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《污泥堆肥对修复土壤中有毒微量元素的淋溶特征：田间与实验室调查比较》

  • 来源专题：农业立体污染防治
  • 编译者： 季雪婧
  • 发布时间：2018-03-30

  • 现场测试和实验室浸出测试已经进行了3年，以评估污泥堆肥与小麦和水稻作物相结合对土地利用的环境影响。考虑到现场条件的复杂性和可变性，我们将实验室测试的结果与现场测试进行了比较，以了解使用实验室测试评估现场情况相关的准确性和不确定性。在增加堆肥和水渗透循环实验室测试中，在现场应用情况下模拟每年重复添加堆肥是一种时间效率高且可行的方法。实验室测试的结果与3年来实地测试的有毒微量元素的浸出特性和地球化学形态一致。实验室和现场测试表明，向土壤重复添加堆肥可以增加有毒微量元素的浸出浓度保持在中性至碱性pH值。有机微量元素浸出增加是由于堆肥施用的有机物增加和碱pH下有机物溶解造成的。实验室测试的不确定性主要包括作物生长的可忽略性和连续渗滤过程形成的强烈还原条件。

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相关报告

  • 《温和修复选择微生物群落结构和微量元素污染土壤中的活性（GRO）》
    • 来源专题：农业立体污染防治
    • 编译者：季雪婧
    • 发布时间：2017-08-31
    • 温和的修复选择（GRO）是基于植物、相关微生物和土壤修复的综合使用，可以潜在地恢复土壤功能和质量。我们研究了三种GRO（辅助植物稳定化、原位稳定化和植物吸收和辅助植物萃取）对土壤微生物生物量和呼吸的影响，涉及C、N、P和S的生物地球化学循环水解酶的活性，以及来自欧洲六个实地试验的微量元素污染土壤（TECS）的细菌群落结构，并使用细菌 α-和 β-变形杆菌、放线杆菌和链霉菌科的变性梯度凝胶电泳（DGGE）指纹图谱和特异性处理特征的DGGE条带测序研究了群落结构。通过qPCR测定涉及氨氧化和脱氮的基因的复制数目。植物营养在Biogeco遗址（法国）三个地点增加了土壤微生物量和土壤呼吸。与Biogeco遗址处理的土壤相比，处理土壤中的酶活性一直较高。在这个地点，微生物生物量从696吨增加到2352 mg ATP kg−1 soil、呼吸从7.4增加到40.1mg C-CO2 kg−1 soil d−1，处理土壤中的酶活性比未处理的土壤的酶活性高2-11倍。植物管理引起细菌群落结构、总社区和功能组水平的变化，并增加了涉及N周期（nirK，nirS，nosZ和amoA）的基因复制数目。本文还评估了主要土壤物理化学性质和微量元素可利用性的影响，并阐明了最终的位点特异性效应。总体而言，我们的研究结果表明，TECS的植物管理会长期影响土壤生物活性。
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  • 《保护植物免受土壤中有害金属侵害的关键基因》
    • 编译者：季雪婧
    • 发布时间：2024-10-28
    •     索尔克大学的科学家们发现了一种植物用来控制土壤中锌的有毒水平的新机制，这种机制依靠一种叫做TBR的基因来增强植物细胞壁吸收和保持多余锌的能力。这些发现将有助于设计能够适应气候变化和人类驱动的土壤中重金属过剩的作物，以及创造含有重要微量元素的更有营养的作物，以养活不断增长的全球人口。     人类活动对地球的负面影响不仅影响地球的大气，还会深入到土壤中。例如，过度施用粪肥或污水污泥会增加种植重要作物的农田中的重金属浓度。其中一种重金属是锌，这是植物和动物健康所必需的微量营养素。然而，过量的锌会对敏感的植物物种造成极大的伤害。有些植物天生对锌有更高的耐受性，这使它们能够在有毒的环境中茁壮成长，但这背后的生物学原理此前并不清楚。在一项新的研究中，索尔克研究所的科学家们发现了一种帮助植物管理土壤中过量锌的基因。       研究结果发表在2024年7月11日的《自然通讯》上，揭示了植物通过将锌捕获在根细胞壁中来耐受高水平的锌，这一过程是由一种名为毛状体双折射(TBR)的基因促进的。科学家和农民现在可以利用这些信息来开发和种植对土壤污染更有抵抗力的作物。提高植物的恢复力是索尔克植物利用计划的一个主要目标。“细胞壁的结构就像一个支架，可以从植物的其他部分储存锌，如果TBR基因是活跃的，植物可以储存更多的锌，”资深作者沃尔夫冈·布施解释说，他是利用植物倡议的执行董事，也是索尔克植物科学的赫斯主席。“这个简单过程的有趣之处在于，对于暴露在有毒环境中的植物来说，它可能是生与死的区别。”细胞壁储存锌的能力很大程度上依赖于一种叫做果胶甲基化的过程——这一过程改变了细胞壁内海绵状果胶分子的结构，使它们能够吸收更多的锌。为了更好地理解这一点，研究人员进行了一项全基因组关联研究，以确定与果胶甲基化增加相关的植物基因。     “我们发现TBR等位基因变异会影响果胶甲基化的变化，并有助于确定植物耐受高锌水平的能力，”第一作者、布希实验室前访问研究生钟开珍说。“了解这一点非常重要，因为我们现在可以在其他植物中引入或激活这种基因，从而创造出更能适应环境变化的作物。”这些最初的实验是在拟南芥(Arabidopsis thaliana)上进行的，拟南芥是一种小型开花植物，科学家将其作为研究植物生物学的模式生物。研究人员的下一步是看看这个基因是否在其他植物中也有类似的作用，包括重要的作物物种。     为了做到这一点，科学家们把稻谷(Oryza sativa)——一种常见的水稻品种和数十亿人的主要作物——放在锌含量有毒的土壤中。他们专门比较了两种版本的水稻——一种有功能的TBR基因，另一种没有——并监测了它们的根系生长情况，作为锌耐受性的衡量标准。具有功能性TBR的水稻成功繁殖，证实了这种锌毒性的生存机制在多个植物物种中是保守的。同样的试验也对豆科植物荷花进行了试验，得出了同样的结果。“令人兴奋的是，我们的数据表明，这种现象在所有开花植物中都是保守的，它们构成了绝大多数植物物种和粮食作物，”Busch说。“这一发现可以用于提高植物对有毒锌水平的适应能力，并有助于支持我们未来的食物供应。”     到2080年，世界人口预计将激增至110亿，而土壤中的锌毒性日益普遍，因此必须在开发能够承受这些条件的作物方面取得进展。这项研究是实现这一目标的重要一步。
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