为供试玉米,采用田间试验方法,设置8个处理:对照(CK)、YZ-1、YZ-2、YZ-3、YZ-4、降镉灵(JGL)、喷喷富(PPF)和万物生(WWS),研究不同处理玉米生物性状和各部位Cd、Pb富集及转运系数的差异性。结果表明:7种叶面阻控剂处理下,产量相较CK提高了4.8%~30.4%,增产能力表现为WWSWWS>PPF>YZ-4>YZ-3>JGL>YZ-2>YZ-1;供试玉米各部位Cd、Pb转运系数均表现为根部-茎部<茎部-棒芯<棒芯-籽粒<茎部-叶部。通过田间试验证明,供试的7种叶面阻控剂对玉米籽粒的Cd、Pb阻控效果表现为YZ-1>YZ-2>JGL>YZ-3>YZ-4>PPF>WWS。本试验条件下,YZ-3作为增产效果最好的叶面阻控剂,建议在Cd轻中度污染的玉米产区推广使用;YZ-1作为Cd、Pb阻控效果最好且成本最低的叶面阻控剂,建议在Cd重度污染的玉米主产区推广使用。

Cd、Pb复合胁迫下湿地匍灯藓(Plagiomnium acutum)重金属累积效应及抗氧化系统响应

采用浸没培养方法研究了不同浓度Cd、Pb复合胁迫下湿地匍灯藓(Plagiomnium acutum)重金属的累积效应及抗氧化系统的响应。结果显示:复合胁迫下Pb显著抑制湿地匍灯藓对Cd的吸收,与低Pb水平(20 mg·L-1)相比(对照无检出值),在低Cd(2mg·L-1)处理时,随Pb处理浓度增加,藓体内Cd累积量分别降低了30.1%和78.4%;在高Cd(50 mg·L-1)水平处理时,其降幅则分别达到了35.0%和86.9%。复合胁迫引起湿地匍灯藓脂质过氧化终产物丙二醛(MDA)含量随胁迫程度加大而持续升高,当复合胁迫浓度达到最大时,MDA含量也达到了最大,与对照相比显著增加7162%。与此同时,超氧化物歧化酶(SOD)活性和脯氨酸含量也呈现了应激性增加,且均在最高复合胁迫浓度处理时达到最大,与对照相比分别增加237.4%和2049%,而过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性则持续降低。基于此,可以认为:Cd、Pb复合胁迫下,Pb对Cd的累积效应有明显的抑制作用,且这种抑制作用有浓度依赖性;Cd、Pb复合胁迫所致细胞氧化损伤的主要来源为过氧化物的清除能力低下所致过氧化物积累。

硫磺对土壤Cd、Pb有效性的影响

采用盆栽试验,以无硫磺处理为对照,研究不同硫磺处理对土壤pH值、有效态Cd和Pb含量,以及对小油菜生物量、植株Cd和Pb含量的影响。结果表明,施用硫磺以后,土壤pH值在30d内明显降低,同时土壤有效态Cd、Pb含量显著升高。随着硫磺施用量的增加,土壤有效态Cd含量升高,不同处理之间差异达5%显著水平。30d时,160mmol/kg硫磺处理土壤有效态Cd含量为0.863mg/kg,比对照增加了1.98倍。小油菜干物质量随硫磺施用量的增加而增加,同时植株Cd含量也显著升高,植株地上部Cd含量最高可达491.35mg/kg,是同时期对照处理的1.64倍。植株吸收的Pb主要分布在地下部,说明试验中种植小油菜未能达到净化Pb污染土壤的目的。总之,施用硫磺具有强化小油菜对Cd的吸收,增强小油菜提取污染土壤Cd效率的功能。

有机肥对Cd、Pb复合污染酸性土壤生物特性和油菜生长的影响

采用盆栽试验,研究了不同添加量(0、2.5%、5.0%、10.0%)有机肥对镉(Cd)、铅(Pb)重金属污染酸性土壤生物特性和油菜生长的影响,以期为阻控Cd、Pb迁移和油菜安全生产提供技术指导。结果表明,土壤p H值、酶活性(过氧化氢酶、脲酶、磷酸酶、多酚氧化酶和淀粉酶活性)、微生物多样性及油菜生物量总体上均随有机肥添加量的增加而显著增加,而土壤中Cd、Pb有效态含量及油菜各组织重金属含量均随有机肥添加量的增加而降低,10.0%有机肥处理效果最好;主成分分析结果表明,有机肥改良处理的聚类结果与油菜的生长及土壤各项指标的变化规律相吻合;在各项指标中,影响油菜生长的主要因子为Pb有效态含量,其次为Cd有效态含量,说明降低土壤中重金属有效态含量可以有效缓解对作物的毒害。

淮河流域重金属类环境激素Cd、Pb污染及潜在生态风险评价

通过对近年来有关淮河流域重金属污染文献分析研究,系统地总结了该流域沉积物中重金属类环境激素Cd、Pb含量在空间分布特点,干流流经城市河段、各支及洪泽湖区沉积物中Cd和Pb的含量明显高于干流其他区域。利用潜在生态风险指数法对淮河流域沉积物中重金属类环境激素Cd和Pb进行分析和评价,得出淮河流域支流和洪泽湖区沉积物中的重金属类环境激素Cd和Pb污染程度和生态危害程度显著高于淮河干流沉积物中的Cd和Pb。

Cd、Pb对淮河流域沉积物的污染及植物修复可行性研究

分析近年有关淮河流域重金属污染文献,发现该流域沉积物普遍受到重金属类环境激素Cd、Pb污染。针对该流域Cd、Pb污染现状,结合该流域自然环境特点,进一步筛选和培育适合该流域Cd、Pb污染修复的超积累植物,以实现流域被污染植物的修复。

Cd、Pb复合污染对龙须草生理生化的影响

试验研究了不同处理水平下Cd、Pb复合污染对龙须草生理生化特性的影响。结果表明:龙须草CAT、SOD活性随Cd、Pb复合污染处理浓度的增加呈现先升后降的趋势;在Cd处理浓度大于10mgCd/kg土、Pb处理浓度大于500mgPb/kg土的复合污染情况下,龙须草POD的活性随着复合污染浓度的增加呈现下降的趋势。

Cd、Pb复合处理下2种离子在植物体内的分布及其对植物生理指标的影响

以黄瓜、小麦为试验材料 ,以 Cd、Pb复合浓度进行处理 ,研究了在不同处理水平下Cd、Pb在 2种植物体内的分布 ,以及 2种植物的叶绿素、脯氨酸含量、乙烯释放量的变化。结果表明 ,Cd、Pb主要累积于植物根部 ,不同复合浓度处理后 ,植物叶片中叶绿素含量下降 ,脯氨酸含量增高 ,乙烯释放量增加 ,并存在峰点。不同的植物及不同的浓度组合有着不同的影响 ,环境中 Cd。

不同玉米品种对Cd、Pb、As积累与转运的差异研究

矿区周边农田土壤重金属污染严重威胁到农作物安全生产及人体健康。为筛选出具有镉(Cd)、铅(Pb)、砷(As)低积累潜力且产量较高的玉米(Zeamays)品种,在云南个旧矿区周边选取有代表性的农田,通过田间试验探讨适种的24个玉米品种对Cd、Pb、As积累与转运的潜力差异。结果表明:参试玉米的产量和根、茎叶、籽粒积累和转运Cd、Pb、As的能力存在显著差异(P<0.05),其中5个玉米品种籽粒Cd含量未超过国家食品安全卫生标准(GB2762—2018),所有玉米品种籽粒Pb、As含量均未超过国家食品安全卫生标准;所有玉米品种茎叶Cd、Pb、As含量都超过国家饲料卫生标准(GB13078—2001);茎叶、籽粒部位Cd的富集系数分别为0.494-1.696、0.03-0.53,茎叶和籽粒Cd的转运系数分别为0.46-3.49和0.025-0.410;玉米茎叶Pb、As富集系数分别为0.049-0.126、0.034-0.054,籽粒中Pb和As富集系数均低于0.0004;Pb的茎叶、籽粒转运系数分别为0.55-3.45、0.001-0.004,As的茎叶、籽粒转运系数分别为1.31-4.21、0.000-0.003,表明土壤Cd、Pb、As从玉米地下部向地上部迁移的能力较弱。对玉米籽粒Cd、Pb、As含量进行聚类分析可知,路单12号、足玉7号、华兴单88号和扎单202均属于籽粒Cd、Pb、As低积累类群。经综合评价,可以筛选出路单12号、足玉7号、华兴单88号为既高产且可食部分籽粒具有低积累Cd、Pb、As潜力的品种,适宜在个旧地区Cd、Pb、As中轻度污染区推广种植。

续断菊与玉米间作系统不同植物部位Cd、Pb分配特征

采用植物修复的方法对会泽铅锌矿周围受Cd、Pb污染的农用地进行修复,将超富集植物续断菊和农作物玉米在污染农用地间作种植,以减少农用地重金属含量,并获得合格的农产品。通过田间小区直接种植的方式,测定植物生物量及各器官重金属含量,研究续断菊(Sonchus asper L.Hill)与玉米(Zea mays L.)间作系统植物不同器官Cd、Pb分配特征。结果表明,(1)间作续断菊生物量相比单作增加了31.55%,间作玉米生物量相比单作增加了29.02%。(2)从拔节期到成熟期,间、单作玉米各器官Cd质量分数呈下降趋势。成熟期与拔节期相比,间作玉米根、茎、叶Cd质量分数分别降低了24.51%、29.06%、55.32%,单作玉米根、茎、叶Cd质量分数分别降低了22.05%、7.20%、45.02%。在不同时期,间作玉米根、叶Cd质量分数都低于单作玉米根、叶Cd质量分数。根部Cd质量分数在抽穗期和成熟期差异显著;叶部Cd质量分数在成熟期差异性显著;茎部Cd质量分数在抽穗期和成熟期呈现出单作大于间作,在成熟期差异显著。玉米各部位Pb质量分数呈现出先增加后下降趋势,且成熟期根、茎Pb质量分数小于拔节期,而该期叶Pb质量分数则大于拔节期。不同时期,间作玉米根、叶Pb质量分数小于单作玉米根、叶,根在抽穗期和成熟期Pb质量分数差异性显著;间作玉米籽粒Cd、Pb质量分数显著小于单作。(3)续断菊根部及地上部Cd质量分数随时间推移而呈现逐渐增加趋势,间作续断菊根部及地上部Cd质量分数分别增加16.88、15.45 mg·kg-1,单作续断菊根部及地上部Cd质量分数分别增加5.5、10.09 mg·kg-1,间作续断菊地上部Cd质量分数显著大于单作,间作根部大于单作根部,在抽穗期和成熟期出现显著差异。(4)间作、单作种植模式下土壤Cd、Pb质量分数均有下降,土壤Cd质量分数在间作模式下降25.99%,单作续断菊模式下降23.19%,单作玉米模式下降14.78%;土壤Pb质量分数在间作模式下降6.78%,单作续断菊模式下降7.53%,单作玉米模式下降7.23%。结果表明,续断菊和玉米间作促进了续断菊各部位对镉的积累量,同时抑制了玉米各部位镉的积累量。

吉林黑土中Cd、Pb、As的空间分布及潜在生态风险

研究了吉林省黑土区耕层土壤（0～20cm）中Cd、Pb、As含量的分布特征及其潜在生态风险．结果表明、煤矿区周围、公路旁和城郊为农田黑土Cd、Pb、As的高含量分布区，煤矿区周围土壤Cd、Pb、As均具有明显的累积效应，公路旁和城郊的土壤外源Pb进入量较大．采用Muller地累积指数法和Hakanson潜在生态危害指数法得出的潜在生态风险评价结果表明，煤矿区土壤Cd具有很高的潜在生态风险，As具有一般风险；各采样区的Pb含量均呈现一般风险．总体而言，煤矿区土壤具有一般潜在风险，而公路旁和城郊土壤均具有低潜在生态风险．

吉林省农田黑土中Cd、Pb、As含量的空间分布特征

利用地统计学方法研究了吉林省黑土区耕层土壤（0～20cm）中Cd、Pb、As含量的空间结构及其分布特征．结果表明，研究区土壤Pb含量属中等程度的空间相关，而Cd、As含量属空间弱相关．3种元素含量的空间变异主要受人为的随机性因素的影响．利用半方差函数的分析结果经普通克立格插值得到了3种元素含量的空间分布图．结果显示，在空间分布上，受不同污染源的影响，土壤Cd、Pb、As含量表现出不同的分布特征．土壤Cd含量较高的地区主要分布于煤矿区周围；土壤Pb含量高的样点主要分布于城郊及公路两侧；煤矿区周围及城郊农田土壤中As含量相对较高．

Cd、Pb胁迫下湿地匍灯藓(Plagiomnium acutum)叶绿素荧光特性研究

采用浸没培养实验研究了不同浓度Cd(0、1、5、10 mg·L-1)、Pb(0、10、25、50 mg·L-1)单一以及二者低、中、高浓度组合复合处理对湿地匍灯藓(Plagiomnium acutum)叶绿素荧光以及细胞膜透性的影响。结果表明:(1)湿地匍灯藓Fv/Fm、Fv/Fo、Fv′/Fm′、ETR、Y(II)的下降程度与Cd、Pb胁迫浓度及胁迫时间存在明显的剂量、时间-效应关系;随胁迫时间延长,Y(NO)总体呈现持续上升的趋势,qN表现为先升后降,而qP则呈现出先降后升趋势。(2)湿地匍灯藓的叶绿素荧光参数对Pb、Cd胁迫的响应存在差异,单一Pb胁迫初期各荧光参数即出现不同程度的下降,单一Cd胁迫下上述参数均在处理第4 d才出现明显下降;在胁迫第1 d,中、低浓度Cd、Pb单一及复合胁迫均引起湿地匍灯藓的Fv/Fm、Fv/Fo、Fv′/Fm′增加。(3)Cd、Pb胁迫均使处理液电导率升高,升幅大小顺序为Cd/Pb复合胁迫>Cd胁迫>Pb胁迫。表明湿地匍灯藓在Cd、Pb胁迫初期可通过应激性增加PSII活性中心数来抵御重金属的毒害,但由于电子传递和热耗散能力较弱,使PSII活性中心受损,最终导致光合系统损伤;Cd、Pb复合胁迫对湿地匍灯藓细胞膜的损伤和毒害作用显著强于单一胁迫,Cd对细胞膜的毒害作用又强于Pb;Fv/Fo可作为Cd、Pb胁迫的敏感指标。

根际土壤中Cd、Pb形态转化及其植物效应

采用根袋盆栽试验和连续形态分析方法研究根际土壤中Cd、Pb形态转化及其植物效应。结果表明,(1)在低Cd质量分数(≤1 mg/kg)污染条件下,根际土壤中Cd主要以残渣态存在;在较高Cd质量分数(≥5 mg/kg)污染条件下,Cd主要以交换态和碳酸盐结合态存在,即根际土壤中Cd由残渣态向交换态和碳酸盐结合态转化,Cd活性增强。(2)Pb在根际土壤中主要以有机结合态和铁锰氧化物结合态存在,交换态质量分数很低,并随Pb污染水平的提高,其主要存在形态未改变。(3)土壤中Cd、Pb总质量分数及各形态质量分数(残渣态除外)与小麦根、茎叶中Cd、Pb质量分数呈正相关性,而与鲜质量呈负相关性;当w(Cd)添加量≥5 mg/kg时,小麦鲜质量明显下降;当w(Pb)≥500 mg/kg时,小麦鲜质量下降。

不同土地利用方式下Cd、Pb复合污染对土壤酶活性的影响

为探寻合理的土地利用方式,减轻重金属污染,以上海市崇明岛为研究对象,结合室内盆栽模拟试验,研究了不同土地利用方式下Cd、Pb复合污染对土壤酶活性的影响,以期为合理规划土地功能和提高土壤健康程度提供科学依据。试验结果表明,农田、生活用地等受人类活动影响较明显的地区,其土壤酶活性低于湿地、林地、河道旁等人为扰动较少且水分充足的地区;土壤脲酶、磷酸酶和脱氢酶活性两两之间呈显著正相关(P<0.01),且土壤脲酶对Cd、Pb较敏感;土壤有机质与土壤酶活性呈显著正相关(P<0.05);Cd、Pb复合污染在低含量(Cd:0～1mg.kg-1;Pb:0～60mg.kg-1)时对土壤酶活性表现为促进作用,而高含量(Cd:0～20mg.kg-1;Pb:0～100mg.kg-1)时则表现为抑制作用。

Cd、Pb在根际与非根际土壤中的吸附解吸特点

采用根袋盆栽试验以及平衡法研究根际与非根际土壤对镉、铅的吸附-解吸特性.结果表明,在镉、铅起始浓度分别为Cd 0～0.6 mmol/L和Pb 0～1 mmol/L条件下,根际与非根际土壤镉、铅吸附量差别不大,随镉、铅浓度的提高,根际土壤镉、铅吸附量均比相应的非根际土壤的高.根际与非根际土壤镉、铅解吸量随镉、铅吸附量的增加而增加,但铅解吸率(0.7%以下)明显比镉的(5%～10%)低,根际土壤镉解吸量比非根际土壤的低.

Cd、Pb处理对银杏种子萌发的影响

以重金属Cd和Pb为试验胁迫因子,采用沙培方法研究了银杏种子经重金属处理后发芽及萌发生理的变化,结果表明:(1)低浓度Cd对银杏种子的发芽有促进作用,高浓度Cd则表现为抑制作用。Pb不同浓度处理对银杏种子的萌发均表现为抑制作用,浓度越高其抑制作用越显著。(2)种子不同萌发阶段,重金属对银杏的蛋白质代谢和氨基酸代谢有着明显的影响作用,种子萌发初期表现为促进作用,但随着种子萌发的进行,高浓度重金属对银杏种子生理代谢可能产生了抑制效应,重金属对银杏萌发代谢的影响机理有待进一步的研究。

土壤中Cd、Pb、Hg离子的地球化学行为模拟实验

研究了山西省3种不同质地的土壤对Cd2+、Pb2+、Hg2+的吸附、解吸和3种离子在土壤中的运移特性。结果表明,Cd2+、Pb2+和Hg2+在粘粒土壤中的吸附能力大于在砂粒土壤中的吸附能力,且3种土壤对Pb2+都有很强的吸附能力,吸附的Pb2+很难在土壤中解吸下来。3种土壤对3种金属离子的吸附能力为Pb2+>Cd2+>Hg2+,解吸能力正好相反,这主要与土壤的不同性质和3种重金属离子的水合离子半径、离子的水合能密切相关。Cd2+在3种土壤中的等温吸附符合Freundlich和Langmuir方程,Pb2+在3种土壤中的吸附特征符合Henry方程,而Hg2+在3种土壤中的吸附符合Langmuir方程。土柱淋滤实验表明,Hg2+在土壤中的穿透性很强,Cd2+次之,Pb2+在土壤中的穿透性最慢,其在长达20天的淋滤过程中仍然没有穿透土柱。3种不同质地的土壤对Cd2+、Pb2+和Hg2+的迁移能力都表现为:大同土壤>临汾土壤>太原土壤。