非稳态pe+pH水稻土中硫对镉形态与有效性的影响机理
批准号:
41877387
项目类别:
面上项目
资助金额:
61.0 万元
负责人:
陈世宝
依托单位:
学科分类:
环境地球化学
结题年份:
2022
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈莉、王萌、郑涵、李杉杉、孟楠
中文摘要
稻田土壤中硫(S)的形态与有效性是影响水稻吸收Cd的一个重要因子,但目前关于稻田土壤中S影响水稻Cd吸收的研究结果存在矛盾之处,这可能与非稳态pe+pH条件下水稻根际土壤S的形态转化驱动机制及S形态介导下Cd有效性变化机理不清有关。本项目拟选择不同性质水稻土,根据稻田土壤不同pe+pH情景(幼苗期强还原、根系泌氧、淹水及干湿交替),利用根箱、土培及盆栽试验,结合土壤Eh、pH原位测定、SEM/TEM-EDS测定及PCR扩增技术等,研究稻田土壤非稳态pe+pH条件下:1)水稻根际/非根际土壤中S形态转化及其与pe+pH量化关系;2)土壤中铁氧化物及S还原菌(SRB)群落变化对S形态转化影响;3)土壤性质对S形态转化影响及其预测模型;4)根际S形态对水稻根表微观结构影响及其与水稻根系吸收、转运Cd关系。通过上述研究,为揭示非稳态pe+pH下稻田土壤中S对水稻Cd吸收、转化影响机理。
英文摘要
The forms and its effectiveness of sulfur (S) are important factors affecting the uptake and accumulation of Cd by rice cultivars in paddy soils, however, contradictions still exist about the effect of sulfur on the uptake and translocation of Cd by rice plants in paddy soils, which may be related to the unclear mechanisms about the transfer of S forms and thereafter its influence on uptake of Cd by rice plants in paddy soils with unstable pe+pH conditions. Several kinds of paddy soils with various soil properties will be selected for study for this project, typical scenarios of paddy soils with unstable pe+pH condition (strong reduction in seedling stage, oxygen secretion by root, flooding and dry and wet alternation) will be simulated, and root box culture experiment, soil incubation and pot experiment will be conducted combined with the in-situ determination technology of Eh and pH value in soils, SEM/TEM-EDS and PCR measure technology to study: 1) the relationship between morphological transformation of S and pe+pH in rhizosphere/non rhizosphere paddy soils; 2) the effects of the forms of iron oxides and community of S reducing bacteria (SRB) on the morphology of S in soils; 3) the effects of soil properties on the morphology of S transformation and its prediction model; 4) the influence of forms of S on the microstructure of root surface of rice plants and their relationship with Cd uptake and its translocation in plants in rhizosphere/non rhizosphere soil. Through the above study, this project intends to reveal theoretical basis for the study of effect of S on the uptake and transformation of Cd by rice cultivars under unstable pe+pH conditions in paddy soils.
本项目选择了不同性质水稻土,根据稻田土不同pe+pH情景,利用根箱、土培及盆栽试验,结合土壤Eh、pH原位测定、SEM/TEM-EDS测定及PCR扩增技术等,研究了稻田土壤非稳态pe+pH条件下,水稻根际/非根际土壤中S形态转化及其与pe+pH量化关系;土壤中铁氧化物及S还原菌(SRB)群落变化对S形态转化的影响机制;土壤性质对S形态转化影响及其预测模型;根际S形态对水稻根表微观结构影响及其与水稻根系吸收、转运Cd关系。主要结果包括:1)探明了不同生育期水稻根际土壤pe+pH变化对S、Cd形态变化及Cd有效性的影响: S对分蘖期、抽穗期和成熟期水稻Cd积累具有显著降低作用,不同浓度S处理显著提高水稻根系中谷胱甘肽(GSH)、非蛋白巯基(NPT)和植物螯合态(PCs)的含量;2)揭示了非稳态pe+pH条件下土壤中S、铁氧化物及Cd形态转化的耦合关系:土壤S供应水平与铁膜中的Fe浓度之间存在显著的正相关关系,S的添加会促进根表铁膜的形成,S诱导铁膜形成增强了根系表面对Cd的隔离,进而降低了水稻根系对Cd的吸收。3)探明了不同pe+pH条件下水稻土微生物群落变化对S、Cd形态转化的微生物机制:在施S处理下,根际土壤Cd有效态显著降低;随着pe+pH值下降,土壤中厌气菌如Bacteroidia相对丰度会不同程度的增加,而好氧细菌如硫还原菌Desulfobacterota 、Planctomyces相对丰度减少,同时,土壤中嗜酸菌如Acidobacteria的相对丰度会增加;4)揭示了非稳态pe+pH条件下S对水稻根表微观结构影响及其与水稻Cd转运机制:施S处理土壤中,pe+pH变化影响水稻根表胶膜的形成,从而影响水稻根系对土壤Cd的吸附、转运,其中pe+pH在6~9范围有利于根表铁膜的形成。上述结果对进一步认识非稳态pe+pH下稻田土壤中S对水稻Cd吸收、转化的影响提供了理论依据。
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DOI:
10.1016/j.jhazmat.2021.125668
发表时间:
2021
期刊:
Journal of Hazardous Materials
影响因子:
作者:
[Li Shanshan, Lei Xiaoqin, Qin Luyao, Sun Xiaoyi, Wang Lifu, Zhao Shuwen, Wang Meng, Chen Shibao]
通讯作者:
Chen Shibao
Sulfur application modifies cadmium availability and transfer in the soil-rice system under unstable pe+pH conditions
在不稳定的 PE pH 条件下,硫的施用改变了土壤-水稻系统中镉的有效性和转移
DOI:
10.1016/j.ecoenv.2019.109641
发表时间:
2019
期刊:
Ecotoxicology and Environmental Safety
影响因子:
6.8
作者:
[Zheng Han, Meng Wang, Shibao Chen, Shanshan Li, Xiaoqin Lei]
通讯作者:
Xiaoqin Lei
Iron fractions responsible for the variation of Cd bioavailability in paddy soil under variable pe+pH conditions
不同pH条件下水稻土中镉生物利用度变化的铁组分
DOI:
10.1016/j.chemosphere.2020.126355
发表时间:
2020
期刊:
Chemosphere
影响因子:
8.8
作者:
[Li Shanshan, Chen Shibao, Wang Meng, Lei Xiaoqin, Zheng Han, Sun Xiaoyi, Wang Lifu, Han Yun]
通讯作者:
Han Yun
Microbial mechanisms responsible for the variation of soil Cd availability under different pe+pH environments
不同pH环境下土壤Cd有效性变化的微生物机制
DOI:
10.1016/j.ecoenv.2020.111057
发表时间:
2020
期刊:
Ecotoxicology and Environmental Safety, 111057
影响因子:
--
作者:
[Wang Meng, Chen Shibao, Chen Li, Wang Duo]
通讯作者:
Wang Duo
Redistribution of iron oxides in aggregates induced by pe+pH variation alters Cd availability in paddy soils
pe pH 变化引起的团聚体中铁氧化物的重新分布改变了稻田土壤中镉的有效性
DOI:
10.1016/j.scitotenv.2020.142164
发表时间:
2021
期刊:
Science of the Total Environment 752 (2021) 142164
影响因子:
--
作者:
[Li Shanshan, Chen Shibao, Wang Meng, Lei Xiaoqin, Zheng Han, Sun Xiaoyi, Wang Lifu, Han Yun]
通讯作者:
Han Yun
共 13 条
Zn2+同晶置换对针铁矿-Cd界面反应及水稻土Cd有效性的影响
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批准号:42477028
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项目类别:面上项目
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资助金额:47.00万元
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批准年份:2024
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负责人:陈世宝
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依托单位:
非稳态pe+pH稻田土壤中水铁矿相变对Cd有效性影响机制
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:56万元
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批准年份:2021
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负责人:陈世宝
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依托单位:
基于pH分段土壤中镉对水稻毒性的生态风险阈值(HCx)研究
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批准号:41271490
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项目类别:面上项目
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资助金额:75.0万元
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批准年份:2012
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负责人:陈世宝
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依托单位:
土壤中锌的形态对生物毒性的影响、生物配体模型与田间验证
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批准号:21077131
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项目类别:面上项目
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资助金额:34.0万元
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批准年份:2010
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负责人:陈世宝
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依托单位:
国内基金
海外基金