不同土地利用方式与管理措施下土壤重金属对植物种子的生态毒性

摘要

土地利用方式与管理措施对土壤质量有着深远的影响，高等植物是土壤生态系统的基本组成部分，其生长状况可作为评价土壤质量差异的敏感指标。本研究通过分析比较重金属对不同种子的发芽、根伸长、茎叶伸长抑制率，筛选出能反映重金属浓度变化的敏感种子及敏感指标；根据不同土地利用类型与管理措施土壤中重金属对黑麦草根、茎叶伸长抑制率的IC50，判断不同土壤中重金属生态毒性的差异；结合土壤理化性质及土壤中水溶态重金属浓度探讨引起土壤中重金属生态毒性的因素，旨在为土地科学化管理提供依据。主要结果如下：
　　 (1)在水溶液与土壤介质下，黑麦草的根及茎叶伸长抑制率能有效的反映重金属的浓度变化，其根与茎叶长度最长，重复性好，因此选择黑麦草种子进行土壤中重金属毒性试验。
　　 (2)土壤中重金属的植物毒性因土地利用方式与管理措施的不同而有差异。其中水田土壤中重金属的毒性显著小于同一地区其它土壤，长期无人管理的常德茶园中重金属的植物毒性效应最强。咸宁旱地土壤中Cd对黑麦草的毒性大于同一地区的其它土壤，常德水改旱的旱地土壤中重金属的植物毒性显著大于常德水田土壤。果园、林地土壤中重金属对黑麦草生长抑制率的IC90大小排序有比IC50靠后的趋势。不同管理措施中，两年棚龄大棚土壤中重金属的植物毒性较强。
　　 (3)水溶态重金属因土地利用方式与管理措施的不同而有差异。同一投加浓度下，两年大棚和水田土壤水溶态重金属浓度小于其他土壤；水溶态Zn和Cd的浓度显著大于Pb，且随着投加浓度的增加，差异也越显著。7d水溶态Cd和Zn对黑麦草根伸长抑制率的IC50显著大于水溶液中Cd和Zn对黑麦草根伸长抑制率的IC50，而Pb的结果相反。
　　 (4)土壤理化性质因土地利用方式与管理措施的不同而有差异。水田土壤pH值显著高于同一地区其他土壤，常德土壤的pH值和全P、全K含量略低于咸宁土壤。露地菜地和蔬菜大棚的土壤偏中性，其全P和全K含量明显比其余土壤高。土壤pH与本研究的12种土壤重金属对黑麦草根、茎叶伸长抑制率IC50呈显著的正相关性。本研究的所有土壤中Pb、Cd、Zn浓度都未超标，且蔬菜生产基地的三种土壤中重金属含量显著高于其他土壤。
　　 综上所述，土壤理化性质、土壤重金属对黑麦草的毒性及水溶态重金属浓度都受到了土地利用方式和管理措施的影响。黑麦草的根及茎叶伸长抑制率能敏感的区分不同土地利用方式与管理措施土壤，其IC50与土壤的理化性质有很好的相关性，表明土壤重金属对黑麦草的根及茎叶伸长抑制率的IC50可作为土壤质量变化的敏感指示指标。

目录

文摘

英文文摘

缩略符号表

1 前言

1.1 土壤质量的概念

1.2 土地利用方式与管理措施对土壤质量的影响

1.2.1 土壤质量与土地利用方式的关系

1.2.2 土壤质量与土地管理措施的关系

1.3 土壤质量的指标体系

1.3.1 土壤质量的理化指标

1.3.2 土壤质量的生物学指标

1.4 土壤重金属污染及重金属对植物的毒害作用

1.4.1 影响土壤重金属存在形态的因素

1.4.2 重金属对植物的毒害作用

1.5 研究目的与内容

1.6 技术路线

2 材料与方法

2.1 试验样点与样品采集

2.2 试验材料

2.3 土壤理化性质分析及水溶态重金属测定

2.4 水溶液中重金属对种子的毒性培养试验

2.5 土壤重金属对黑麦草的毒性培养试验

2.6 毒性计算与数据分析

2.6.1 种子萌发率计算

2.6.2 抑制率计算及剂量.效应曲线拟合

2.6.3 土壤理化性质与重金属对黑麦草IC50的相关性分析

3 结果与分析

3.1 敏感种子及敏感指标的筛选

3.1.1 水溶液中重金属对种子根、茎叶长度的影响

3.1.2 水溶液中重金属对种子根伸长抑制率的影响

3.1.3 重金属对黑麦草发芽及根、茎叶伸长抑制效应的比较

3.2 不同土壤中重金属对黑麦草生长的影响

3.2.1 不同土地利用方式土壤中重金属对黑麦草生长毒性效应

3.2.3 不同管理措施土壤金属对黑麦草生长毒性效应

3.3 不同土地利用方式对土壤重金属水溶态的影响

3.3.1 土壤水溶态重金属变化

3.3.2 水溶态重金属浓度与黑麦草伸长抑制率关系

3.4 土壤性质对土壤重金属毒性的影响

3.4.1 不同土地利用方式与管理措施对土壤理化性质的影响

3.4.2 土壤性质与重金属对黑麦草IC50的相关性

4 讨论

4.1 植物对重金属敏感差异分析

4.2 不同土壤性质及重金属毒性差异分析

4.3 土壤水溶态重金属差异分析

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 研究的不足与展望

参考文献

致谢