本著作把作者近年的科研成果与国内外研究进展有机地结合在一起，在系统分析了土壤重金属环境行为的基础上，全面阐述了植物对重金属的吸收累积、重金属对植物的影响、重金属对植物的毒害作用、植物对重金属的解毒作用，深入探讨了植物与重金属之间的相互作用及机理，创新提出了重金属轻度污染土壤的农业利用、重金属中度污染土壤的植物修复及植物-微生物联合修复、重金属重度污染土壤的生态恢复、指出了土壤重金属污染的生态风险，提出了土壤重金属污染的管理对策
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重金属污染治理已成为国家重大需求。加强重金属污染生态与生态修复研究，推动土壤重金属污染生态修复迫在眉睫。
重金属污染对生物的影响、生物对重金属污染的适应，以及生物对重金属污染的修复，都充分体现了重金属与生物之间的生态关系。一方面，需要进一步深入研究重金属污染对生物的影响及机理，即重金属污染生态；另一方面，也需要高度关注生物对重金属污染的适应，以及生物对重金属污染的修复，即重金属污染的生态修复。因此，高度关注重金属污染生态与生态恢复的研究，全面系统地分析重金属污染生态与生态修复的研究进展就显得特别重要。
近十多年来，在国家自然科学基金等科研计划的支持下，作者一直进行着重金属污染生态与生态修复方面的研究工作。这些研究工作包括国家自然科学基金一云南联合基金项目“本土植物与作物间作修复铅锌矿周边Cd、Pb污染农田的根际特征与机理”（U1202236，2013-2016）、国家自然科学基金项目“四种野生植物对Pb、Cd和Zn的累积特征、机理及净化效率”（30560034，2006-2008）、“DSE-植物联合体硫素营养代谢特征及其促进镉累积的机理”（41101486，2012-2014）、“云南道地药材三七皂苷和黄酮产量对土壤As的响应及其机理研究”（41261096，2013-2015）、“轮作作物与丛枝菌根真菌互作及其影响土壤镉形态的根际过程与机理”（41461093，2015-2018）、“石灰介导下三七对镉胁迫的根部响应特征及机理研究”（31560163，2016-2019）、中法先进研究计划项目“土壤重金属污染的农业利用和植物修复”（PRAE0102，2002-2003）。在重金属污染生态与生态修复方面取得了新的进展和突破，建立了重金属污染生态的理论与重金属污染土壤的植物修复的技术。这些成果的取得，为作者编写本著作奠定了扎实的基础。
本著作把作者近年来的科研成果与国内外研究进展有机地结合在一起，并进行了系统深入的分析。书中构建了金属污染生态与生态修复的系统的知识结构、创新的理论体系和新颖的技术框架，在系统分析了土壤重金属环境行为的基础上，全面阐述了植物对重金属的吸收累积、重金属对植物的影响、重金属对植物的毒害作用、植物对重金属的解毒作用，深入探讨了植物与重金属之间的相互作用及机理，创新提出了重金属轻度污染土壤的农业利用、重金属中度污染土壤的植物修复及植物一微生物联合修复、重金属重度污染土壤的生态恢复，指出了土壤重金属污染的生态风险，提出了土壤重金属污染的管理对策。
本著作具有5个显著特点：①学术思想明确。充分贯穿和体现了生态学思想，深入分析了重金属与生物之间的相互关系、相互作用。以生态学理论为指导，构建了重金属污染生态与生态修复的理论与技术。②内容全面。突出近期国内外研究成果，既反映作者的研究成果，又包括国内外相关研究进展；既突出重金属污染生态，又体现重金属污染的生态修复，既突出重金属与植物、微生物相互作用的理论及机理，又体现重金属污染生态修复的应用及实践。③体系完善。包括了土壤重金属环境行为、重金属污染生态、重金属污染土壤的生态修复、土壤重金属污染的生态风险及管理等内容。④重点突出。在全面概括了重金属污染生态的理论与机理，系统分析不同程度重金属污染土壤的植物、微生物修复的理论与技术，针对性地提出不同程度重金属污染土壤生态修复的管理措施的基础上，特别突出了重金属污染生态、重金属污染土壤的生态修复等方面的新研究成果。⑤观点新颖。提出了针对不同的重金属污染程度进行生态修复与治理的观点，主要为重金属轻度污染土壤的农业利用、重金属中度污染土壤的植物一微生物联合修复、重金属重度污染土壤的生态恢复。
李元，兰州大学生态学博士、兰州大学化学博士后、澳大利亚悉尼大学访问学者。二级教授、博士生导师。国家百千万人才、国务院政府特殊津贴专家、教育部高等学校自然保护与环境生态教学指导委员会委员、云南省学术带头人。云南农业大学资源与环境学院院长、云南省农业环境污染控制与生态修复工程实验室主任。主要从事重金属污染生态与生态修复、生物多样性控制农业环境污染等方面的研究工作。主持完成国家水体污染防治重大科技专项子课题、国家科技支撑计划课题、国家自然科学基金-云南联合基金项目、国家自然科学基金项目、中法先进研究计划项目等。获省部级科技奖励8项。
祖艳群，比利时Gembloux农业大学农业与生物工程学博士，法国卡赛里克大学高级农学院访问学者。教授，博士生导师。云南省学术带头人、云南省农业环境保护教学团队负责人、云南省教学名师。主要从事土壤重金属污染植物修复、农业面源污染控制等方面的研究工作。主持完成多项国家自然科学基金项目，参与承担国家水体污染防治重大科技专项子课题、国家科技支撑计划课题、国家自然科学基金一云南联合基金项目、中法先进研究计划项目等。获省科技奖励6项。
目录
第一章 土壤重金属的环境行为1
第一节土壤重金属背景值1
一、重金属的概念1
二、土壤重金属背景值1
三、土壤重金属的来源5
四、土壤重金属的特点7
五、土壤重金属的形态8
六、土壤中重金属形态的影响因素9
第二节土壤重金属的空间分布13
一、土壤重金属的水平分布13
二、土壤重金属的垂直分布15
第三节土壤重金属的化学行为16
一、重金属在土壤中的迁移转化16
二、土壤重金属转化18
第四节土壤重金属污染影响因素18
一、土壤重金属污染的现状19
二、土壤重金属污染的特点19
展望21
第二章 植物对重金属的吸收累积22
第一节植物对重金属的吸收 22
一、土壤中重金属的生物可利用性 22
二、植物根部吸收重金属的主要过程 23
三、植物叶片吸附与吸收重金属 27
第二节 重金属在植物体内的迁移 28
一、从根向地上部的移动 28
二、向叶片的移动 32
第三节 植物体内重金属的分布和化学形态 33
一、重金属在植物各器官中的含量和分布 33
二、重金属在植物细胞器中的含量和分布 37
三、重金属在植物体内的超微结构分析 39
四、重金属在植物体内的化学形态 39
第四节植物对重金属的累积特征 43
一、植物累积重金属的指标 43
二、植物对重金属的积累特征 45
第五节 植物对重金属的耐性特征与种间差异49
一、植物对重金属的超富集 49
二、植物对重金属的适应性和耐性 54
第六节 影响植物吸收、累积重金属的因素 57
一、植物种特性 57
二、污染物的种类和形态 59
三、土壤性质 60
四、环境因素对重金属在植物体内积累的影响64
展望65
第三章重金属对植物的影响 66
第一节重金属对植物细胞分裂与植物生长发育的影响 66
一、重金属对植物细胞分裂的影响 66
二、重金属对植物营养生长及形态的影响67
三、重金属对植物生殖生长的影响 70
四、重金属对种子萌发的影响 71
第二节重金属对植物解剖结构和超微结构的影响72
一、重金属对植物茎叶解剖结构的影响 73
二、重金属对植物细胞超微结构的影响 76
第三节重金属对植物生理生化的影响 81
一、重金属对植物光合色素的影响 81
二、重金属对植物丙二醛的影响 83
三、重金属对植物脯氨酸的影响 84
四、重金属对植物细胞膜透性的影响 85
五、重金属对植物保护酶系统的影响 86
六、重金属对植物物质吸收与代谢的影响88
第四节 重金属对植物生物量和产量的影响 92
一、重金属对植物生物量的影响 92
二、重金属对作物产量的影响 93
第五节重金属对作物品质的影响 95
一、重金属对植物蛋白质和氨基酸含量的影响 95
二、重金属对植物脂肪含量的影响 98
三、重金属对植物碳水化合物含量的影响100
四、重金属对植物维生素C含量的影响101
五、重金属对中草药品质的影响102
展望105
第四章重金属对植物的毒害作用及机理106
第一节 重金属对植物的毒害作用106
一、重金属毒害作用的定义106
二、重金属毒害作用的评价标准107
三、重金属毒害作用的评价方法108
四、重金属毒害作用的临界值113
第二节植物受重金属毒害的条件117
一、重金属离子的性质117
二、环境条件120
三、化学元素间的相互作用124
第三节植物受重金属毒害的机理140
一、重金属毒害植物的细胞机理140
二、重金属毒害植物的生理生化机理144
三、重金属毒害植物的分子机理145
展望148
第五章植物对重金属的解毒作用及机理149
第一节植物对重金属的拒绝吸收149
一、根际效应、菌根化作用对植物重金属拒绝吸收的影响149
二、根系分泌物对植物重金属拒绝吸收的影响150
三、根表铁膜对植物拒绝吸收重金属的影响155
四、先锋植物对重金属的拒绝吸收作用156
第二节植物细胞对重金属的结合钝化作用157
一、细胞壁的结合钝化157
二、细胞膜的结合钝化160
第三节植物对体内重金属的隔离作用167
一、液泡的隔离作用167
二、植物组织水平上对重金属的隔离作用168
第四节植物对重金属的代谢解毒作用168
一、金属硫蛋白169
二、植物络合素169
三、热激蛋白170
四、多胺171
五、非酶类抗氧化剂171
六、抗氧化酶系统172
七、脱落酸173
八、其他重金属络合的配位体174
第五节植物对重金属的遗传解毒作用174
一、不同生态型植物对重金属的响应差异174
二、蛋白质组学水平上植物对重金属的解毒176
三、基因工程在植物重金属解毒中的作用181
第六节植物对重金属的排出作用183
一、细胞间的排出作用183
二、组织器官的脱落排出作用183
三、根系的分泌作用183
四、吐水作用183
展望183
第六章重金属轻度污染土壤的农业利用185
第一节低富集重金属的作物品种筛选及利用185
一、植物对重金属耐性及吸收积累的差异186
二、低富集重金属作物品种的筛选188
第二节土壤改良剂调控降低重金属活性196
一、石灰196
二、黏土矿物200
三、赤泥201
第三节施肥降低重金属活性202
一、N、P肥203
二、有机肥207
三、磷酸盐肥料209
四、N肥和有机肥混合施用21 1
第四节土壤水分调控降低重金属活性213
一、水分调控对土壤Eh的影响213
二、水分调控对土壤pH的影响217
三、水分调控影响土壤重金属的形态转化217
四、水分调控降低作物吸收重金属219
第五节非食用植物种植220
一、园林植物220
二、花卉植物222
三、纤维植物222
展望225
第七章重金属中度污染土壤的植物修复226
第一节土壤重金属污染的修复226
一、重金属污染土壤的物理修复226
二、重金属污染土壤的化学修复229
三、生物修复233
第二节农田土壤重金属污染的植物修复236
一、超富集植物的定义及标准236
二、超富集植物机理238
三、超富集植物对土壤重金属污染的净化效率245
第三节作物-超富集植物间作修复247
一、作物-超富集植物间作的概念247
二、作物-超富集植物间作体系对植物重金属累积的影响248
三、作物-超富集植物间作体系促进重金属累积的机理256
第四节提高植物修复效率的土壤性质调控途径259
一、土壤pH调控增强重金属生物有效性“260
二、土壤氧化还原电位调控增强重金属生物有效性260
三、土壤有机质调控增加重金属生物有效性261
四、土壤水分状况调控重金属生物有效性262
五、土壤微生物调控重金属生物有效性264
展望264
第八章重金属中度污染土壤的植物-微生物联合修复266
第一节土壤微生物对重金属的耐性及其机理266
一、土壤微生物对重金属的耐性266
二、土壤微生物对重金属耐性的机制269
第二节微生物对土壤重金属赋存形态的影响280
一、微生物对土壤重金属形态的影响280
二、微生物对土壤重金属价位的影响283
第三节 土壤微生物对植物吸收累积重金属的影响284
一、土壤微生物在植物吸收累积重金属中的作用285
二、土壤微生物影响植物吸收累积重金属的机理286
第四节植物-根部共生菌对重金属的吸收累积特征287
一、植物AMF共生体对重金属的吸收累积特征287
二、豆科植物-根瘤菌共生体对重金属的吸收累积特征290
三、植物DSE共生体对重金属的吸收累积特征291
第五节土壤重金属污染的植物-微生物联合修复294
一、植物-微生物联合修复的类型294
二、土壤重金属污染的植物-共生菌联合修复的特征294
三、土壤重金属污染的植物-非共生菌联合修复的特征295
第六节土壤重金属污染的植物-微生物联合修复的机理297
一、提高植物累积重金属297
二、促进植物生长298
三、提高土壤重金属生物有效性299
四、影响植物对重金属的吸收与分配301
展望302
第九章重金属重度污染土壤的生态恢复304
第一节重金属矿区的植物群落及生态系统特征304
一、重金属矿区的生态环境问题304
二、重金属矿区植物组成和群落特征305
三、重金属矿区植物多样性特征311
四、重金属矿区植被生态系统特征312
第二节重金属矿区废弃地植被恢复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
第三节重金属矿区废弃地的植被恢复322
一、金属矿区先锋植物323
二、植物群落构建与植被恢复325
第四节重金属矿区废弃地植被恢复的生态效应333
一、重金属矿区土壤植被恢复对土壤理化性质的影响333
二、重金属污染土壤植被恢复对微生物区系的影响334
三、重金属矿区植被恢复过程中的植物群落特征变化336
四、重金属矿区废弃地植被恢复的水土保持效果338
展望342
第十章土壤重金属污染评价及生态风险管理343
第一节土壤重金属污染评价343
一、土壤重金属污染评价标准343
二、土壤重金属污染评价方法346
第二节土壤重金属污染生态风险评价351
一、土壤重金属污染的生态风险351
二、土壤重金属生态风险评价的技术方法351
三、土壤重金属污染的生态风险评价程序352
第三节土壤重金属污染管理356
一、土壤重金属污染管理的法律体系356
二、重金属污染管理的规划357
三、重金属污染的分类分级管理358
展望360
本章附录361
参考文献362
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