复合改良剂对稻田Cd、As活性与累积的协同调控

为同时降低水稻糙米中Cd、As含量,以达到国家标准食品污染物限量标准,选取湘南某矿区Cd-As复合污染稻田土壤,以盆栽实验研究复合改良剂QFJ(羟基磷灰石+沸石+酸改性炭化秸秆)对土壤中Cd、As生物有效性及对水稻各部位累积Cd、As的影响,探讨QFJ对土壤Cd、As生物活性与稻米Cd、As累积的协同调控.结果表明:施用QFJ降低了水稻糙米中的Cd、As含量,施加量2g/kg时,糙米中Cd、As含量分别为0.19mg/kg和0.14mg/kg,均低于对照组的0.49mg/kg和0.27mg/kg,且同时低于0.2mg/kg,达到了国家标准食品污染物限量标准.施用QFJ提高了土壤pH值0.02~0.68单位,增加了土壤CEC、OM含量,同时土壤中Cd 的酸可提取态、交换态及TCLP提取态含量分别降低了7.3%~32.5%、12.6%~39.8%和40.7%~60.1%,对As的交换态和TCLP提取态含量的影响趋势是先降低后增大.糙米中Cd含量与土壤中Cd的3种提取态含量存在极显著正相关关系,As含量与其土壤中TCLP提取态含量存在极显著正相关关系.当QFJ施加量在2g/kg水平时,土壤中Cd、As的生物活性可协同控制在较低水平,从而同时降低了糙米中Cd、As含量.施用QFJ使得Cd在水稻根表铁膜中的含量呈增大趋势,在水稻其他部位含量呈减小趋势;As在谷壳中含量呈减少趋势,在其他各部位呈先减小后增大的趋势.水稻吸收的Cd和As大部分累积在根部和茎叶部,各部位Cd累积率大小是白根 > 茎叶 > 糙米 > 谷壳,As是茎叶 > 白根 > 糙米 > 谷壳.根据Cd-As污染程度不同,可考虑施用2~4g/kg QFJ以达到水稻的安全生产.     

外源锌对水稻各部位镉吸收与累积的拮抗效应

为探明外源锌(Zn)对镉(Cd)污染稻田系统Cd吸收累积的影响,采用盆栽试验,向轻度(Cd含量为0.50 mg·kg~(-1))和中度(Cd含量为1.50 mg·kg~(-1))Cd污染土壤中施用不同浓度的外源Zn,研究Zn对土壤、水稻根表铁膜和水稻各部位中Cd、Zn含量变化的影响,探讨外源Zn对Cd污染稻田系统Cd吸收累积的交互作用.结果表明,在2种Cd污染土壤中,施用外源Zn显著降低了湘晚籼12糙米Cd含量,降低幅度为13.4%～78.4%;在轻度Cd污染土壤中,施用外源Zn显著降低了威优46糙米Cd含量,降低幅度为14.7%～79.8%,而在中度Cd污染土壤中,当外源Zn浓度超过40 mg·kg~(-1)将增加威优46糙米Cd含量;在2种Cd污染土壤下均显著增加2种水稻根表铁膜数量,分别增加14.7%～85.9%、5.8%～61.2%;但对土壤交换态Cd含量无显著影响.在2种Cd污染土壤中,2种水稻各部位Cd/Zn比值与Cd含量正线性相关,且各部位Cd/Zn比值呈下降趋势,2种水稻糙米、茎叶间Cd-Zn拮抗作用显著.轻度Cd污染土壤中,施加外源Zn可以降低湘晚籼12和威优46糙米中的Cd含量;中度Cd污染土壤中,外源Zn仍然可以降低湘晚籼12糙米Cd含量,而当外源Zn施加量高于40 mg·kg~(-1)时将增加威优46糙米的Cd含量.     

不同有机物料对水稻根表铁膜及砷镉吸收转运的影响

通过盆栽试验研究了油菜秸秆、蚕豆秸秆、泥炭、猪粪堆肥和生物炭这5种有机物料对贵州石灰岩黄壤区某砷（As）和镉（Cd）复合污染稻田土壤As/Cd有效性、水稻根表铁膜及As/Cd吸收转运的影响.结果表明,施用有机物料显著提高了有机质和水稻生物量;除油菜秸秆对土壤pH值影响不明显外,施用有机物料显著提高土壤pH值,使土壤有效Cd含量降低34.77%~82.69%;猪粪堆肥和生物炭使土壤有效As含量显著提高,油菜秸秆和泥炭处理使土壤有效As含量显著降低;施用有机物料有助于水稻根表铁膜的形成,并使其中Cd、As含量分别提高17.73%~151.03%和28.49%~94.86%,使水稻糙米Cd含量降低15.87%~79.45%,As含量降低27.04%~82.51%,降幅以生物炭处理最大;有机物料还显著降低Cd在根-茎-叶-籽粒的转运系数及As从茎向籽粒转运系数.相关分析表明,土壤pH、有效Cd和铁膜Cd含量是影响籽粒Cd累积的主要因素,土壤pH、有机质和铁膜As含量是影响籽粒As累积的主要因素.有机物料通过改变土壤pH、有机质含量及铁膜中As和Cd含量,影响水稻对As和Cd的吸收和转运.     

氮肥、磷肥、粉煤灰和CaCO3对As(Ⅲ)胁迫下小麦幼苗生物效应及成熟期籽粒As含量的影响

采用盆栽的方法,研究了在As污染土壤中施加氮肥、磷肥、粉煤灰和CaCO3对小麦籽粒萌发、幼苗生理及成熟期籽粒w(As)的影响,并探讨了4种改良剂对在As污染土壤上种植小麦的有效改良方法.结果表明:适量的氮肥、磷肥、粉煤灰和CaCO3对As污染土壤的小麦萌发和幼苗生长具有明显的促进作用,能有效缓解As对小麦的毒害,并降低成熟期籽粒的w(As).表现为出苗率、幼苗株高、植株鲜重增大,w(叶绿素a)升高,丙二醛(MDA)含量和w(游离脯氨酸)下降,成熟期籽粒的w(As)降低.     

铁铈氧化物对土壤As (Ⅴ)和P的稳定化效果

本文以铁铈氧化物(Fe-Ce,FC)为研究对象,评估其对中国3种典型砷(As)污染土壤的稳定化修复效果,并通过电子扫描显微镜能散X线分析仪(SEM-EDS)和X射线光电子能谱仪(XPS)等光谱学技术探索FC对As(Ⅴ)的微观吸附特征.结果表明,FC能使土壤毒性浸出As含量显著降低84. 1%～98. 3%,且在碱性土壤中表现出较强的高p H适应性,能显著增加吸附态As(F1+F2)向水合铁铝氧化物结合态(F3+F4)的稳定化. FC能使不同类型土壤的有效态P含量显著下降47. 13%～60. 32%,不仅能缓解P竞争土壤As(Ⅴ)吸附位点,而且能有效预防周边水体的面源污染.通过SEM-EDS和XPS分析,发现As(Ⅴ)吸附产物表面均检测到Fe、Ce和As这3种元素,且As主要吸附于Fe原子表面. FC在我国土壤砷污染稳定化修复领域具有较好地应用前景.     

尾矿废水对河流沉积物和稻田土壤细菌多样性的影响

采用PCR-DGGE以及分子克隆技术,探讨富含重金属的尾矿废水污染条件下稻田土壤以及河流沉积物中细菌群落结构和多样性变化情况.结果表明,铜尾矿库废水导致了河流沉积物(H1～H6)和稻田土壤(D5)的Fe、As、Cu、Pb和zn污染,其含量远高于未受铜尾矿废水污染的稻田土壤(D1～D4),且As、Fe、Cu的含量显著影响...     

富硅稻壳灰对水稻吸收砷的调控作用

通过向土壤中添加富硅稻壳灰提高土壤溶液中Si浓度可以有效抑制水稻对As的吸收. 为了探索富硅稻壳灰对水稻吸收As的内在调控机理,于2020年在湖南省永州市道县开展了大田试验. 结果表明:富硅稻壳灰的添加使土壤孔隙水中Si浓度较对照组显著增加了866.0%,这为水稻生长提供了充足的Si,使Si在与As的竞争吸收中占据主导作用,同时富硅稻壳灰促进了土壤铁氧化物的沉淀,使孔隙水中As浓度下降了20.3%,这一过程中由于铁氧化物的还原溶解而释放的As重新被固持. 水稻根系铁膜的形成对As的截留作用是抑制As向地上部转运的关键,富硅稻壳灰通过促进通气组织的形成来增加根系氧化能力,使水稻根表铁膜铁浓度(DCB-Fe)较对照组增加了47.3%,使根表铁膜As浓度(DCB-As)较对照组增加了41.0%. 富硅稻壳灰为水稻生长供应的足量Si,通过下调水稻根系中Si转运蛋白Lsi1和Lsi2的表达,从而限制了水稻根系对As(Ⅲ)的吸收,结果显示富硅稻壳灰使精米中无机As浓度降低了29.1%,低于GB 2762—2017《食品安全国家标准 食品中污染物限量》标准限值. 该研究通过大田试验,从土壤孔隙水、水稻根表铁膜以及Si与As在水稻茎叶和稻米运输中的竞争作用三方面系统论述了低温燃烧条件下制备的富硅稻壳灰对水稻吸收As的调控作用,结果表明以0.2%的施加比例施加富硅稻壳灰有效降低了水稻籽粒中无机As 含量,为As污染土壤的水稻安全生产利用提供有效的解决途径.      

氮肥、磷肥、粉煤灰和CaCO3对As(Ⅲ)胁迫下小麦幼苗生物效应及成熟期籽粒As含量的影响

采用盆栽的方法,研究了在As污染土壤中施加氮肥、磷肥、粉煤灰和CaCO₃对小麦籽粒萌发、幼苗生理及成熟期籽粒w(As)的影响,并探讨了4种改良剂对在As污染土壤上种植小麦的有效改良方法. 结果表明:适量的氮肥、磷肥、粉煤灰和CaCO₃对As污染土壤的小麦萌发和幼苗生长具有明显的促进作用,能有效缓解As对小麦的毒害,并降低成熟期籽粒的w(As). 表现为出苗率、幼苗株高、植株鲜重增大,w(叶绿素a)升高,丙二醛(MDA)含量和w(游离脯氨酸)下降,成熟期籽粒的w(As)降低.      

生物质炭与铁钙材料对镉砷复合污染农田土壤的修复

选取了铁钙材料（FC）和山核桃蒲生物质炭（BC）制备得到复合材料（BF）,用于修复农田土壤中镉砷复合污染,以降低水稻糙米中的镉和砷含量.通过水稻盆栽试验,在植物生长期内,采集了土壤孔隙水、根际土壤、非根际土壤、水稻植株和水稻根表铁膜,探究了铁钙材料、生物质炭及其复合材料对土壤中镉和砷生物有效性和植株中镉和砷含量的影响及机制.结果表明,生物质炭材料能显著（P <0.05）提高非根际土壤（0.55～0.66个单位）和根际土壤（0.28～0.36个单位）pH,且提升土壤DOC含量;铁钙材料能显著（P <0.05）降低非根际土壤（0.14～0.27个单位）和根际土壤（0.38～0.41个单位）pH,同时降低土壤DOC含量.铁钙材料和复合材料能够同时降低土壤孔隙水、根际土壤和非根际土壤有效态Cd和As含量,而生物质炭能降低Cd含量,却提高了As含量,其中复合材料1%添加处理的效果最佳,土壤有效态Cd和As分别降低了41.8%～48.2%和6.1%～10.1%.生物质炭、铁钙材料和复合材料均能提高植株生物量（根、茎、叶和籽粒的干重）,水稻籽粒干重较CK增加了48.5%～184.0%,根...     

不同磷肥对水稻根表铁膜及砷镉吸收的影响——以石灰岩黄壤性水稻土为例

为寻求砷(As) 镉(Cd)复合污染稻田安全利用的有效措施,以贵州石灰岩区As、Cd复合污染黄壤性水稻土为材料,采用盆栽试验,研究了6种磷肥对土壤As、Cd有效性、水稻根表铁膜及As、Cd吸收的影响.结果表明:与对照相比,羟基磷灰石(HAP)、生物酶活性磷肥(BCP)、钙镁磷肥(CMP)处理使土壤pH值显著提高,磷酸二氢钙(MCP)、磷酸二氢钾(MKP)、过磷酸钙(SSP)处理使土壤pH值显著降低.所有磷肥处理均降低了土壤有效Fe含量,其中HAP、MCP、CMP的降低效果显著.HAP显著降低了土壤有效Cd和有效As含量;MCP和BCP显著提高土壤有效Cd含量,但对土壤有效As无显著影响;SSP显著降低了土壤有效Cd含量,但显著提高土壤有效As含量.不同磷肥使水稻根表铁膜数量提升0.6%~27.1%,铁膜数量与铁膜中Cd、As含量分别呈极显著(R²=0.555**)和显著(R²=0.525*)正相关关系.MCP、MKP、BCP显著降低了糙米Cd、As含量,HAP、SSP、CMP显著降低了糙米Cd含量,但对糙米As含量无显著影响.磷肥均使Cd叶→颖壳的转运系数下降,MKP、MCP能抑制As从根到茎的转运,BCP能抑制As从叶到颖壳的转运.磷肥降低水稻糙米Cd、As含量与铁膜数量增加、水稻体内Cd、As转运变化有关.     

土壤样品保存过程中无机砷的形态变化及其样品保存方法

为选择合理的土壤样品保存方法,研究了不同保存条件下土壤样品及其水提取液中无机砷形态的动态变化．研究结果表明,采用常温方法保存土壤样品,其水溶态无机砷的总浓度变化不大,但水溶态As(Ⅲ)容易转化为As(Ⅴ);在风干条件下,随着保存时间的延长,样品中水溶态无机砷的总浓度和As(Ⅲ)浓度均会降低,As(Ⅲ)／As(Ⅴ)的比值呈增加趋势;在避光冷藏条件下,土壤样品中水溶态无机砷的总浓度、As(Ⅲ)和As(Ⅴ)浓度均基本保持不变．在避光冷藏、常温和冷冻条件下保存土壤水提取溶液,样品中无机砷的总浓度变化均不明显,但As(Ⅲ)浓度均呈下降趋势;避光冷藏条件下,As(Ⅲ)浓度在保存12d后缓慢下降,到第28天降低了9．0％;常温和冷冻条件下,As(Ⅲ)容易转化为As(Ⅴ)．因此,对于土壤中无机砷的形态测定而言,应采集新鲜土壤样品并在避光冷藏条件下保存．     

高砷煤矿废水灌溉区土壤砷的分布特征探究

通过对贵州兴仁县交乐村高砷煤矿废水灌溉区土壤总砷的分布特征进行研究。文章对土壤总砷、pH值及有机质含量进行了分析,结果表明,污灌区土壤砷的含量最高达237.55mg/kg,最低为24.20mg/kg,平均As含量为85.62mg/kg,均高于世界、中国及贵州黄壤中的平均水平;pH平均值为5.12,属酸性土壤;有机质含量普遍偏高;高砷煤矿废水灌溉导致了灌区土壤中砷的累积。灌溉方式影响了土壤中砷的迁移与分布情况,土壤中砷的含量,随着与灌溉水源距离的增加而急剧降低。研究区土壤中砷的迁移较缓慢,但有向下游逐渐扩散的趋势。土壤总砷含量受到了pH值和有机质影响,但与两者的相关性并不明显。     

来源于土壤和灌溉水的砷在水稻根表及其体内的富集特性

采用土壤-玻璃珠联合培养的方式,选择2个氧化能力不同的水稻品种YY-1、94D-64(品系)和采自浙江富阳的土壤(砷的本底值为13.8 mg·kg-1),并设灌溉清水和含砷水2个处理(即在分蘖期、拔节期、孕穗期、开花期和灌浆期5个生育阶段灌溉含砷污水,随灌溉水进入土壤中砷的浓度为3.2mg·kg-1),研究了砷在土壤-根表铁氧化物-水稻系统中的累积规律以及土壤和灌溉水对水稻秸秆和籽粒富集砷的贡献程度.结果表明,水稻的秸秆生物量及其籽粒产量并没有受到不同来源砷的显著影响;灌溉含砷水处理的两品系水稻根表铁氧化物沉积的数量(YY-1∶196 g·kg-1,94D-64∶75.8 g·kg-1)高于对照(YY-1∶175g·kg-1,94D-64∶60.1 g·kg-1),但差异不显著.然而,在水稻5个不同的生育期灌溉含砷水均显著增加了砷在其根表及其体内不同部位的富集(94D-64籽粒中砷含量除外).没有灌溉含砷水的对照其秸秆和籽粒中累积的砷来源于土壤,而砷处理的水稻其秸秆和籽粒中富集的砷则来源于土壤和灌溉的含砷水.土壤对YY-1和94D-64秸秆中富集砷的贡献率分别为76.5%和71.O%,灌溉水的贡献率分别为23.5%和29.0%,2个水稻品系之间没有明显差异.YY-1籽粒中的砷66.4%来源于土壤,33.6%来源于含砷灌溉水,灌溉水对该品系籽粒中砷的富集贡献率较高.另一品系94D-64籽粒中砷84.8%来源于土壤,15.2%由灌溉水贡献,灌溉水对此品系籽粒累积砷的贡献率较低.来源于土壤和灌溉水的砷在水稻籽粒中的富集没有超出我国的国家食品卫生标准(0.7 mg·kg-1).     

微生物-铁氧化物交互作用对黄土中砷活化迁移的影响

中国黄土高原地区普遍存在地下水砷超过饮用水标准问题,迫切需要深入认识和理解高砷地下水形成机制.在分析黄土中砷的含量、赋存状态基础上,以乳酸钠为有机碳源,开展缺氧条件下厌氧微生物-铁氧化物交互作用影响黄土中砷活化迁移的模拟实验研究.结果表明黄土中砷含量在23~30 mg·kg-1,变化范围很小.砷主要以吸附态、铁氧化物结合态、残渣态形式存在,平均值分别为10.57 mg·kg-1(占总砷37.76%)、10.12 mg·kg-1(占总砷36.15%)、7.19 mg·kg-1(占总砷25.69%);当水中存在有机物形成缺氧环境时,厌氧微生物异化铁还原菌(DIRB)和硫酸盐还原菌(SRB)直接或间接还原铁氧化物引起部分铁氧化物分解,导致吸附态和铁氧化物结合态砷部分释放到地下水中,引起地下水中砷升高,砷释放量主要与水中有机物浓度有关.研究表明,当有机物浓度达到100 mg·L-1时,固液比为1∶10,在土著微生物作用下,砷浓度可以达到15μg·L-1;接种DIRB和SRB以及两种微生物同时存在都有明显的促进黄土中砷活化迁移的作用,水中砷浓度可以达到40μg·L-1.     

含砷废渣的资源化利用技术探讨

论述土法炼砷弃渣含砷固体废物处置方法,并对处置过程中的三废排放问题提出了相应的环境保护建议。     

耐酸砷还原菌Bacillus sp.strain P3-23的分离鉴定及其对高砷土壤砷释放影响

砷还原微生物在原生高砷地下水形成中起关键作用,研究其对不同环境因素改变的响应以及对砷迁移与转化的影响是十分必要的。从石门土壤中分离得到一株耐酸砷还原菌,研究其形态和生理生化特征,通过分子生物学和微生物学手段对其进行系统分类和生理生化特性鉴定,并使用微生物学方法在不同温度、pH值和电子供体条件下进行培养,探究其对环境因素波动的适应能力,检测菌株对高砷土壤砷释放的影响。实验结果表明:该耐酸砷还原菌为芽孢杆菌属(Bacillus)成员,故命名为Bacillus sp.strain P3-23(以下简称P3-23);菌株P3-23最适宜的生长温度为30℃,在pH值为3.5~7.5范围内均可生长且具有砷还原能力,能够利用乳酸钠、丙酮酸钠、柠檬酸钠、酵母味素、丙三醇、葡萄糖、蔗糖为电子供体;菌株P3-23能够在72 h内完全还原2.0 mM As(Ⅴ)且菌液浓度呈上升趋势,具有强耐砷能力,40.0 mM砷存在条件下仍能生长;菌株P3-23促进土壤中砷释放能力较强,砷形态分析显示释放的可溶性砷中As³⁺占比达83.3%以上。菌株P3-23的分离不仅丰富了人们对砷还原微生物的认识,也说明砷还原微生物对不同环境因素胁迫具有相应的应答机制,预示着其可能存在于极端环境中。对不同环境中砷还原微生物进行研究,在完善砷的生物地球化学循环模式的同时有助于砷污染机制及砷修复生物手段的探索。     

Effect of external and internal phosphate status on arsenic toxicity and accumulation in rice seedlings

Phosphorus (P) deficiency is thought to exacerbate the arsenic (As) phytotoxicity in paddy rice. The experiments were conducted to investigate the e ects of external phosphate supply on As accumulation in rice and its toxicity under phosphate deficiency conditions. Rice seedlings pretreated with a phosphorus deficient nutrient solution (–P) for 14 d accumulated more As than those pretreated with a normal phosphorus supply nutrient solution (+P). Rice protreated with –P showed As toxicity symptoms after being exposed to 50 mol/L arsenate for 4 h, while +P rice did not show any toxicity symptoms. Arsenic toxicity symptoms can be alleviated by increasing external P concentrations. The arsenate uptake rate and accumulation corresponded with the As toxicity in rice plants. Arsenic concentrations in rice roots decreased with increasing external phosphate concentrations. The lowest As accumulation and the highest P accumulation were found when the external P concentration reached 100 mol/L. In short, P deficiency increased the sensitivity of rice to arsenate and increasing of external phosphate supply could alleviate As toxicity.     

Changes in hair arsenic concentration in a population exposed to heavy pollution： Follow-up investigation in Chenzhou City, Hunan Province, Southern China

Follow-up investigation on hair arsenic concentration was conducted in an arsenic heavily polluted area of southern China in 2002 and 2006.The results showed that the geometric mean of hair arsenic concentration decreased from 2.95 mg/kg in 2002 to 1.78 mg/kg in 2006,when the percentage of the population with levels over 1 mg/kg only decreased from 93.4% in 2002 to 80.5% in 2006.Over this four-year period,the population with high arsenic concentrations decreased significantly while there was no obvious chan...     

吸附剂烟气脱砷的研究现状

大气砷污染问题日益引起人们的重视,吸附剂能够在去除烟气中砷的同时去除其他有害气体,是控制烟气砷含量、防止砷污染的有效途径.文章分析了砷在废气中的形态及分布,总结了近年来氧化钙、活性炭、飞灰和金属氧化物作为吸附剂用于烟气脱砷的最新研究进展,重点分析了各自的吸附机理及不同因素对脱砷过程的影响.指出吸附过程通常以化学吸附为主...     

Arsenate and phosphate interaction in Saccharomyces cerevisiae

In the present study, arsenate（As（V）） and phosphate（P（V）） interactions were investigated in growth, uptake and RNA content in yeast（Saccharomyces cerevisiae）. Yeast grew slowly with As（V） concentrations increasing in the medium. However, the maximal population density was almost the same among different As（V） treatments. It was in the late log phase that yeast growth was aug- mented by low As（V）, which was maybe due to the fact that methionine metabolism was stressed by vitamin B6 deprivation, so As（V） treatments did not affect maximal population density. However, with P （V） concentrations increasing, the maximal population density increased. Therefore, the maximal population density was determined by P （V） concentrations in the medium but not by As （V） concentrations in the medium. Ycflp（a tonoplast transpor） transports As（GS）3 into the vacuole, but arsenic（As） remaining in the thalli was 1.27% with As（V） exposure for 60 h, from which it can be speculated that the percentage of As transported into vacuole should be lower than 1.27%. However, the percentage of As pumped out of cell was 71.49% with As （V） exposure for 68 h. Although two pathways （extrusion and sequestration） were involved in As detoxification in yeast, the extrusion pathway played a major role in As detoxification. RNA content was the highest in the early-log phase and was reduced by As（V）.