Investigation on Fe, Mn, Zn, Cu, Pb and Cd fractions in the natural surface coatings sampled and surficial sediments collected in the Songhua River, China

Natural surface coatings sampled (NSCSs) from the surface of shingles and surficial sediments (SSs) in the Songhua River, China were employed to investigate the similarities and difference in fractions of heavy metals (Fe, Mn, Zn, Cu, Pb, and Cd) between NSCSs and SSs using the modified sequential extraction procedure (MSEP). The results show that the differences between NSCSs and SSs in Fe fractions were insignificant and Fe was dominantly present as residual phase (76.22% for NSCSs and 80.88% for SSs) and Fe-oxides phase (20.33% for NSCSs and 16.15% for SSs). Significant variation of Mn distribution patterns between NSCSs and SSs was observed with Mn in NSCSs mainly present in Mn-oxides phase (48.27%) and that in SSs present as residual phase (45.44%). Zn, Cu, Pb and Cd were found dominantly in residual fractions (>48%), and next in solid oxides/hydroxides for Zn, Pb and Cd and in easily oxidizable solids/compounds form for Cu, respectively. The heavy metal distribution pattern implied that Fe/Mn oxides both in NSCSs and SSs were more important sinks for binding and adsorption of Zn, Pb and Cd than organic matter (OM), and inversely, higher affinity of Cu to OM than Fe/Mn oxides in NSCSs and SSs was obtained. Meanwhile, it was found that the distributions of heavy metals in NSCSs and SSs were similar to each other and the pseudo-total concentrations of Zn, Cu, Pb and Cd in NSCSs were greater than those in SSs, highlighting the more importance for NSCSs than SSs in controlling behaviours of heavy metals in aquatic environments.

镉、铅污染土壤的植物-微生物联合修复研究

植物－微生物联合修复是利用微生物作为植物修复重金属土壤的一种强化手段，在弥补单纯植物及微生物修复技术不足的同时，利用植物和微生物的共存体系提高植物修复效率。本研究考察了向日葵（Helianthus annuus L.），芥菜（Brassica juncea L.），紫花苜蓿（Medicago sativa L.）和蓖麻（Ricinus communis L.）对Cd、Pb的富集特征，并筛选出向日葵作为富集植物；探讨了向日葵根系分泌物在重金属胁迫下的变化；通过重金属耐受菌株与向日葵的配伍对Cd、Pb污染土壤进行联合修复，结果如下： 液体培养实验结果表明，四种植物对Cd、Pb富集能力明显不同，其中向日葵对两种重金属的提取效果较好。四种植物对重金属的富集量随着浓度的增加而增加，而富集系数随重金属浓度的增加而减小，转移系数同重金属浓度及地上部/地下部生物量比值呈现一定的相关性；Cd、Pb复合处理中，一种重金属的存在会在不同程度上影响植物对另一种重金属的吸收；此外，不同植物及重金属处理中根际区域的酸碱度及氧化还原电位呈现负相关性。 砂培实验结果表明，向日葵对重金属的富集规律基本同液体培养实验相似。富集系数与重金属浓度和培养时间呈现线性相关关系。复合处理中，当Cd和Pb在适当浓度比例时，向日葵可以增加对某一重金属的吸收效率。向日葵的根系分泌物组成因重金属的存在而明显减少，根系分泌物中的草酸、酒石酸、苹果酸、柠檬酸、乙酸及丁二酸含量随着不同浓度Cd、Pb而发生不规则变化。 在以根系分泌物作为唯一营养来源筛选重金属耐受菌株实验中，细菌和真菌对Cd及Pb的耐性及吸附效率不同。总体上看，微生物生物量随重金属浓度升高而降低，而重金属吸附量随浓度升高而增加，重金属复合毒性也减少了微生物对单一重金属的吸收；另外，培养基中酸碱度因微生物种类及重金属浓度而有所差异。 将筛选出的优势微生物与向日葵配伍处理Cd、Pb污染土壤的实验中，由于Cd、Pb污染模式及菌株种类的不同，微生物对向日葵吸收重金属的强化效果呈现很大差异，其中真菌对植物吸收重金属的强化能力较细菌强；同时，根系分泌物中6种有机酸的含量在不同处理中变化较大；在处理单一Cd或Pb污染的时候选用菌株B1、F1或混合菌B1+B2、F1+F2、B2+F1、B1+F2与向日葵配伍修复的效果较好；混合菌F1+F2、B1+F2、B2+F1的添加能较好的强化Cd、Pb复合污染中向日葵吸收重金属的能力。

镉、铅对东北典型地区不同品种大白菜胁迫效应研究

随着工农业的快速发展，土壤重金属污染问题日益严重，在我国东北，大面积的蔬菜种植地受到Cd、Pb的污染。大白菜在东北地区一直得到广泛种植，然而，Cd、Pb单一及复合污染对这一地区大白菜的胁迫效应仍然缺乏系统的研究。本研究以辽宁省普遍种植的四种大白菜（抗病金春KB、东洋春夏DY、青绿王QL、强势QS）为对象，用发芽实验、砂培实验和盆栽实验，研究了Cd、Pb单一及复合胁迫下大白菜的生理生化变化。 在发芽阶段，Cd、Pb单一及复合胁迫下，重金属浓度与根长、芽长和生物量抑制率间呈极显著线性相关，根伸长对Cd、Pb的毒害最敏感。KB对Cd毒害的抗性最强，DY对Pb单一和Cd、Pb复合胁迫的抗性最强，而QS对Cd、Pb单一及复合胁迫的抗性最弱。Cd、Pb复合胁迫时，对根伸长、芽伸长和生物量抑制的联合作用类型都为相加作用。 砂培实验中，在Cd、Pb浓度较低时，4种大白菜超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性及丙二醛（MDA）、可溶性蛋白（SP）、脯氨酸（PRO）含量都不同程度提高，但是随Cd、Pb浓度的提高，各生理过程受到抑制。KB和QS中PRO的含量约是DY和QL中的2-3倍，高PRO累积量很可能是Cd、Pb耐性大白菜品种所具有的特点。 盆栽实验中，在各生长时期，抗氧化酶活性、抗坏血酸（AsA）和还原型谷胱甘肽（GSH），及可溶性糖和SP的含量随Cd、Pb浓度的提高先升高后下降。硝态氮的含量基本随Cd、Pb浓度的提高而上升。在整个实验期间，KB和QS中MDA都保持较低的水平，KB对Cd、Pb的耐性主要是由于其体内PRO及AsA、GSH等抗氧化剂的累积；而GSH和可溶性糖对QS的Cd、Pb耐性起重要作用。QL和DY中MDA的含量要高于KB和QS，它们体内的抗氧化酶活性，及PRO、AsA和GSH含量在某个生长时期会达到较高的水平，但是与KB和QS相比，这些变化并不稳定，所以比KB和QS对Cd、Pb的耐性要弱。

镉、铅排异大白菜品种的筛选和鉴定及安全生产调控技术

随着工农业的快速发展，土壤重金属尤其Cd和Pb污染日益严重。筛选和培育具有重金属低积累特性的农作物排异品种被认为是当前应对土壤重金属污染最为合理和有效的途径之一。本文通过盆栽试验、大田试验和砂培试验，研究了大白菜品种对Cd和Pb的吸收和积累的品种差异、对Cd、Pb胁迫的响应以及大白菜安全生产的调控技术，得出以下结论： 1) 盆栽梯度试验中，80种大白菜地上部对Cd的吸收存在显著差异(p < 0.05)。在3种Cd处理下(1.0, 2.5和5.0 mg/kg)，80种大白菜Cd含量浓度范围分别为(mg/kg) 0.22–2.46, 0.90–14.10和2.03–18.01, 其平均值分别为 0.79, 3.76 和6.79 mg/kg DW。大白菜对Cd胁迫具有较强的耐性。大田试验中，15种大白菜的富集系数和转运系数与盆栽梯度试验的结果基本一致。排异植物的筛选和鉴定标准包括：(1)该植物的地上部和根部的Cd含量都很低或者可食部位低于有关标准；(2) 富集系数(BF) < 1.0；(3) 转运系数(TF) < 1.0；(4)该植物具有较高的Cd耐性，在较高的Cd污染下能够正常生长且生物量无显著下降。采用此标准，结合盆栽梯度试验和大田试验结果，北京新3号、绿星70和丰源新3号可鉴定为Cd排异品种。秋傲和赛新5号具有排异Cd特性，但其对Cd的耐性较差。 2) 盆栽梯度试验中，在Pb投加浓度为500和1500 mg/kg处理下，30种大白菜地上部对Pb的吸收存在显著差异 (p < 0.05)，其Pb浓度的范围分别为：0.52–8.68 和1.86–16.20 mg/kg, 其平均值分别为3.01 和6.87 mg/kg DW。并且，随着Pb浓度的增加，白菜地上部Pb含量有随之增加的趋势。大白菜对Pb具有较强的耐性。低浓度的Pb处理对大白菜的生物具有一定的促进作用。结合盆栽试验和大田试验的结果，秋傲、世博秋抗和福星80可鉴定为Pb排异大白菜品种。 3) 砂培试验中，在Cd和Pb胁迫下，大白菜地上部的丙二醛(MDA)含量增加，随着Cd处理浓度的增加，超氧化物歧化酶(SOD)活性呈现先下降后上升接着下降的趋势，酸菜王的SOD活性要高于北京新3号SOD的活性。随着Pb处理浓度的增加，福星80地上部的SOD活性随之增加，而绿星大棵菜地上部的SOD活性先下降后增加。在不同梯度的Cd处理下，大白菜地上部的可溶性蛋白(SP)含量未见显著降低，甚至有所增加，而在不同梯度的Pb处理下，大白菜地上部的SP含量有所降低。 4) 施用改良剂可升高土壤的pH值和降低土壤中的有效态Cd，从而对大白菜的生长具有促进作用。施用改良剂可显著降低大白菜对Cd和Pb的吸收和累积。

Cd、Pb、Cu、Zn和As在草甸棕壤中垂直迁移规律的研究

本文运用土柱淋溶试验，研究了不同条件下Cd、Pb、Cu、Zn和As等五种重金属元素在草甸棕壤中垂直迁移的规律。试验表明，一般情况下各重金属元素向下迁移的深度不超过10cm，绝大部分还是滞留在表层污染土中，因此在本试验条件下不会因淋溶迁移而导致地下水的污染。从不同重金属元素的迁移情况来看，Cd和Zn的迁移能力较强，Cu、Pb和As的迁移能力较弱。随着土壤pH值降低，Cd、Pb、Cu和Zn的迁移加强，As的迁移减弱。加大淋溶水量，能促进各种重金属离子随土壤水溶液的迁移。在供试浓度下，各重金属元素对水稻的生长没有危害，但对紫花苜蓿的生长却有影响，水稻籽实（或糙米）和紫花苜蓿茎叶中各重金属元素的含量都有增加，甚至超标。土壤施用石灰，能抑制各重金属元素在草甸棕壤中的迁移及被作物的吸收，是降低土壤重金属污染危害的一个有效措施。但是利用施加腐殖酸来防治土壤重金属污染往往会因造成土壤pH值下降、增加某些重金属的可溶性而遭失败。试验还表明，Cd、Pb、Cu和Zn的迁移在酸雨条件下会加剧，但As的迁移仅在弱酸性酸雨条件下增加，强酸性酸雨反而抑制As的迁移。