本著作把作者近年的科研成果與國內(nèi)外研究進展有機地結(jié)合在一起,在系統(tǒng)分析了土壤重金屬環(huán)境行為的基礎上,全面闡述了植物對重金屬的吸收累積、重金屬對植物的影響、重金屬對植物的毒害作用、植物對重金屬的解毒作用,深入探討了植物與重金屬之間的相互作用及機理,創(chuàng)新提出了重金屬輕度污染土壤的農(nóng)業(yè)利用、重金屬中度污染土壤的植物修復及植物-微生物聯(lián)合修復、重金屬重度污染土壤的生態(tài)恢復、指出了土壤重金屬污染的生態(tài)風險,提出了土壤重金屬污染的管理對策
更多科學出版社服務,請掃碼獲取。
重金屬污染治理已成為國家重大需求。加強重金屬污染生態(tài)與生態(tài)修復研究,推動土壤重金屬污染生態(tài)修復迫在眉睫。
重金屬污染對生物的影響、生物對重金屬污染的適應,以及生物對重金屬污染的修復,都充分體現(xiàn)了重金屬與生物之間的生態(tài)關(guān)系。一方面,需要進一步深入研究重金屬污染對生物的影響及機理,即重金屬污染生態(tài);另一方面,也需要高度關(guān)注生物對重金屬污染的適應,以及生物對重金屬污染的修復,即重金屬污染的生態(tài)修復。因此,高度關(guān)注重金屬污染生態(tài)與生態(tài)恢復的研究,全面系統(tǒng)地分析重金屬污染生態(tài)與生態(tài)修復的研究進展就顯得特別重要。
近十多年來,在國家自然科學基金等科研計劃的支持下,作者一直進行著重金屬污染生態(tài)與生態(tài)修復方面的研究工作。這些研究工作包括國家自然科學基金一云南聯(lián)合基金項目“本土植物與作物間作修復鉛鋅礦周邊Cd、Pb污染農(nóng)田的根際特征與機理”(U1202236,2013-2016)、國家自然科學基金項目“四種野生植物對Pb、Cd和Zn的累積特征、機理及凈化效率”(30560034,2006-2008)、“DSE-植物聯(lián)合體硫素營養(yǎng)代謝特征及其促進鎘累積的機理”(41101486,2012-2014)、“云南道地藥材三七皂苷和黃酮產(chǎn)量對土壤As的響應及其機理研究”(41261096,2013-2015)、“輪作作物與叢枝菌根真菌互作及其影響土壤鎘形態(tài)的根際過程與機理”(41461093,2015-2018)、“石灰介導下三七對鎘脅迫的根部響應特征及機理研究”(31560163,2016-2019)、中法先進研究計劃項目“土壤重金屬污染的農(nóng)業(yè)利用和植物修復”(PRAE0102,2002-2003)。在重金屬污染生態(tài)與生態(tài)修復方面取得了新的進展和突破,建立了重金屬污染生態(tài)的理論與重金屬污染土壤的植物修復的技術(shù)。這些成果的取得,為作者編寫本著作奠定了扎實的基礎。
本著作把作者近年來的科研成果與國內(nèi)外研究進展有機地結(jié)合在一起,并進行了系統(tǒng)深入的分析。書中構(gòu)建了金屬污染生態(tài)與生態(tài)修復的系統(tǒng)的知識結(jié)構(gòu)、創(chuàng)新的理論體系和新穎的技術(shù)框架,在系統(tǒng)分析了土壤重金屬環(huán)境行為的基礎上,全面闡述了植物對重金屬的吸收累積、重金屬對植物的影響、重金屬對植物的毒害作用、植物對重金屬的解毒作用,深入探討了植物與重金屬之間的相互作用及機理,創(chuàng)新提出了重金屬輕度污染土壤的農(nóng)業(yè)利用、重金屬中度污染土壤的植物修復及植物一微生物聯(lián)合修復、重金屬重度污染土壤的生態(tài)恢復,指出了土壤重金屬污染的生態(tài)風險,提出了土壤重金屬污染的管理對策。
本著作具有5個顯著特點:①學術(shù)思想明確。充分貫穿和體現(xiàn)了生態(tài)學思想,深入分析了重金屬與生物之間的相互關(guān)系、相互作用。以生態(tài)學理論為指導,構(gòu)建了重金屬污染生態(tài)與生態(tài)修復的理論與技術(shù)。②內(nèi)容全面。突出近期國內(nèi)外研究成果,既反映作者的研究成果,又包括國內(nèi)外相關(guān)研究進展;既突出重金屬污染生態(tài),又體現(xiàn)重金屬污染的生態(tài)修復,既突出重金屬與植物、微生物相互作用的理論及機理,又體現(xiàn)重金屬污染生態(tài)修復的應用及實踐。③體系完善。包括了土壤重金屬環(huán)境行為、重金屬污染生態(tài)、重金屬污染土壤的生態(tài)修復、土壤重金屬污染的生態(tài)風險及管理等內(nèi)容。④重點突出。在全面概括了重金屬污染生態(tài)的理論與機理,系統(tǒng)分析不同程度重金屬污染土壤的植物、微生物修復的理論與技術(shù),針對性地提出不同程度重金屬污染土壤生態(tài)修復的管理措施的基礎上,特別突出了重金屬污染生態(tài)、重金屬污染土壤的生態(tài)修復等方面的新研究成果。⑤觀點新穎。提出了針對不同的重金屬污染程度進行生態(tài)修復與治理的觀點,主要為重金屬輕度污染土壤的農(nóng)業(yè)利用、重金屬中度污染土壤的植物一微生物聯(lián)合修復、重金屬重度污染土壤的生態(tài)恢復。
李元,蘭州大學生態(tài)學博士、蘭州大學化學博士后、澳大利亞悉尼大學訪問學者。二級教授、博士生導師。國家百千萬人才、國務院政府特殊津貼專家、教育部高等學校自然保護與環(huán)境生態(tài)教學指導委員會委員、云南省學術(shù)帶頭人。云南農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院院長、云南省農(nóng)業(yè)環(huán)境污染控制與生態(tài)修復工程實驗室主任。主要從事重金屬污染生態(tài)與生態(tài)修復、生物多樣性控制農(nóng)業(yè)環(huán)境污染等方面的研究工作。主持完成國家水體污染防治重大科技專項子課題、國家科技支撐計劃課題、國家自然科學基金-云南聯(lián)合基金項目、國家自然科學基金項目、中法先進研究計劃項目等。獲省部級科技獎勵8項。
祖艷群,比利時Gembloux農(nóng)業(yè)大學農(nóng)業(yè)與生物工程學博士,法國卡賽里克大學高級農(nóng)學院訪問學者。教授,博士生導師。云南省學術(shù)帶頭人、云南省農(nóng)業(yè)環(huán)境保護教學團隊負責人、云南省教學名師。主要從事土壤重金屬污染植物修復、農(nóng)業(yè)面源污染控制等方面的研究工作。主持完成多項國家自然科學基金項目,參與承擔國家水體污染防治重大科技專項子課題、國家科技支撐計劃課題、國家自然科學基金一云南聯(lián)合基金項目、中法先進研究計劃項目等。獲省科技獎勵6項。
目錄
第一章 土壤重金屬的環(huán)境行為1
第一節(jié)土壤重金屬背景值1
一、重金屬的概念1
二、土壤重金屬背景值1
三、土壤重金屬的來源5
四、土壤重金屬的特點7
五、土壤重金屬的形態(tài)8
六、土壤中重金屬形態(tài)的影響因素9
第二節(jié)土壤重金屬的空間分布13
一、土壤重金屬的水平分布13
二、土壤重金屬的垂直分布15
第三節(jié)土壤重金屬的化學行為16
一、重金屬在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化16
二、土壤重金屬轉(zhuǎn)化18
第四節(jié)土壤重金屬污染影響因素18
一、土壤重金屬污染的現(xiàn)狀19
二、土壤重金屬污染的特點19
展望21
第二章 植物對重金屬的吸收累積22
第一節(jié)植物對重金屬的吸收 22
一、土壤中重金屬的生物可利用性 22
二、植物根部吸收重金屬的主要過程 23
三、植物葉片吸附與吸收重金屬 27
第二節(jié) 重金屬在植物體內(nèi)的遷移 28
一、從根向地上部的移動 28
二、向葉片的移動 32
第三節(jié) 植物體內(nèi)重金屬的分布和化學形態(tài) 33
一、重金屬在植物各器官中的含量和分布 33
二、重金屬在植物細胞器中的含量和分布 37
三、重金屬在植物體內(nèi)的超微結(jié)構(gòu)分析 39
四、重金屬在植物體內(nèi)的化學形態(tài) 39
第四節(jié)植物對重金屬的累積特征 43
一、植物累積重金屬的指標 43
二、植物對重金屬的積累特征 45
第五節(jié) 植物對重金屬的耐性特征與種間差異49
一、植物對重金屬的超富集 49
二、植物對重金屬的適應性和耐性 54
第六節(jié) 影響植物吸收、累積重金屬的因素 57
一、植物種特性 57
二、污染物的種類和形態(tài) 59
三、土壤性質(zhì) 60
四、環(huán)境因素對重金屬在植物體內(nèi)積累的影響64
展望65
第三章重金屬對植物的影響 66
第一節(jié)重金屬對植物細胞分裂與植物生長發(fā)育的影響 66
一、重金屬對植物細胞分裂的影響 66
二、重金屬對植物營養(yǎng)生長及形態(tài)的影響67
三、重金屬對植物生殖生長的影響 70
四、重金屬對種子萌發(fā)的影響 71
第二節(jié)重金屬對植物解剖結(jié)構(gòu)和超微結(jié)構(gòu)的影響72
一、重金屬對植物莖葉解剖結(jié)構(gòu)的影響 73
二、重金屬對植物細胞超微結(jié)構(gòu)的影響 76
第三節(jié)重金屬對植物生理生化的影響 81
一、重金屬對植物光合色素的影響 81
二、重金屬對植物丙二醛的影響 83
三、重金屬對植物脯氨酸的影響 84
四、重金屬對植物細胞膜透性的影響 85
五、重金屬對植物保護酶系統(tǒng)的影響 86
六、重金屬對植物物質(zhì)吸收與代謝的影響88
第四節(jié) 重金屬對植物生物量和產(chǎn)量的影響 92
一、重金屬對植物生物量的影響 92
二、重金屬對作物產(chǎn)量的影響 93
第五節(jié)重金屬對作物品質(zhì)的影響 95
一、重金屬對植物蛋白質(zhì)和氨基酸含量的影響 95
二、重金屬對植物脂肪含量的影響 98
三、重金屬對植物碳水化合物含量的影響100
四、重金屬對植物維生素C含量的影響101
五、重金屬對中草藥品質(zhì)的影響102
展望105
第四章重金屬對植物的毒害作用及機理106
第一節(jié) 重金屬對植物的毒害作用106
一、重金屬毒害作用的定義106
二、重金屬毒害作用的評價標準107
三、重金屬毒害作用的評價方法108
四、重金屬毒害作用的臨界值113
第二節(jié)植物受重金屬毒害的條件117
一、重金屬離子的性質(zhì)117
二、環(huán)境條件120
三、化學元素間的相互作用124
第三節(jié)植物受重金屬毒害的機理140
一、重金屬毒害植物的細胞機理140
二、重金屬毒害植物的生理生化機理144
三、重金屬毒害植物的分子機理145
展望148
第五章植物對重金屬的解毒作用及機理149
第一節(jié)植物對重金屬的拒絕吸收149
一、根際效應、菌根化作用對植物重金屬拒絕吸收的影響149
二、根系分泌物對植物重金屬拒絕吸收的影響150
三、根表鐵膜對植物拒絕吸收重金屬的影響155
四、先鋒植物對重金屬的拒絕吸收作用156
第二節(jié)植物細胞對重金屬的結(jié)合鈍化作用157
一、細胞壁的結(jié)合鈍化157
二、細胞膜的結(jié)合鈍化160
第三節(jié)植物對體內(nèi)重金屬的隔離作用167
一、液泡的隔離作用167
二、植物組織水平上對重金屬的隔離作用168
第四節(jié)植物對重金屬的代謝解毒作用168
一、金屬硫蛋白169
二、植物絡合素169
三、熱激蛋白170
四、多胺171
五、非酶類抗氧化劑171
六、抗氧化酶系統(tǒng)172
七、脫落酸173
八、其他重金屬絡合的配位體174
第五節(jié)植物對重金屬的遺傳解毒作用174
一、不同生態(tài)型植物對重金屬的響應差異174
二、蛋白質(zhì)組學水平上植物對重金屬的解毒176
三、基因工程在植物重金屬解毒中的作用181
第六節(jié)植物對重金屬的排出作用183
一、細胞間的排出作用183
二、組織器官的脫落排出作用183
三、根系的分泌作用183
四、吐水作用183
展望183
第六章重金屬輕度污染土壤的農(nóng)業(yè)利用185
第一節(jié)低富集重金屬的作物品種篩選及利用185
一、植物對重金屬耐性及吸收積累的差異186
二、低富集重金屬作物品種的篩選188
第二節(jié)土壤改良劑調(diào)控降低重金屬活性196
一、石灰196
二、黏土礦物200
三、赤泥201
第三節(jié)施肥降低重金屬活性202
一、N、P肥203
二、有機肥207
三、磷酸鹽肥料209
四、N肥和有機肥混合施用21 1
第四節(jié)土壤水分調(diào)控降低重金屬活性213
一、水分調(diào)控對土壤Eh的影響213
二、水分調(diào)控對土壤pH的影響217
三、水分調(diào)控影響土壤重金屬的形態(tài)轉(zhuǎn)化217
四、水分調(diào)控降低作物吸收重金屬219
第五節(jié)非食用植物種植220
一、園林植物220
二、花卉植物222
三、纖維植物222
展望225
第七章重金屬中度污染土壤的植物修復226
第一節(jié)土壤重金屬污染的修復226
一、重金屬污染土壤的物理修復226
二、重金屬污染土壤的化學修復229
三、生物修復233
第二節(jié)農(nóng)田土壤重金屬污染的植物修復236
一、超富集植物的定義及標準236
二、超富集植物機理238
三、超富集植物對土壤重金屬污染的凈化效率245
第三節(jié)作物-超富集植物間作修復247
一、作物-超富集植物間作的概念247
二、作物-超富集植物間作體系對植物重金屬累積的影響248
三、作物-超富集植物間作體系促進重金屬累積的機理256
第四節(jié)提高植物修復效率的土壤性質(zhì)調(diào)控途徑259
一、土壤pH調(diào)控增強重金屬生物有效性“260
二、土壤氧化還原電位調(diào)控增強重金屬生物有效性260
三、土壤有機質(zhì)調(diào)控增加重金屬生物有效性261
四、土壤水分狀況調(diào)控重金屬生物有效性262
五、土壤微生物調(diào)控重金屬生物有效性264
展望264
第八章重金屬中度污染土壤的植物-微生物聯(lián)合修復266
第一節(jié)土壤微生物對重金屬的耐性及其機理266
一、土壤微生物對重金屬的耐性266
二、土壤微生物對重金屬耐性的機制269
第二節(jié)微生物對土壤重金屬賦存形態(tài)的影響280
一、微生物對土壤重金屬形態(tài)的影響280
二、微生物對土壤重金屬價位的影響283
第三節(jié) 土壤微生物對植物吸收累積重金屬的影響284
一、土壤微生物在植物吸收累積重金屬中的作用285
二、土壤微生物影響植物吸收累積重金屬的機理286
第四節(jié)植物-根部共生菌對重金屬的吸收累積特征287
一、植物AMF共生體對重金屬的吸收累積特征287
二、豆科植物-根瘤菌共生體對重金屬的吸收累積特征290
三、植物DSE共生體對重金屬的吸收累積特征291
第五節(jié)土壤重金屬污染的植物-微生物聯(lián)合修復294
一、植物-微生物聯(lián)合修復的類型294
二、土壤重金屬污染的植物-共生菌聯(lián)合修復的特征294
三、土壤重金屬污染的植物-非共生菌聯(lián)合修復的特征295
第六節(jié)土壤重金屬污染的植物-微生物聯(lián)合修復的機理297
一、提高植物累積重金屬297
二、促進植物生長298
三、提高土壤重金屬生物有效性299
四、影響植物對重金屬的吸收與分配301
展望302
第九章重金屬重度污染土壤的生態(tài)恢復304
第一節(jié)重金屬礦區(qū)的植物群落及生態(tài)系統(tǒng)特征304
一、重金屬礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境問題304
二、重金屬礦區(qū)植物組成和群落特征305
三、重金屬礦區(qū)植物多樣性特征311
四、重金屬礦區(qū)植被生態(tài)系統(tǒng)特征312
第二節(jié)重金屬礦區(qū)廢棄地植被恢復中的地表整形和土壤改良314
一、地表整形措施314
二、土壤改良措施316
第三節(jié)重金屬礦區(qū)廢棄地的植被恢復322
一、金屬礦區(qū)先鋒植物323
二、植物群落構(gòu)建與植被恢復325
第四節(jié)重金屬礦區(qū)廢棄地植被恢復的生態(tài)效應333
一、重金屬礦區(qū)土壤植被恢復對土壤理化性質(zhì)的影響333
二、重金屬污染土壤植被恢復對微生物區(qū)系的影響334
三、重金屬礦區(qū)植被恢復過程中的植物群落特征變化336
四、重金屬礦區(qū)廢棄地植被恢復的水土保持效果338
展望342
第十章土壤重金屬污染評價及生態(tài)風險管理343
第一節(jié)土壤重金屬污染評價343
一、土壤重金屬污染評價標準343
二、土壤重金屬污染評價方法346
第二節(jié)土壤重金屬污染生態(tài)風險評價351
一、土壤重金屬污染的生態(tài)風險351
二、土壤重金屬生態(tài)風險評價的技術(shù)方法351
三、土壤重金屬污染的生態(tài)風險評價程序352
第三節(jié)土壤重金屬污染管理356
一、土壤重金屬污染管理的法律體系356
二、重金屬污染管理的規(guī)劃357
三、重金屬污染的分類分級管理358
展望360
本章附錄361
參考文獻362