不同钝化剂对降低水稻糙米Cd积累及土壤性状的影响

为探索降低重金属食物链污染风险的有效途径,在广东地区Cd污染稻田进行了4种钝化剂(腐殖酸钾、硅素调理剂、营养型阻控剂和复混钝化剂)田间小区试验,研究其对稻田土壤性状及水稻糙米Cd积累的影响。结果表明,与不加钝化剂的对照相比,钝化剂处理的水稻糙米Cd降低了19.7%(质量分数,下同)~60.5%,稻壳Cd降低了12.4%~52.1%,营养型阻控剂和腐殖酸钾降低糙米及稻壳Cd的效果较好。4种钝化剂对土壤pH、有效态Cd均无显著影响。相关分析和综合评价结果表明,水稻糙米Cd与土壤有效Ca和有效Mg呈显著负相关;4种钝化剂中,营养型阻控剂对Cd污染稻田的综合修复效果最好。     

生物菌肥与石灰配施对水稻吸收积累Cd的影响

采用田间随机区组试验的方法,研究了基施生物菌肥(Bi处理)与追施石灰(L处理)及其配合施用(Bi+L处理)对晚稻湘晚籼12号生物量、水稻对土壤Cd的富集情况、4个生育期内各部位间转运系数以及各部位中Cd含量的影响。结果表明,水稻各部位间Cd含量从大到小依次为根部、茎鞘、穗部、叶片,随不同生育期对营养物质的需求而改变,各处理不会影响水稻生物量及转运系数,并能降低水稻各部位富集Cd能力,使水稻糙米中Cd含量显著降低,其中以生物菌肥与石灰配施的降Cd效果最佳。     

不同Cd污染特征稻田施用钝化剂对水稻吸收积累Cd的影响

选择长株潭地区典型化工点源污染、污水灌溉面源污染和大气沉降面源污染的镉(Cd)污染稻田,研究钝化剂施用对稻田土壤Cd形态、水稻Cd含量的影响。结果表明,不同Cd污染特征稻田施用石灰对水稻产量无显著影响,但能显著提高土壤pH,降低土壤有效态Cd含量和水稻稻米及茎叶Cd含量;而施用钝化剂不仅可显著提高土壤pH,降低土壤有效态Cd含量、水稻稻米与茎叶Cd含量,还可增加水稻产量。通过钝化剂用量与产量的二次拟合曲线计算可知,北山、梅林桥、大同桥三实验点最高理论产量分别为7 879、9 274和9 064 kg·hm~(-2),对应的钝化剂施用量分别为1 557、1 248和2 752kg·hm~(-2);而钝化剂用量与稻米Cd含量的二次拟合曲线计算可知,三实验点最低理论稻米Cd含量分别为0.143 8、0.063 7和0.232 4 mg·kg-1,对应的钝化剂施用量分别为2 079、1 823和1 689 kg·hm~(-2)。研究结果还表明,Cd污染源对钝化剂降低土壤Cd有效性无显著影响,但会影响水稻对Cd的吸收积累。大同桥点施用石灰和钝化剂皆可显著降低土壤有效态Cd含量,但受污水灌溉的影响,稻米Cd含量较高;化工点源污染的北山点土壤有效Cd含量虽高,因污染源已断,施用石灰和钝化剂皆能显著降低土壤Cd的有效性和稻米Cd含量;而受大气沉降污染的梅林桥点,土壤Cd含量虽高,但土壤Cd有效性较低,施用石灰和钝化剂皆可有效钝化土壤中的Cd,并显著降低稻米Cd含量。     

重庆市郊稻米Cd风险的原位钝化削减

为筛选适合应用于重庆市郊区稻田土壤及农作物Cd污染的修复技术,采用田间小区原位钝化实验和重金属来源加密监测相结合的方法,比较了石灰、腐殖酸、硅酸钾3种常见修复剂对Cd污染稻田的土壤基本理化性质、水稻各部位Cd富集量、稻米产量和稻米品质的影响。结果表明,该区域土壤Cd污染的主要原因为该区域土壤Cd本底值含量高且土壤酸化严重。在土壤全Cd为0.66 mg·kg~(-1),有效Cd为0.39 mg·kg~(-1)的污染程度下,施用3种修复剂均可显著降低土壤有效Cd和稻米中Cd含量。其中,施用腐殖酸可显著提高土壤有机质含量,收获期种植2种水稻的土壤中有效Cd含量比CK处理分别减少了32.1%和34.8%,稻米中Cd含量比CK处理分别较少了53.3%和48.2%,同时低于国家食品污染物限量标准0.2 mg·kg~(-1),其作用机理主要通过提高土壤有机质含量,降低水稻根系对土壤中Cd的富集量及向茎叶部Cd的运输量。同时,相比于其他修复剂,施加腐殖酸可降低稻米直链淀粉含量,提升稻米品质,但会降低稻米产量。施用石灰可显著提高土壤pH和稻米产量,但水稻收割后稻米中Cd含量高于腐殖酸处理,低于硅酸钾处理。     

撒施阻控材料快速去除上覆水Cd对的室内模拟研究

湘中矿区塘、水库等灌溉水体及其底泥重金属超标问题日益凸显,研究选取石灰、水稻秸秆生物炭和人造沸石等3种环境友好型土壤重金属阻控材料,通过室内玻璃柱模拟静止水体实验探讨水面缓慢撒施阻控材料对上覆水重金属Cd去除与底泥Cd有效性影响。为期60 d的实验结果显示,1%(0~20 cm表层底泥质量分数)的单一石灰、生物炭、沸石与石灰+生物炭+人造沸石配方(质量比1∶1∶1)4种处理均可明显快速去除上覆水中水溶态Cd质量浓度,其中石灰效果最佳,沸石效果最差,石灰与3种阻控剂组配处理均可使上覆水中水溶态Cd质量浓度由20μg·L~(-1)以上降至10μg·L~(-1),符合我国灌溉水Cd的限定标准。阻控材料自然沉积在底泥表面后对5 cm处底泥水溶液Cd质量浓度具有一定的消减效应,沸石效果优于石灰、生物炭处理,其中"石灰+生物炭+沸石"的不同粒径阻控材料组配方式效果最佳。石灰、生物炭、沸石及3种阻控剂组配处理60 d后底泥pH值依然略高于对照,差异不显著,但可交换态Cd含量明显低于对照。结果可为塘库型水体上覆水及底泥Cd等重金属污染的生态风险降低及控制措施研究提供科学参考与方法指导。     

碳酸钙和海泡石组配对水稻中Pb和Cd迁移转运的影响

为研究组配改良剂LS(碳酸钙+海泡石)对农田土壤重金属Pb和Cd的固化效果以及水稻各部位吸收累积Pb和Cd的影响,在湘南2个矿区(矿区A和矿区B)附近污染稻田中施用了不同添加量的LS(0、2、4和8 g/kg),并进行了水稻种植的田间实验。结果表明,(1)施用2~8 g/kg的LS能使矿区A和矿区B土壤pH值分别增加1.11~1.95和1.61~2.31个单位,能使矿区A和矿区B土壤中Pb和Cd的TCLP提取态含量分别降低18.6%~62.7%、15.7%~37.1%和38.6%~66.7%、0~76.6%。(2)LS能不同程度地降低水稻各部位重金属含量。矿区A糙米中Pb和Cd含量降低9.4%~35.6%、56.1%~66.8%;矿区B糙米中Pb含量降低14.4%~36.6%,而Cd含量变化不明显。(3)LS对水稻中Pb和Cd在各部位之间的转运系数均有不同程度的影响,其中Pb和Cd从茎叶到谷壳的转运系数最大,说明水稻茎叶对重金属的转运能力最强。(4)LS添加量为8 g/kg时,Pb和Cd从谷壳到糙米的转运系数最小,且糙米中Pb和Cd含量最低。     

3种植物对Cd污染农田土壤的修复效果比较试验研究

通过盆栽试验研究了3种植物三叶鬼针草(Bidens pilosa L.)、紫茉莉(Mirabilis Jalapa)、中华景天(Sedum polytrich-oides)对上海地区2种质量浓度(1.2、12.0mg/kg)Cd污染农田土壤的修复效果,以探索其在上海地区Cd污染农田土壤修复中应用的可行性。结果表明:2种浓度下,三叶鬼针草对土壤Cd去除效果均最佳,1.2mg/kg处理下盆中土壤Cd质量浓度由原来的1.249 9mg/kg下降到0.861 7mg/kg,降低0.388 2mg/kg,Cd去除率为31.06%;12.0mg/kg处理下三叶鬼针草盆中土壤Cd质量浓度由原来的12.033 2mg/kg下降到10.020 6mg/kg,降低2.012 6mg/kg,Cd去除率为16.73%;紫茉莉和中华景天相比较而言,修复效果均较差。在2种浓度下,3种植物地上部分生物量排序均为三叶鬼针草>中华景天>紫茉莉。因此,建议将三叶鬼针草作为上海地区Cd污染农田土壤修复的优选植物。     

污泥生物炭对土壤中Pb和Cd的生物有效性的影响

以污泥为原料,在500℃缺氧条件下制备污泥生物炭,结合X射线能谱(EDS)、环境扫描电镜(SEM)和红外光谱(FTIR)等表征手段,分析添加污泥生物炭后污染土壤pH和Pb与Cd化学形态的变化来探究污泥生物炭对土壤中Pb、Cd的固定效果,并用盆栽方式评估添加污泥生物炭对小青菜生物量及体内重金属含量的影响。结果表明:添加污泥生物炭后,污染土壤的pH随平衡时间的延长显著升高;对于单一污染土壤和复合污染土壤,污泥生物炭对Pb和Cd均有较强的固定作用,而污泥生物炭在复合污染土壤中对Pb的固定效果优于在单一污染土壤中;添加污泥生物炭能提高小青菜的生物量,且能有效降低小青菜对污染土壤中Pb和Cd的吸收。     

产铁载体菌对龙葵修复土壤Cd污染的促进效应

通过CAS筛选培养基从龙葵根系土中筛选出2株产铁载体菌T1、Y2,经生理生化鉴定和16S r DNA序列分析,初步确定T1、Y2分别为铜绿假单胞菌和阴沟肠杆菌。将2株细菌接种至溶镉溶磷培养基中进行实验室培养,并对溶镉、溶磷结果和2株菌的胞外分泌物进行分析。结果表明,接种T1、Y2菌培养基中的有效镉、有效磷与不接菌对照相比显著增加(P0.05),2株菌分泌的草酸、丁二酸、甘油酸等有机酸使培养基pH显著降低(P0.05),促进了碳酸镉和磷酸钙的活化。在受Cd污染的灌溉土中进行龙葵盆栽实验,以灌根的方式分别接种T1、Y2菌,并对龙葵的生物量、龙葵根系土水溶态Cd浓度、龙葵吸收Cd总量及其根系土壤Cd形态的转化进行分析。结果表明:接种T1、Y2菌处理的龙葵根系土溶液Cd浓度比不接菌对照增加4.5、3.6倍,接种T1菌处理的地上部分与地下部分的干重比不接菌对照增加1.55、2.45倍,接种Y2菌处理的地上部分与地下部分的干重比不接菌对照增加1.47、2.28倍,接种T1、Y2菌处理的龙葵地上部分Cd总吸收量比不接菌对照增加1.56、1.69倍;接种T1、Y2菌处理的龙葵富集系数与未接菌对照相比增加,并没有达到显著性差异(P0.05),接种T1、Y2菌处理的转运系数与未接菌对照相比未显著性变化(P0.05)。接种菌处理有效促进了龙葵根系土壤难溶性形态Cd向可交换态Cd的转化。同时,研究发现接种T1、Y2菌可显著促进(P0.05)龙葵对土壤Cd的吸收,强化了龙葵修复土壤镉污染的能力。     

水旱轮作原位钝化削减技术修复土壤镉污染

为筛选适用于西南地区水旱轮作土壤Cd污染的修复技术,采用水稻-油菜轮作模式和原位钝化实验相结合的方式,比较了施用石灰、生物炭和羟基磷灰石(HAP)3种常见修复剂对土壤基本理化性质、作物产量及籽粒吸收积累镉的影响。结果表明:3种处理均能显著提高土壤pH,与CK相比,使用石灰、生物炭和HAP后,水稻收获期土壤pH分别提高了1.18、 0.51和0.91个单位,油菜收获期土壤pH分别提升了0.29、0.81和0.63个单位,但在油菜收获期施用石灰和HAP处理的土壤pH出现明显回落,降幅为0.91个和0.30个单位,施用生物炭处理的土壤pH则进一步提高了0.28个单位;3种处理在水稻收获期均能提高土壤有机质含量,其中生物炭效果最佳;3种处理均能显著降低水稻收获期土壤有效Cd含量,与CK处理相比,分别降低了21.84%、34.08%和20.12%,但在油菜收获期施用石灰和HAP处理的土壤有效Cd含量较相同处理在水稻收获期时有所回升,而生物炭则进一步降低了41.76%;石灰、生物炭和HAP处理对作物产量影响不大,但与CK处理相比,稻米中Cd含量分别降低了30.00%、43.33%和38.00%,油菜籽中Cd含量分别降低了21.00%、53.57%和55.90%,施用生物炭和HAP处理效果较佳。综上所述,生物炭修复水旱轮作模式下农田Cd污染效果最佳。     

外源Cd对不同利用方式红壤脲酶活性的影响

采用室内培养实验,通过将外源Cd添加到同一母质、全镉含量相近的不同利用方式的红壤中(林地、水稻土和菜园土),研究了外源Cd污染对不同利用方式红壤脲酶活性的影响。结果表明:整个培养过程中,Cd污染对3种红壤脲酶活性都有抑制作用,且随重金属浓度的增强而增强。同剂量Cd污染对3种红壤脲酶活性的抑制效应不同,大小为林地>水稻土>菜园土。实验设定的Cd处理水平下,对林地、水稻土和菜园土脲酶活性产生显著抑制作用(p<0.05)的Cd浓度分别为5、30和50 mg/kg土。     

黑麦草间作对镉在小麦中积累和转运的影响

利用镉(Cd)污染土壤进行盆栽试验,设置黑麦草(Lolium perenne L.)单作、小麦(Triticum aestivum L.)单作和小麦与黑麦草间作3个处理,研究间作对小麦各器官Cd积累和转运的影响。结果显示,间作模式对小麦不同生育期的根、茎、叶Cd含量基本都有降低作用,但对产量几乎没有影响。与单作模式相比,间作模式降低了收获期小麦根向地上部器官的转运系数和节向籽粒的转运系数,从而使籽粒的Cd含量下降,为同时满足Cd污染土壤的植物修复与农业生产进行提供理论支持。     

发酵鸡粪和有机磷肥对土壤中Pb、Cd污染的影响

研究了湘西地区常用的发酵鸡粪和有机磷肥施用对不同程度Pb、Cd复合污染土壤中乙三胺五醋酸(DTPA)提取态Pb(DTPA-Pb)、DTPA提取态Cd(DTPA-Cd)和土壤酶的影响,并研究了对于种植黑麦草(Lolium perenne L.)的影响。结果表明:(1)施用发酵鸡粪和有机磷肥均能显著改善土壤酸性,一定程度上提高土壤有机质含量。在加入质量浓度200mg/kg总Pb、2mg/kg总Cd复合污染土壤中施用有机磷肥,能有效钝化土壤DTPA-Pb、DTPA-Cd,但在400mg/kg总Pb、4mg/kg总Cd复合污染土壤中钝化效果有限,其优先钝化DTPA-Pb。施用发酵鸡粪不能有效钝化土壤DTPA-Pb、DTPA-Cd。(2)施用发酵鸡粪和有机磷肥均显著提高黑麦草鲜重。虽然施用有机磷肥能更有效的钝化土壤DTPA-Pb、DTPA-Cd,但对于黑麦草种植而言,施用发酵鸡粪能更有效的降低其对Pb和Cd的积累,并且主要积累到根部。(3)施用发酵鸡粪对土壤碱性磷酸酶活性、脱氢酶活性和脲酶活性有显著的促进作用。综合而言,湘西地区种植牧草黑麦草,施用发酵鸡粪比较合适,能有效改善土壤酸性,提高黑麦草鲜重和土壤酶活性,降低黑麦草对Pb和Cd的积累。     

8种观赏水湿生植物对重金属Cd和Pb的吸收固定能力

水体沉积物是水体污染物的重要汇和源,水湿生植物具有净化水体的重要功能。采用人工污染土壤的盆栽方法,对8种不同生活型水湿生植物吸收富集土壤Cd和Pb的分析结果发现,莎草地上部分和地下部分Cd含量随着土壤中Cd浓度的增加而增加,在土壤中Cd添加浓度(干重)为5 mg·kg-1时,Cd的累积浓度分别1.13 mg·kg-1DW和1.63 mg·kg-1DW;供试植物的地下部分Pb含量是地上部分的10~20倍,莎草和香蒲的地下部分Pb含量在高浓度Pb土壤中达到20 mg·kg-1DW左右。黄花鸢尾、莎草以及睡莲这3种植物对土壤Cd的转运系数和富集系数大于1,结合生物量因素可以认为,莎草具有富集土壤Cd能力,而莎草和香蒲具有固定土壤Pb的能力。     

不同化肥品种对水稻铬吸收和分配的影响

采用盆栽试验,研究在300mg/kg铬污染水稻土中分别施加氮肥(NH4Cl、NH4NO3、Ca(NO3)2和CO(NH2)2)、钾肥(K2SO4和KCl)、磷肥(Ca(H2PO4)2和NaH2PO4)对水稻生长以及吸收和分配铬的影响。结果表明:(1)施肥处理虽然增加了水稻的产量,但也改变了水稻植株对土壤铬的吸收和积累。从总体上看,不同施肥处理对水稻植株总铬的影响达到显著水平(p0.05);氮肥、钾肥处理的水稻植株总铬比对照处理增加了1.7%~72.9%,磷肥处理的水稻植株总铬比对照处理降低了2.1%~21.9%。(2)不同施肥处理明显影响了铬在水稻植株内的分配与迁移。受试的氮肥、钾肥不仅促进水稻根部对铬的吸收和累积,也促进了铬向地上部分迁移;而磷肥则降低了水稻根部对铬的吸收和累积以及铬向地上部分迁移。(3)受试8种不同施肥处理均显著提高了水稻糙米总铬,施肥处理后水稻成熟期糙米总铬为1.10~1.32mg/kg,均超过《食品中污染物限量》(GB 2762—2005)中铬的限量(粮食1.0mg/kg),比对照处理提高了139.1%~187.0%,增加了铬通过食物链威胁人体健康的风险。     

云南个旧矿区Pb污染稻田土壤钝化修复

针对云南个旧矿区铅污染稻田土壤,研究了复合钝化剂S1(纳米活性炭+硅钾钙镁肥)、S2(火山石+钙镁磷肥+有机肥)和叶面硅肥F单一及联合施用共5种不同调控处理(S1、S2、F、S1+F、S2+F)的田间修复效果及对稻米铅累积的影响。结果表明,5种调控措施对水稻均能产生增产效应,其中两种联合处理(S1+F、S2+F)水稻的增产效果明显优于单一处理(S1、S2、F);经过1个水稻生长周期,5种调控处理土壤pH值较对照均有上升,土壤酸可提取态Pb含量均有降低。与对照相比,S2+F处理水稻增产29.7%,土壤pH上升0.48个单位,土壤酸可提取态Pb降低45.5%,糙米Pb含量降低80.4%、且远低于国家食品卫生标准(GB 2762-2012)。采用复合钝化剂S2(火山石+钙镁磷肥)基施与水稻灌浆期和抽穗期分别喷施叶面硅肥F的土壤钝化-农艺联合调控措施能有效阻控个旧矿区污染土壤中Pb的迁移,降低糙米中Pb的含量,提高矿区稻米安全质量,可在Pb污染农田推广应用。     

农作物重金属污染的生理阻控研究进展

农田土壤重金属污染是影响农产品安全生产的重要因素,调控农作物营养元素可改变农作物对土壤重金属的吸收和迁移,是当前阻控农作物中重金属积累的一种有效途径。综述了农作物中重金属与营养元素、生理调节物质间的相互作用,分析了营养元素和生理调节物质阻控重金属吸收和解毒的机制,介绍了叶面生理阻控农作物重金属积累的技术发展现状。在此基础上,探讨了农作物重金属污染叶面生理阻控技术的应用前景。     

Cd、Ni单一及复合污染对土壤酶活性的影响

采用外源添加重金属和露天盆栽实验研究了Cd、Ni对含羞草、三叶草根际土壤脲酶、过氧化氢酶和蔗糖酶活性的影响。结果表明,Cd、Ni单一污染条件下,低浓度的Cd、Ni对含羞草组、三叶草组的脲酶、过氧化氢酶有激活作用,高浓度的Cd、Ni对土壤脲酶、过氧化氢酶有一定的抑制作用;对蔗糖酶有较强的抑制作用。在Cd、Ni复合污染条件下,对含羞草组、三叶草组的脲酶、过氧化氢酶和蔗糖酶产生抑制作用;Cd、Ni单一及复合污染对土壤酶活性的抑制大小顺序为:脲酶>蔗糖酶>过氧化氢酶,其中土壤脲酶可以作为Cd、Ni污染的预警指标。含羞草能显著提高土壤脲酶、过氧化氢酶和蔗糖酶的活性,修复能力大于三叶草,在Cd、Ni污染修复方面有很好的应用前景。     

5种钝化剂对镉砷污染稻田的田间修复效果对比

为选取费效比高的镉砷复合污染稻田土壤修复材料,比较了黏土矿物和调理剂不同投加组合对稻田土壤中镉砷的田间修复效果,并且针对种植水稻进行了修复效果的验证;研究了修复前后稻田土壤镉砷的有效形态变化、镉砷的形态分布变化、土壤理化性质变化、成熟期水稻产量和水稻各部分镉砷的含量。结果表明,修复100 d后,不同修复材料的二乙烯三胺五乙酸提取态Cd浓度与空白对照组相比均有明显下降;各修复材料均能提高土壤中Cd的残余态(RS)和As的有机结合态(OM)。修复材料处理后,土壤pH均有所提升,其他理化性质初期虽有所变化,但最终会恢复到空白对照组的水平附近;除1 kg·m~(-2)的膨润土处理外,其他材料处理后水稻干谷产量均有所提升;农田调理剂处理后水稻的可食用部分Cd含量最低,修复率达到72.0%。水稻的可食用部分As含量无显著差异,籽粒中Cd和As平均含量符合食用标准。调理剂在田间修复镉砷复合污染稻田土壤中有明显优势,黏土矿物仅适用于镉污染农稻田土壤的修复。     

海泡石及其复配材料钝化修复镉污染土壤

选取湖北大冶Cd污染土壤,采用室外盆栽实验,研究了海泡石、酸改性海泡石以及二者与石灰、磷酸盐配合使用对油菜生物量、体内Cd含量以及土壤pH和有效态Cd含量的影响。结果表明,不同钝化剂处理均能有效提高油菜地上部和根部生物量,最大分别提高1.03和1.43倍,复合处理以及改性海泡石单一处理的增产效果优于海泡石单一处理。不同钝化剂处理均能显著降低油菜地上部和根部Cd含量,最大分别降低66.40%和22.68%。钝化剂复合处理比单一处理对降低油菜Cd吸收的效果显著,6%的钝化剂添加量较为合适。钝化剂复合处理以及海泡石单一处理均能显著提高土壤pH。不同钝化剂处理均能显著降低土壤有效态Cd含量,钝化剂复合处理对土壤Cd有效性的影响要比单一处理显著。综合实验结果,海泡石与磷酸盐复合处理对土壤Cd污染的钝化修复效果最佳。