添加铁基生物炭对Cd在土壤-水稻体系中迁移转化的效应及其机制

该研究将探讨铁基生物炭对Cd在土壤-水稻系统中迁移转化的影响及Fe和Cd之间的相互作用关系,为研发成本低廉、实用、高效和安全的Cd污染土壤修复技术提供科学支持。采集广东省韶关市韶关电厂周边受Cd污染的水稻土,设置水稻盆栽试验,每盆装土10kg,处理如下:(1)对照,(2)添加纯的生物炭100g,(3)添加ω_((Fe))=0.5%的铁基生物炭100 g,(4)添加ω_((Fe))=1%的铁基生物炭100 g,(5)添加ω_((Fe))=2.5%的铁基生物炭100 g,(6)添加ω_((Fe))=5%的铁基生物炭100 g,(7)添加Fe粉5 g。分析各处理对水稻成熟期根表铁膜Fe和Cd、水稻各部位Cd含量的影响,并探讨此影响的机制。结果表明,(1)铁基生物炭的添加显著降低了水稻根部对Cd的吸收。在7个不同处理中,水稻各部位总Cd含量大小为根表铁膜、根系稻杆稻壳稻米,呈现出植株从下往上依次递减的趋势。根表铁膜所固定的Fe和Cd之间存在显著的正相关关系。(2)铁基生物碳的添加能在一定程度上改变Cd在土壤中的赋存形态。根际土壤中以铁锰氧化物结合的Cd含量随着铁基生物碳含铁量的增加而有所增加,而离子交换态的Cd和碳酸盐结合态的Cd含量相应有所下降,进入水稻体系的Cd含量也相应降低。(3)土壤中无定型铁氧化物是土壤中Cd的重要的汇,强烈影响着Cd在土壤-水稻体系中的迁移。其Cd含量与稻米、稻壳、茎叶和根系中的Cd含量之间存在着显著的负相关关系,铁基生物碳的添加能有效地增加土壤中无定型铁氧化物的含量,从而对生物可利用性的Cd进行有效吸附,降低其对水稻的危害,降低Cd在稻米中的累积。这表明铁基生物炭是良好的土壤Cd钝化剂和土壤改良剂,可在大田中应用。     

生物炭与磷肥配施对棕壤中Cd形态及其有效性的影响

通过实验室模拟Cd污染棕壤,探讨单施不同量(20和40 g·kg~(-1))花生秸秆生物炭(PB)和棉花秸秆生物炭(CB)、20 g·kg~(-1)磷肥(P)以及两者配施对污染土壤p H值及5种形态Cd含量变化的影响,分析生物炭、磷肥及其联合作用对棕壤Cd生物有效性的影响机制。结果表明,单施磷肥可显著降低土壤p H值(较CK降低14.64%),单施生物炭以及两者配施均可提高土壤p H值(较CK增加0.99%~24.67%),以单施40 g·kg~(-1)花生生物炭处理土壤p H值增幅最显著。单施磷肥显著降低土壤可交换态、碳酸盐合态和铁锰氧化物结合态Cd含量,增加有机结合态和残渣态Cd含量;单施生物炭和配施处理均可使土壤可交换态Cd含量显著减少,碳酸盐结合态Cd含量显著增加(49.76%)。在相同施炭量(20 g·kg~(-1))下,配施处理土壤有效态Cd含量的降幅高于单施处理,且花生秸秆生物炭与磷肥配施处理效果优于棉花生物炭与磷肥配施,Cd活性系数分别为0.150和0.236,即20 g·kg~(-1)花生秸秆生物炭+20 g·kg~(-1)磷肥(P+PB_2)混合处理最有利于降低土壤Cd生物有效性。     

水稻全生育期内零价铁与生物炭钝化土壤镉砷的协同效应与机制

镉(Cd)和砷(As)在土壤中地球化学行为相反,因而难以实现对它们的同步钝化。为了同时降低稻米中Cd和As的积累以达到提高粮食安全的目的,选择了零价铁(ZVI)和生物炭(BC)的组合材料来修复稻田土壤中的Cd/As复合污染。通过盆栽实验,在水稻全生育期内,密集采取了孔隙水、根际土壤、水稻植株和根表铁膜等样品,分析了其中Cd/As含量与存在形式的动态变化过程,并以此探究了水稻整个生命周期内ZVI或/和BC对稻田土壤中Cd/As生物有效性的钝化效果与机制。结果表明,相比于对照组,生物炭仅降低稻米中Cd,降低率为15.4%;ZVI能同时降低稻米中Cd和As质量分数,其降低率分别达17.0%和24.5%;而ZVI+BC组合对稻米中Cd和As降低量最强,分别高达50.2%和35.6%,表现出明显的协同钝化效应。土壤孔隙水与重金属连续提取结果表明,ZVI能使水溶态、吸附态与可交换态Cd和As转化为铁氧矿物结合态,而BC主要导致水溶态与可交换态Cd转为碳酸盐结合态。相对而言,ZVI+BC组合通过共同促进铁氧矿物的形成与分散,从而导致大部分的水溶态、吸附态与可交换态Cd和As与铁氧矿物形成结合态,是抑制稻米积累Cd和As的主要作用机制。因此,ZVI和BC的组合材料可以同步高效修复稻田土壤中的Cd/As的复合污染,这将有利于实现中轻度Cd/As污染稻田的安全利用。     

生物炭、沸石与膨润土混施对玉米生长和吸收Cd、Pb、Zn的影响研究

矿区周边农田土壤重金属污染严重威胁着粮食安全,利用原位钝化修复技术,在农业生产的同时进行重金属污染农田土壤治理,收获符合卫生标准的农产品,具有重要的现实意义。选取生物炭、沸石粉和膨润土3种钝化剂开展田间试验,研究不同用量钝化剂单施及混施对玉米(Zea mays L.)生长、玉米籽粒吸收Cd、Pb、Zn与土壤有效态Cd、Pb、Zn等的影响,旨在为Cd-Zn复合污染农田安全生产和阻控提供数据支持。结果表明:单施及混施不同用量钝化剂均能促进玉米株高、叶面积和生物量增加,显著提高玉米产量(P0.05),钝化剂处理较对照CK增产3.41%-31.69%。不同钝化剂处理可提高土壤pH值和有机质含量,明显降低土壤中的有效态Cd、Pb、Zn含量,与CK相比,单施及混施不同用量钝化剂导致土壤有效态Cd、Pb、Zn分别降低23.02%-45.24%、4.86%-21.46%、16.38%-32.60%,其中5%SFP(5%生物炭+5%沸石粉+5%膨润土)处理降低效果最显著,2%SFP处理次之;单施及混施不同用量钝化剂都能降低玉米籽粒对Cd、Pb、Zn的吸收,其中5%SFP处理能明显降低玉米籽粒中Cd、Pb、Zn含量,较CK分别降低68.18%,39.49%,31.83%。综合表明,在原位钝化修复Cd-Zn复合污染农田土壤时,钝化剂混合施用的效果好于单施,以5%SFP混合施用的效果最佳。     

不同生物质炭对辽河油田石油污染土壤总烃及各组分修复效果研究

中国东北油田开采区大量土地质量下降,石油污染治理与修复已经引起高度重视。通过对比各生物质炭理化性质差异及其对辽河油田石油污染土壤的修复效果,在修复石油污染土壤的同时,推进东北地区农业资源综合利用,对石油污染修复具有实际意义,对制备改性生物炭具有指导作用。以玉米(Zea mays)秸秆、芦苇(Phragmites australis)秸秆和松针(Pinusarmandi)为生物质材料在300℃条件下制备生物炭,测定其产率、灰分、pH值,并利用BET、能谱分析、扫描电镜和红外光谱等技术对不同生物质炭进行性质表征,通过40d的石油污染土壤修复试验对比不同生物质炭对总石油烃及各组分烃类的修复效率。结果表明,各生物质炭物化性状存在明显差异,松针生物炭扫描电镜呈层状结构,玉米秸秆生物炭具有孔状轮廓但孔隙内部覆有碎片,芦苇秸秆生物炭孔隙结构清晰且具有深度,比表面积为93.47 m~2·g~(-1)。经不同生物质炭40 d修复后,不同处理总石油烃及各组分烃类去除效果:芦苇秸秆生物炭玉米秸秆生物炭松针生物炭CK(对照组)。所有处理组中石油烃各组分的去除效果:饱和烃芳香烃非烃类物质,各组分烃类呈现不同降解规律。生物炭可提高石油污染土壤中总石油烃及各组分烃类物质的去除效果,其中芦苇秸秆生物炭对石油污染土壤的修复效率最高。     

秸秆生物炭对水稻土和赤红壤磷素有效性及化学形态的影响北大核心CSCD

为探讨生物炭对土壤磷素转化的影响,选择华南地区两种典型土壤(高磷水稻土和低磷赤红壤),通过土壤培养试验,研究添加不同剂量(0%、1%、2%和4%,分别用CK、T1、T2、T4表示)秸秆生物炭对土壤磷素有效性及不同磷组分随时间变化的动态影响.结果表明,不同剂量秸秆生物炭处理均能显著提高水稻土和赤红壤的全磷及有效磷含量,且增加幅度随生物炭添加剂量的增加而升高,培养第40天T4处理的水稻土及赤红壤的有效磷含量相比对照分别增加118.45%和6432.08%,赤红壤效果更为明显.不同剂量秸秆生物炭处理均能显著增加两种土壤的Fe-P和Ca-P含量,其中T4处理效果最为显著.培养第40天T4处理的水稻土中水溶性磷、Al-P、Fe-P、Ca-P含量较对照分别增加233.53%、14.95%、8.82%和55.65%,O-P含量则降低2.74%;赤红壤的Al-P、Fe-P、Ca-P含量分别增加71.35%、80.15%和124.73%,水溶性磷和O-P含量则降低7.14%和0.52%.随着培养时间推移,秸秆生物炭处理的水稻土和赤红壤酸性磷酸酶活性逐渐降低,碱性磷酸酶活性则逐渐升高.此外,培养初期添加秸秆生物炭显著降低了两种土壤的微生物量磷含量,但该抑制作用随时间推移逐渐减弱直至消失.综上所述,秸秆生物炭处理显著影响水稻土和赤红壤磷素的化学形态、微生物活性及磷素转化,增加磷素有效性,尤其对赤红壤作用效果更为明显,因此在化肥减施增效中值得进一步推广应用.(图7表3参50)     

不同秸秆材料与制备工艺下生物炭性质及对土壤重金属的钝化效应

以芦苇、玉米秸秆为原材料,采用正交实验设计方法制备不同处理生物炭,并将其应用到重金属污染土壤修复中,以寻求最佳的生物炭制备工艺并探讨其对土壤中Cd和Pb的钝化效果。结果表明,对生物炭制备影响最大的因素是炭化温度,温度升高会使炭产率下降,pH和灰分含量增加,比表面积在一定范围内也会大幅增加;其他因素如原料含水率、升温速率和炭化时间对生物炭制备的影响均低于炭化温度;所制备的芦苇秸秆生物炭(LWC)和玉米秸秆生物炭(YMC)产率相近,YMC的pH和灰分含量高于LWC,而LWC比表面积高于YMC。综合考虑因素最佳水平并兼顾效率,得出LWC和YMC最适宜制备条件均为含水率25%,升温速率20℃·min~(-1),炭化温度600℃,炭化时间0.5 h。与对照相比,添加LWC和YMC的土壤pH值均有所升高;随着培养时间延长,生物炭对土壤中Cd和Pb的钝化效率也逐渐提高,35 d时有效态Cd和Pb含量最高降低51.7%和44.9%,并且LWC的效果好于YMC。研究结果可为工程化制备生物炭提供一定的技术参考,并且为重金属污染土壤修复提供理论依据。     

不同改良剂材料对双季稻田砷污染阻控的影响

探讨比表面积大、孔隙多和吸附性强的生物黑炭和生物源石灰(牡蛎壳粉)配施对酸性水稻土砷(As)污染的阻控效果,从而为该区域土壤的As污染治理提供技术参考。通过盆栽试验,比较不同有机肥(猪粪和生物黑炭)与石灰(矿物源石灰和牡蛎壳粉)配施对As污染水稻土[w(As)为40 mg·kg-1]的阻控效果,分析了土壤有效As含量,水稻秸秆、籽粒和大米中As含量的变化,并探讨了土壤有效As含量与水稻As吸收的量化关系。结果表明:与CK处理相比,猪粪配施矿物源石灰及牡蛎壳粉条件下土壤w(有效As)降低29.1%~57.0%,生物黑炭配施矿物源石灰及生物石灰条件下土壤w(有效As)下降35.1%~65.9%;而土壤w(有效As)的降低进一步阻控了水稻秸秆、籽粒和大米中As累积。其中,生物黑炭配施牡蛎壳粉处理的效果最好,其秸秆、籽粒和大米中w(As)分别降低67.6%~68.5%、66.6%~67.8%和76.0%~76.9%。进一步分析发现,土壤有效As含量与水稻As吸收量可以用指数方程较好地拟合(R20.75,P0.01)。因此,对于酸性水稻土,生物黑炭和牡蛎壳粉可以通过降低土壤有效As来快速阻控水稻秸秆、籽粒和大米对As的吸收,但当土壤w(有效As)小于30 mg·kg-1时,施用改良剂降低土壤As含量的效果不明显。     

不同长度秸秆还田对土壤汞甲基化与水稻植株甲基汞富集的影响

为降低秸秆还田引起稻田系统甲基汞(MeHg)升高的风险,采用盆栽试验,研究了添加不同长度水稻秸秆(5 cm、2 cm、粉末)条件下,在水稻整个生长期内土壤汞的甲基化以及水稻植株各组织中MeHg的含量变化特征.结果表明,添加秸秆能显著促进稻田土壤汞的甲基化,并能提升稻米MeHg的富集.不同长度秸秆对土壤MeHg净增长的影响时间不同,较长秸秆能长时间内对土壤汞的甲基化产生促进作用,在水稻生长后期土壤MeHg含量持续偏高,致使晚熟期稻米中MeHg质量浓度偏高;粉碎的秸秆在土壤中能快速降解,尽管在短时间内能引起土壤MeHg含量升高,但在水稻生长后期土壤MeHg含量明显下降,完熟期稻米中MeHg含量也远低于其他两种处理方式.因此,秸秆进行粉碎处理后再还田有利于降低稻米的MeHg富集风险.     

不同镉污染消减措施对水稻-土壤镉累积的影响

研究稻草还田/离田、清洁水灌溉与沉降截源等途径对水稻-土壤系统镉(Cd)累积的影响,对指导南方稻田土壤Cd污染治理、农业生产及粮食安全具有重要意义。采用田间微区试验,针对稻田Cd污染的主要输入和输出途径,设置稻草离田(T1)、清洁水灌溉+稻草离田(T2)、沉降截源+稻草离田(T3)3个Cd污染消减措施处理,并以稻草还田(CK)为对照,探究不同生育期的土壤和水稻各部位中Cd的分布与累积。结果表明,早稻和晚稻CK处理稻谷生物量分别为4 770kg·hm-2和3 912 kg·hm~(-2),与CK处理相比,3种消减措施处理早稻和晚稻稻谷生物量均有所下降,T1处理分别下降了1.6%和2.8%,T2处理降低了17.8%和6.5%,T3处理降低了10.5%与37.6%;不同生育期水稻籽粒、茎叶和根中Cd含量相对CK处理均有不同程度降低;T1～T3处理糙米Cd累积量较CK处理下降了19.7%～55.2%,茎叶中Cd累积量较CK处理下降了11.8%～37.1%,根系中Cd累积量较于CK处理下降了3.4%～52.0%,处理间均达到显著水平(P0.05);成熟期不同处理间土壤pH值在4.44～5.21之间,不同消减措施处理土壤有效态Cd含量较CK处理早稻分别降低6.4%、5.4%和6.6%,晚稻分别下降6.4%、12.3%与8.3%,均无显著性差异(P0.05)。由此说明3种Cd污染消减措施通过控制水稻-土壤系统Cd源输入和稻草Cd返还途径,使得水稻植株各部位Cd累积量、稻田土壤有效态Cd含量均呈现降低趋势,有利于南方稻田Cd污染防控和水稻安全生产。     

田间条件下不同组配钝化剂对玉米(Zea mays)吸收Cd、As和Pb影响研究

选取4种钝化材料(硅藻土、生物炭、沸石粉和石灰)开展田间试验,研究不同配施处理对玉米(Zea mays)籽粒吸收Cd、As和Pb与土壤有效态Cd、As和Pb的影响,以期筛选出钝化修复效果最佳的组配钝化剂。结果表明,(1)施用钝化剂均能有效促进玉米生长,增加植株株高、叶面积、玉米地上部与地下部质量,显著提高玉米产量。(2)不同处理均能明显降低土壤Cd、As和Pb有效态含量。其中,BLD处理对土壤有效态Cd降低效果最明显,YR+BLZ处理次之,与对照相比,土壤有效态Cd分别降低71.00%和67.85%;BDZ处理对土壤有效态As含量降低效果最明显,其次为BLD处理,较对照分别降低65.63%和59.73%;YR+BLD处理对土壤有效态Pb含量降低效果最好,BDZ处理次之,有效态Pb含量较对照分别降低70.64%和69.64%。(3)不同处理对玉米籽粒吸收和积累Cd、As和Pb产生不同程度的影响。与对照相比,不同处理导致玉米籽粒Cd含量降低82.63%~89.17%,As含量降低27.58%~49.47%和Pb含量降低9.64%~46.86%。(4)施用钝化剂均能显著提高土壤p H值,其中BLD、YR+BLD、JD+BLD处理的p H值升高效果最为明显,较对照分别提高1.05、1.04和1.04个单位;施用钝化剂能显著提高土壤有机质含量,YR+BDZ和YR+BLD处理有机质含量较高,较对照分别提高54.68%和46.04%,本试验结果表明,在钝化修复镉砷复合污染的旱地土壤时,低累积玉米品种与组配钝化剂联合使用能够获得较好的修复效果。     

水稻秸秆生物炭对污染土壤中镉生物有效性的影响

为探索生物炭对污染土壤中镉的钝化效果,采用室内培养的方法,研究了质量分数分别为0.5%、1.5%和3.0%的水稻秸秆生物炭(400℃热解)对镉污染土壤中DTPA(二乙基三胺五乙酸)提取态镉含量的影响及镉随时间的变化规律,探究土壤pH与有机碳含量与土壤DTPA提取态镉含量的相关关系,并选择3.0%生物炭进行玉米盆栽试验以探讨生物炭施入污染土壤后对玉米生长及其吸收富集重金属镉的影响。研究结果表明:添加0.5%生物炭总体上降低了土壤中DTPA-Cd含量,但效果不显著(P0.05);添加1.5%和3.0%生物炭都显著降低了土壤DTPA-Cd含量(P0.05),且添加3.0%生物炭降低效果最佳。生物炭可通过提高酸性土壤pH值以及有机碳含量来降低镉的生物有效性。在为期63 d的土培试验过程中,土壤DTPA-Cd含量在初期的降低速率最快,之后又小幅度上升,在10 d后达到动态平衡。在为期7周的玉米盆栽试验中,生物炭极显著提高了玉米生物量、降低地上部的镉含量,并抑制其对镉的富集作用(P0.01),同时也显著降低了地下部镉含量,并抑制其对镉的富集作用(P0.05);与对照相比,施用质量分数为3.0%的生物炭使得玉米地上部和根部镉含量的降低幅度分别为60.58%、25.43%。从转移系数来看,生物炭可显著抑制镉从玉米根部转移到地上部(P0.05),转运系数降低47.22%。本试验结果显示,在重金属污染土壤中投加生物炭可显著降低镉的生物有效性,减弱了土壤重金属镉对食品安全的负面影响。     

不同秸秆生物炭对露天煤矿排土场土壤微生物数量和酶活性的影响

采用盆栽实验研究了水稻秸秆和玉米秸秆两种生物炭在1%、3%、5%的3种用量下对露天煤矿排土场土壤紫花苜蓿干重、土壤微生物数量和土壤酶活性的影响规律.结果表明,紫花苜蓿的出苗率和干重随着生物炭用量的增加而提高,其中5%用量的水稻秸秆生物炭和玉米秸秆生物炭分别将紫花苜蓿干重显著提高了42.54%和27.63%.3%和5%用量的生物炭显著增加了土壤细菌、真菌、放线菌数量,土壤真菌与细菌数量比值,土壤过氧化氢酶、淀粉酶、蛋白酶、脱氢酶活性,显著降低了土壤磷酸酶活性,显著提高了表征土壤肥力质量的土壤肥力生物指数(BIF)和酶活性指数(EAN),其中5%用量的水稻秸秆生物炭和玉米秸秆生物炭将BIF分别提高了125.94%和84.67%,将EAN分别提高了109.71%和66.93%.两种秸秆生物炭之间比较,在各用量下水稻秸秆生物炭处理的紫花苜蓿出苗率、干重,土壤微生物数量和土壤酶活性均高于玉米秸秆生物炭处理,其中5%用量下,水稻秸秆生物炭处理的出苗率,细菌、真菌、放线菌数量,蛋白酶、脱氢酶活性,BIF、EAN比玉米秸秆生物炭处理显著提高了26.11%、24.71%、30.23%、30.38%、27.37%、24.44%、22.35%、25.63%.综上所述,生物炭能够提高排土场土壤的生态质量,进而增加了紫花苜蓿产量,其中5%用量的水稻秸秆生物炭效果最好.     

广西刁江流域Cd和Pb复合污染稻田土壤的钝化修复

采用田间小区试验,研究施用海泡石、石灰和磷酸盐对广西刁江流域Cd和Pb复合污染稻田土壤的钝化修复效应,并通过土壤重金属形态分析探讨不同钝化剂的作用机理。结果表明,添加钝化剂可显著提高稻谷和秸秆产量,最大增产率分别可达25．4％和28．3％,其中海泡石与磷酸盐复配处理增产效果最佳。施用钝化剂可以有效降低水稻各部位重金属含量,水稻糙米Cd和Pb含量最大降幅可达65．12％和61．86％;钝化剂复配处理对水稻地上部Cd和Pb含量的降低效果明显优于单一处理,其中海泡石和磷酸盐或石灰复配处理糙米cd含量符合GB2762--2005《食品中污染物限量》。不同钝化处理均能显著降低土壤TCLP（毒性特性浸出程序）提取态cd和Pb含量,最大降幅分别为28．86％和45．60％,其中钝化剂复配处理对土壤TCLP提取态重金属的抑制效果优于单一钝化处理。总体而言,海泡石与磷酸盐复配处理对广西刁江流域重金属复合污染稻田土壤的钝化修复作用最佳。     

牛粪配合无机改良剂对稻田土壤Cd赋存形态及生物有效性的影响

选取四川省德阳市旌阳区天元镇Cd污染稻田,通过牛粪与3种无机改良剂海泡石(DS)、石灰(DL)、钙镁磷肥(DP)配施,研究了有机无机混合改良剂对土壤重金属Cd的生物有效性以及水稻吸收累积Cd的影响。结果表明,稻麦轮作下,DS、DL和DP处理对糙米Cd含量较牛粪单独处理(D)降低50%~70%,且均低于GB 2762─2012《食品中污染物限量》中的Cd污染标准。DP处理促进了茎秆中Cd的累积,这可能加大稻草秸秆还田对冬季作物Cd污染风险;在水稻分蘖期和成熟期DS、DL和DP处理土壤可交换态Cd含量均降低,且稻油轮作下DL和DP处理比CK处理分别降低42%和44%,稻麦轮作DS和DL处理则分别降低48%和53%。同时,DS、DL和DP处理均增加了有机碳(SOC)和可溶性有机碳(DOC)含量,DL处理显著提高了土壤p H值。水稻成熟期土壤可交换态Cd含量下降是降低糙米Cd含量累积的主要因子;DS、DL和DP处理提高了土壤p H值,降低了土壤DOC含量,从而降低土壤Cd活性形态含量,减小了其通过生物富集进入食物链的风险。总体来看,DS和DL处理可作为稻米安全生产优先选择的农艺调控技术措施。     

生物炭施用对矿区污染农田土壤上油菜生长和重金属富集的影响

矿山的生产活动往往会造成周边农田的污染,而利用生物炭技术治理矿区周边污染农田土壤具有重要的现实意义。生物炭是指生物质在无氧或限氧条件下热裂解制备而成的一种细粒度、多孔性的环境友好型材料,其在调控温室气体排放,改良土壤性状,促进植物生长和控制环境污染物迁移转化方面应用潜力巨大。采用室内盆栽模拟实验,研究了不同水稻秸秆生物炭施用量（0、1%、5%）对郴州和龙岩地区矿山周边重金属污染的农田土壤的生化性状、油菜（Brassia campestris L.）产量、重金属累积和富集系数等的影响,为生物炭作为环境功能材料应用于矿山污染农田治理提供科学依据。结果表明：与对照相比,施加1%和5%生物炭均能提高土壤pH值和有机质质量分数,提升幅度随施用量的增加而升高,其中偏酸性的龙岩土壤的变化幅度更大;生物炭施用会影响土壤酶活性,5%生物炭处理下两种受试土壤中脲酶和过氧化物酶活性均显著提高,但酸性磷酸酶活性降低;龙岩土壤上的油菜产量在1%和5%生物炭施用处理下均显著提高,而郴州土壤上的油菜产量在1%生物炭处理下无显著变化,而在5%生物炭处理下降低了42.9%;生物炭施用影响了两种土壤上油菜可食部分重金属Cd、As和Pb的质量分数,但没有一致的规律;与对照相比,生物炭施用后郴州和龙岩土壤上油菜可食部分中Cd质量分数均出现下降趋势,但是仅5%生物炭处理的龙岩土壤具显著性差异;1%和5%生物炭施用处理使两种受试土壤上油菜可食部分Pb质量分数较对照处理显著降低（P〈0.05）,但降幅不同,郴州土壤降低了23.6%和22.0%,而偏酸性的龙岩土壤降低了82.1%和94.5%;生物炭施用后两种受试土壤上油菜可食部分As质量分数的变化不同,郴州土壤添加生物炭后油菜As质量分数呈上升趋势,且增量随生物炭施用量增加而升高,龙岩土壤则相反,1     

几种改良剂对矿区土壤中As化学形态和生物可给性的影响

通过室内土培实验,分析添加赤泥、沸石、油菜秸秆、磷矿粉和生物炭等5种改良剂对矿区土壤As的化学形态和生物可给性的影响.结果表明,土壤As主要以残渣态为主.改良剂对As化学形态的影响随着培养时间的不同而不同.培养30 d后,5%赤泥和5%沸石处理分别导致土壤中酸可提取态As的含量比对照处理降低12.0%和5.1%.培养30 d和60 d,5%的油菜秸秆、5%的磷矿粉和5%的生物炭处理均显著提高了土壤中酸可提取态As的含量,增强了土壤中As的移动性.5种改良剂对土壤As的生物可给性也有影响.培养30 d和60 d后,5%的赤泥处理显著降低了As的生物可给性,5%的油菜秸秆、5%的磷矿粉和5%的生物炭处理均显著提高了As的生物可给性.培养30 d后,5%的沸石处理导致土壤生物可给性As的含量比对照降低7.5%;培养60 d后,5%的沸石处理对As的生物可给性没有影响.研究表明,赤泥和沸石是修复As污染土壤的潜力改良剂.     

添加硝酸铁对Cd在土壤-水稻体系中迁移转化的效应及其机制

土壤改良剂能调节和改变Cd等重金属的物理化学性质,改变重金属在环境中的可迁移性和生物有效性。研究硝酸铁的添加对Cd在土壤-水稻体系中迁移转化的效应及其机制,对于制定降低水稻对Cd的吸收的污染控制措施具有重要的指导意义。该研究通过在污染土壤中复合施加木本泥炭(Peat)和Fe(NO_3)_3进行盆栽实验,分析其对土壤Cd和Fe分布的影响,进而分析土壤Cd、Fe形态变化与水稻积累Cd之间的关系,阐明其对Cd在土壤-水稻系统中的迁移转化的影响。结果表明,(1)与对照相比,泥炭+Fe(NO_3)_3的施加提高了土壤的pH值,降低了孔隙水Cd、土壤中生物有效性Cd,提高了土壤中固定态Cd的含量,降低了水稻对Cd的吸收。而泥炭的添加则降低了土壤pH值,提高了孔隙水Cd、土壤中生物有效性Cd的含量,促进了水稻对Cd的吸收。(2)土壤中易于迁移的Cd形态(如Dis-Cd、F1-Cd、F2-Cd等)与水稻各部位Cd含量之间存在显著的正相关性,而土壤中固定态的Cd(Ox-Cd、Plaque-Cd)则与水稻各部位Cd含量之间存在显著的负相关性,这表明土壤中Cd的形态是影响其在土壤-水稻体系中迁移的重要决定因素。(3)土壤Ox-Fe、Plaque-Fe和水稻各部位Cd含量之间存在显著的负相关性;土壤pH、Ox-Fe、Plaque-Fe与易于迁移的Cd形态(如Dis-Cd、F1-Cd、F2-Cd等)之间存在显著的负相关性,这表明土壤铁循环是影响Cd在土壤-水稻体系中迁移转化的重要因素。(4)土壤pH值与易于迁移的Cd形态、水稻各部位Cd含量之间具有显著的负相关性。土壤pH升高,铁氧化物表面负电性增加,从而对土壤中易于迁移的Cd产生强烈的吸附固定作用,进而降低水稻对Cd的吸收。     

不同钝化剂对土壤环境中重金属有效性和微生物群落的影响

以云南省澜沧拉祜族自治县铅矿区农田污染土壤为研究对象,采用土培实验的方法,研究生物炭、腐殖土和海泡石单施及配施条件下,土壤Pb、Zn和Cd有效态含量、重金属形态分布及微生物群落的变化.结果表明,腐殖土和生物炭改良剂均能有效地降低生物有效态Pb、Zn和Cd的含量,低剂量海泡石的添加修复效果不明显.其中,腐殖土的施入使土壤中有效态Pb、Zn和Cd含量降低了42.27% 、45.38%和21.99% ;腐殖土和生物炭复合修复使有效态Pb平均降低了60.30% .土壤重金属各赋存形态的分级提取结果表明,生物炭和腐殖土会使Pb和Zn向趋于较稳定的形态转化,果木生物炭的单施和与腐殖土混施均增加了Pb和Zn残渣态所占比例. 5%复合剂(秸秆生物炭与海泡石)、2%复合剂(秸秆生物炭与腐殖土)修复后土壤微生物总量分别增加了80.29%和68.52% ;丛枝菌根真菌数量分别增加了92.39%和59.78% .因此,对于酸性土壤而言,生物炭与腐殖土复合改良剂更有利于土壤环境的修复.     

矿区周围稻米重金属积累及健康风险分析

选用杂交稻、常规稻和糯稻3个水稻品系共21个水稻品种在广东大宝山矿区周围重金属污染土壤中进行大田试验,研究Cu、Zn、Pb、As和Cd 5种重金属元素在不同水稻品种(品系)稻米中的积累状况,并进行健康风险评价分析。结果表明,供试水稻稻米中Cd和Pb超标率很高,分别为100%和71.43%;Cu和As超标现象不严重,超标率分别为4.76%和14.29%;Zn含量均不超标。供试水稻品系中常规稻和糯稻稻米对Cu、Zn、Pb、Cd的积累能力较高,杂交稻则较低;但杂交稻稻米对As的积累能力高于其他2个品系。稻米中Cu、Zn、Pb、As和Cd含量与稻谷生物量均呈负相关关系,其中Pb含量与稻谷生物量呈显著负相关。供试水稻稻米对5种重金属的富集能力由高到低排序为Cd>Zn>Cu>As>Pb。本研究表明供试土壤中Cd和Pb对人体健康存在比较严重的潜在威胁,Cu、Zn和As对人体健康的潜在危害较小,应重点关注大宝山矿区稻米Cd和Pb的重金属污染问题及其对人体健康的潜在危害。