全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 32 卷 第 11 期摇 摇 2012 年 6 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
黑龙江省大兴安岭林区火烧迹地森林更新及其影响因子 蔡文华,杨摇 健,刘志华,等 (3303)…………………
基于 B鄄IBI指数的温榆河生态健康评价 杨摇 柳,李泳慧,王俊才,等 (3313)……………………………………
川西亚高山暗针叶林不同恢复阶段红桦、岷江冷杉土壤种子损耗特征 马姜明,刘世荣,史作民,等 (3323)…
老龄阔叶红松林下层木空间分布的生境关联分析 丁胜建,张春雨,夏富才,等 (3334)…………………………
内蒙古高原荒漠区四种锦鸡儿属植物灌丛沙包形态和固沙能力比较 张媛媛,马成仓,韩摇 磊,等 (3343)……
角果藜的生长动态及其生殖配置 全杜娟,魏摇 岩,周晓青,等 (3352)……………………………………………
基于 MODIS / NDVI时间序列的森林灾害快速评估方法———以贵州省为例
侍摇 昊,王摇 笑,薛建辉,等 (3359)
……………………………………
……………………………………………………………………………
祁连山西水林区土壤阳离子交换量及盐基离子的剖面分布 姜摇 林,耿增超,李珊珊,等 (3368)………………
水分和温度对春玉米出苗速度和出苗率的影响 马树庆,王摇 琪,吕厚荃,等 (3378)……………………………
施氮对水稻土 N2O释放及反硝化功能基因(narG / nosZ)丰度的影响 郑摇 燕,侯海军,秦红灵,等 (3386)……
中国西北潜在蒸散时空演变特征及其定量化成因 曹摇 雯,申双和,段春锋 (3394)……………………………
基于植被降水利用效率和 NDVI的黄河上游地区生态退化研究 杜加强,舒俭民,张林波 (3404)……………
异速生长法计算秋茄红树林生物量 金摇 川,王金旺,郑摇 坚,等 (3414)…………………………………………
乌兰布和沙漠沙蒿与油蒿群落的物种组成与数量特征 马全林,郑庆中,贾举杰,等 (3423)……………………
不同光强下单叶蔓荆的光合蒸腾与离子累积的关系 张摇 萍,刘林德,柏新富,等 (3432)………………………
浑善达克沙地沙地榆种子雨的扩散规律 谷摇 伟,岳永杰,李钢铁,等 (3440)……………………………………
咸水灌溉对沙土土壤盐分和胡杨生理生长的影响 何新林,陈书飞,王振华,等 (3449)…………………………
外源 NO对 NaHCO3 胁迫下黑麦草幼苗光合生理响应的调节 刘建新,王金成,王摇 鑫,等 (3460)……………
呼伦贝尔草地植物群落与土壤化学计量学特征沿经度梯度变化 丁小慧,罗淑政,刘金巍,等 (3467)…………
海南稻田土壤硒与重金属的含量、分布及其安全性 耿建梅,王文斌,温翠萍等 (3477)…………………………
江苏省典型区农田土壤及小麦中重金属含量与评价 陈京都,戴其根,许学宏,等 (3487)………………………
应用稳定同位素研究广西东方洞食物网结构和营养级关系 黎道洪,苏晓梅 (3497)……………………………
利用细胞计数手段和 DGGE技术分析松花江干流部分地区的细菌种群多样性
屠摇 腾,李摇 蕾,毛冠男,等 (3505)
………………………………
……………………………………………………………………………
中国主要入海河流河口集水区划分与分类 黄金良,李青生,黄摇 玲,等 (3516)…………………………………
基于 VGPM模型和 MODIS数据估算梅梁湾浮游植物初级生产力 殷摇 燕,张运林,时志强,等 (3528)………
低温胁迫下虎纹蛙的生存力及免疫和抗氧化能力 王摇 娜,邵摇 晨,颉志刚,等 (3538)…………………………
转 Bt水稻土壤跳虫群落组成及其数量变化 祝向钰,李志毅,常摇 亮,等 (3546)………………………………
尼日利亚非洲蜂和安徽意大利蜜蜂及其杂交二代形态特征与微卫星 DNA遗传多样性
余林生,解文飞,巫厚长,等 (3555)
………………………
……………………………………………………………………………
北京城市公园湿地休憩功能的利用及其社会人口学因素 李摇 芬,孙然好,陈利顶 (3565)……………………
基于协整理论的经济增长与生态环境变化关系分析———以重庆市渝东南地区为例
肖摇 强,胡摇 聃,肖摇 洋,等 (3577)
……………………………
……………………………………………………………………………
感潮河网区环境合作博弈模型及实证 刘红刚,陈新庚,彭晓春 (3586)…………………………………………
专论与综述
国内外生态效率核算方法及其应用研究述评 尹摇 科,王如松,周传斌,等 (3595)………………………………
全球变化背景下的现代生态学———第六届现代生态学讲座纪要 温摇 腾,徐德琳,徐摇 驰,等 (3606)…………
问题讨论
流域环境要素空间尺度特征及其与水生态分区尺度的关系———以辽河流域为例
刘星才,徐宗学,张淑荣,等 (3613)
………………………………
……………………………………………………………………………
研究简报
不同光照强度对兴安落叶松几种主要防御蛋白活力的影响 鲁艺芳,石摇 蕾,严善春 (3621)…………………
木荷种源间光合作用参数分析 熊彩云,曾摇 伟,肖复明,等 (3628)………………………………………………
基于能值分析的深圳市三个小型农业生态经济系统研究 杨卓翔,高摇 阳,赵志强,等 (3635)…………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*342*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*37*
室室室室室室室室室室室室室室
2012鄄06
封面图说: 爬升樟木沟的暖湿气流———樟木沟是中国境内横切喜马拉雅山脉南坡的几条著名大沟之一,它位于我国西藏聂拉
木县境内的希夏邦马峰东南侧,延绵 5400km的 318 国道在此沟中到达其最西头。 从聂拉木县城到樟木口岸短短的
30km中,海拔从 4000m急降至 2000m。 在大气环流作用下,来自印度洋的暖湿气流沿樟木沟不断费力地往上爬升,
给该沟谷留下了大量的降水。 尤其是在雨季到来时,山间到处是流水及悬垂崖头的瀑布,翠峰直插云霄,森林茂密
苍郁,溪流碧澄清澈,奇花异葩繁多,风景美如画卷,气势壮丽非凡。
彩图提供: 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 32 卷第 11 期
2012 年 6 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 11
Jun. ,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:江苏省农产品质量安全产地适宜性评价;江苏省普通高校研究生科研创新计划项目( CXZZ11 _0983);国家粮食丰产科技工程
(2011BAD16B03)
收稿日期:2011鄄05鄄08; 摇 摇 修订日期:2011鄄12鄄13
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: qgdai@ yzu. edu. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201105080598
陈京都,戴其根,许学宏,仲晓春,郭保卫,郑超,张洪程,许轲,霍中洋,魏海燕. 江苏省典型区农田土壤及小麦中重金属含量与评价. 生态学报,
2012,32(11):3487鄄3496.
Chen Jingdu1, Dai Qigen1,*, Xu X H, Zhong X C, Guo B W, Zheng C, Zhang H C, Xu K, Huo Z Y, Wei H Y. Heavy metal contents and evaluation of
farmland soil and wheat in typical area of Jiangsu Province. Acta Ecologica Sinica,2012,32(11):3487鄄3496.
江苏省典型区农田土壤及小麦中重金属含量与评价
陈京都1,戴其根1,*,许学宏2,仲晓春1,郭保卫1,郑摇 超1,
张洪程1,许摇 轲1,霍中洋1,魏海燕1
(1. 扬州大学 江苏省作物遗传生理重点实验室 /农业部长江流域稻作技术创新中心,扬州摇 225009;
2. 江苏省农产品质量检验测试中心,南京摇 210036)
摘要:为了研究江苏省典型区地震带农田土壤和小麦中重金属的污染,在具有代表性的农田采集收获期小麦及耕层土壤,分析
和评价了土壤和小麦中重金属 Cu、Pb、Cd、Ni、Cr、Hg、As和 Zn的含量及污染程度。 结果表明,土壤样品中 Cd、Zn、Pb的含量均
超过江苏省土壤背景值,Cr、Cu、Ni和 As分别有 25. 64% 、97. 44% 、92. 31%和 92. 31%的土壤样品中超过江苏省土壤背景值,Hg
的含量均在背景值以下;与国家土壤环境质量标准(GB15618—1995)中域级标准相比,Cd 的含量均超出标准限值,其它 7 种重
金属元素含量均在标准限值以下。 土壤中重金属相关分析表明,Cd、Cu、Cr、Ni、Pb、Zn、As具有相同的来源的可能性较大,而 Hg
与 Cd、Cu、Cr、Ni、Pb、Zn、As 的来源均不相同。 以 NY 861—2004 为评价标准,小麦籽粒 Pb、Cr、Hg、Ni、As 样品超标率分别为
100% 、58. 97% 、33. 33% 、10. 26% 、2. 56% ,Cu、Zn和 Cd没有样品超标, 由此可见小麦籽粒中 Pb的污染最为严重。 采用单因子
污染指数法、综合污染指数法和 Hakanson潜在生态评价指数法以国家土壤环境质量标准(GB15618—1995)和江苏省土壤背景
值为参比值,对农田土壤重金属污染进行评价,结果显示,从单项污染指数来看只有 Cd达到重度污染水平,其它元素均在安全
范围以内,从综合污染指数来看土壤重金属污染达到中度污染水平,从潜在生态评价指数法来看,研究区域表现为很强的生态
危害,并以 Cd为主要污染因子。
关键词:典型区;土壤;小麦;重金属;污染评价
Heavy metal contents and evaluation of farmland soil and wheat in typical area of
Jiangsu Province
CHEN Jingdu1, DAI Qigen1,*, XU Xuehong2, ZHONG Xiaochun1, GUO Baowei1, ZHENG Chao1, ZHANG
Hongcheng1, XU Ke1, HUO Zhongyang1, WEI Haiyan1
1 Key Laboratory of Crop Genetics and Physiology of Jiangsu Province / Innovation Center of Rice Cultivation Technology in Yangtze Valley, Ministry of
Agriculture, Yangzhou University, Yangzhou 225009, China
2 Jiangsu Agro鄄product Quality Inspection and Testing Center, Nanjing 210036, China
Abstract: The farmland soil was the most main place of the agricultural production, and the quality of soil was the main
determinant for the quality and safety of agricultural products, thus it was important to make the quality evaluation of
farmland soil before the start of agriculture production. In order to investigate the pollution situation of heavy metals in
farmland soil and wheat plants in a seismic belt of typical area in Jiangsu Province, the wheat and the soil of cultivation
layer were collected from representative farmlands at harvest. The contents and pollution degree of Cu, Pb, Cd, Ni, Cr,
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Hg, As, and Zn were analyzed and evaluated. The results showed that the contents of Cd, Zn, and Pb in all soil samples
were higher than the background values of Jiangsu soil, and the contents of Cr in 25. 64% soil samples, Cu in 97. 44% soil
samples, Ni in 92. 31% soil samples, and As in 92. 31% soil samples exceeded the background values of Jiangsu soil,
while the content of Hg in all soil samples was under the background value of Jiangsu soil. Compared with the Grade域of
environmental quality standard for soil (GB 15618—1995), among the elements tested, only the content of Cd in all of the
samples exceeded the standard, while all the others were under the standard. Correlation analysis indicated that several
heavy metal elements including Cd, Cu, Cr, Ni, Pb, Zn and As in soil had a greater possibility to have come from the
same source, however, Hg rooted in a different source from those elements mentioned above. According to the standards on
Foods and Products ( NY861—2004 ), the proportion of wheat grain samples exceeding the standards were 100% ,
58郾 97% , 33. 33% , 10. 26% , and 2. 56% for Pb, Cr, Hg, Ni, and As, respectively, while Cu, Zn and Cd in samples
did not exceed the standard, it was demonstrated that the element of Pb was the most serious contaminant in wheat grains.
The contents of heavy metal in wheat grain were influenced by the soil heavy metal concentration and other physical and
chemical properties of soil as well. It was difficult to assess the pollution situation of heavy metal in soil comprehensively
using a single evaluate method. Therefore, in this study, the pollution situation of heavy metals in sampled farmland soil
was evaluated against references of national standard limits and background values of Jiangsu province soil through single
factor pollution index, synthesizing pollution index and Hakanson忆 potential ecological evaluation index respectively. The
single pollution evaluation result showed that Cd reached severe pollution levels while the other heavy metals were in the
security range. Moderate pollution occured when the method of synthesizing pollution index was used. From the potential
ecological evaluation index, we found strong ecological harm in the investigated region with Cd as the main pollution factor.
Key Words: typical area; soil; wheat; heavy metal; pollution evaluation
地震带是指地震集中分布的地带,地球上主要有三大地震带,我国位于世界两大地震带———环太平洋地
震带与欧亚地震带的交汇部位。 台湾地区、西南地区、西北地区、华北地区和东南沿海地区是我国地震带主要
分布地区,其中华北地区和东南沿海地区又是我国重要的农业生产地区。 地震带地区不断发生的地震会引起
地质异常活动从而导致土壤性状发生变化,表现出和其它地质正常地区不同的土壤特征[1],对农业生产造成
影响。
重金属元素是影响农业特别是种植业生产的重要因素之一,关于农业重金属污染国内外进行了大量研
究,但研究多集中在重金属对土壤微生物及酶活性的影响[2鄄3]、重金属毒害对作物生理生化的影响[4鄄5]以及对
因工业或交通等人为因素造成重金属污染地区土壤中重金属含量特征进行分析与风险评价[6鄄10]等方面。 针
对地震带地区农田土壤和农作物重金属含量状况的调查主要集中在地震后人员安置,次生地质灾害等短期活
动方面[11鄄12],长期地震活动作用造成的影响的调查报道很少。 因此,本研究选取江苏省历史上曾发生强烈地
震,但最近几十年未发生具有破坏性地震的地震带地区作为研究取样地,以江苏省土壤重金属背景值和
GB15618—1995 中域级标准作为参考和比较的依据,调查研究地震带地区农田土壤、小麦重金属的含量,评价
该区域土壤环境质量和小麦的食用安全性,为地震带地区土壤重金属污染治理以及农产品的合理规划提供科
学依据。
1摇 材料与方法
1. 1摇 研究区域概况
研究区域地处东经 119毅2忆50义—119毅52忆9义,北纬 34毅11忆45义—34毅38忆50义,位于江苏省东北部,总面积约 1840
km2。 气候属暖温带季风气候,年平均气温为 15 益,年降水量 959. 4 mm左右,年均日照总时数 2456. 2 h。 地
势由西向东倾斜,是苏北地区唯一的有山有水的地区,地质环境较为特殊。 地貌以平原为主,土壤为近代河流
冲击和海相沉积母质发育而成,土层深厚,土质粘重,大部分土壤含有机质,含氮偏低,缺磷、富钾。 该地区是
8843 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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华北地震区的郯城—营口强震带和长江下游—黄海地震带的中间地带,区域内地质构造复杂,历史上曾多次
发生中强级以上的地震,给该地区造成了严重损失和社会影响。 自 1990 年以来,该地区一直是国务院确定的
全国地震重点监视防御区,是江苏省中强地震活动频次较高的地区之一。
1. 2摇 样品的采集与分析
本研究选取远离公路、工厂等污染源具有代表性的农田作为取样地点。 于小麦收获时期采用 GPS 定位
取样,取农田耕层 0—20 cm处土样,每个取样点以 5 m 对角线采集 5 个点混匀,四分法取样约 1 kg,共采样 39
个。 为防止采样过程导致样品污染,采集土壤样品时剔除与金属采样器接触的部分,放入内衬聚乙烯塑料袋
的棉布专用样品袋,带回实验室。 将土壤样品置于阴凉通风处自然风干,剔除样品中的有机残渣、植物根系及
可见侵入体,用木制工具碾碎,过 100 目尼龙筛。 在采集土壤同时采集相对应小麦运回实验室,用自来水和去
离子水反复清洗,80 益烘干至恒重,粉碎后过 45 目筛备用,测定籽粒和小麦整株重金属含量。 土壤和小麦重
金属采用 CEM 密闭微波系统进行消解。 Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn 采用等离子原子发射光谱光度计测定[13],As
和 Hg采用原子荧光光度计测定[14]。 分析所用试剂均为优级纯,水为超纯水。 分析过程中加入空白样、平行
样和国家标准样品控制试验数据的精度和准确度。 土壤 pH值的测定采用雷兹 PXS鄄215 型离子酸度计,水土
比为 2. 5颐1。
1. 3摇 评价方法与标准
1. 3. 1摇 土壤重金属污染评价方法和标准
土壤重金属污染评价多采用单因子污染指数评价法或多因子综合污染指数评价法(内梅罗指数法)。 这
些方法考虑了重金属的污染现状,但没有考虑环境因子、土壤生物对重金属的响应特征,更不可能说明区域内
重金属可能存在的生态危害效应[15]。 Hakanson潜在生态评价指数法是根据重金属性质及环境行为特点,从
沉积学角度提出来的对土壤或沉积物中重金属污染进行评价的方法。 该方法不仅考虑土壤重金属含量,而且
将重金属的生态效应、环境效应与毒理学联系起来。 采用潜在生态评价指数法首先要确定重金属的毒性系
数,但是一部分重金属的毒性系数尚未明确,不能全面评价环境重金属的污染状况。 因此,本研究采用单因子
污染指数法、综合污染指数法和潜在生态评价指数法相结合来评价土壤重金属污染,能更全面的了解和评价
重金属污染状况。
采用单因子污染指数法和综合污染指数法[16鄄17],以国家土壤环境质量标准(GB15618—1995)中域级标
准[18]为评价标准来评价农田土壤重金属环境污染现状。
单因子指数法是对土壤中的某一污染物的污染程度进行评价。 评价的依据是该污染物的单相污染指数,
其计算公式为式:
P i =
C i
Si
式中, P i 为土壤中污染物 i的环境质量指数; C i 为污染物 i的实测浓度; Si 污染物的评价标准。
综合污染指数法全面反映了各污染物对土壤的不同作用,突出高浓度污染物对环境质量的影响,是目前
国内采用的主要方法之一,计算公式为式:
P =
( 1
n移P i)
2
+ P2 imax
2
式中, P为土壤污染综合指数; 1
n移P i 为土壤中各污染指数平均值; P imax 为土壤中各污染指数最大值。
单因子污染指数和综合污染指数评价法的分级标准见表 1。
重金属是具有潜在生态危害的污染物,它们能在生物体内富集,成为持久的污染物,造成严重的环境问
题。 参照 Hakanson提出的潜在生态危害指数法对重金属的潜在危害进行评价[19],计算公式如下:
9843摇 11 期 摇 摇 摇 陈京都摇 等:江苏省典型区农田土壤及小麦中重金属含量与评价 摇
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C f i = C i / Cn i , Er i = Tr i·C f i
RI =移
m
i = 1
Er i =移
m
i = 1
Tr i·C f i
式中, C f i 、 Tr i 和 Er i 分别为第 i种重金属污染系数、毒性系数和潜在生态危害系数; C i 为土壤重金属含量实
测值; Cn i 为参照值; RI为多种重金属潜在危害指数。 重金属参比值采用江苏省土壤重金属含量背景值[20]
(表 3)。 重金属毒性系数主要反映重金属的毒性水平和生物对重金属污染的敏感程度,其评价指标见
表 2[21]。
表 1摇 土壤重金属污染等级划分标准
Table 1摇 The criterion of pollution grade of soil heavy metals
分级
Grade
单因子污染指数分级标准
Pollution index criterion of individual factor
污染指数 Pollution index 污染等级 Pollution grade
综合污染指数分级标准
Comprehensive pollution index criterion
污染指数 Pollution index 污染等级 Pollution grade
1 级 Grade 1 Pi臆1 清洁 P臆0. 7 安全
2 级 Grade 2 13 级 Grade 3 24 级 Grade 4 Pi>3 重污染 25 级 Grade 5 - - P>3 重污染
表 2摇 Hakanson潜在生态危害分级标准
Table 2摇 Grade standard of Hakanson potential ecological risk
生态危害
Ecological risk
轻微
Slight
中等
Medium
强
Strong
很强
Very strong
极强
Greatly strong
Er i <40 40—80 80—160 160—320 >320
RI <90 90—180 180—360 360—720 >720
1. 3. 2摇 小麦重金属污染评价方法和标准
小麦重金属污染评价标准采用农业部制定的 NY861—2004 作为评价标准[16](表 3)。
表 3摇 土壤、小麦重金属污染评价标准
Table 3摇 The standards for appraisal of soil and wheat heavy metal pollution
重金属
Heavy metal
农田土壤重金属限值 / (mg / kg)
Heavy metal limits of farmland soil
pH<6. 5 6. 5—7. 5 pH>7. 5
土壤背景值
Background
values of soil
/ (mg / kg)
谷物重金属限值
Grain heavy metal
containing limits
/ (mg / kg)
毒性系数
Toxicity coefficient
Cu 50 100 100 22. 3 10 5
Zn 200 250 300 62. 6 50 1
Pb 250 300 350 26. 2 0. 4 5
Cd 0. 3 0. 6 1. 0 0. 13 0. 1 30
Cr 150 200 250 77. 8 1 2
As 40 30 25 10 0. 7 10
Hg 0. 3 0. 5 1. 0 0. 29 0. 02 40
Ni 40 50 60 26. 7 0. 3* 5
摇 摇 *NY861—2004 标准中没有关于镍的规定,因此采用《食品中污限量(GB2762—2005)》中关于镍的限制作为镍的评价标准
2摇 结果与讨论
2. 1摇 农田土壤重金属含量与分析
2. 1. 1摇 农田土壤中重金属的含量
土壤样品的重金属含量测定结果的描述性统计分析见表 4。 从表 4 可以看出,农田土壤重金属 Cd、Cr、
0943 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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Cu、Ni、Pb、Zn、As、Hg等 8 种重金属含量的平均值分别为 1. 52、72. 99、37. 89、30. 27、40. 58、79. 42、16. 13、
0郾 03 mg / kg。 土壤重金属含量江苏省土壤重金属背景值相比,土壤 Cd、Zn、Pb 的含量均超过江苏省土壤背景
值,Cr、Cu、Ni、As分别有 25. 64% 、97. 44% 、92. 31% 、92. 31%的样品超过江苏省土壤背景值,Hg 的含量均在
江苏省土壤背景值以下。 可以看出农田土壤中重金属有累积的现象。 与国家土壤环境质量标准 ( GB
15618—1995)中域级标准相比,只有 Cd的含量超过标准限制,超标率为 100% ,而其它重金属含量均未超过
规定限值。
变异系数反映了总体样本中各采样点的平均变异程度,一定区域内重金属含量的变异大小,可以反映该
区域内重金属元素的分布和污染程度的差异[22]。 由表 4 可以看出,土壤重金属含量变异系数最大的是 Hg,
达到 100. 82% ,表明土壤中 Hg的分布差别比较大,其它重金属元素的变异系数都很小,在 9. 24%—27. 20%
之间,表明土壤中 Cd、Cr、Cu、Ni、Zn、As分布也比较均匀,存在相似的污染程度。
表 4摇 农田土壤重金属含量及超标率
Table 4摇 Heavy metal contents in soils and the ratio of samples exceeded standard
重金属
Heavy metal
重金属含量 / (mg / kg)
Content of heavy metals
最小值
Minimum
最大值
Maximum
平均值
Mean
标准偏差
STD
变异系数 / %
CV
超标率 1 / %
Over鄄limit ratio 1
超标率 2 / %
Over鄄limit ratio 2
Cd 1. 29 2. 34 1. 52 0. 29 18. 80 100 100. 00
Cr 47. 22 85. 54 72. 99 9. 34 12. 80 0 25. 64
Cu 22. 03 51. 70 37. 89 6. 30 16. 62 0 97. 44
Ni 20. 10 33. 61 30. 27 3. 68 12. 15 0 92. 31
Pb 32. 19 44. 42 40. 58 2. 61 6. 42 0 100. 00
Zn 36. 67 95. 05 79. 42 16. 73 21. 07 0 100. 00
As 0. 00 20. 91 16. 13 4. 39 27. 20 0 92. 31
Hg 0. 00 0. 14 0. 03 0. 04 100. 82 0 0. 00
摇 摇 超标率 1 以国家二级标准为参比值;超标率 2 以江苏省土壤背景值为参比标准
2. 1. 2摇 土壤重金属相关分析
同一区域土壤重金属的来源可以是单一的,也可以是多种的,研究土壤重金属全量之间的相关性可以推
测出重金属来源是否相同,如果重金属含量有显著的相关性,说明元素之间具有相同来源的可能性大,反之则
表示来源不同[14]。 从表 5 可以看出,研究区域内农田土壤各种重金属含量之间普遍表现出正相关关系。 Cd
、Cu、Cr、Ni、Pb、Zn、As相互之间存在极显著的相关性,由此可以初步推断 Cd 、Cu、Cr、Ni、Pb、Zn、As 之间来源
相同,可能源于成土母质。 Hg与 Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、As、Cd相关性不显著,表明 Hg与 Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、As、Cd
的来源不同。
表 5摇 农田土壤重金属元素之间相关分析
Table 5摇 Correlation analysis between heavy metals in farmland soil
Cr Cu Ni Pb Zn As Hg Cd
Cr 1
Cu 0. 858** 1
Ni 0. 900** 0. 881** 1
Pb 0. 811** 0. 710** 0. 800** 1
Zn 0. 902** 0. 912** 0. 928** 0. 709** 1
As 0. 456** 0. 590** 0. 464** 0. 428** 0. 522** 1
Hg 0. 221 0. 264 0. 185 0. 174 0. 247 0. 180 1
Cd 0. 964** 0. 920** 0. 943** 0. 822** 0. 954** 0. 582** 0. 213 1
摇 摇 *表示在 0. 05 水平上相关,**表示在 0. 01 水平上相关
1943摇 11 期 摇 摇 摇 陈京都摇 等:江苏省典型区农田土壤及小麦中重金属含量与评价 摇
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2. 2摇 小麦重金属含量与分析
2. 2. 1摇 小麦中重金属的含量
研究区域内所取得的 39 个小麦样品的重金属含量测定结果的描述性统计分析见表 6 和表 7。 从表 6 和
表 7 中可以看出,小麦植株和籽粒中 Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、As、Hg 等 8 种重金含量的平均值分别为 0. 06 和
0郾 02 mg / kg、2. 10 和 1. 19 mg / kg、3. 62 和 4. 09 mg / kg、0. 68 和 0. 68 mg / kg、1. 67 和 0. 63 mg / kg、13. 09 和
23郾 35 mg / kg、0. 97 和 0. 12 mg / kg、0. 01 和 0. 02 mg / kg。 与植株中的重金属含量相比较,籽粒中的重金属 Cu、
Zn和 Hg的含量比植株中含量高,其它元素籽粒含量均小于植株含量,表明这 3 种元素较其它元素容易向小
麦籽粒中迁移。
表 6摇 小麦植株中重金属的含量
Table 6摇 Heavy metal contents in the plant of wheat
重金属
Heavy metal
重金属含量 / (mg / kg)
最小值 Minimum 最大值 Maximum 平均值 Mean
标准偏差 STD 变异系数 / %CV
Cd 0. 03 0. 10 0. 06 0. 02 28. 73
Cr 0. 52 4. 83 2. 10 0. 93 44. 46
Cu 2. 56 6. 89 3. 62 0. 94 25. 83
Ni 0. 77 5. 32 0. 68 1. 86 273. 63
Pb 1. 10 3. 21 1. 67 0. 49 29. 11
Zn 9. 77 18. 33 13. 09 1. 90 14. 54
As 0. 00 3. 92 0. 97 1. 25 128. 71
Hg 0. 00 0. 05 0. 01 0. 01 158. 22
2. 2. 2摇 小麦籽粒中重金属污染评价
以 NY 861—2004 作为评价标准,籽粒中 Pb 的含量均超过标准限值,Cr、Hg、Ni、As 分别有 58. 97% 、
33郾 33% 、10. 26% 、2. 56%样品超过标准限值,Cd、Cu、Zn没有样品超过标准限值(表 7)(NY861—2004 标准中
没有关于镍的规定,因此采用《食品中污限量(GB2762—2005)》中关于镍的限值作为镍的评价标准)。 由此
可见研究区域内小麦重金属污染问题突出,以 Pb污染最为严重。
表 7摇 小麦籽粒中重金属的含量及超标率
Table 7摇 Heavy metal contents in the grain of wheat and the ratio of samples exceeded standard
重金属 Heavy metal
重金属含量 / (mg / kg)
最小值
Minimum
最大值
Maximum
平均值
Mean
标准偏差
STD
变异系数 / %
CV
超标率 / %
Over鄄limit ratio
Cd 0. 01 0. 08 0. 02 0. 01 48. 33 0. 00
Cr 0. 46 2. 45 1. 19 0. 49 41. 12 58. 97
Cu 3. 05 5. 19 4. 09 0. 52 12. 70 0. 00
Ni 0. 23 2. 02 0. 68 0. 50 74. 04 10. 26
Pb 0. 53 0. 82 0. 63 0. 06 9. 48 100. 00
Zn 17. 23 30. 88 23. 35 3. 26 13. 95 0. 00
As 0. 00 0. 86 0. 12 0. 14 116. 77 2. 56
Hg 0. 00 0. 08 0. 02 0. 02 106. 37 33. 33
2. 2. 3摇 小麦中重金属相关分析
土壤酸碱度被认为是影响重金属的最重要因素[23],影响作物对重金属元素的吸收。 相关分析表明,土壤
pH值和小麦籽粒中重金属 Cu、Ni、Zn、As、Hg表现出负相关性,其中 Cu和 pH值表现出显著的负相关关系,相
关系数为-0. 365(P< 0. 05)。
从表 8 小麦籽粒与植株中重金属含量的相关分析可以看出,小麦籽粒中 Cd、Cu、Zn、Hg 的含量与植株的
2943 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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含量表现出极显著的正相关关系,相关系数分别为 0. 744、0. 456、0. 594、0. 455,说明小麦籽粒中重金属 Cd、
Cu、Zn、Hg含量与植株中的含量变化是一致的。 小麦籽粒与土壤重金属相关分析可以看出,小麦籽粒中的 Hg
和 Ni的含量与土壤中的 Hg和 Ni含量极显著正相关,相关系数分别为为 0. 455 和 0. 638,说明籽粒 Hg 和 Ni
的含量受土壤重金属含量影响大。 其它重金属相关不显著,说明籽粒中其它重金属主要受土壤中其它因素的
影响。 籽粒与土壤重金属含量的相关性不同也说明了小麦籽粒对不同重金属的摄收能力不同。
表 8摇 小麦籽粒与植株、土壤重金属含量以及土壤 pH的相关分析
Table 8摇 Correlation analysis between the contain heavy metals of plant and grain and the pH of farmland soil
项目
Project
籽粒重金属 Heavy metal of grain
Cd Cr Cu Ni Pb Zn As Hg
pH 0. 076 0. 013 -0. 365* -0. 119 0. 055 -0. 218 -0. 201 -0. 014
植株 Plant 0. 744** 0. 030 0. 456** -0. 033 -0. 276 0. 594** -0. 153 0. 455**
土壤 Soil 0. 040 0. 062 0. 231 0. 638** -0. 046 0. 012 -0. 144 0. 455**
摇 摇 *表示在 0. 05 水平上相关,**表示在 0. 01 水平上相关
2. 3摇 农田土壤中重金属污染评价
2. 3. 1摇 农田土壤中重金属污染的单因子指数和综合指数
以国家土壤环境质量标准(GB15618—1995)域级标准值作为依据,计算研究区域所取 39 个土壤样品的
单项污染指数和综合污染指数。
从表 9 可以看出,农田土壤重金属 Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、As、Hg 的单项污染指数平均值分别为 3. 94、
0郾 39、0. 44、0. 63、0. 14、0. 33、0. 52、0. 07。 其中 Cd 的单因子污染指数平均值大于 3,属于重污染水平,其它重
金属单因子污染指数均小于 1。 以国家土壤环境质量标准(GB15618—1995)中域级标准为评价标准计算综
合指数,结果显示江苏地质异常地区重金属污染的综合指数为 2. 84,变异系数为 32. 00% 。 根据评价标准此
地区农田土壤已达到中度污染水平,以 Cd为主要贡献因子。
表 9摇 农田重金属污染指数
Table 9摇 Pollution index of heavy metals in soils
项目
Project
单因子污染指数 Individual factor pollution index
Cd Cr Cu Ni Pb Zn As Hg
综合指数
Composite index
最小值 Minimum 2. 16 0. 24 0. 23 0. 41 0. 11 0. 15 0 0 1. 56
最大值 Maximum 7. 68 0. 54 0. 85 0. 82 0. 17 0. 46 0. 69 0. 3 5. 51
平均值 Mean 3. 94 0. 39 0. 44 0. 63 0. 14 0. 33 0. 52 0. 07 2. 84
标准差 STD 1. 27 0. 06 0. 15 0. 09 0. 01 0. 07 0. 15 0. 08 0. 91
变异系数 / % CV 32. 31 16. 11 34. 18 13. 67 8. 84 21. 9 29. 15 106. 09 32. 00
2. 3. 2摇 农田土壤中重金属潜在生态危害评价分析
从各个重金属潜在生态危害系数来看(表 10),镉的潜在生态危害系数最高,平均值为 475. 78,表现出极
强的生态危害程度,最高值为 540. 00,最低值为 298. 46,变异系数为 13. 87% ,可以看出镉的生态危害具有相
似性。 其它重金属 Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、As、Hg的潜在生态危害系数平均值分别为 1. 88、0. 24、1. 41、0. 69、0. 50、
0. 27、4. 39、4. 83,均表现为轻微生态危害程度,其中 Hg的变异系数很大,为 100. 82%表明研究区域内农田土
壤重金属 Hg的生态危害变化幅度大。
从潜在生态危害指数来看(表 10),重金属的潜在生态危害指数平均值为 521. 75,最大值为 599. 60,最小
值为 330. 75,变异系数为 13. 92% ,表现为很强的生态危害程度,主要贡献因子是镉。 从变异系数可以看出研
究区域内生态危害具有相似性。
3摇 讨论
地震带地区地质异常,地质异常又是一个相当广泛的概念,它泛指在成分上、结构上、成因上以及演化上
3943摇 11 期 摇 摇 摇 陈京都摇 等:江苏省典型区农田土壤及小麦中重金属含量与评价 摇
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与周围地质背景区有显著差异的局部地段[24],地质异常活动会导致土壤发生变化,表现出和其它地质正常地
区不同的土壤特征,杨思治等调查研究表明地震可以引起地震地区土壤的理化性质的改变[1]。 地震带农田
土壤重金属含量分析表明,Cd、Zn、Pb、Cu、Ni、As含量超出江苏省土壤重金属含量的背景值,地震带农田土壤
重金属表现出积累的现象,其中以 Cd的积累现象较为严重,其含量是江苏省土壤背景值 9. 92—18. 00 倍。
表 10摇 潜在生态危害系数和危害指数
Table 10摇 The potential ecological risk factor and index
项目
Project
潜在生态危害系数 Er i The potential ecological risk factor Er i
Cd Cr Cu Ni Pb Zn As Hg
潜在生态危害指数 RI
The potential ecological
Risk index RI
最大值 Maximum 540. 00 2. 20 11. 59 6. 29 8. 48 1. 52 20. 91 19. 74 599. 60
最小值 Minimum 298. 46 1. 21 4. 94 3. 76 6. 14 0. 59 0. 00 0. 00 330. 75
平均值 Mean 475. 78 1. 88 8. 50 5. 67 7. 74 1. 27 16. 13 4. 79 521. 75
标准差 STD 65. 98 0. 24 1. 41 0. 69 0. 50 0. 27 4. 39 4. 83 72. 62
变异系数 / % CV 13. 87 12. 80 16. 62 12. 15 6. 42 21. 07 27. 20 100. 82 13. 92
土壤中重金属的含量受成土母质和成土过程的双重影响。 有研究表明,土壤中元素的自然含量水平主要
取决于成土母质, 不同母质中重金属元素含量差异显著[25 ]。 研究区域的土壤为近代河流冲击和海相沉积母
质发育而成,一般研究认为海相沉积母质重金属丰度较其它母质高[26],相关分析显示土壤重金属 Cd 、Cu、Cr、
Ni、Pb、Zn、As之间存在极显著的相关性,表明重金属元素之间存在的同源性,可能来源于成土母质。 因此地
震带农田土壤重金属含量与江苏省土壤重金属含量背景值差异可能与成土母质密切相关。 在外界重金属来
源较多的情况下,包括大气沉降,污水灌溉,工业废渣,城市垃圾和农用化学品等,土壤重金属的含量受外界环
境因素影响就会变大。 研究区域工业欠发达,属于传统的农业生产区,在选择取样点的时避开了工业区和交
通要道,因而重金属主要来源于农业生产中投入农药化肥等生产资料。
研究中发现,虽然土壤中的 Cd含量超出了标准(GB 15618—1995)规定的限值,但是小麦籽粒中 Cd 的含
量却没有超出标准值。 土壤中 Pb、Cr 的含量低于标准(GB 15618—1995)限值,所取样品种小麦籽粒中重金
属中 Pb含量却超出标准限制,Cr也有 58. 97%的样品超出标准限制。 土壤中 Pb、Cr迁移性较差,不易被植物
吸收富集[26],但是本研究区域内小麦籽粒的超标率远远高于易被富集的重金属 Cd,有可能在土壤环境重金
属的胁迫下主动吸收,也有可能是土壤环境重金属在土壤其它因素诸如 pH 值、CEC 和有机质等的影响下导
致容易被植物富集的有效态重金属含量升高或降低。 作物对不同重金属的吸附累积能力也不相同,相关分析
也说明了这一点。 土壤中 Cr、Hg、Ni、As含量没有超出标准(GB 15618—1995)限值,但是分别有 58. 97% 、33.
33% 、10. 26% 、2. 56%样品小麦籽粒超过标准限值,出现这种现象可能与小麦品种不同有关,不同小麦品种对
重金属的吸收和富集能力不同,导致籽粒中重金属含量的差异[ 27]。
4摇 结论
(1)与江苏省土壤重金属含量背景值平均值相比,Cd、Zn、Pb 的含量超过江苏省土壤背景值,Cr、Cu、Ni、
As的含量分别有 25. 64% 、97. 44% 、92. 31% 、92. 31%的样品超过江苏省土壤背景值,Hg 的含量均在江苏省
土壤背景值以下;与《土壤环境质量标准》(GB 15618—1995)中域级标准相比,Cd 的含量超过标准限制,其它
重金属含量均未超过规定限值。 Cd、Cu、Cr、Ni、Pb、Zn、As之间存在极显著的相关性,表明这些元素之间可能
存在同源性。
(2)以 NY861—2004 作为评价标准,除了 Cd、Cu和 Zn以外其它重金属均有不同程度的超标。 相关分析
表明,籽粒中的 Hg与土壤中的 Hg显著正相关,籽粒 Ni与土壤 Ni显著负相关,表明研究区域内 Hg 较易从土
壤向小麦迁移积累,而 Ni较难向小麦迁移积累。
(3)以江苏省土壤重金属含量背景值为评价标准计算综合指数为 228. 24,达到重污染水平;以
GB15618—1995 中域级标准为评价标准计算出江苏省地质异常地区农田土壤重金属综合污染指数为 2. 84,
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已达到了中度污染的程度;从潜在生态危害指数来看,重金属的潜在生态危害指数平均值为 521. 75,表现为
很强的生态危害程度,主要贡献因子是重金属 Cd。
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6943 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 11 June,2012(Semimonthly)
CONTENTS
Controls of post鄄fire tree recruitment in Great Xing忆an Mountains in Heilongjiang Province
CAI Wenhua, YANG Jian, LIU Zhihua, et al (3303)
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The assessment of river health using Benthic鄄Index of biotic integrity for Wenyu River
YANG Liu,LI Yonghui, WANG Juncai, et al (3313)
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Consume of soil seeds of Betula albo鄄sinensis and Abies faxoniana in different natural successional stages of subalpine dark
coniferous forest in western Sichuan, China MA Jiangming, LIU Shirong, SHI Zuomin, et al (3323)……………………………
Habitat associations of understorey species spatial distribution in old growth broad鄄leaved Korean pine (Pinus koraiensis) forest
DING Shengjian, ZHANG Chunyu, XIA Fucai, et al (3334)
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Nabkha morphology and sand鄄fixing capability of four dominant Caragana species in the desert region of the Inner Mongolia
Plateau ZHANG Yuanyuan, MA Chengcang, HAN Lei, et al (3343)……………………………………………………………
Growth dynamics,biomass allocation and ecological adaptation in Ceratocarpus arenarius L.
QUAN Dujuan, WEI Yan, ZHOU Xiaoqing, et al (3352)
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A rapid assessment method for forest disaster based on MODIS / NDVI time series: a case study from Guizhou Province
SHI Hao, WANG Xiao, XUE Jianhui, et al (3359)
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Soil cation exchange capacity and exchangeable base cation content in the profiles of four typical soils in the Xi鄄Shui Forest Zone
of the Qilian Mountains JIANG Lin, GENG Zengchao, LI Shanshan, et al (3368)………………………………………………
Impact of water and temperature on spring maize emergence speed and emergence rate
MA Shuqing, WANG Qi, L譈 Houquan, et al (3378)
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Effect of N application on the abundance of denitrifying genes (narG / nosZ) and N2O emission in paddy soil
ZHENG Yan, HOU Haijun, QIN Hongling, et al (3386)
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Temporal鄄spatial variations of potential evapotranspiration and quantification of the causes in Northwest China
CAO Wen, SHEN Shuanghe, DUAN Chunfeng (3394)
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Analysis of ecosystem degradation and recovery using precipitation use efficiency and NDVI in the headwater catchment of the
Yellow River basin DU Jiaqiang, SHU Jianmin,ZHANG Linbo (3404)……………………………………………………………
An assessment method of Kandelia obovata population biomass JIN Chuan, WANG Jinwang, ZHENG Jian, et al (3414)……………
Quantitative characteristics and species composition of Artemisia sphaerocephala and A. ordosica communities in the Ulanbuh Desert
MA Quanlin,ZHENG Qingzhong,JIA Jujie,et al (3423)
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Photosynthesis and transpiration in relation to ion accumulation in Vitex trifolia under varied light intensity
ZHANG Ping,LIU Linde, BAI Xinfu, et al (3432)
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Diffusion of elm seed rain in Otindag Sand Land GU Wei,YUE Yongjie,LI Gangtie,et al (3440)……………………………………
Effect of saline water irrigation on sand soil salt and the physiology and growth of Populus euphratica Oliv.
HE Xinlin, CHEN Shufei, WANG Zhenhua, et al (3449)
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Regulation of exogenous nitric oxide on photosynthetic physiological response of Lolium perenne seedlings under NaHCO3 Stress
LIU Jianxin, WANG Jincheng, WANG Xin, et al (3460)
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Longitude gradient changes on plant community and soil stoichiometry characteristics of grassland in Hulunbeir
DING Xiaohui,LUO Shuzheng, LIU Jinwei,et al (3467)
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Concentrations and distributions of selenium and heavy metals in Hainan paddy soil and assessment of ecological security
GENG Jianmei,WANG Wenbin,WEN Cuiping,et al (3477)
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Heavy metal contents and evaluation of farmland soil and wheat in typical area of Jiangsu Province
CHEN Jingdu, DAI Qigen, XU Xuehong, et al (3487)
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The studies on the food web structures and trophic relationships in Guangxi Dongfang Cave by means of stable carbon and nitro鄄
gen isotopes LI Daohong, SU Xiaomei (3497)……………………………………………………………………………………
Analysis of bacterial diversity in the Songhua River based on nested PCR and DGGE
TU Teng, LI Lei, MAO Guannan, et al (3505)
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Preliminary delineation and classification of estuarine drainage areas for major coastal rivers in China
HUANG Jinliang, LI Qingsheng, HUANG Ling, et al (3516)
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Estimation of spatial and seasonal changes in phytoplankton primary production in Meiliang Bay, Lake Taihu, based on the
Vertically Generalized Production Model and MODIS data YIN Yan, ZHANG Yunlin, SHI Zhiqiang, et al (3528)……………
Viability and changes of physiological functions in the tiger frog (Hoplobatrachus rugulosus) exposed to cold stress
WANG Na, SHAO Chen, XIE Zhigang, et al (3538)
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Community structure and abundance dynamics of soil collembolans in transgenic Bt rice paddyfields
ZHU Xiangyu, LI Zhiyi, CHANG Liang, et al (3546)
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Morphological characteristics and microsatellite DNA genetic diversity of Nigeria African honey bee, Anhui Apis mellifera and
theirs hybrid generation域 YU Linsheng, XIE Wenfei, WU Houchang,et al (3555)………………………………………………
Effects of social鄄demographic factors on the recreational service of park wetlands in Beijing
LI Fen, SUN Ranhao, CHEN Liding (3565)
……………………………………………
………………………………………………………………………………………
Co鄄integration theory鄄based analysis on relationships between economic growth and eco鄄environmental changes: taking the south鄄
east district in Chongqing city as an example XIAO Qiang, HU Dan, XIAO Yang, et al (3577)………………………………
The cooperative environmental game model in the Tidal River Network Regions and its empirical research
LIU Honggang, CHEN Xingeng, PENG Xiaochun (3586)
……………………………
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Review and Monograph
Review of eco鄄efficiency accounting method and its applications YIN Ke, WANG Rusong, ZHOU Chuanbin, et al (3595)…………
Overview on the 6th international symposium on modern ecology series of 2011 WEN Teng, XU Delin, XU Chi, et al (3606)………
Discussion
Scale analysis of environmental factors and their relationship with the size of hierarchical aquatic ecoregion: a case study in the
Liao River basin LIU Xingcai, XU Zongxue, ZHANG Shurong, et al (3613)……………………………………………………
Scientific Note
Effects of different light intensities on activities of the primary defense proteins in needles of Larix gmelinii
LU Yifang, SHI Lei, YAN Shanchun (3621)
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An analysis of photosynthetic parameters among Schima superba provenances
XIONG Caiyun, ZENG Wei, XIAO Fuming, et al (3628)
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Research on three small鄄scale agricultural ecological鄄economic systems in Shenzhen City based on emergy analysis
YANG Zhuoxiang, GAO Yang, ZHAO Zhiqiang, et al (3635)
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《生态学报》2012 年征订启事
《生态学报》是中国生态学学会主办的自然科学高级学术期刊,创刊于 1981 年。 主要报道生态学研究原
始创新性科研成果,特别欢迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、新方
法、新技术介绍;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
《生态学报》为半月刊,大 16 开本,280 页,国内定价 70 元 /册,全年定价 1680 元。
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生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 32 卷摇 第 11 期摇 (2012 年 6 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
摇
(Semimonthly,Started in 1981)
摇
Vol郾 32摇 No郾 11 (June, 2012)
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