生物炭对土壤微生物的影响研究进展

生物炭是有机材料在厌氧条件下热解而成的产物。近年来,生物炭因在碳固定、土壤改良和作物产量提高等方面具有较大的应用潜力而引起国内外学者的广泛关注。作为一类新型的土壤改良剂,它能提高土壤有机碳含量及阳离子交换量(CEC),改善土壤保肥持水性能,有益于土壤微生物活动,同时还可吸附抑制对土壤微生物生长有毒的化感物质,为土壤微生物提供有利的栖息场所。但生物炭的效应与生物炭的特性、用量、土壤类型及肥力有关。笔者从生物炭对土壤微生物的影响及其作用机制出发,概述了不同生物质材料及热解温度对生物炭理化性质的影响及生物炭对土壤微生物丰度、群落结构和活性影响的研究进展。未来应重点从生物炭的特性、生物炭与微生物交互作用及生物炭的环境修复等方面深入研究,客观评价生物炭对土壤微生物的作用。

施硅对高浓度Cd污染土壤中水稻植株Cd积累与分配的调控

为了评估施硅处理对Cd在水稻(Oryza sativa.L)体内迁移的影响,通过外源添加Cd(Cd Cl_2)制成w(Cd)为50、100 mg/kg的污染土壤,采用盆栽试验研究不同施硅量〔w(Si)分别为0、28、56 mg/kg〕对Cd污染土壤中水稻(以华航丝苗和黄华占为例)植株中Cd积累与分配的影响.结果表明:施硅处理可明显影响水稻根部w(Cd),表现为增加华航丝苗根部w(Cd)、降低黄花占根部w(Cd),但两个品种根部Cd累积量均呈增加趋势.施硅处理后华航丝苗和黄华占的叶、谷壳、糊粉层及精米中w(Cd)、Cd累积量均呈降低趋势,并且在施硅量为56 mg/kg时显著降低;施硅处理显著降低了华航丝苗和黄华占茎中w(Cd)以及华航丝苗茎中Cd累积量,同时增加了黄花占茎中Cd累积量.施硅可显著降低精米中w(Cd),在w(Cd)为50和100 mg/kg的Cd污染水平下,华航丝苗和黄华占精米中w(Cd)较未施硅处理下的最大降幅分别达到32.49%、53.77%和24.73%、20.67%.施硅对水稻植株各器官的Cd富集系数、转移系数和分配系数都有一定影响,施硅处理下水稻植株地上部各器官的Cd富集系数和转移系数均呈降低趋势,根部Cd分配比例显著增加.研究显示,施硅对高浓度Cd污染土壤中水稻植株Cd积累与分配有一定调节作用,并因土壤中w(Cd)、施硅量、水稻品种及稻株器官的不同而存在差异.

硅素分期施用对土壤镉形态和水稻镉累积的影响

为了探明硅素运筹对土壤-水稻(Oryza sativa L.)体系中Cd迁移的影响,探索缓解Cd污染土壤中水稻吸收和积累Cd的最佳施硅时期和施硅比例,采用盆栽实验,以稻田土壤为供试土壤,外源添加氯化镉模拟Cd含量为100 mg·kg^(-1)的污染土壤,在施硅总量(56 mg·kg^(-1)土壤)不变的基础上设置基施硅素(C1)、基肥和拔节期硅素1∶1分期施用(C2)和拔节期施硅素(C3)3种处理,以不施硅(CK)为对照,研究硅素分期施用对土壤Cd的形态以及水稻对Cd的吸收、转运和累积的影响。结果表明:与CK相比,C2和C3处理水稻成熟期土壤中Cd含量增加19.4%(P<0.05)、18.9%(P<0.05),C2和C3土壤可交换态Cd含量降低27.3%(P<0.05)、27.1%(P<0.05),而土壤残渣态Cd含量分别增加97.7%(P<0.05)、111.3%(P<0.05)。成熟期各施硅处理水稻的根和糊粉层中Cd含量显著增加,而茎、叶和精米中Cd含量明显降低,其中C1、C2和C3精米的Cd含量分别比CK降低13.8%(P<0.05)、35.1%(P<0.05)和27.9%(P<0.05),茎、叶、精米的Cd转移系数和富集系数也显著降低,而根的Cd富集系数显著升高。此外,本研究还发现土壤各形态Cd含量与水稻根和精米中Cd累积量有着显著的相关关系。综上表明,C2和C3成熟期土壤Cd的有效性显著降低,残渣态Cd显著增加,Cd从土壤向稻株中的转移受到抑制,水稻吸收的Cd大部分累积在根部,降低Cd向地上部各器官的迁移,从而导致精米Cd含量和累积量明显降低,其中C2处理更利于整个生育期土壤可还原态Cd含量的减少和抽穗期土壤中可氧化态Cd含量的增加,利于抽穗前水稻生长发育。C2处理施硅效果好,值得推荐。

Bt基因导入对侵染丛枝菌根真菌的玉米生长生理及磷转运基因表达的影响

为了分析Bt玉米与常规玉米对接种丛枝菌根真菌响应的异同,本文在接种摩西球囊霉(Funneliformis mosseae)和不接种的条件下,对比分析了两个Bt玉米品种‘5422Bt1’(Bt11)和‘5422CBCL’(Mon810)以及同源常规玉米品种‘5422’根系中丛枝菌根真菌侵染率、磷转运基因的表达量、生长和养分利用状况。结果表明:生长50 d和80 d时,Bt玉米‘5422Bt1’和‘5422CBCL’根系丛枝菌根真菌侵染率显著高于常规玉米‘5422’,分别比‘5422’高13.54%、11.24%和9.83%、6.70%;50 d取样时,接菌和不接菌处理玉米‘5422Bt1’、‘5422CBCL’和‘5422’根系内的磷转运基因表达量均没有显著差异;接菌和不接菌处理下玉米‘5422Bt1’的干重显著高于‘5422CBCL’相应的处理,而与‘5422’没有显著差异;80 d取样时,不接菌处理玉米‘5422Bt1’的根长、根表面积和根体积显著高于‘5422’和‘5422CBCL’不接菌处理。Bt基因的导入主要影响了两个Bt玉米品种(‘5422Bt1’和‘5422CBCL’)苗期(50 d)和成熟期(80 d)的氮素吸收利用,与常规玉米品种‘5422’相比,合成Bt蛋白消耗了部分氮素和磷;3个玉米品种对接种AMF的响应不同,接菌处理提高了‘5422Bt1’和‘5422CBCL’苗期(50 d)和成熟期(80 d)的氮素吸收利用。在磷养分条件满足玉米生长需要的条件下,接种丛枝菌根真菌对Bt玉米磷转运基因表达量和磷的吸收利用没有显著影响。Bt基因的导入以及接种F.mosseae对Bt玉米生长和养分利用的影响与不同转化事件形成的品种特性相关。

生物炭配施微肥对菜园土壤有效态重金属含量的影响

【目的】研究生物炭配施微肥对土壤有效态重金属含量的影响。【方法】采用室内模拟试验,向重金属污染的菜园土壤中添加皇竹草生物炭、咖啡渣生物炭、花生壳生物炭和微肥(铁肥、锰肥和硅肥),分别在处理14和28 d时测定土壤中5种重金属(Cu、Pb、Zn、Cd和Ni)的有效态含量。【结果】添加了生物炭或微肥土壤中的有效态重金属含量均比对照组低。其中单一钝化剂处理中,皇竹草生物炭和硅肥的钝化效果较好。在复配试验中,皇竹草生物炭+铁肥对土壤重金属Cu、Pb和Cd的钝化效果较好,处理14 d后其有效态含量的降幅分别达32.94%、31.26%和21.21%,对土壤有效态Zn含量的降幅为6.82%,但对土壤Ni的钝化效果不明显;处理14 d后咖啡渣生物炭+铁肥对土壤重金属Ni和Zn有效态含量的降幅也分别达22.64%和10.35%,钝化效果显著;处理28 d后,花生壳生物炭+铁肥对土壤重金属Cu钝化效果最好,有效态Cu含量降幅达49.06%;咖啡渣生物炭+硅肥对土壤Ni和Zn钝化效果最好,有效态含量降幅分别达23.73%和9.72%。【结论】生物炭配施微肥对土壤有效态重金属含量降低的效果优于单施生物炭或单施微肥,其中,皇竹草生物炭配施铁肥可用于土壤重金属Cu、Pb、Zn和Cd复合污染的钝化。

微生物缓解镉对水稻的毒害研究进展

当前水稻是重金属超标最为严重的粮食作物,安全耕种是镉(Cd)中轻度污染区域农田利用的优先解决方案,对水稻可以通过降低Cd在土壤中的生物有效性和阻止其经由水稻根系吸收及向稻米的转运实现安全生产.近年来国内外研究表明利用微生物菌剂可以缓解Cd对水稻的毒害作用并降低籽粒Cd含量.本文主要就近年来国内外关于微生物缓解Cd对水稻的胁迫效果及其机理的最新研究进展进行综述.能缓解Cd对水稻毒害的微生物包括细菌、真菌和绿藻等,其中以细菌居多,同时,不同微生物耐Cd能力差异巨大.接种微生物可使水稻籽粒Cd含量降低20%-74.2%,但仅有部分能降低到可供食用的水平.微生物缓解Cd对水稻毒害作用主要机理包括:降低土壤中Cd的生物可利用度(微生物细胞直接固定或产生胞外分泌物固定Cd)、调控水稻对Cd的吸收转运(促进根系铁膜形成、改变转运蛋白基因的表达、改变Cd在水稻中的分布和化学形态)、提高水稻抗氧化能力(提高抗氧化酶活性和抗氧化物质含量)、分泌促生长物质(植物激素等)、改变土壤理化性质和微生物群落组成等.这些研究表明微生物在提高水稻Cd抗性和降低水稻籽粒Cd含量方面具有不错的应用潜力,但当前相关研究依然存在微生物筛选原则不合理、菌株筛查范围有限、研究多限于实验室水培或盆栽实验、籽粒Cd降幅有限等问题;此外,微生物调控水稻对Cd的吸收转运等的机制尚不清楚;今后应针对性地加强微生物缓解Cd对水稻毒害的机理研究和大田应用评估工作,以期早日实现这一环境友好技术的推广应用.(图1表2参60)