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黄铁矿和谷氨酸对砷酸盐生菜毒性的调控研究

农业环境科学学报 2022年第10期41卷 2120-2130页

作者：温婧玉唐鑫翁靓娴穆莉刘潇威赵玉杰戴礼洪农业农村部环境保护科研监测所农业农村部农产品质量安全环境因子控制重点实验室天津市农业环境与农产品安全重点实验室天津300191

为探究含铁矿物和有机物添加对生菜砷酸盐毒性的调控作用,采用高分辨扫描电镜和X射线光电子能谱表征培养液中外源添加物与砷(As)之间的相互作用,采用高效液相色谱串联电感耦合等离子体质谱法测定不同处理组生菜中As的存在形态及累积变... 详细信息

为探究含铁矿物和有机物添加对生菜砷酸盐毒性的调控作用,采用高分辨扫描电镜和X射线光电子能谱表征培养液中外源添加物与砷(As)之间的相互作用,采用高效液相色谱串联电感耦合等离子体质谱法测定不同处理组生菜中As的存在形态及累积变化状况,并综合考察了营养元素含量、超氧化物酶浓度和丙二醛含量等抗氧化系统和纤维素等指标的变化。结果表明:培养液中的As通过物理吸附或化学作用力结合在黄铁矿表面,添加谷氨酸促进了该过程的发生,从而抑制了As从植物根部向可食部的迁移。当生菜生长至第20~40天,相比黄铁矿单独处理,黄铁矿和谷氨酸组合处理使无机As浓度降低35.9%,总As浓度降低16.9%;与谷氨酸单独处理相比,无机As浓度降低4.0%,总As浓度降低21.8%。在植物叶片中,相比As(Ⅴ)单独处理组,黄铁矿和谷氨酸的添加使叶质量和叶绿素含量分别提高了20.8%~30.8%和17.1%~25.5%,通过增加叶片中超氧化物酶的合成限制活性氧在体内的积累,减少脂质过氧化反应。黄铁矿添加具有促进营养元素吸收的作用,而谷氨酸添加有利于缓解由As胁迫引起的植物氧化应激作用。相比黄铁矿单独处理,黄铁矿和谷氨酸组合处理更有利于植物对镁(Mg)、锰(Mn)、铜(Cu)和铁(Fe)元素的吸收,增强植物对As的抗逆性。同时,与谷氨酸或黄铁矿单独处理相比,二者组合处理提升了植物的品质,分别使维生素C含量提高了42.5%和69.3%,纤维素含量提高了21.2%和374.6%,蛋白质含量提高了71.4%和21.4%。研究表明,黄铁矿和谷氨酸组合处理能有效降低溶液中As的迁移和生菜叶片中As的积累,有利于植物体中活性氧的清除,并可提高植物对营养元素的吸收,促进品质改善。

关键词：砷酸盐生菜黄铁矿有机物谷氨酸

华北不同利用强度潮土酶生态化学计量特征比较

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农业环境科学学报 2022年第12期41卷 2733-2741页

作者：李胜君盛美君李刚杨昕玥王蕊李洁张贵龙修伟明农业农村部产地环境污染防控重点实验室农业农村部环境保护科研监测所天津300191 天津市农业环境与农产品安全重点实验室农业农村部环境保护科研监测所天津300191

为探究土壤酶活性和微生物养分限制水平对土地利用强度的响应特征,本研究设置1个高强度(小麦-玉米轮作,MW)、2个中强度(临时草地-小麦,GW;玉米-临时草地,MG)和1个低强度(多年生草地,PG)共4个处理,6 a后采样解析土壤酶活性及酶生态化学... 详细信息

为探究土壤酶活性和微生物养分限制水平对土地利用强度的响应特征,本研究设置1个高强度(小麦-玉米轮作,MW)、2个中强度(临时草地-小麦,GW;玉米-临时草地,MG)和1个低强度(多年生草地,PG)共4个处理,6 a后采样解析土壤酶活性及酶生态化学计量特征。结果表明:土壤pH值随土地利用强度降低而下降(仅PG达到显著),PG和GW均增加了土壤有机碳(Organic carbon,OC)含量;PG还增加了土壤全氮(Total nitrogen,TN)与有效磷(Available phosphorus,AP)含量,进而提高了土壤C∶P和N∶P的比值。与MW和MG相比,PG和GW提高了β-1,4-葡萄糖苷酶(β-1,4-glucosidase,BG)、β-N-乙酰-氨基葡萄糖苷酶(β-N-acetyl-glucosaminidase,NAG)+亮氨酸氨基肽酶(Leucine aminopeptidase,LAP)和碱性磷酸酶(Alkaline phosphatase,ALP)活性,以及土壤酶碳磷比(C/P ratio of extracellular enzymatic activities,EEAC∶P)和土壤酶氮磷比(N/P ratio of extracellular enzymatic activities,EEAN∶P),显著降低了土壤微生物P限制。相关性分析表明:土壤C、N和P关键代谢酶活性均与OC、TN、C∶P和N∶P显著正相关,而与NH_(4)^(+)-N显著负相关;EEAC∶P和EEAN∶P均与OC、C∶P和N∶P显著正相关,但仅EEAN∶P与NH_(4)^(+)-N显著负相关。随机森林模型分析表明,pH是土壤微生物C限制的主要解释因子,而C∶P、N∶P和NH_(4)^(+)-N对土壤微生物P限制的解释度最高。研究表明,将临时草地模式引入农田能够增强土壤固碳和供氮能力,提高土壤酶活性并降低土壤微生物P限制,可为集约化农业管理下提升农田土壤生态系统质量提供理论依据和技术支撑。

关键词：土地利用强度微生物养分限制土壤酶活性生态化学计量特征临时草地

西南地质高背景区蔬菜Pb的安全生产阈值与土地质量类别划分

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环境科学 2022年第2期43卷 965-974页

作者：穆德苗孙约兵东北农业大学资源与环境学院哈尔滨150030 农业农村部环境保护科研监测所天津市农业环境与农产品安全重点实验室农业农村部产地环境污染防控重点实验室天津300191

为确保西南地质高背景区与人类活动交互叠加的农田土壤Pb污染蔬菜品种的安全生产,选取西南地区广泛食用的蔬菜作物32种,利用相关性分析和多元线性回归分析等方法研究了土壤-蔬菜中Pb累积规律和关键制约因子,西南地区农田土壤Pb生态安全... 详细信息

为确保西南地质高背景区与人类活动交互叠加的农田土壤Pb污染蔬菜品种的安全生产,选取西南地区广泛食用的蔬菜作物32种,利用相关性分析和多元线性回归分析等方法研究了土壤-蔬菜中Pb累积规律和关键制约因子,西南地区农田土壤Pb生态安全阈值采用物种敏感度分布法确定.结果表明,研究区土壤ω(Pb)为47.59~462.38 mg·kg^(-1),高于云南省土壤Pb背景值(90 mg·kg^(-1))的1.88倍,68.40%的土壤样品超过农用地土壤污染风险管控标准的筛选值.蔬菜类作物可食用部分ω(Pb)为0.02~0.49 mg·kg^(-1),超标率达到20.49%,表现为:叶菜类>根茎类>茄类>食用豆类>辣椒类.基于土壤pH值、OM和CEC构建了蔬菜Pb吸收累积模型,显示pH值为影响蔬菜Pb累积的首要关键因子.蔬菜Pb物种敏感度分布曲线显示叶菜类、茄类和食用豆类对Pb的敏感度较差,根据蔬菜产地"优先保护、安全利用和严格管控"这3类区域土壤划分标准确定Pb阈值分别为:≤100、100~353和≥353 mg·kg^(-1).

关键词：蔬菜铅(Pb) 物种敏感度分布法类别划分生态安全阈值

不同钝化剂对土壤镉有效性与生物可给性的对比影响研究

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农业环境科学学报 2024年

作者：许华强王林孙约兵戴子纯邓凯王童玉梁学峰农业农村部环境保护科研监测所公共实验室农业农村部产地环境污染防控重点实验室/天津市农业环境与农产品安全重点实验室农业农村部环境保护科研监测所

为探究不同钝化剂对土壤镉（Cd）有效性和生物可给性的影响，本文开展土培实验，研究施用巯基坡缕石（MP）、羟基磷灰石（HAP）、铁改性生物炭（FeBC）对酸性（湘潭）和弱碱性（济源）土壤Cd有效性、化学形态及生物可给性的影响，并通... 详细信息

为探究不同钝化剂对土壤镉（Cd）有效性和生物可给性的影响，本文开展土培实验，研究施用巯基坡缕石（MP）、羟基磷灰石（HAP）、铁改性生物炭（FeBC）对酸性（湘潭）和弱碱性（济源）土壤Cd有效性、化学形态及生物可给性的影响，并通过体外消化与连续提取的联合实验及冗余分析揭示其作用机制。结果表明：添加MP和HAP显著降低供试土壤的Cd有效性，最大降低率分别为82.27%和47.88%；FeBC显著提高Cd有效性。施用MP显著降低济源和湘潭土壤肠阶段的Cd生物可给性，最大降幅分别为97.97%和51.11%；施用HAP显著降低湘潭土壤肠阶段的Cd生物可给性，最大降幅为54.13%；施用高剂量FeBC则显著提高两种土壤胃阶段的Cd生物可给性。施用MP和HAP促进土壤Cd由可交换态向铁锰氧化物结合态转化；施用FeBC则促进土壤碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态Cd转化为可交换态Cd。联合实验和冗余分析的结果表明，生物可给态Cd主要来源于可交换态Cd，3种钝化剂主要通过调控可交换态Cd的溶出来影响Cd的生物可给性。研究表明，3种钝化剂中MP钝化效果最佳，在降低土壤Cd污染带来的健康风险方面具有较好的应用价值。

关键词：钝化修复镉有效性生物可给性化学形态

潮土细菌及真菌群落对化肥减量配施有机肥和秸秆的响应

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环境科学 2020年第10期41卷 4669-4681页

作者：吴宪王蕊胡菏修伟明李刚赵建宁杨殿林王丽丽王欣奕农业农村部环境保护科研监测所农业农村部产地环境污染防控重点实验室天津市农业环境与农产品安全重点实验室天津300191

为了研究化肥减量配施有机肥和秸秆对华北麦玉轮作田潮土细菌和真菌群落的影响,在天津市宁河区试验基地开展田间定位施肥试验,采用Illumina高通量测序技术比较了5种施肥模式(单施化肥处理,F;化肥减施处理,FR;化肥减量与秸秆配施处理,FRS... 详细信息

为了研究化肥减量配施有机肥和秸秆对华北麦玉轮作田潮土细菌和真菌群落的影响,在天津市宁河区试验基地开展田间定位施肥试验,采用Illumina高通量测序技术比较了5种施肥模式(单施化肥处理,F;化肥减施处理,FR;化肥减量与秸秆配施处理,FRS;化肥减量与有机肥配施处理,FRO;化肥减量与有机肥和秸秆配施处理,FROS)下土壤细菌及真菌群落的组成、多样性和结构差异,并结合土壤理化性质分析,探究不同施肥处理下驱动细菌和真菌群落变化的关键土壤环境因子.结果表明,FRO处理显著提高了土壤SOM含量.FROS处理的TP含量显著高于FRS处理,增加了13.33%.FRO和FROS处理AP含量较其它处理显著增加,NH4^+-N含量显著高于化肥处理(F和FR).各施肥处理土壤中优势细菌门类均为变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)和酸杆菌门(Acidobacteria),优势真菌门类均为子囊菌门(Ascomycota).在化肥减量配施有机肥(FRO)的基础上添加秸秆(FROS)显著降低了放线菌门(Actinobacteria)的相对丰度.FRS和FROS处理均显著降低了芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)的相对丰度.FROS处理显著提高了浮霉菌门(Planctomycetes)和疣微菌门(Verrucomicrobia)的相对丰度.对于真菌群落而言,有机肥(FRO和FROS)的施入显著提高了子囊菌门(Ascomycota)的相对丰度.与FR处理相比,FROS处理显著降低了被孢菌门(Mortierellomycota)和油壶菌门(Olpidiomycota)的相对丰度,且FRS处理同样显著降低了油壶菌门(Olpidiomycota)的相对丰度.FROS处理的细菌群落Shannon多样性指数显著高于F和FR处理,分别增加了1.26%和1.25%,Chao1指数较F处理显著增加了4.51%,细菌Shannon多样性指数与AP和NH4^+-N含量显著正相关(P所述,添加有机肥和秸秆改变了土壤理化性质,进而改变了土壤细菌和真菌群落组成,土壤真菌对有机物料的敏感程度高于细菌,细菌和真菌群落结构均受到土壤P的调控,在潮土农业耕作中应引起充分重视.

关键词：化肥减量有机肥秸秆细菌群落真菌群落潮土

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种间竞争对香蒲与芦苇生长的影响

生态学报 2022年第7期42卷 2891-2898页

作者：王亚露赵建宁许彦骁张乐杨殿林李洁农业农村部环境保护科研监测所农业农村部产地环境污染防控重点实验室/天津市农业环境与农产品安全重点实验室天津300191

为了探究种间竞争对香蒲(Typha domingensis)与芦苇(Phragmites australis)生长的影响,利用根系分隔盆栽试验研究了3种不同分隔方式条件下香蒲与芦苇的种间竞争特性,包括塑料膜分隔(根系完全分隔,无相互作用,无物质交换)、尼龙网分隔(... 详细信息

为了探究种间竞争对香蒲(Typha domingensis)与芦苇(Phragmites australis)生长的影响,利用根系分隔盆栽试验研究了3种不同分隔方式条件下香蒲与芦苇的种间竞争特性,包括塑料膜分隔(根系完全分隔,无相互作用,无物质交换)、尼龙网分隔(根系部分分隔,无相互作用,有物质交换)和不分隔(根系完全相互作用,有物质交换),分析了香蒲与芦苇根系形态和地上部生长的变化,探究香蒲与芦苇种间竞争的差异。结果发现(1)在尼龙网分隔和不分隔处理中芦苇具有明显的劣势。与塑料膜分隔处理相比,芦苇的总生物量、植株密度在尼龙网分隔和不分隔处理中分别减少了39.14%、49.41%和82.08%、79.22%,总根长、总根表面积、总根体积分别减少了40.53%、44.84%、62.52%和85.7%、82.45%、89.67%,且均具有极显著差异(P塑料膜分隔>尼龙网分隔。(2)与塑料膜分隔处理相比,香蒲总生物量在尼龙网分隔和不分隔中虽有增加,但差异不显著,植株密度和株高在尼龙网分隔和不分隔处理中都有增加且具有显著差异(P保护生物多样性和生态系统的功能提供有效的技术支撑。

关键词：香蒲芦苇种间竞争分隔处理生长形态

磷高效转基因水稻OsPT4根际高效解有机磷细菌的分离鉴定

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农业环境科学学报 2022年第4期41卷 834-840页

作者：张乐张思宇王亚露李刚杨殿林赵建宁农业农村部环境保护科研监测所天津300191 农业农村部产地环境污染防控重点实验室/天津市农业环境与农产品安全重点实验室天津300191

为提升磷高效转基因水稻根际土壤的磷素利用率,采用传统微生物分离培养技术分离筛选高效解有机磷菌株,并对分离菌株进行鉴定和解磷能力的测定。以改良的蒙金娜固体有机磷培养基分离磷高效转基因水稻OsPT4根际土壤中的解有机磷菌株,检测... 详细信息

为提升磷高效转基因水稻根际土壤的磷素利用率,采用传统微生物分离培养技术分离筛选高效解有机磷菌株,并对分离菌株进行鉴定和解磷能力的测定。以改良的蒙金娜固体有机磷培养基分离磷高效转基因水稻OsPT4根际土壤中的解有机磷菌株,检测其溶磷特性,并通过比对16S rDNA基因序列进行分类鉴定。结果表明:从磷高效转基因水稻根际土壤中分离获得15株解菌株,纯化复筛后获得6株可以产生明显溶磷圈且生长稳定的解有机磷菌株。6株解磷菌的可溶性指数在1.50~6.33之间,其中菌株Y7的可溶性指数最高;培养24 h后菌株的解磷量在10.60~87.43 mg·L^(-1)之间,其中菌株Y7最大。培养24 h后菌株Y7的菌液pH降低最多,碱性磷酸酶分泌量仅低于菌株Y11。除Y7外的5株菌株均为大田土壤中分离筛选的常见类群,在解磷能力、溶磷特性上与传统大田作物中筛选获得的解磷菌株无明显差异。菌株Y7的解磷能力最强,经鉴定其属于泛菌属(Pantoea sp.),是常见的水稻种子内生菌核心类群,酸化作用和碱性磷酸酶作用是其主要的解磷机制,Y7可作为高效解磷菌资源进行进一步研究。

关键词：磷高效转基因水稻解有机磷细菌 16Sr DNA

纳米氧化铜对镉胁迫下小油菜生理生化和重金属累积的影响

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环境科学 2023年第9期44卷 5204-5213页

作者：王诗琪孙约兵黄青青徐应明董如茵孟庆尧农业农村部环境保护科研监测所农业农村部产地环境污染防控重点实验室天津市农业环境与农产品安全重点实验室天津300191 东北农业大学资源与环境学院哈尔滨150030

为探究纳米氧化铜(CuO NPs)在镉(Cd)胁迫下对作物生长、生理特性和重金属吸收的影响,采用水培实验,以夏绿2号小油菜为供试植物,研究了CuO NPs(0、 10、 20和50 mg·L^(-1))和Cd(0、 1和5μmol·L^(-1))单一和复配处理下小油菜鲜重、光... 详细信息

为探究纳米氧化铜(CuO NPs)在镉(Cd)胁迫下对作物生长、生理特性和重金属吸收的影响,采用水培实验,以夏绿2号小油菜为供试植物,研究了CuO NPs(0、 10、 20和50 mg·L^(-1))和Cd(0、 1和5μmol·L^(-1))单一和复配处理下小油菜鲜重、光合色素、丙二醛含量(MDA)、抗氧化酶活性[过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽还原酶(GR)]以及Cu和Cd含量.结果表明,在单一CuO NPs处理下,小油菜鲜重以及CAT、 POD、 GR酶活性总体上受到抑制,叶绿素含量和SOD活性随浓度增加呈现出先增加后降低趋势,而小油菜叶部、根部MDA含量以及亚细胞中Cu含量随投加量增加而增加.1μmol·L^(-1)Cd处理下,添加CuO NPs促进了小油菜生长,鲜重较对照增加了8.70%~44.87%,当Cd浓度达到5μmol·L^(-1)时,低浓度CuO NPs(10 mg·L^(-1))处理表现为促进植物生长,高浓度(50 mg·L^(-1))处理则呈抑制效应.不同Cd处理下添加CuO NPs均提高了小油菜的光合色素和MDA含量,其中小油菜叶部MDA含量较对照增加了4.34%~36.27%,根部MDA含量增加了13.43%~131.04%. Cd浓度为1μmol·L^(-1)处理下施加CuO NPs后,小油菜叶部CAT和GR活性均下降,POD活性上升;当Cd浓度达到5μmol·L^(-1)时,CuO NPs提高了小油菜叶部POD活性,抑制了SOD和GR活性,CAT活性随浓度升高呈现先上升后下降的趋势.CuO NPs与Cd表现出拮抗作用,添加CuO NPs后,1μmol·L^(-1)Cd处理下小油菜叶部和根部Cd含量最大降幅分别为45.64%和33.39%, 5μmol·L^(-1)Cd处理下叶部和根部Cd含量最大降幅分别为18.25%和25.35%,小油菜亚细胞器中Cu和Cd质量分数下降,可溶性组分质量分数上升.综上所述,低浓度下CuO NPs可以促进Cd胁迫下植物生长,抑制植物对Cd吸收,但会增加植物氧化损伤.

关键词：纳米氧化铜镉胁迫小油菜生理生化吸收与累积

基于LDHs-DGT的环境中活性态Cr原位提取检测方法研究

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农业环境科学学报 2023年第10期42卷 2371-2382页

作者：田佩宁王震张润祺张闯闯周其文赵玉杰农业农村部环境保护科研监测所农业农村部农产品质量安全环境因子控制重点实验室天津300191

为原位监测土壤Cr的形态变化,本研究开发了一种以纳米Mg/Al双层氢氧化物(Mg/Al-LDHs)作为结合膜的梯度扩散薄膜(LDHs-DGT)装置,并通过ICP-MS和超痕量六价铬分析仪联用,实现对环境中活性态Cr含量及Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)的原位提取、测定。实验... 详细信息

为原位监测土壤Cr的形态变化,本研究开发了一种以纳米Mg/Al双层氢氧化物(Mg/Al-LDHs)作为结合膜的梯度扩散薄膜(LDHs-DGT)装置,并通过ICP-MS和超痕量六价铬分析仪联用,实现对环境中活性态Cr含量及Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)的原位提取、测定。实验结果表明,该装置中LDHs结合膜对Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)均有较快的吸附速率,其最大吸附量分别是181.27μg·cm^(-2)和176.29μg·cm^(-2),该装置可在pH为5~8、离子强度小于50 mmol·L^(-1)的环境中对Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)实现准确提取,能够有效避免干扰离子对装置的影响,空白背景值为4.9 ng,方法检出限为0.22 ng·mL^(-1),Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)在扩散膜中的扩散系数分别为(3.58±0.02)×10^(-6)cm^(2)·s^(-1)和(7.03±0.09)×10^(-6)cm^(2)·s^(-1)。LDHs-DGT可以高效侦测土壤活性态Cr的时空变化态势,并能对Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的价态变化进行动态监测。

关键词： Cr 活性态检测技术梯度扩散薄膜(DGT) 动态监测