【摘 要】
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随着全球工业化进程的不断加快,二氧化碳等温室气体排放量逐年攀升,全球气候变暖已成事实。全球温度升高导致海平面上升、土地蒸散速率加快,加剧土壤中的盐分累积。研究表明在气候变化的大背景下,土壤盐度有上升趋势。同时土壤的重金属污染是全世界面临的一个难题,因此研究气候变化条件下,土壤重金属的迁移、形态及胁迫效应的变化具有极其重要的现实意义。本研究以我国常见蔬菜小白菜为受试作物,选择镉、砷为目标污染物,通过
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随着全球工业化进程的不断加快,二氧化碳等温室气体排放量逐年攀升,全球气候变暖已成事实。全球温度升高导致海平面上升、土地蒸散速率加快,加剧土壤中的盐分累积。研究表明在气候变化的大背景下,土壤盐度有上升趋势。同时土壤的重金属污染是全世界面临的一个难题,因此研究气候变化条件下,土壤重金属的迁移、形态及胁迫效应的变化具有极其重要的现实意义。本研究以我国常见蔬菜小白菜为受试作物,选择镉、砷为目标污染物,通过温室实验及Opentop Chamber(OTC)系统实验,研究土壤盐度及大气二氧化碳浓度升高对镉、砷环境行为的影响,为气候变化条件下土壤重金属的生态风险评估提供科学依据。主要研究结果如下:(1)盐度升高对土壤镉、砷形态及胁迫作用的影响,研究发现土壤盐度升高会降低土壤的pH值,但对土壤中镉、砷的形态分布无显著影响。土壤盐度会影响镉、砷在小白菜体内的累积,镉的累积量随着盐度的升高而升高,而砷在轻盐度胁迫下(2 g/kg)的累积量最高。盐度对小白菜体内砷形态的影响不一,砷污染较轻的土样中,三价砷含量占比随盐度升高而显著降低,从初始盐度组的44.11%降低至高盐度组的20.02%;而砷污染较重的土样中,小白菜体内的砷形态无显著变化。同时轻盐度(2 g/kg)胁迫刺激了小白菜的生长,降低其气孔导度、胞间二氧化碳浓度以及蒸腾速率,从而提高小白菜的生物量。此外土壤盐度升高显著提高了小白菜受到的氧化损伤程度,增强了镉、砷复合污染对小白菜的胁迫作用。(2)大气二氧化碳浓度升高对土壤镉、砷环境行为的影响,研究发现在高二氧化碳浓度下(600 ppm),土壤的氧化还原电位显著降低。同时土壤中镉的生物可利用性降低,可交换态镉及碳酸盐结合态镉含量显著下降,残渣态镉含量显著升高,砷无明显变化。单位生物量的小白菜对镉、砷的富集量均随着二氧化碳浓度的升高而显著降低,并且高二氧化碳浓度下(600 ppm),小白菜体内三价砷的含量显著下降,减弱了砷在植物体内的毒性。大气二氧化碳浓度升高对镉、砷复合胁迫下生长的小白菜有明显的增产作用,三种受试土样的增产率分别为40.43%,23.44%以及32.00%,同时降低了小白菜的光合色素含量、光合参数以及抗氧化酶活性。(3)盐度和二氧化碳的交互作用对镉、砷的生物累积影响显著,研究发现二者升高后,土壤的氧化还原电位显著降低,p H值显著改变,在轻盐度与高二氧化碳浓度复合时达到最高。镉的生物可利用性随着盐度及二氧化碳浓度的升高而显著下降,镉污染较轻的土样中,残渣态镉的含量占比从正常盐度、二氧化碳浓度组的29.06%逐步上升到高盐度、高二氧化碳浓度组的74.10%,而砷形态并未发生显著变化。单位生物量的小白菜对镉的累积量在高盐度与正常大气复合时最高;对砷的累积量在轻盐度与正常大气复合时最高。同时二者共同升高时,镉、砷在小白菜体内的累积量显著提高,在高盐度与高二氧化碳浓度复合时,镉、砷的生物累积效果均较好。盐度、二氧化碳浓度共同升高与二者单独升高相比,并未对小白菜生物量及其体内的砷形态分布产生明显改变,说明盐度与二氧化碳的交互作用使得高二氧化碳浓度的增产效应被削弱。光合色素、光合参数以及氧化损伤结果均表明,轻盐度与高二氧化碳浓度复合时镉、砷的胁迫作用最强,盐度及二氧化碳的共同升高抑制了小白菜的光合作用,刺激小白菜体内产生更多的抗氧化酶来清除活性氧等有害物质。
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