控源及改良措施对稻田土壤和水稻镉累积的影响

为研究稻草移除/还田、截断大气沉降、清洁水灌溉和石灰调控等途径对土壤和水稻镉(Cd)累积的影响,于2016年4~10月在湘潭、醴陵和株洲选择典型Cd污染稻田开展田间小区综合试验.结果表明,各处理对土壤Cd总量无显著影响.石灰调控下土壤pH平均提高了0.87个单位,土壤中有效态Cd含量平均降低了33.7%,水稻根、茎叶和糙米Cd积累量分别降低了47.9%、46.7%和54.8%,水稻根、茎叶和糙米Cd富集系数均显著低于对照;清洁水灌溉和截断大气沉降对土壤pH的影响整体略呈上升趋势,分别上升了0.44和0.49个单位,土壤有效Cd含量分别降低了18.2%和14.5%,水稻根、茎叶和糙米Cd积累量比对照分别降低了32.6%、24.2%、18.0%和17.6%、11.3%、25.4%.然而,稻草还田对晚稻土壤pH影响情况不明显,但土壤中有效态Cd含量上升了6.1%,水稻植株Cd积累量也整体呈上升趋势.上述研究结果表明,通过施用灌溉清洁水和截断大气沉降源、稻草移除、石灰等措施可以确保中轻度Cd污染稻田水稻安全利用.     

镉超富集植物筛选研究进展

我国金属矿山、冶炼企业周边土壤镉污染现象十分严重,利用超富集植物修复镉污染土壤有其特殊优势。植物修复方法的关键是选择对镉有耐性和有超富集特性的植物——超富集植物。概述了超富集植物的概念和特征,并对镉超富集植物的筛选工作进展进行了综述。     

水稻品种及典型土壤改良措施对稻米吸收镉的影响

水稻镉污染是我国当前重要的农产品安全问题,湖南攸县"镉大米"事件造成了严重的社会影响.针对南方酸性土壤镉污染特征,进行了"镉大米"治理技术研究.结果表明,当地主栽水稻品种株两优06的稻米Cd含量在大同桥和网岭镇的平均值分别为0.167 mg·kg-1和0.127 mg·kg-1,为其它品种的20%左右;石灰和矿物肥处理能够使稻米Cd含量降低到对照的20%~30%,覆膜处理使稻米Cd含量与对照相比降低约50%,而覆膜+生物炭+硅肥叶面肥处理能够降低80%左右,硅肥叶面肥单独施用及叶面肥和追肥配合施用能够显著降低稻米中的Cd含量90%以上;BCR法分析土壤Cd形态结果发现,供试大田土壤中Cd的弱酸可提取态比例较高,绝大多数样品达到55%以上,而施用石灰能够显著降低土壤中的弱酸可提取态和可还原态比例,增加残渣态比例,变化幅度达到20%左右;土壤Cd含量与p H值是影响稻米对Cd吸收的重要因素.     

稻田土壤性质与稻米镉含量的定量关系

水稻是高累积镉（Cd）的农作物,其吸收累积Cd的量受多种因素影响.为明确田间条件下,土壤中Cd含量和土壤性质与稻米Cd含量的定量关系,在水稻收获时通过对60个不同田块的土壤和稻谷进行点对点采样,分析土壤Cd含量、土壤pH值、土壤有机质（SOM）、土壤阳离子交换量（CEC）和稻米中Cd含量,并通过线性相关与多元回归分析,研究Cd污染稻田土壤性质与稻米Cd含量的定量关系.结果表明：所采稻田土壤Cd含量范围为0.15~2.54 mg·kg^-1,其对应的稻米Cd含量范围为0.02~2.00 mg·kg^-1;简单线性相关分析表明,土壤全Cd含量与水稻籽粒Cd含量达到了极显著相关水平（P<0.01）,相关性系数r=0.392（n=60）;土壤pH、有机质（SOM）和阳离子交换量（CEC）对稻米Cd含量也有一定的影响,但未达到显著水平;土壤pH与稻米Cd含量的关系呈现为：当pH小于6.5时,稻米Cd含量随着pH的升高而增加,当pH大于6.5时,稻米Cd含量随着pH的升高而降低.将土壤全Cd含量、土壤pH、有机质（SOM）、阳离子交换量（CEC）与稻米中Cd含量进行多元回归分析,得到5个稻米中Cd含量预测方程,其相关系数r均达到极显著水平（P<0.01）,其中包括全部变量在内的预测方程的相关性系数最高,可以较好地预测此地水稻籽粒中Cd含量.     

绿色合成纳米氧化铁对污染土壤中镉的钝化研究

虽然绿色合成纳米材料已成功地用于去除废水中的重金属,但利用绿色合成纳米材料钝化土壤中重金属的报道很少.本文利用植物叶提取液制备纳米氧化铁(GION),并将其用于钝化土壤中重金属镉的研究,观察中、短培养周期下对镉钝化的稳定性.实验室条件下设置50%田间最大持水量培养,对照、1%、3%、9%GION 4个处理.分别于第60、120 d采样分析土壤中镉、pH、铁、酶等相关指标的变化.结果表明,GION对土壤中镉有较好的钝化效果,60 d与120 d之间有效态镉的含量无显著差异,说明GION对土壤中镉的钝化作用随时间增长相对稳定.120 d的数据显示,相比对照组,1%、3%、9%GION处理下有效态Cd(0.1 mol·L~(-1) CaCl_2)分别降低了19.1%、16.7%、66.7%,交换态Cd(Tessier法)分别降低了12.5%、18.8%、56.3%.GION能够显著提高土壤的pH和铁的含量.pH提高能够显著降低Cd的有效性.(NH_4)C_2O_4-Fe则分别增加了0.7、1.1、1.9倍,DCB-Fe分别增加了0.4、2.9、6.0倍.另外,随培养时间的延长,(NH_4)C_2O_4-Fe和DCB-Fe增加而HCl-Fe~(2+)含量降低.说明GION影响土壤中铁物种的活性,增强其生物化学过程而转化为更加稳定的形态,该过程将改变镉在土壤中的赋存形态.通过扫描电镜-能谱(SEM-EDS)发现,GION处理残渣态中Fe的含量远高于对照组,说明镉可能随铁进入残渣态.土壤中脲酶和转化酶活性升高而过氧化氢酶则没有显著的变化.该结果说明GION降低了土壤中镉的生物有效性,土壤得以恢复,从而提升了土壤酶活性.综上所述,GION具有环境友好的特点,且对镉具有稳定的钝化作用,可作为一种良好的中低污染重金属污染土壤的修复剂.     

鸟粪石-沸石复合材料对水中镉的吸附性能研究

研究以氧化镁负载沸石回收污水中氮磷得到的鸟粪石-沸石复合材料(STR-NZ)为吸附剂,用于对水体中重金属镉的吸附去除.实验采用SEM-EDS、XRD和FTIR等手段对STR-NZ材料进行表征,并考察了投加量、初始pH和反应时间等对STR-NZ材料去除水中Cd~(2+)的影响.结果表明:氧化镁负载沸石材料主要以鸟粪石沉淀的方式实现对水中磷酸盐和氨氮的回收;STR-NZ对水溶液中Cd~(2+)的吸附量随pH的增大呈先增加后趋于平衡的趋势,当Cd~(2+)的初始浓度为50 mg·L~(-1)时,STR-NZ的最佳投加量为0.2 g·L~(-1),Cd~(2+)最大吸附量为249.35 mg·g~(-1), STR-NZ对Cd~(2+)的吸附动力学符合准二级动力学模型,对Cd~(2+)的等温吸附符合Langmuir等温吸附模型,STR-NZ主要通过Cd_5(PO_4)_3(OH)沉淀的方式实现对水中Cd~(2+)的去除.     

Fe-Al改性硅藻土与CaO配施改良Cd污染土壤

以人工模拟Cd污染土壤为研究对象,以Fe-Al改性硅藻土和CaO为原料制备组配改良剂,通过土壤培养试验研究了Fe-Al改性硅藻土与CaO不同配比对组配改良剂改良Cd污染土壤效果的影响.结果表明,向Cd污染土壤施加Fe-Al改性硅藻土与CaO以不同配比所制得组配改良剂对土壤Cd形态、pH值、CEC值、OM值、含水率、有效氮、速效磷、有效钾均产生了积极的影响.当Fe-Al改性硅藻土与CaO的配比为1：6时,土壤可交换态Cd含量较空白对照降低了74.67%,较单一施加Fe-Al改性硅藻土和CaO分别降低了64.63%和7.87%,与对照相比,土壤pH值提升了0.45,土壤CEC提升了69.78%,土壤有效氮、速效磷分别提升了28.57%、70.85%.Fe-Al改性硅藻土与CaO配施能有效控制土壤Cd污染,同时还可有效改善土壤耕作性能.     

3种海洋硅藻藻粉吸附水中镉离子特性研究

利用3种海洋硅藻(角毛藻、菱形藻、海链藻)干粉对水中重金属镉离子进行吸附.实验结果表明,3种海洋硅藻对Cd~(2+)的吸附容量在一定范围内均与吸附时间、Cd~(2+)初始浓度和温度3个变量分别呈正相关关系.3种硅藻干粉对Cd~(2+)的吸附均很好地符合Pseudo二级动力学模型;吸附等温数据均更符合Langmuir等温吸附;在不考虑温度对吸附焓和吸附熵影响的前提下,计算得到的3种海洋硅藻的ΔG值均小于0.以上结果表明,3种海洋硅藻对Cd~(2+)的吸附过程是一个自发进行、有化学吸附参与的以单分子层吸附为主的吸附过程.角毛藻、菱形藻和海链藻最大实验吸附容量分别为275.25、303.75和224.36 mg·g~(-1),大大高于已报道各类生物吸附剂.以吸附容量最大的菱形藻干粉为吸附剂,考察实际水体中可能存在物质对其吸附性能的影响.结果表明,菱形藻对Cd~(2+)的吸附容量随着溶液中盐(Na Cl、Ca(NO_3)_2、Mg(NO_3)_2)浓度和浊度的增加而下降,而随着腐植酸浓度的增加不断升高.最后,利用HCl对吸附Cd~(2+)后的菱形藻进行解吸附再生实验,结果表明HCl可有效解吸菱形藻上的Cd~(2+),实现Cd~(2+)的脱附回收.     

一株耐镉链霉菌的筛选、鉴定与基本特性分析

微生物在重金属污染治理中具有重要作用.采用微生物纯培养技术从镉污染土壤中分离获得一株在液体培养基和固体培养基中能够分别耐受45 mmol·L~(-1)和50 mmol·L~(-1)Cd~(2+)的细菌,通过形态学、生理生化及分子鉴定,初步鉴定该菌株属于链霉菌(Streptomyces sp.),命名为Streptomyces sp.strain Cd TB01.进一步实验结果表明,耐镉链霉菌Streptomyces sp.strain Cd TB01的优化培养条件为:马铃薯蔗糖培养基,在250m L的三角瓶中装液量为90 m L,培养温度30℃,初始pH=6.0,接种量6.0%,NaCl质量分数0%;湿菌体吸附Cd~(2+)的优化条件为:温度30℃,pH=8.0,NaCl质量分数1.0%,Cd~(2+)浓度500 mg·L~(-1),吸附率为44.78%;干菌粉吸附Cd~(2+)的优化条件为:温度30℃,pH=9.0,NaCl质量分数0%,Cd~(2+)浓度100 mg·L~(-1),吸附率达到70.45%.说明链霉菌Streptomyces sp.strain Cd TB01在重金属污水处理中具有广阔的应用前景.     

土壤微生物活性对石油原油、铅镉及其复合污染的响应

随着工农业生产的迅猛发展、石油原油及重金属等原材料的广泛开采与使用,使石油原油、重金属及其复合污染日趋加重,对环境及人类的危害也越来越大.采用室内培养试验,利用人工模拟污染土壤,研究石油原油、铅镉及其复合污染胁迫对土壤微生物活性的影响.试验设置4个处理:1新鲜土壤(S)作为对照;21000 mg·kg~(-1)石油原油污染土壤(SP);3500 mg·kg~(-1)铅和50 mg·kg~(-1)镉污染土壤(SH);41000mg·kg~(-1)石油原油污染、500 mg·kg~(-1)铅和50 mg·kg~(-1)镉复合污染土壤(SPH).结果表明:与对照相比,SH、SP、SPH处理土壤基础呼吸强度最高分别增加约100.99%、36.61%、25.80%,铅镉污染(SH)对土壤基础呼吸影响最显著,反映出重金属污染对土壤基础呼吸的激活作用最强;石油原油污染(SP)与石油原油及铅镉复合污染(SPH)刺激土壤微生物量碳增加,SP处理最高增加了90.25%,而铅镉污染(SH)则使土壤微生物量碳减少.不同土壤酶对污染处理的响应不同,其中,石油原油污染(SP)对FDA水解酶及脱氢酶活性表现为激活作用;石油原油或石油原油及铅镉复合污染(SP、SPH)对脲酶及过氧化氢酶活性主要表现为激活作用,而铅镉污染(SH)对脲酶及过氧化氢酶活性主要表现为抑制作用.该研究表明,石油原油及铅镉复合污染对土壤微生物活性的影响与石油原油或铅镉污染的影响不同,它们之间存在着明显的交互作用.