矿区农田油菜毒害成因的生物及非生物机制探究
研究污染土壤对植物的毒害机理以及污染区重金属污染分布规律是合理修复和利用重金属污染土壤的前提。针对某矿区附近一块油菜田中出现的零星少数油菜叶色发黄、植株矮化现象，探究了引起油菜幼苗毒害的主要生物及非生物因素。分别采集了黄化油菜幼苗以及相应的根际区土壤（以生长正常植株为对照），分析了根际区土壤Cu、Pb、Zn、Cd、As、S等元素含量、根际微生物多样性、以及油菜幼苗元素含量等。结果表明，与正常植株相比，黄化苗根际区土壤Cu、Zn、Cd等元素含量明显高于正常植株土壤。根际土壤微生物多样性分析结果表明，黄化苗根际土壤细菌的数目和多样性略高于正常苗，真菌的数目和多样性低于正常苗,优势菌属比例也发生了变化。将上述两类土壤进行盆栽试验，统计发芽率并对收获的油菜幼苗进行Cu、As、N、P、K等含量分析，结果显示正常苗土壤油菜种子萌发率高于黄化苗土壤；两类油菜根系中Cu、As含量均大于地上部分，黄化油菜苗Cu含量明显高于正常油菜，As含量没有明显差异。正常油菜N含量明显高于黄化苗，K含量略高于黄化苗，P含量差异较小。研究结果表明，野外油菜地油菜生长不正常的因素是该点域土壤Cu、Cd、Zn等含量异常超标，主要是Cu的局部污染严重，从而导致了植物根际微生物群落中有益微生物如Sphingomonas (鞘氨醇单胞菌属) 、Nitrosospira（亚硝化螺菌属）、Lysobacter（溶杆菌属）的减少，致病菌如Olpidium（油壶属）的增加，进而导致植物对营养元素尤其是N素吸收量降低。进而选取了面积为620 m2的试验地进行密集布点共采集了41个土壤样本，对采样土壤进行有效Cu、全Cu、全As含量的测定，结果表明，在该不到一亩的试验地，土壤污染极不均匀，有效Cu、全Cu最高值分别是最低值的1.83和1.95倍，As浓度变幅不大。针对矿区周边污染土壤，建议采用W型采样法，500 m2至少需要采集5个样点才能放映出污染分布规律。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
1 材料与方法 2
1.1 试验一：油菜苗黄化现象分析（野外采样） 2
1.1.1 试验材料 2
1.1.2 试验方法 3
1.1.2.1 土壤S、Cu、Pb、Z *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
n、Cd、As元素的测定 3
1.1.2.2 植物根际土壤微生物多样性的测定 3
1.2 试验二：油菜苗黄化现象分析（盆栽试验） 3
1.2.1 试验材料 4
1.2.2 试验方法 4
1.2.2.1 污染土壤对油菜种子萌发的影响 4
1.2.2.2 污染土壤对油菜种子生长发育的形态影响 4
1.2.2.3 油菜地上部分与地下部分Cu、As的测定 4
1.2.2.4 油菜地上部分与地下部分N、P、K的测定 4
1.3 试验三：矿区周边农田土壤污染变异度分析（野外采样） 5
1.3.1 试验材料 5
1.3.2 试验方法 5
1.3.2.1 有效Cu的测定 5
1.3.2.2 全Cu、全As的测定 5
2 结果与分析 6
2.1 试验一：油菜苗黄化现象分析—土壤元素分析 6
2.2 试验一：油菜苗黄化现象分析—土壤微生物种群分析 8
2.3 试验二：油菜苗黄化现象分析—盆栽试验 15
2.3.1 土壤污染对油菜出芽率的影响 15
2.3.2 土壤污染对油菜生长状态的影响 15
2.4 试验二：油菜苗黄化现象分析—油菜元素分析 16
2.4.1 油菜地上部分与地下部分Cu、As含量分析 16
2.4.2 油菜地上部分与地下部分N、P、K含量分析 17
2.5 试验三：矿区周边农田土壤污染变异度分析 19
3 讨论 21
致谢 22
参考文献 22
矿区农田油菜毒害成因的生物及非生物因素机制探究
引言
土壤污染一直是生命科学、环境科学研究中的一个热点，发展非常迅速。随着工农业废弃物和城市生活垃圾的与日俱增，农药和化肥大规模投入使用，以及矿产资源的不断被开发，各种污染元素转移到土壤里，使人类赖以生存的土壤遭受到了严重的污染［1,2］，不仅其自身质量下降，理化性质发生改变，严重的时候还会影响土壤微生物群落的结构和农作物的生长发育，甚至通过食物链等影响人类的健康[3,4,5]。其中重金属因为自身的不易转化、累积性的特点，会因为时间的推移而逐渐富集导致污染越来越严重。尤其是矿区附近的农田深受重金属污染的毒害，农作物的产量和质量都受到极大的影响［6］。所以发现污染土壤，进行污染指标测定揭示土壤重金属污染的分布状况，深入研究污染土壤对农作物的毒害原因，分析植物生长受到抑制的生理生化机制，提高粮食作物的发育、品质与产量，利用化学、生态、工程、生物等方法治理修复污染土壤是全人类面临的共同挑战也是必须要担负起的责任[7,8,9]。
国内对于污染土壤的研究往往侧重于对污染元素的测定和评价，对于植物的生长状态影响也集中于重金属浓度、氮磷钾元素的配比以及微生物种类的单方面分析，而对于它们之间的互作研究较少。本试验采用野外采样和盆栽试验及相关分析相结合的方法，主要研究了农田油菜生长状态差异的多重原因，并阐述其关联性。准确的测定并且分析污染土壤元素含量及差别，对油菜地上和地下部分中土壤含量相差较大的重金属、类金属元素以及N、P、K的含量进行测定，研究油菜对于污染土壤中重金属和类金属吸收富集效应和污染土壤对油菜养分吸收的影响；同时利用高通量测序分析油菜根际土壤微生物的多样性，从菌属水平上的差异找出优势门属，将差异菌属和其自身的功能相联系，从分子生物学的角度解释植物生长受到毒害的机理，通过多方面综合分析导致该农田油菜矮小黄化、生长受阻的因素。最后对污染不均的农田进行固定面积的不同采样数目的污染程度评定，探究适用于污染分布不均的土壤的代表性采样方法。为全面了解污染土壤对于油菜植株的毒害机制和准确便捷的评定土壤污染程度提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验一：油菜苗黄化现象分析（野外采样）
1.1.1 试验材料
供试土壤为野外黄化苗和正常植株的根际土壤，各采集4个重复。采集的土壤样品用四分法混合均匀，避光自然风干至恒重，去掉砂石和植物残渣，用玛瑙研钵稍加研磨过100目筛[10]。用于土壤S、Cu、Pb、Zn、Cd、As等元素分析。
去除黄化苗和正常植株根部周围的大块土壤，取下距离根2 mm内的土壤作为根际土，各取3个重复。将每份土壤充分混合均匀，保存于20 ℃。用于高通量测序分析根际土的微生物多样性。
1.1.2 试验方法
1.1.2.1 土壤S、Cu、Pb、Zn、Cd、As元素的测定
1.1.2.1.1 土壤S含量的测定
称取1.0000± 0.0010 g过100目筛土样，8个土样各设3个重复，同时设置3组空白对照，放于50 mL消煮管中，加入2 mL 浓度为2 mol/L的Mg(NO3)2溶液，在70 ℃的恒温水浴锅中蒸发至干。将残渣置于270 ℃的高温消煮炉中过夜，待消煮管完全冷却后加入 5 mL浓硝酸，用保鲜膜略微封口，在水浴锅中100 ℃水浴溶解2.5小时，期间经常取出消煮管震荡混匀。结束后取出消煮管，待其冷却至室温，加人去离子水稀释至约30 mL，过滤到锥形瓶中，洗涤数次，稀释至 40 mL左右，加 5 mL冰醋酸，1 mL H3 PO3 ，1 mL 0.5 % 阿拉伯胶，转移到50 mL容量瓶中，定容。将其全部转入150 mL烧杯中，加入1.0 g BaCl22H2O晶粒，在磁力搅拌器上加热搅拌90 s，在30 min内装入比色皿中，用紫外分光光度计在440 nm处进行比色。标准溶液用K2SO4[ρ（S）= 20 mg/L]进行配制。
1.1.2.1.2 土壤Cu、Pb、Zn、Cd含量的测定
85 ℃烘干的土样经玛瑙研钵磨碎后过100目筛（样品全部研磨过筛）。称量前再次烘干，称取0.2500 ± 0.0010 g土样，放入洗净烘干的消煮管。每个土样3个重复，并设置3组空白对照，准确记录编号和样品的质量。在通风橱中加入HNO3：HClO4=4:1(v/v)的混酸5 mL，冷消煮过夜后，消煮至管底呈灰白色。取出消煮管，待消煮管冷却后加入5 mL 2.5%的HNO3水浴溶解，涡旋，静置待测。利用ICP测定样品中Pb、Zn、Cd、Cu的含量。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
1 材料与方法 2
1.1 试验一：油菜苗黄化现象分析（野外采样） 2
1.1.1 试验材料 2
1.1.2 试验方法 3
1.1.2.1 土壤S、Cu、Pb、Z *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
n、Cd、As元素的测定 3
1.1.2.2 植物根际土壤微生物多样性的测定 3
1.2 试验二：油菜苗黄化现象分析（盆栽试验） 3
1.2.1 试验材料 4
1.2.2 试验方法 4
1.2.2.1 污染土壤对油菜种子萌发的影响 4
1.2.2.2 污染土壤对油菜种子生长发育的形态影响 4
1.2.2.3 油菜地上部分与地下部分Cu、As的测定 4
1.2.2.4 油菜地上部分与地下部分N、P、K的测定 4
1.3 试验三：矿区周边农田土壤污染变异度分析（野外采样） 5
1.3.1 试验材料 5
1.3.2 试验方法 5
1.3.2.1 有效Cu的测定 5
1.3.2.2 全Cu、全As的测定 5
2 结果与分析 6
2.1 试验一：油菜苗黄化现象分析—土壤元素分析 6
2.2 试验一：油菜苗黄化现象分析—土壤微生物种群分析 8
2.3 试验二：油菜苗黄化现象分析—盆栽试验 15
2.3.1 土壤污染对油菜出芽率的影响 15
2.3.2 土壤污染对油菜生长状态的影响 15
2.4 试验二：油菜苗黄化现象分析—油菜元素分析 16
2.4.1 油菜地上部分与地下部分Cu、As含量分析 16
2.4.2 油菜地上部分与地下部分N、P、K含量分析 17
2.5 试验三：矿区周边农田土壤污染变异度分析 19
3 讨论 21
致谢 22
参考文献 22
矿区农田油菜毒害成因的生物及非生物因素机制探究
引言
土壤污染一直是生命科学、环境科学研究中的一个热点，发展非常迅速。随着工农业废弃物和城市生活垃圾的与日俱增，农药和化肥大规模投入使用，以及矿产资源的不断被开发，各种污染元素转移到土壤里，使人类赖以生存的土壤遭受到了严重的污染［1,2］，不仅其自身质量下降，理化性质发生改变，严重的时候还会影响土壤微生物群落的结构和农作物的生长发育，甚至通过食物链等影响人类的健康[3,4,5]。其中重金属因为自身的不易转化、累积性的特点，会因为时间的推移而逐渐富集导致污染越来越严重。尤其是矿区附近的农田深受重金属污染的毒害，农作物的产量和质量都受到极大的影响［6］。所以发现污染土壤，进行污染指标测定揭示土壤重金属污染的分布状况，深入研究污染土壤对农作物的毒害原因，分析植物生长受到抑制的生理生化机制，提高粮食作物的发育、品质与产量，利用化学、生态、工程、生物等方法治理修复污染土壤是全人类面临的共同挑战也是必须要担负起的责任[7,8,9]。
国内对于污染土壤的研究往往侧重于对污染元素的测定和评价，对于植物的生长状态影响也集中于重金属浓度、氮磷钾元素的配比以及微生物种类的单方面分析，而对于它们之间的互作研究较少。本试验采用野外采样和盆栽试验及相关分析相结合的方法，主要研究了农田油菜生长状态差异的多重原因，并阐述其关联性。准确的测定并且分析污染土壤元素含量及差别，对油菜地上和地下部分中土壤含量相差较大的重金属、类金属元素以及N、P、K的含量进行测定，研究油菜对于污染土壤中重金属和类金属吸收富集效应和污染土壤对油菜养分吸收的影响；同时利用高通量测序分析油菜根际土壤微生物的多样性，从菌属水平上的差异找出优势门属，将差异菌属和其自身的功能相联系，从分子生物学的角度解释植物生长受到毒害的机理，通过多方面综合分析导致该农田油菜矮小黄化、生长受阻的因素。最后对污染不均的农田进行固定面积的不同采样数目的污染程度评定，探究适用于污染分布不均的土壤的代表性采样方法。为全面了解污染土壤对于油菜植株的毒害机制和准确便捷的评定土壤污染程度提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验一：油菜苗黄化现象分析（野外采样）
1.1.1 试验材料
供试土壤为野外黄化苗和正常植株的根际土壤，各采集4个重复。采集的土壤样品用四分法混合均匀，避光自然风干至恒重，去掉砂石和植物残渣，用玛瑙研钵稍加研磨过100目筛[10]。用于土壤S、Cu、Pb、Zn、Cd、As等元素分析。
去除黄化苗和正常植株根部周围的大块土壤，取下距离根2 mm内的土壤作为根际土，各取3个重复。将每份土壤充分混合均匀，保存于20 ℃。用于高通量测序分析根际土的微生物多样性。
1.1.2 试验方法
1.1.2.1 土壤S、Cu、Pb、Zn、Cd、As元素的测定
1.1.2.1.1 土壤S含量的测定
称取1.0000± 0.0010 g过100目筛土样，8个土样各设3个重复，同时设置3组空白对照，放于50 mL消煮管中，加入2 mL 浓度为2 mol/L的Mg(NO3)2溶液，在70 ℃的恒温水浴锅中蒸发至干。将残渣置于270 ℃的高温消煮炉中过夜，待消煮管完全冷却后加入 5 mL浓硝酸，用保鲜膜略微封口，在水浴锅中100 ℃水浴溶解2.5小时，期间经常取出消煮管震荡混匀。结束后取出消煮管，待其冷却至室温，加人去离子水稀释至约30 mL，过滤到锥形瓶中，洗涤数次，稀释至 40 mL左右，加 5 mL冰醋酸，1 mL H3 PO3 ，1 mL 0.5 % 阿拉伯胶，转移到50 mL容量瓶中，定容。将其全部转入150 mL烧杯中，加入1.0 g BaCl22H2O晶粒，在磁力搅拌器上加热搅拌90 s，在30 min内装入比色皿中，用紫外分光光度计在440 nm处进行比色。标准溶液用K2SO4[ρ（S）= 20 mg/L]进行配制。
1.1.2.1.2 土壤Cu、Pb、Zn、Cd含量的测定
85 ℃烘干的土样经玛瑙研钵磨碎后过100目筛（样品全部研磨过筛）。称量前再次烘干，称取0.2500 ± 0.0010 g土样，放入洗净烘干的消煮管。每个土样3个重复，并设置3组空白对照，准确记录编号和样品的质量。在通风橱中加入HNO3：HClO4=4:1(v/v)的混酸5 mL，冷消煮过夜后，消煮至管底呈灰白色。取出消煮管，待消煮管冷却后加入5 mL 2.5%的HNO3水浴溶解，涡旋，静置待测。利用ICP测定样品中Pb、Zn、Cd、Cu的含量。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/swgc/smkx/206.html
