调理剂+淹水措施对Cd污染稻田控Cd效果分析

为探明淹水措施、基施湘润邦土壤调理剂、矿物硅肥+喷施叶面肥、石膏粉以及综合处理对不同污染土壤修复效果和作用机制,通过在3个不同类型Cd污染耕地布置小区试验,研究了单一处理及综合措施对阻控污染耕地稻米吸收累积Cd的影响.结果表明,淹水措施、单一施用调理剂、综合施用结合淹水处理能降低土壤有效态Cd和水稻各器官Cd含量,土壤有效态Cd降低6. 58%～30. 01%,糙米Cd含量降低12. 65%～68. 68%,降低效果为综合处理(T6)基施石膏粉(T5)基施湘润邦土壤调理剂(T3)矿物硅肥+喷施叶面肥(T4)淹水处理(T2)(以两季水稻糙米Cd含量降低效果平均值计算).试验中5个处理使水稻各部位富集系下降,是引起糙米Cd含量下降的主要原因之一.根据田间小区试验显示,基施湘润邦土壤调理剂、矿物硅肥+喷施叶面肥和石膏粉组配施用结合淹水措施可作为Cd污染耕地稻米Cd阻控的有效方法.     

渝西地区镉轻度污染稻田安全利用技术

渝西地区是重庆市粮食主产区,区域土壤污染特征为以镉(Cd)为主的轻中度污染区.选择该区域酸性和钙质两类典型紫色稻田土壤,开展了低累积水稻品种联合钝化剂的田间原位修复试验,比较了水稻低累积品种常两优772联合使用硅钙肥、铁粉、生物质炭和秸秆有机肥4种钝化剂的修复效果.结果表明:①在酸性和钙质两类紫色稻田土壤上,除Fe粉外的其他3种钝化剂均提高了水稻稻谷产量,酸性紫色稻田土壤上以秸秆有机肥效果最好,增产47. 43%;而在钙质稻田土壤上则以生物质炭最好,增产23. 95%.②酸性紫色稻田土壤(p H=4. 75)上单纯低累积水稻品种不能满足水稻安全生产要求,联合钝化剂施用稻米Cd含量降幅为14. 81%～54. 88%,除硅钙肥外其他3种钝化剂稻米Cd含量均达到安全食用标准(0. 2mg·kg-1,GB 2762-2017);而钙质紫色稻田土壤(p H=7. 77)上不同处理稻米Cd含量在0. 012～0. 030 mg·kg-1之间,均未超过安全标准,但施用钝化剂(除生物质炭外)仍然可使稻米Cd含量降低,降幅为26. 67%～59. 00%.③钝化剂影响Cd在稻株体内的转运.以酸性土壤为例,硅钙肥可降低茎中Cd向糙米的转运,Fe粉和生物质炭可减少根部Cd的富集并降低茎中Cd向糙米的转运,秸秆有机肥可降低根系Cd向茎中的转运.④添加4种钝化剂均能促进土壤Cd向残渣态转化,降低土壤中有效Cd含量,进而降低了水稻各器官中Cd的积累.在酸性土壤中生物质炭对土壤Cd的钝化效果最好,钙质土壤中则是秸秆有机肥钝化效果最好.⑤酸性土壤上硅钙肥和秸秆有机肥显著提升了酸性土壤p H值和有机质含量,相应地土壤有效Cd含量降低了39. 45%和34. 69%;在钙质土壤上此现象则不明显.     

土壤调理剂对镉污染稻田修复效果

选用森美思、CCT01、矿物质和特贝钙这4种土壤调理剂,在萍乡地区受镉(Cd)污染稻田开展大田控镉试验,探讨4种调理剂对土壤pH、容重、有机质、速效养分、质地和微团聚体等理化性质及土壤有效态Cd和糙米Cd含量的影响.研究结果表明与对照相比,添加土壤调理剂提高了土壤pH值、容重和阳离子交换量;其中森美思和CCT01土壤调理剂使土壤粉粒和黏粒增加,砂粒减少,而矿物质和特贝钙土壤调理剂使粉粒和黏粒减少,砂粒增加;除CCT01土壤调理剂外,施用土壤调理剂增加了大粒级团聚体,而减少小粒级微团聚体.土壤调理剂对土壤理化性质的影响促进污染土壤中的Cd由活性高的形态向活性低的形态转化,从而降低了土壤有效态Cd含量(5. 21%～34. 78%)和糙米中Cd含量(51. 39%～68. 06%).相关性分析表明,糙米Cd含量与土壤有效态Cd和有效磷呈显著的正相关关系,而与土壤pH和容重呈显著的负相关关系.从土壤和糙米降镉率及对理化性质的影响考虑,特贝钙土壤调理剂修复效果最佳,其次是森美思和矿物质土壤调理剂.     

不同配比复合材料对农田镉污染土壤的修复效果

通过盆栽试验研究了3种不同配比复合材料SC(石灰+有机复混肥以2∶3配施)、LS(硫酸亚铁+石灰以1∶1配施)和LB(硫酸亚铁+生物炭以1∶1、1∶2、1∶3、1∶4和1∶5配施)在不同添加量下对土壤Cd的生物有效性、小麦各部位Cd累积分布及产量的影响.结果表明:①添加3种复合材料均显著降低了土壤有效态Cd含量,降幅分别为50. 2%～81. 8%(SC)、29. 4%～48. 1%(LS)和18. 7%～42. 2%(LB);添加3种复合材料显著提高了土壤pH值,增幅分别为1. 37～2. 28(SC)、0. 41～0. 86(LS)和0. 14～0. 17(LB)个单位.②Cd在小麦各部位的累积分布规律为根叶茎颖壳籽粒,小麦各部位对Cd的转运能力表现为根颖壳茎叶.③与对照相比,添加0. 67%的SC显著增产56. 4%,添加0. 67%的LS显著增产51. 2%;添加复合材料LB可显著提高小麦产量,增幅为39. 6%～51. 2%.④相关分析表明,土壤pH值与土壤有效态Cd、小麦各部位Cd含量呈显著负相关关系;土壤有效态Cd含量与小麦各部位Cd含量呈显著正相关,相关系数分别为0. 711(籽粒)、0. 817(颖壳)、0. 593(茎)、0. 630(叶)和0. 622(根);同时,小麦各部位Cd含量之间也存在显著或极显著正相关关系.⑤综合比较,添加0. 93%的SC使土壤pH增幅最大为2. 28个单位;土壤有效态Cd含量降幅最大为81. 8%.因此,添加0. 93%的SC最适用于农田Cd污染土壤的修复治理.     

高硒高镉区土地安全区划方法

湖北恩施地区土壤中硒资源非常丰富,但土壤中也存在一定程度的镉污染风险,为了科学地开发富硒资源,选择典型高硒高镉区恩施市沙地乡为研究对象,结合玉米镉硒吸收模型,提出土地安全区划方法.对比硒的健康效应对土地安全区划结果的影响发现,硒对镉的拮抗作用可以减少农耕区严格管控区面积,提高土地利用效率.结合研究区各类农作物中镉硒的含量特征,建议优先保护区及安全利用区大力发展富硒农产品,结构调整区种植玉米与茶叶.     

纳米氢氧化镁对不同类型土壤镉形态的影响

采用28 d室内连续培养实验,以纳米氢氧化镁和普通氢氧化镁（100、200和300 mg·kg^-1）为镉污染土壤钝化剂,研究了纳米氢氧化镁和普通氢氧化镁对不同类型镉污染土壤（1、5、10和15 mg·kg^-1）中镉形态的影响.结果表明,在中性土壤上,1、5、10和15 mg·kg^-1镉处理中土壤交换态Cd （EX-Cd）形态分布比例FDC为66.7%~81.8%,为土壤镉主要形态.土壤镉含量大小顺序为EX-Cd > 碳酸盐结合态Cd（CAB-Cd） > 残渣态Cd （RES-Cd） > 铁锰氧化态Cd （FeMn-Cd） > 有机结合态Cd （OM-Cd）.培养第14d时,土壤EX-Cd FDC达到最低值.培养0~28 d期间,在1、5、10和15 mg·kg^-1镉处理下,纳米氢氧化镁和普通氢氧化镁处理的土壤EX-Cd FDC较对照（CK）分别降低了11.4%~67.7%、7.8%~37.2%、7.7%~36.4%、5.0%~28.8%（纳米氢氧化镁）和0.5%~49.5%、0.6%~15.0%、1.0%~18.1%、0.7%~14.6%（普通氢氧化镁）.碱性土EX-Cd含量均在培养的第7 d时达到最低;酸性土在1、5和10 mg·kg^-1镉处理中土壤EX-Cd含量在第21d时达到最低值.纳米氢氧化镁和普通氢氧化镁均降低了中、酸、碱性土壤EX-Cd含量,且随氢氧化镁施加量的增加,土壤EX-Cd含量呈降低趋势.相同用量下,钝化土壤活性镉的效果以纳米氢氧化镁优于普通氢氧化镁.     

棉秆炭对碱性水稻土壤-水稻中镉迁移转化的阻控作用

为研究棉花秸秆生物质炭添加对碱性水稻土壤-水稻体系中镉迁移转化的影响,通过室外盆栽试验,以水稻品种特丰优2号为试验材料,在添加外源镉含量为0、1、4和8 mg·kg^-1的碱性水稻土中分别施入炭土质量比分别为0%、1%、2.5%和5%的棉花秸秆生物质炭,待水稻收获后,分析不同含量镉胁迫处理下,施用不同量棉秆炭对碱性水稻土壤pH、养分和水稻体内镉富集、转移情况及镉在土壤中的赋存形态的影响.结果表明：①添加棉秆炭可以显著提高土壤养分（P<0.05）,其中5%量的棉秆炭添加后,相比于对照组土壤有机质增加了25.74~47.53%,速效钾提高了3.16~4.25倍.②施用生物质炭可以显著降低土壤及水稻体内镉含量（P<0.05）,尤其5%量的棉秆炭施用后,Cd4和Cd8含量下糙米镉含量分别由0.31 mg·kg^-1和0.43 mg·kg^-1降低到0.15 mg·kg^-1和0.10 mg·kg^-1,达到国家标准范围.生物质炭可以显著降低镉在土壤-水稻体系的富集、转移系数,并使残渣态镉含量增多,弱酸提取态、可还原态、可氧化态镉含量显著降低（P<0.05）.③土壤pH、电导率和养分各指标与水稻体内镉含量和土壤中弱酸提取态、可还原态和可氧化态镉含量有极显著负相关关系,与残渣态镉含量呈正相关关系（P<0.05）.上述研究结果说明,棉秆炭的施用可增加土壤养分,对碱性水稻土和水稻体内镉的富集、转化有显著的阻控作用.     

外源亚精胺对As5+胁迫下水稻种子萌发和As吸收积累的影响

农田As污染对农作物生长有毒害作用,导致农作物产量降低、品质下降.研究了外源添加亚精胺(Spd)对As~(5+)胁迫下水稻种子萌发和幼苗生长的影响.结果表明,外源添加Spd能够促进As~(5+)胁迫下水稻种子的萌发过程,提高种子的发芽势和发芽率,促进幼苗根系生长.添加Spd可以不同程度地提高As~(5+)胁迫下水稻幼苗和根系中的抗氧化酶系统过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)的活性,降低水稻幼芽和根系中的丙二醛(MDA)含量.当As~(5+)浓度为25μmol·L~(-1)时,添加500μmol·L~(-1)和1 000μmol·L~(-1) Spd使水稻根系中的MDA含量比对照处理分别降低12.3%和31.3%,水稻幼芽CAT活性分别提高105.1%和101.4%,水稻根系CAT活性分别提高29.9%和57.1%.添加Spd也影响水稻对As的吸收积累.当As~(5+)浓度为25μmol·L~(-1)时,添加500μmol·L~(-1)和1 000μmol·L~(-1) Spd导致水稻幼芽As含量与对照相比分别降低69.4%和75.1%,水稻根系As含量分别降低7.6%和24.4%.Spd可以有效地缓解As~(5+)对水稻的毒害作用.     

微纳米粒径生物炭的结构特征及其对Cd2+吸附机制

为探究不同微纳米粒径生物炭的结构特性和对Cd²⁺吸附性能的影响.通过筛分法和球磨法制备不同粒径（180~250、50~75和≤20 μm,分别表示为BC-1、BC-2和BC-3）玉米秸秆生物炭,利用元素分析、激光粒度分析、SEM、BET、FTIR和XPS等手段对生物炭的结构进行了表征,采用静态吸附实验研究了不同初始Cd²⁺浓度、吸附时间和pH条件下生物炭对Cd²⁺的吸附行为与机制.结果表明,随粒径减小,生物炭表现为pH值和Zeta电位均下降、芳香性和极性降低、比表面积和孔体积增大.不同粒径生物炭对Cd²⁺的吸附动力学符合准二级动力学模型,以化学吸附为主,其平衡时间依次为：BC-1（540 min）>BC-2（360 min）>BC-3（80 min）.Langmuir模型能更好拟合Cd²⁺在不同粒径生物炭上的吸附等温过程（R²>0.97）,Cd²⁺最大吸附量随粒径减小而增大,表现为：BC-3（74.43 mg ·g^-1）>BC-2（45.71 mg ·g^-1）>BC-1（44.59 mg ·g^-1）.生物炭吸附Cd²⁺主要机制有静电吸引、表面络合和阳离子-π作用.     

岩溶区不同母质土壤Cd地球化学特征及玉米籽实Cd含量预测

碳酸盐岩风化形成的Cd自然高背景值区一直以来都备受关注,但由于岩溶区不同母质土壤的理化性质、 Cd含量和生物有效性存在显著差异,导致利用土壤Cd总量对耕地进行环境质量分类存在一定的局限性.通过系统采集典型岩溶区残坡积母质和冲积母质表层土壤及玉米样品,分析玉米Cd、土壤Cd、 pH和氧化物等指标,揭示了不同母质土壤Cd地球化学特征及其生物有效性的影响因素,并基于预测模型提出科学有效的耕地利用区划建议.结果表明,岩溶区不同母质土壤理化性质分异明显,冲积母质土壤Cd含量较低,但生物有效性高,玉米籽实Cd超标率高.玉米籽实Cd生物富集系数与土壤CaO、 pH、 Mn和TC呈极显著负相关关系,相关系数分别-0.385、-0.620、-0.484和-0.384.与多元线性回归预测模型相比,采用随机森林模型预测玉米Cd富集系数的准确度更高.研究结果提出了一种基于土壤Cd和预测农作物籽实Cd含量的地块尺度耕地安全利用新方案,充分利用耕地资源,确保农作物安全.