稻田土壤重金屬污染治理理論與實踐

目錄
序一
序二
前言
第0章 緒論 1
第1章 土壤-水稻體系重金屬遷移轉(zhuǎn)化研究方法 7
1.1 土壤重金屬形態(tài)及其相關(guān)參數(shù)的研究方法 7
1.1.1 重金屬形態(tài)提取方法 7
1.1.2 氧化鐵形態(tài)分析方法 9
1.1.3 氧化鐵與重金屬固相表征 11
1.2 重金屬形態(tài)轉(zhuǎn)化熱力學與動力學研究方法 12
1.2.1 熱力學研究方法 12
1.2.2 動力學研究方法 14
1.3 非傳統(tǒng)穩(wěn)定同位素分餾研究方法 16
1.3.1 同位素分餾 16
1.3.2 化學分離 17
1.3.3 質(zhì)譜測試 18
1.4 重金屬轉(zhuǎn)化微生物的分子生物學研究方法 20
1.4.1 非原位微生物分離培養(yǎng)技術(shù) 21
1.4.2 原位功能微生物識別技術(shù) 22
1.4.3 微生物重金屬代謝機制分析技術(shù) 23
1.5 水稻重金屬轉(zhuǎn)運分子生物學研究方法 28
1.5.1 重金屬轉(zhuǎn)運基因研究方法 29
1.5.2 酵母異源表達分析方法 33
1.5.3 重金屬吸收轉(zhuǎn)運的組學分析方法 33
參考文獻 36
第2章 水稻重要礦質(zhì)元素吸收與轉(zhuǎn)運機制 40
2.1 概述 41
2.1.1 水稻吸收和轉(zhuǎn)運礦質(zhì)元素的基本過程 41
2.1.2 水稻吸收和轉(zhuǎn)運礦質(zhì)元素的重要轉(zhuǎn)運蛋白 42
2.1.3 穩(wěn)定同位素分餾解析水稻礦質(zhì)元素吸收轉(zhuǎn)運機制 44
2.2 水稻植株形態(tài)解剖結(jié)構(gòu)特征 44
2.2.1 水稻植株生長發(fā)育基本過程 44
2.2.2 水稻主要器官形態(tài)解剖基本特征 45
2.3 水稻重要礦質(zhì)元素吸收與轉(zhuǎn)運的分子機制 50
2.3.1 硅 50
2.3.2 鐵 52
2.3.3 鋅 55
2.3.4 錳 57
2.4 水稻重要礦質(zhì)元素的同位素分餾特征與機制 61
2.4.1 鐵 61
2.4.2 鋅 65
2.4.3 硅 68
2.5 展望 69
參考文獻 70
第3章 土壤-水稻體系中鎘遷移轉(zhuǎn)化機制 79
3.1 我國稻田土壤鎘污染現(xiàn)狀及鎘的賦存形態(tài) 80
3.1.1 鎘的危害及土壤鎘污染現(xiàn)狀 80
3.1.2 土壤鎘的賦存形態(tài)及生物有效性 81
3.1.3 鎘的物理化學與地球化學性質(zhì) 82
3.2 稻田土壤鎘的轉(zhuǎn)化機制 85
3.2.1 土壤鎘形態(tài)轉(zhuǎn)化的熱力學機制 85
3.2.2 土壤鎘形態(tài)轉(zhuǎn)化的動力學機制 87
3.2.3 鎘形態(tài)轉(zhuǎn)化模型與土壤H+平衡模型 93
3.3 水稻植株中鎘遷移轉(zhuǎn)運的多介質(zhì)界面機制 100
3.3.1 土壤-水稻體系多介質(zhì)界面過程 100
3.3.2 水稻根系吸收鎘的生理機制 102
3.3.3 水稻植株中鎘的轉(zhuǎn)運與解毒機制 105
3.3.4 鎘從根遷移至籽粒的同位素分餾特征 107
3.3.5 水稻不同生長發(fā)育時期的鎘同位素分餾 110
3.3.6 鐵和鋅對水稻鎘吸收轉(zhuǎn)運的影響 114
3.3.7 影響稻米鎘積累的關(guān)鍵因素 116
3.4 展望 120
參考文獻 121
第4章 土壤-水稻體系中砷遷移轉(zhuǎn)化機制 127
4.1 我國稻田土壤砷污染現(xiàn)狀及砷的形態(tài) 128
4.1.1 土壤砷的來源及分布特征 128
4.1.2 砷的地球化學特征 129
4.1.3 土壤砷的形態(tài)、遷移性、毒性及生物有效性 130
4.2 稻田土壤砷的轉(zhuǎn)化過程與機制 131
4.2.1 土壤砷形態(tài)轉(zhuǎn)化的熱力學機制 132
4.2.2 土壤砷形態(tài)轉(zhuǎn)化的化學與微生物機制 134
4.2.3 土壤砷形態(tài)轉(zhuǎn)化的動力學機制 143
4.3 水稻植株中砷遷移過程與機制 149
4.3.1 水稻砷吸收、轉(zhuǎn)運與解毒的生理機制 149
4.3.2 水稻全生育期砷轉(zhuǎn)運基因的表達特征 152
4.3.3 稻米砷積累的特征 154
4.4 土壤-水稻體系中砷遷移轉(zhuǎn)化的影響因素 156
4.4.1 成土母質(zhì) 156
4.4.2 水分 157
4.4.3 養(yǎng)分 158
4.5 展望 161
參考文獻 162
第5章 土壤-水稻體系中汞遷移轉(zhuǎn)化機制 171
5.1 我國稻田土壤汞污染現(xiàn)狀及其賦存形態(tài) 172
5.1.1 稻田土壤汞來源與污染現(xiàn)狀 172
5.1.2 汞的理化性質(zhì)、毒性及土壤汞的賦存形態(tài) 173
5.2 稻田土壤中汞的轉(zhuǎn)化機制 178
5.2.1 汞的生物轉(zhuǎn)化 178
5.2.2 汞的化學轉(zhuǎn)化 185
5.2.3 土壤汞形態(tài)轉(zhuǎn)化動力學和熱力學 190
5.3 土壤-水稻體系中汞遷移的多介質(zhì)界面機制 194
5.3.1 土壤-根系界面遷移 194
5.3.2 根系-籽粒界面遷移 195
5.3.3 水/土/葉-氣界面交換 197
5.4 土壤-水稻體系中汞的同位素分餾 199
5.4.1 汞的自然穩(wěn)定同位素及分餾方式 199
5.4.2 土壤-水稻體系中汞的同位素分餾特征 200
5.4.3 汞穩(wěn)定同位素分餾的研究進展 203
5.5 土壤-水稻體系中汞轉(zhuǎn)化和累積的影響因素 205
5.5.1 自然因素 206
5.5.2 農(nóng)業(yè)活動 210
5.6 展望 213
參考文獻 214
第6章 土壤-水稻體系中鉻遷移轉(zhuǎn)化機制 220
6.1 我國稻田土壤鉻污染現(xiàn)狀及其地球化學特性 220
6.1.1 土壤鉻來源及污染現(xiàn)狀 220
6.1.2 鉻的地球化學特性 221
6.1.3 土壤鉻的賦存形態(tài)、遷移性及生物有效性 222
6.2 稻田土壤中鉻的轉(zhuǎn)化機制 224
6.2.1 土壤鉻轉(zhuǎn)化的生物地球化學機制 224
6.2.2 土壤鉻形態(tài)轉(zhuǎn)化的動力學機制 227
6.3 土壤-水稻體系中鉻遷移轉(zhuǎn)運的多介質(zhì)界面機制 231
6.3.1 水稻根系吸收鉻的生理機制 231
6.3.2 水稻植株體內(nèi)鉻的轉(zhuǎn)運 233
6.3.3 土壤-水稻體系中鉻同位素分餾的特征 234
6.4 影響土壤-水稻體系中鉻遷移轉(zhuǎn)化及積累的主要因素 236
6.4.1 水稻籽粒鉻積累的特征 236
6.4.2 土壤-水稻體系中影響鉻遷移轉(zhuǎn)化的主要因素 238
6.4.3 影響水稻籽粒鉻積累的土壤理化性質(zhì) 239
6.5 展望 241
參考文獻 242
第7章 土壤-水稻體系中銻遷移轉(zhuǎn)化機制 247
7.1 我國稻田土壤銻來源及污染現(xiàn)狀 248
7.1.1 土壤銻來源 248
7.1.2 土壤與農(nóng)產(chǎn)品銻污染現(xiàn)狀 248
7.2 銻的物理化學性質(zhì)及其地球化學特征 248
7.2.1 銻的物理化學性質(zhì)及賦存狀態(tài) 249
7.2.2 水稻土中銻的生物有效性和遷移性 250
7.2.3 水稻植株中銻的分布與毒性 250
7.2.4 稻田銻與砷的遷移轉(zhuǎn)化及積累特征差異 250
7.3 稻田土壤銻的轉(zhuǎn)化機制 251
7.3.1 土壤銻價態(tài)與形態(tài)轉(zhuǎn)化 251
7.3.2 土壤銻價態(tài)與形態(tài)轉(zhuǎn)化的化學與微生物機制 251
7.3.3 土壤銻價態(tài)與形態(tài)轉(zhuǎn)化熱力學機制 258
7.3.4 土壤銻價態(tài)與形態(tài)轉(zhuǎn)化動力學機制 260
7.3.5 生命元素循環(huán)影響銻的遷移性 262
7.4 水稻植株中銻的遷移特征 264
7.4.1 水稻植株中銻的分布和積累 264
7.4.2 水稻根際吸收銻的特征 264
7.5 土壤-水稻體系中銻遷移轉(zhuǎn)化的影響因素 266
7.5.1 水稻土理化性質(zhì)的影響 266
7.5.2 水稻品種的影響 267
7.5.3 稻田環(huán)境條件的影響 267
7.6 展望 269
參考文獻 270
第8章 土壤-水稻體系中鉛遷移轉(zhuǎn)化機制 276
8.1 我國稻田土壤鉛污染現(xiàn)狀及特征 276
8.1.1 鉛及其化合物的物理化學性質(zhì) 276
8.1.2 稻田土壤鉛來源及污染現(xiàn)狀 278
8.1.3 土壤鉛的賦存形態(tài)、遷移性及生物有效性 281
8.2 稻田土壤中鉛的轉(zhuǎn)化機制 281
8.2.1 土壤鉛形態(tài)轉(zhuǎn)化的熱力學機制 281
8.2.2 土壤鉛形態(tài)轉(zhuǎn)化的動力學機制 286
8.2.3 土壤鉛形態(tài)轉(zhuǎn)化模型與生物有效性預測 289
8.3 水稻植株中鉛遷移的多介質(zhì)界面機制 292
8.3.1 水稻根系吸收鉛的過程及機制 293
8.3.2 鉛在水稻植株中的轉(zhuǎn)運過程及其機制 293
8.3.3 水稻葉片的鉛吸收及轉(zhuǎn)運機制 294
8.3.4 水稻籽粒中的鉛積累機制 295
8.4 影響土壤-水稻體系中鉛遷移轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵因素 295
8.4.1 影響土壤鉛形態(tài)轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵因素 295
8.4.2 影響水稻植株鉛吸收轉(zhuǎn)運及籽粒積累的關(guān)鍵因素 296
8.4.3 農(nóng)藝措施對土壤-水稻體系鉛遷移轉(zhuǎn)化的影響 296
8.5 土壤-水稻體系中鉛同位素示蹤 297
8.6 展望 298
參考文獻 299
第9章 稻田土壤鎘砷同步鈍化技術(shù) 305
9.1 稻田土壤鎘砷同步鈍化技術(shù)原理 306
9.1.1 稻田土壤中鎘砷遷移轉(zhuǎn)化特征的差異 306
9.1.2 稻田鎘砷同步鈍化技術(shù)的挑戰(zhàn) 310
9.1.3 稻田土壤中鎘砷同步鈍化的技術(shù)思路 312
9.2 生物炭與零價鐵協(xié)同鈍化稻田土壤鎘砷的作用 313
9.2.1 稻田土壤鎘砷協(xié)同鈍化材料 313
9.2.2 降低土壤中有效態(tài)鎘和砷的協(xié)同作用 315
9.2.3 促進水稻根表鐵膜固定鎘和砷的協(xié)同作用 316
9.2.4 降低水稻植株中鎘和砷累積的協(xié)同效應 318
9.3 稻田鎘砷同步鈍化功能材料的研發(fā)與應用 319
9.3.1 鐵改性生物炭的制備及其性能 320
9.3.2 鐵改性生物炭對鎘砷同步鈍化的效果 322
9.4 鐵改性生物炭的田間應用技術(shù)和效果 324
9.4.1 鐵改性生物炭應用的劑量與效應關(guān)系 324
9.4.2 鐵改性生物炭應用的穩(wěn)定性 327
9.4.3 鐵改性生物炭應用的長效性 327
9.5 展望 329
參考文獻 330
第10章 稻田根-土界面鎘砷阻控技術(shù) 333
10.1 根？土界面中鐵膜阻控鎘砷的技術(shù)原理 334
10.1.1 水稻根表鐵膜 334
10.1.2 水稻根表鐵膜對鎘砷的固定效應 337
10.1.3 硝酸鐵與腐殖質(zhì)促進鐵膜形成及固定鎘砷的作用及原理 339
10.1.4 國內(nèi)外根-土界面鎘砷阻控技術(shù)對比 346
10.2 鐵改性泥炭土壤調(diào)理技術(shù)田間應用效果 349
10.3 展望 358
參考文獻 359
第11章 水稻重金屬生理阻隔技術(shù) 364
11.1 生理阻隔技術(shù)原理 364
11.1.1 生理阻隔技術(shù)的概念及基本原理 364
11.1.2 硅調(diào)控水稻鎘吸收轉(zhuǎn)運的生理阻隔技術(shù)原理 366
11.1.3 硅調(diào)控水稻砷吸收轉(zhuǎn)運的生理阻隔技術(shù)原理 372
11.1.4 硒調(diào)控水稻鎘吸收轉(zhuǎn)運的生理阻隔技術(shù)原理 380
11.1.5 鋅、鐵和錳的生理阻隔效應及機制解析 386
11.2 水稻重金屬生理阻隔技術(shù)應用 389
11.3 展望 389