种间根际相互作用下植物对土壤重金属污染的响应特征及其机理研究

发布时间：2020-07-28 12:55

【摘要】：植物种间相互作用(竞争或互惠)的效应和机制是合理农作物间混套作系统建立的理论基础。大量研究表明,间混套作体系植物种间根系能够互补利用土壤养分资源,从而提高养分利用效率和提高作物总产量。但是,在土壤金属胁迫下植物种间相互作用的变化规律及其对间作作物重金属的吸收积累的影响,目前研究仍缺乏。本研究的科学假说是：“由于植物间相互作用产生的根际化学生态过程改变了植物共存的根际环境,从而影响植物共存条件下土壤重金属的生物有效性,进而影响植物对重金属离子的摄取”。本研究通过野外大田试验、盆栽试验、根系分隔试验进行探索。取得了以下结果： 1土壤重金属复合污染条件下作物及其种间相互类型对重金属的响应特征 作物对土壤重金属的摄取与作物及金属离子的类型有关。对于铅,两个叶用型的作物(包菜和小青菜)的可食部分的铅含量高于两个果实型的作物(玉米和番茄)；对于镉,番茄和小青菜的可食部分的镉含量较高；对于铜,玉米和小青菜的可食部分铜含量较高。 种间相互作用下作物类型对土壤不同重金属的响应特征是不同的。对于铅,玉米、包菜和小青菜在间作的条件下倾向于减少作物体内不同部位的铅含量；而番茄却相反,番茄在间作的条件下各部位的铅含量却有增高的趋势。对于镉,所有作物在间作的条件下各部位的镉含量均有所提高,尤其是当作物与豆科植物鸡眼草间作时,各部位的镉含量相比于作物单种显著增加。对于铜,玉米间作番茄处理各部位的铜含量明显的高于玉米单种,而番茄、包菜、小青菜各部位的铜含量没有受种植方式显著影响。 2种间相互作用下玉米与烟草不同基因型对土壤镉污染的响应特征 相比于各自的单种处理,豆科植物鸡眼草共存条件玉米和烟草不同基因型各部位的镉含量、每盆镉的提取量、镉的生物富集因子显著提高,但镉的生物转移因子没有显著的变化。 3种间相互作用下的根际环境及土壤镉的生物有效性 种间相互作用影响了作物共存条件下的根际环境及土壤镉的生物有效性。相比于单种,玉米共存鸡眼草与烟草共存鸡眼草土壤pH均显著降低；豆科植物鸡眼草共存条件下作物玉米和烟草的菌根真菌侵染率均有所提高,尤其是两个烟草基因型,在Cd3水平下,烟草两个基因型(K326和云烟-87)的菌根真菌侵染率分别比各自的单种处理提高了21%和15%；与单种相比,豆科植物共存条件下土壤可交换态的镉含量明显增加。 4根系分隔条件下的种间根际效应分析 种间根际不同互作方式显著地影响了玉米和烟草各部位的镉含量及每盆镉的总提取量。在玉米与鸡眼草互作时,导致共存条件下镉提取量增加的原因主要由根系效应决定的,其次是溶液效应,再次是菌根效应；而且随着土壤镉含量的增加,菌根效应的权重明显降低,而根系效应和溶液效应的权重有所增加。在烟草与鸡眼草互作时,导致共存条件下镉提取量增加的原因也主要是由根系效应决定的,其次是菌根效应,再次是溶液效应；而且随着土壤镉含量的增加,根系效应的权重显著降低,而菌根效应和溶液效应的权重有所增加。 5重金属胁迫条件下的种间关系 土壤重金属复合污染或单一镉污染条件下,间作豆科植物鸡眼草时,玉米、番茄、烟草的生物量或产量显著提高,玉米与番茄间作时,玉米是间作优势植物,生物量及产量提高,番茄生物量及产量降低。包菜、小青菜在本试验的间作模式下生物量及产量没有显著变化。随着土壤镉含量的增加,共存条件下玉米不同基因型的生物量先增加后减小,烟草不同基因型的生物量逐渐增加,伴生植物鸡眼草的生物量无显著变化,表明在轻度土壤重金属镉污染条件下植物种间的竞争与互补机制增强了共存条件下不同功能群植物对土壤重金属的偏利性。 6重金属污染条件下作物安全生产评价及种间相互作用的应用 依据我国食品中重金属污染物的限量标准,在试验的重金属复合污染的农田中进行番茄、包菜、小青菜三种作物生产均存在重金属铅、镉污染风险；仅玉米(在所有的种植方式下)可食部分铅、镉、铜的含量均低于限量标准,可用于安全生产,但考虑到间作促进玉米镉的吸收积累,建议单种。 玉米不同基因型可食部分镉含量差异显著。依据镉污染限量标准,在轻度镉污染的土壤上(1mg/kg土壤),郑单-958和申甜-1两个玉米基因型可以安全生产；而在镉含量高于1mg/kg的土壤上所有的玉米基因型均存在安全风险；考虑到玉米申甜-1基因型较郑单-958基因型具有更高的镉提取量,因此玉米(申甜-1)在轻度镉污染的土壤(1mg/kg土壤)上具有边生产边修复的潜力。 烟草K326基因型生物量高,且其生物富集因子和转移因子均大于1,尤其与豆科植物鸡眼草共存时镉提取量较大,具有镉污染土壤生物净化提取的潜力。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：X53

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 周乃元,王仁武;植物修复——治理土壤重金属污染的新途径[J];中国生物工程杂志;2002年05期

2 刘哲民;宝鸡土壤重金属污染及其防治[J];干旱区资源与环境;2005年02期

3 张建强;;九寨沟富含钙环境中超富集植物的机理以及钙与重金属交互作用[J];学术动态;2008年02期

4 焦丽香;郭加朋;;土壤重金属的污染与治理进展研究[J];科技情报开发与经济;2009年01期

5 赵庆龄;路文如;;土壤重金属污染研究回顾与展望——基于web of science数据库的文献计量分析[J];环境科学与技术;2010年06期

6 刘燕玲;刘树庆;薛占军;严永路;侯冬利;;保定市郊污灌区土壤重金属潜在生态风险评价[J];安徽农业科学;2011年17期

7 李建国;德清县蔬菜基地土壤重金属污染现状调查[J];上海蔬菜;2005年02期

8 张明亮;王海霞;;煤矿区矸石山周边土壤重金属污染特征与规律[J];水土保持学报;2007年04期

9 李琴;;植物对土壤重金属污染修复的研究进展[J];重庆工商大学学报(自然科学版);2007年06期

10 王华章;;合肥市市区环境土壤中重金属污染的调查与评价[J];科协论坛(下半月);2007年12期

相关会议论文 前10条

1 许咏梅;马兴旺;陈署晃;何生丽;郭海峰;李毳;严莉;李平;蒋文;杨红丽;;乌鲁木齐蔬菜主产区土壤镉污染评价及空间变异分析[A];第二届重金属污染监测风险评价及修复技术高级研讨会论文集[C];2008年

2 李君;关维俊;蒋守芳;佟俊旺;刘楠;焦月英;高彦梅;郑天然;李克;鲁亚静;朱琳;陈超;何黔黔;黎冠龙;;某港口工业区建设和部分投产期间土壤重金属污染状况评价[A];河北省土壤污染防治技术研讨会论文集[C];2010年

3 尹王保;张雷;贾锁堂;;激光感生击穿光谱测量土壤重金属污染研究[A];第二届重金属污染监测风险评价及修复技术高级研讨会论文集[C];2008年

4 尹王保;张雷;董磊;潘冬子;闫立本;贾锁堂;;激光感生击穿光谱测量土壤重金属污染[A];有毒化学污染物监测与风险管理技术交流研讨会论文集[C];2008年

5 朱湖地;陈静;王贝贝;;土壤重金属污染几种评价方法的对比[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年

6 黄国勤;;江西省土壤重金属污染研究[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集（第二卷）[C];2011年

7 郭洪亮;;环境磁学在农田土壤重金属污染研治理究中的应用[A];地理学核心问题与主线——中国地理学会2011年学术年会暨中国科学院新疆生态与地理研究所建所五十年庆典论文摘要集[C];2011年

8 王学松;张鹏;付晶;周洪英;毛应明;;城市表层土壤重金属污染强度的环境磁学表征[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年

9 时永志;;土壤重金属污染与环境地球化学评价[A];河南省地质调查与研究通报2007年卷（下册）[C];2007年

10 刘宝庆;陈红路;郑雄;;南宁市城区土壤重金属污染特征及评价[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集（第二卷）[C];2011年

相关重要报纸文章 前10条

1 秦志东;地大开展纳米磷矿粉修复土壤重金属污染技术研究[N];科技日报;2009年

2 记者 刘如春;土壤重金属污染修复研究获突破性进展[N];地质勘查导报;2009年

3 中国疾控中心中毒控制中心研究员 丁茂柏;土壤重金属污染祸及子孙[N];健康报;2011年

4 本报首席记者 姜澎;土壤受污染,吃啥都不安全[N];文汇报;2011年

5 本报记者 梅隆;富硅技术破解 土壤重金属污染难题[N];农民日报;2011年

6 本报记者 李源;“受伤”土壤怎“疗伤”？[N];中国环境报;2011年

7 记者 刘如春;土壤重金属污染修复研究获突破性进展[N];中国矿业报;2009年

8 记者王华楠;茶皂素淋洗对土壤重金属污染有修复作用[N];中国技术市场报;2009年

9 本报记者 白舒婕;农地污染再向前一步就是悬崖[N];新农村商报;2011年

10 实习生 马媛媛;寻找土壤重金属污染的“植物克星”[N];科技日报;2011年

相关博士学位论文 前10条

1 刘领;种间根际相互作用下植物对土壤重金属污染的响应特征及其机理研究[D];浙江大学;2011年

2 于yN飞;土壤镉污染及农艺调控对苹果树体镉积累影响的研究[D];河北农业大学;2011年

3 赵庆龄;基于文献计量的土壤重金属污染国际比较研究[D];中国农业科学院;2010年

4 李金霞;抚顺地区土壤重金属污染来源解析与风险评价的研究[D];沈阳农业大学;2012年

5 曲蛟;锦州市铁合金厂土壤重金属污染分析、修复及植物产后利用的研究[D];东北师范大学;2011年

6 郝春明;浙江平湖农田土壤重金属污染评估及演化规律研究[D];中国矿业大学（北京）;2010年

7 易丽;土壤中重金属活动性的唐南膜测定、模型模拟与污染的原位控制[D];中国科学院研究生院（地球化学研究所）;2005年

8 王金贵;我国典型农田土壤中重金属镉的吸附—解吸特征研究[D];西北农林科技大学;2012年

9 赖启宏;珠江三角洲多目标区域地球化学生态环境评价[D];中国科学院研究生院（广州地球化学研究所）;2005年

10 王登启;设施菜地土壤重金属的分布特征与生态风险评价研究[D];山东农业大学;2008年

相关硕士学位论文 前10条

1 林松涛;公路路面径流和路域土壤重金属污染特性研究[D];南京林业大学;2010年

2 陈景辉;西安城市路边土壤重金属污染与天然放射性水平研究[D];陕西师范大学;2011年

3 杨霞;有机—无机复合体对土壤中Cu固定能力的研究[D];山东师范大学;2008年

4 符燕;陇海铁路郑州—商丘段路旁土壤重金属空间分布与污染分析[D];河南大学;2007年

5 周燕;崇明岛土壤重金属污染的空间分析及污染评价[D];华东师范大学;2009年

6 毛竹;汉源铅锌矿区土壤重金属空间变异及其污染风险评价[D];四川农业大学;2009年

7 于亚杰;土壤重金属污染与政府行为相关性研究[D];浙江大学;2011年

8 李鑫;土壤重金属污染防治法律制度研究[D];山西财经大学;2012年

9 刘春早;湖南省主要流域土壤重金属污染及潜在风险评价[D];河北农业大学;2011年

10 张红红;包头市土壤重金属污染状况及园林绿化树种抗重金属污染调查研究[D];内蒙古农业大学;2010年

本文编号：2772908