根际环境重金属地球化学行为及其生物有效性研究进展

根际是土壤或滨岸沉积物中受植物根系及其生长活动影响的微域环境 ,具有特殊的物理、化学和生物性质 ,影响了重金属在根际环境中的分布、累积和生物有效性。从重金属在根际环境的分布与累积、地球化学赋存形态、生物有效性以及影响重金属根际行为和生物有效性的主要因素(温度、Eh和溶解氧、p H、根系分泌物、微生物 )、重金属根际吸收、富集、排斥和固定过程的调控、重金属耐性植物的筛选和培养 6个方面概述了近 1 0年来国内外在根际环境重金属地球化学行为及其生物有效性方面的主要研究进展 ,并指出了其存在问题以及今后的努力方向。     

香芹根提取物对芘吸附土壤的影响作用机制

<正>根际修复是利用植物根沉积作用提高污染物降解的一种有效手段,在污染环境修复领域具有广阔的应用前景,但目前对其修复机制尚缺乏全面深入的掌握。本研究从9种具有芘降解潜力的植物中筛选出降解能力最强的香芹(Apium graveolens Linn.)作为试验植物,通过模拟根际微域环境,研究了根沉积作用对土壤中芘的吸附作用。有前人研究表明,小分子有机酸等根沉积组分能够抑制PAHs在土壤颗粒上的吸附作用     

喀斯特地区不同坡位条件下优势灌木根际与非根际土壤养分与pH的分布特征

对广西喀斯特地区2种优势灌丛植物子凌蒲桃与火棘在不同坡位条件下根际与非根际土壤养分与pH值的分布特征进行研究,揭示植物种类及其立地条件对植物根际养分与pH值分布特征的影响。结果表明,2种植物根际养分存在一定程度的富集现象,其中,火棘根际有机碳与速效磷含量富集明显,子凌蒲桃根际有机碳与全氮含量富集明显;根际与非根际土壤养分含量在不同坡位下存在显著性差异（p<0.05）;根际土壤有机碳含量与全氮含量呈显著正相关（p<0.05）,与速效磷含量呈显著负相关（p<0.05）;非根际土壤有机碳含量与速效磷、全氮含量呈显著正相关（p<0.05）。双因素方差分析显示,与植物种类相比,坡位对根际土壤养分含量影响更大。以上的研究表明,喀斯特灌丛优势植物有利于提高该地区土壤养分利用,但应该考虑植物立地条件对根际养分利用的影响。      

菌剂添加对不同树种根际土壤微生物及碳酸钙溶蚀的影响

本实验通过对云南省建水地区植被根际土壤中高产碳酸酐酶（CA）的微生物进行分离筛选和溶蚀效应的测定,将溶蚀效果较好的菌株制成菌悬液进行盆栽实验,探究该菌株对不同树种根际土壤微生物代谢活性和碳酸钙类岩石溶蚀效应的影响。结果表明:从根际土壤中筛选到一株能够高产CA,且具有较强溶蚀效果的沙雷氏菌,施加该菌剂的处理组显著增加了土壤微生物数量,提高微生物的代谢活性和多样性,并加速碳酸钙类岩石的溶蚀。本研究旨在为今后岩溶区生态恢复过程中植物树种的选择与微生物菌剂的联合应用提供一种技术手段,为岩溶地区生态系统的治理提供一定的理论支持。      

放线菌对旱区露天煤矿排土场红豆草根系生长及根际土壤肥力的影响

针对旱区露天煤矿排土场土壤退化问题,采用高效放线菌菌剂接种及原位盆栽试验,探究了放线菌对新疆黑山露天煤矿排土场红豆草根系生长及根际土壤肥力的影响。结果表明:(1) 干旱条件下,放线菌接种可显著促进红豆草根系形态发育及生长。与对照相比,接种放线菌红豆草总根长、平均根系直径、根表面积及根总体积较不接菌对照均显著增加(P<0.05);根鲜重、茎叶鲜重及总鲜重较对照分别增加了77.24%、130%及103.49%。(2) 接种放线菌显著增强了红豆草的抗旱性。接菌根谷胱甘肽、脯氨酸含量和根系活力分别增加了35.36%、229.23%和363.75%,降低了丙二醛含量和根细胞质膜透性。(3) 接种放线菌显著提高了红豆草根际土壤肥力。供试放线菌在红豆草根际土壤中定殖量为2.5×105 cfu/g,接种后红豆草根际土壤细菌和放线菌总数较对照分别增加了113.7%和563.64%;根际土壤多酚氧化酶、脲酶及碱性磷酸酶活性较对照均达显著性增加(P<0.05);进而显著提高了根际土壤全氮、有效磷和速效钾含量,其中土壤全氮增加量最大。(4) 相关分析表明,红豆草根生物量与根际细菌和放线菌数量、土壤脲酶活性、碱性磷酸酶活性及全氮含量呈显著正相关(P<0.01)。结果证实了土壤接种放线菌通过增强植物的抗旱性,提高根际土壤微生物数量、酶活性及肥力水平,显著促进植物根系发育及生长,为旱区煤矿植被恢复及退化土壤改良提供了科学依据。      

喀斯特石漠化区不同优势树种根际土壤有机碳及氮磷的变化

通过对贵州中部喀斯特石漠化区典型植被及土壤进行调查,探讨森林退化过程中不同群落优势树种根际土壤有机碳及氮磷含量的变化。结果表明:根际土壤有机碳及氮磷含量均高于非根际土壤;在不同植被类型之间,林木根际对土壤有机碳及氮磷的累积效应存在明显的差异性,其中土壤有机碳的累积效应表现最明显,其次是土壤磷素,而土壤氮素累积效应的差异性较小。在树木根基0～30cm水平范围内,根际土壤总有机碳、易氧化有机碳、全氮、有效氮和有效磷含量都明显高于30～90cm外围根际区。不同群落优势树种之间,根际土壤碳及氮磷总量的差异性表现为总有机碳＞全氮＞全磷,而碳及氮磷的生物有效态含量则表现为有效磷＞易氧化有机碳＞有效氮。森林退化过程中,群落优势树种根际土壤总有机碳、易氧化有机碳及有效磷含量出现显著的下降,从而明显地影响土壤的肥力水平。      

作物根系-土壤系统中滴滴涕类化合物动态及影响因素

针对植物-土壤系统中滴滴涕及其代谢产物的动态情况及影响因素,开展了野外与室内相结合的研究工作。研究结果表明,相对于其他环境介质,农田土壤对以油菜和玉米为代表的作物中滴滴涕类化合物(DDTs)的富集起主要作用;油菜和玉米农作物根系和根际土中滴滴涕的浓度分别呈现增加和降低的动态。提高根表面积可以增加作物根系对DDTs的富集,并且在相同暴露条件下,根表面积的作用要大于土壤有机碳含量的作用。     

土壤–超积累植物体系中稀土元素的空间富集–分异特征与富集机理

离子吸附型稀土矿是我国南方特色的优质稀土资源,但由于落后的采矿方式和无节制的开采,大量稀土元素(稀土元素+Y,简称稀土元素)被带入环境中,导致稀土矿区周边出现许多环境污染和植被退化问题。乌毛蕨是一种对稀土元素具有较强耐受性和超强富集能力的蕨类超积累植物,能被用于稀土污染土壤或尾矿的生态修复。本研究以离子吸附型矿区表生土壤上生长的稀土超积累植物乌毛蕨及其根际土为研究对象通过化学消解和ICP-MS方法测定根际土、根表、根部、叶柄、叶片中稀土元素的含量,分析土壤–植物体系中稀土元素的空间分布、富集与分异特征;采用顺序提取法测定土壤中不同化学形态的稀土元素含量,同时利用微区X射线荧光光谱(μ-XRF)与扫描电镜能谱分析技术(SEM-EDS),阐明乌毛蕨对稀土元素的吸收与富集机理。化学测试结果表明,乌毛蕨对稀土元素有较强的富集和地上转运能力,富集系数(BF)和转移系数(TF)分别为2.61和2.85;植物器官富集能力顺序为:叶片(1750μg/g)>根部(512μg/g)>叶柄(56.5μg/g);植株整体稀土元素配分模式具有与根际土相似的富轻土元素和Ce负异常特征,不同的是,植株整...     

淹水和非淹水条件下湿地植物对重金属吸收转运特征研究

目前,矿山冶炼产生的重金属污染废水和尾矿对我国环境造成严重污染。湿地植物作为人工湿地的主要组成部分被成功应用于去除废水中的重金属(淹水条件),同时,湿地植物也成功被应用于矿山尾矿复垦(非淹水条件)。本研究在淹水和非淹水条件下,研究了十种常见湿地植物根部渗氧、重金属(Pb、Zn、Cd)吸收、根表和根际铁膜形成之间的关系,探讨不同水分处理引起的根际效应对湿地植物体内重金属积累转运以及生物量的影响。选取常见10种湿地植物品种,以广东大宝山重金属(Pb、Zn、Cd)污染土壤为生长介质,在淹水和非淹水条件下,采用根际袋法进行盆栽试验。研究发现,与非淹水条件相比,淹水处理能够显著提高同种湿地植物的生物量,根部渗氧量,根表和根际铁膜的厚度。淹水条件下,根表和根际铁膜厚度的增加也提高了根表和根际重金属(Pb、Zn、Cd)的吸附能力。虽然淹水处理也提高了植物的地上部分的生物量,但以整株湿地植物(地上部分,根,根表铁膜)为单位来计算,与非淹水处理相比,淹水处理显著提高了这十种湿地植物对Pb、Zn、Cd的累积量,它们分别为143%~4 161%,5.65%~1 637%,25.5%~474%。湿地植物的根部渗氧在淹水条件下对根表和根际重金属吸附重金属有重要作用,进而影响到湿地植物对重金属的吸收、转运和累积。     

土壤重金属生物有效性研究进展

土壤重金属污染具有巨大环境风险。笔者围绕土壤重金属元素生物有效性(可给性)概念、元素形态与有效性影响因素、有效态(可给态)实验技术,综述了国内外研究现状。土壤金属元素形态和生物有效性取决于其地球化学行为、元素成因来源、土壤理化条件(p H值、有机质、粘土矿物与化学活性矿物、土壤粒级组成等)以及植物根际效应等。选择性单步提取和连续提取是检测土壤元素形态、有效态的有效和可行方法。针对手—口是土壤铅等污染物在儿童群体暴露的重要途径,发展了生物可给态体外试验方法。土壤污染物生物有效性和可给性已成为土壤污染风险评价的重要指标参数,实验成果也为土壤污染修复提供了重要依据。     

根分泌的化感物质及其对土壤生物产生的影响

植物根系分泌物包含多种功能次生物质,其中化感物质是具有重要生理生化功能的一类物质,这些化感物质释放到根际,能够对土壤生物产生影响。现已发现,根系是化感物质进入环境的重要通道。因此,研究根分泌的化感物质具有重要的理论和实践意义。总结了根分泌化感物质的种类及其化感效应,论述了化感物质在土壤中的迁移、转化及影响因素,分析了生物和非生物因素与根系分泌化感物质之间的关系。此外,根系分泌化感物质的研究手段对于所取得的研究结果至关重要,其中根分泌物收集系统（CRETS）是收集根分泌化感物质的常用而且可行的方法之一。对于根分泌化感物质的分离鉴定技术有多种,可根据需要选择适宜的分离方法。还重点列举了一些作物根分泌的化感物质对土壤生物产生的直接和间接影响,阐明了根分泌的化感物质在土壤中所起的重要化感作用。根分泌物化感作用的研究已成为土壤生态学领域的热点与前沿课题,自然条件下原位收集鉴定植物根系分泌物中的化感物质等诸多问题是该领域今后的研究重点。     

As、Cd和Pb植物根系吸收途径和影响因素研究现状与进展

环境中的毒性元素被植物吸收后,不仅危害植物生长,还会通过生物链的传递危害人类健康。植物吸收毒性元素有根、茎、叶三种途径,其中根系吸收最为重要。明晰毒性元素进入根细胞的途径和影响因素,有助于阻控其进入植物,降低食用风险。近年来,在毒性元素根系吸收途径研究领域,国际上主要开展了吸收动力学过程、转运蛋白识别和外界环境作用机制研究。本文从根系对As、Cd、Pb的吸收途径和影响因素两个方面,对植物利用转运蛋白和离子通道跨膜转运过程、根际环境与共存元素的影响等进行了评述,并认为在分子尺度下开展毒性元素细胞吸收动态过程、细胞响应机制和根际多因素作用机理研究是该领域未来发展方向,同时推测As(Ⅲ)的外排机制与P类似,且Pb2+利用了Ca2+通道转运至木质部。     

根圈化学

根圈是指植物根系周围的那部分土壤,由于受到根系活动及其分泌物的影响,其物理、化学、生物学性质不同于原土体,由植物根表面—粘液层—根圈土壤—根圈微生物及其它物质组成,是一个既依赖于农田生态系统又相对独立的微生态系统。同时,它也是各种养分、水分和有益、有害物质进入根系参与生态循环的门户,其中有着非常活跃的化学和生物化学过程。     

等温微量热法在土壤微生物研究方面的进展

土壤微生物是陆地生态系统中分解者亚系统的主要组成部分, 参与了包括有机质降解、营养转化、 植物生长的促进或抑制以及各种土壤物理过程在内的一系列反应活动. 土壤微生物则是土壤质量重要的生物指标, 可以用来监控土壤质量的变化. 等温微量热法是一种简便、快速地测量微生物活性的方法, 在土壤微生物代谢热效应的研究领域中广泛应用. 就等温微量热法在土壤微生物活性中的研究进展进行综述: 等温微量热法的简介, 微量热方法与传统方法的比较, 等温微量热法在各种外界环境和土壤条件影响下的土壤微生物活性研究中的应用, 并对等温微量热法在土壤微生物和其它方面的研究进行了展望.     

全氟羧酸化合物在氟化工园区土壤-植物中的分布及组成特征

本次研究分析了典型氟化学工业园区周边不同植物及其根际和非根际土壤中全氟羧酸(perfluorinated carboxylic acid,PFCA)的含量、组成及分布特征.结果显示,PFCA在根际土壤和非根际土壤的浓度范围分别为9.6～160 ng/g和7.2～300 ng/g.根际土壤(rhizospheric soil,RS)和非根际土壤(non-rhizopsheric soil,NRS)中PFCA的浓度比值(cratio=cRS/cNRS)显示,PFCA并未呈现出根际富集效应.PFCA在植物地上部和根部的浓度范围分别为6.0～630 ng/g和6.1～570 ng/g.全氟辛酸(perfluorooctanoic acid,PFOA)是土壤和植物组织中最主要的全氟羧酸化合物,其浓度在根际土、非根际土、植物根部和地上部分别占总PFCA的(53±18)％、(51±22)％、(80±6.7)％和(34±18)％.短链(C4～C8)的PFCA,包括全氟丁酸(perfluorobutyric acid,PFBA)、全氟戊酸(perfluoropentanoic acid,PFPeA)、全氟己酸(perfluorohexanoic acid,PFHxA)、全氟庚酸(perfluoroheptanoic acid,PFHpA)和PFOA,在植物地上部中的浓度及检出率均高于长链(C9～C16)的PFCA,说明短链PFCA比长链PFCA更容易在植物组织中富集.植物PFCA组成特征显示,PFBA和PFHxA在植物地上部所占的比例高于根部,说明PFBA和PFHxA等碳链较短的PFCA可能更容易被植物根系吸收并转移至植物地上部;然而PFOA在植物地上部的百分含量低于植物根部,说明PFOA可能趋向于吸附在植物根系表皮而难以往植物地上部迁移.根部到地上部的转运系数与PFCA的碳链长度呈显著负相关关系.     

被污染土壤的植物修复研究

植物修复是利用植物吸收、降解、挥发、根滤、稳定、泵吸等作用机理,达到去除土壤、水体中污染物,或使污染物固定以减轻其危害性,或使污染物转化为毒性较低化学形态的现场治理技术.植物修复对于重金属污染土壤的治理修复具有重要意义.已有研究在累积与超累积植物的寻找筛选、植物对重金属等有害物的耐毒和解毒机理、植物修复现场环境调控及根际处理技术等方面取得了大量成果.现代分子生物学、基因工程技术发展有可能使植物修复技术取得重大突破.     

玉米根际土壤细菌群落对不同程度镉污染的响应：以甘肃省白银市四龙镇地区为例

为了研究玉米根际土壤细菌群落对土壤Cd污染的响应,本研究基于Illumina MiSeq高通量测序平台,对取自甘肃省白银市四龙镇地区的4组不同Cd污染程度的土壤样品进行16S rDNA扩增子测序分析。结果显示：4组不同Cd污染程度的玉米根际土壤细菌样品的Chao1指数和Shannon指数差异性不明显(p>0.05),表明Cd污染对土壤细菌多样性的影响不显著。4组样品的细菌丰富度相似,优势类群大致相同。4组样品的优势门均为变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)和浮霉菌门(Planctomycetes),优势菌属为Ohtaekwangia、GP4、GP6、硝化螺旋菌属(Nitrospira)和芽单胞菌属(Gemmatimonas)等。Ohtaekwangia和芽单胞菌属的细菌抗逆性较强,随着环境中Cd含量的增加,其细菌相对丰度增加,而GP4和GP6的细菌抗逆性较差,其相对丰度会随土壤Cd含量的降低而降低。Cd污染会引起土壤中细菌的多样性变化,但细菌多样性与土壤中Cd含...     

土壤环境容量研究

该研究以农田生态系统为对象,选定砖红壤、赤红壤、红壤、黄棕壤、紫色土、黑土、灰钙土的典型地区,系统研究了几种重金属对农作物、土壤微生物及地表水、地下水的污染效应。根据土壤—植物,土壤—微生物,土壤—水体系的综合性指标,提出了镉、铅、铜、砷的临界含量。在污染物区域平衡试验,净化规律的基础上,建立土壤环境容量数学模型,确定了土壤的静容量和变动容量。 该研究采用现场调查与实验室模拟,大田与盆栽、动态与静态、微观与宏观相结合的方法,提出了一套比较完整的研究土壤环境容量的方法与程序。在我国中东部地区若干类型土壤临界含量和环境研究容量的基础     

土壤中微塑料与环境污染物的复合作用及其对微生物的影响

随着塑料制品在工农业和生产生活中的广泛使用,大量微塑料被释放到土壤中,带来不可忽视的生态环境与健康风险。长久以来,人们更关注微塑料本身的生态毒性,对微塑料与环境中的其他化学污染物的联合作用及其环境效应研究较少。由于土壤微生物在微塑料降解过程中起着关键作用,认识土壤微塑料是如何通过影响土壤环境而直接或间接影响土壤中微生物群落和土壤生态功能的微观机理,已成为未来推进微塑料的降解和科学认识微塑料生态系统风险的关键。本文综述了近年来微塑料在土壤中吸附和迁移机理,以及微塑料的吸附程度和位置对其迁移行为的影响。总结了微塑料与土壤中有机污染物和重金属的复合作用的进展,探讨了这些复合作用对土壤环境风险的影响,包括污染物的毒性、生物利用度和迁移性的变化。评述了微塑料对土壤微生物群落的影响及作用机制,微塑料对微生物的物种丰富度、活性和结构的影响,以及微塑料表面的定殖和选择性富集能力。建议未来应该加强以下三方面的研究：(1)深入探索微塑料与环境污染物的复合作用及其生态毒理作用的微观机理;(2)认识土壤中微塑料对土壤微生物群落结构改变的微观机制;(3)探索通过科学调控土壤理化特性、特异性微生物在微塑料表面的定...     

湖北清江和尚洞石笋古环境研究的回顾和展望

从1997年开始对湖北清江和尚洞开展了系统的现代过程监测和地质记录的综合研究,以了解气候和生物信息的传输、转化和记录过程,并由此重建长江中游末次冰期以来的气候和生态环境。通过对和尚洞的大气、植被、土壤、围岩、滴水和沉积碳酸盐开展年代学、水文学、地球化学、地球物理学、地球生物学等多学科的调查,已经积累了许多现代过程的基础资料,为进一步进行石笋记录的研究奠定了很好的基础。同时,研究发现该洞穴石笋具有年代准确、环境和生态信息丰富、分辨率高、记录时间长等众多优点,是重建过去气候和生态变化历史的优质载体。下一步研究应该充分利用这些特点,力争在季风的年际和年代际变化以及不同气候态下环境与生物的相互作用两个方向取得进展。