重庆市煤矸山周边农产品镉健康风险评价及土壤环境基准值推导

以重庆市煤矸山周边农用地土壤和农产品（玉米和水稻）为研究对象,测定土壤和农产品（玉米和水稻）中Cd含量,评估摄入农产品（玉米和水稻）对人体的潜在健康风险,并基于物种敏感性分布法（SSD）推导土壤环境基准值.结果表明,重庆煤矸山周边旱地土壤Cd含量超风险筛选值的点位占55.8%,水田土壤Cd含量超风险筛选值的点位占31.6%,土壤Cd以较高生态危害和高生态危害为主,分别占47.4%和36.8%.玉米Cd含量超标点位占4.4%,水稻Cd含量均未超标.健康风险评价表明因食用玉米和水稻摄入Cd的非致癌健康风险可忽略,食用玉米摄入Cd存在可耐受致癌健康风险,食用水稻摄入Cd存在不可耐受致癌健康风险,且玉米和水稻Cd含量敏感度最高.SSD推导出煤矸山周边旱地土壤在pH≤5.5、5.57.5时Cd的环境基准值分别为0.491、0.382、0.376和0.588 mg ·kg^-1,水田土壤Cd的环境基准值为0.807 mg ·kg^-1.水田土壤和旱地土壤pH≤7.5时,现行土壤标准（GB 15618-2018）相对偏严;旱地土壤pH>7.5时,现行土壤标准（GB 15618-2018）相对偏宽松.应加强煤矸山周边土壤Cd污染防治和农产品安全利用研究,并对土壤Cd环境基准值进行适当调整.     

土壤中磺胺二甲嘧啶赋存对水稻生长的影响

为探究土壤中残留抗生素对植物生长的影响,选取土壤中检出率较高的磺胺类抗生素磺胺二甲嘧啶作为外源污染物,分析水稻苗期和成熟期生长指标、根系和叶片生理生化指标、水稻各器官中抗生素残留量和富集转运因子的变化特性,并评价水稻籽粒中残留磺胺二甲嘧啶的健康风险.结果表明,磺胺二甲嘧啶对水稻株高和生物量的抑制作用存在于整个生长周期中,且苗期的影响大于生长成熟期,根部受到的影响大于苗部.苗期秧苗根系活力、硝酸还原酶活性和叶片叶绿素含量受到随抗生素含量增加而增大的抑制作用,而抗氧化酶活性的变化趋势表现出不同特征,具体为超氧化物歧化酶活性增强、过氧化氢酶和过氧化物酶先被激活后被抑制.磺胺二甲嘧啶在水稻各器官中的积累量表现为：根>叶>茎>籽粒,且水稻籽粒的抗生素风险评估结果显示EDI/ADI<0.1,不构成健康风险.生长成熟期土壤中磺胺二甲嘧啶对水稻富集因子和转运系数的影响大于苗期.综合磺胺二甲嘧啶对水稻的不利影响,在水稻种植中施加畜禽粪便作为有机肥和使用养殖水进行农田灌溉时,需要关注磺胺二甲嘧啶的生态效应,保障水稻等作物的安全生产.     

稻田落干过程砷甲基化效率变化与关键影响因素分析

研究稻田落干过程砷甲基化效率变化规律,分析关键环境和生物因素的影响,为今后水稻直穗病防控提供科学依据.开展室内培养模拟稻田落干过程,以采集自贵州兴仁（XR）和广西南丹（ND）的两种砷污染水稻土壤为供试土壤,各土壤设置添加（RS）和不添加（CK）水稻秸秆处理,分析自然落干0、24、36、48和60 h过程中Eh、pH、孔隙水总有机碳（TOC）、砷形态、砷甲基化功能基因（arsM）、硫酸盐还原菌（dsrA,砷甲基化相关微生物）、产甲烷菌（mcrA,砷去甲基化相关微生物）丰度和arsM功能微生物多样性变化.稻田落干过程土壤Eh由完全淹水状态下的-300~-200 mV向落干后的-150~-50 mV变迁,而pH值变化规律不明显;孔隙水无机砷（iAs）和二甲基砷（DMAs）浓度随落干过程变化更为显著,总体呈现增加趋势,且RS处理DMAs浓度显著高于CK,ND土壤孔隙水比XR土壤孔隙水DMAs浓度更高;随落干时间延长,XR-CK和XR-RS处理土壤砷甲基化效率有一定提升,但变化不显著,而ND-CK和ND-RS处理土壤砷甲基化效率显著增加.当培养为60 h时,ND-CK和ND-RS处理砷甲基化效率相比培养初期分别提高约61.8%和23.2%;随落干时间延长arsM和dsrA基因拷贝数明显增加,而mcrA基因拷贝数显著下降.秸秆添加后显著提高全细菌和arsM、dsrA和mcrA基因丰度;进一步基于多因素方差分析和冗余分析发现,供试土壤、秸秆添加、落干时间和其交互作用对于各砷形态、砷甲基化效率和关键基因丰度变化影响显著,TOC、Eh和砷甲基化相关基因与甲基态砷呈正向关联,而与无机砷iAs呈负向关联;基于arsM微生物测序发现,伴随落干过程还发生着砷甲基化功能微生物群落的更替.研究结果有助于提升稻田落干过程中砷甲基化变化的理论认知,为今后水稻直穗病科学防控提供指导.     

长期施肥下水稻根际和非根际土壤微生物碳源利用特征

以红壤丘陵区典型稻田长期定位施肥试验土壤为研究对象,选取不施肥(CK)、化肥(NPK)、秸秆还田+化肥(NPKS)、30%有机肥+化肥(LOM)和60%有机肥+化肥(HOM)这5种处理,研究长期不同施肥条件下水稻根际和非根际土壤微生物碳源利用特征.基于~(18)O-H_2O示踪的结果表明,土壤微生物量碳(MBC)和微生物生长速率(CGrowth)均以HOM处理最高,CK处理最低.根际土中,土壤微生物基础呼吸速率以HOM最高,CK和NPK最低;微生物碳源利用效率(CUE)以NPK最高,LOM和HOM最低.非根际土中,不同施肥处理的基础呼吸速率和CUE均无显著差异. MicroResp~(TM)结果显示,非根际土中微生物对外源碳源代谢能力高于根际土.施用有机物料(秸秆或有机肥)均能提高微生物对羧酸类、氨基酸、碳水化合物的代谢速率,且土壤微生物利用羧酸类碳源的活性最高,其次为氨基酸类和碳水化合物类碳源,对复杂化合物的代谢速率较低. RDA分析表明,微生物对不同碳源代谢情况的聚类总体以根际土与非根际土分开,CK与施肥处理分开,且NPK与NPKS相对聚集,LOM与HOM相对聚集,NPK、NPKS与LOM、HOM分开,即不同施肥处理显著改变土壤微生物对外源碳源代谢特征.结果表明,施肥未改变微生物CUE和基础呼吸速率,但有外源碳源输入(如根系分泌物)的情况下,施用有机物料增加基础呼吸、降低CUE.     

改良剂对根际土壤-水稻系统中镉运移的影响

稻田镉(Cd)污染治理是我国目前农田重金属污染治理的重点和难点.铁的氧化还原过程对Cd在土壤-水稻系统中的运移发挥着极其重要的作用.从铁循环调控入手,研发阻控稻米Cd累积的钝化技术及产品,势必能为农田重金属污染治理提供新的解决途径.本研究以自主研发的改良剂为对象,通过野外田间试验,研究改良剂对Cd从根际土壤向根表铁膜迁移及在水稻不同组织器官间转运的影响,探索铁循环影响Cd在根际土壤-水稻系统中运移的机制.结果表明,改良剂施用促进了根际土壤中铁硫化物的形成,其与Cd共沉淀显著减少了分蘖期、拔节期和灌浆期根际土壤中乙酸铵浸提态Cd(NH4AcCd)的含量;成熟期排水烤田致使铁硫化物被氧化,其对Cd的释放显著增大了根际土壤中NH4Ac-Cd的含量;铁硫化物形成减弱了Fe(Ⅱ)从根际土壤向根表的迁移能力,铁膜中铁(DCB-Fe)的含量随之减小,铁膜对Cd的吸附能力减弱导致分蘖期和灌浆期铁膜中Cd(DCB-Cd)的含量显著减小;改良剂施用有效减弱了根系对Cd的转运能力,增大了拔节期、灌浆期和成熟期Cd在根系的分布比例,而减少了拔节期、灌浆期和成熟期Cd在茎叶、以及成熟期Cd在糙米中的分布比例.本研究成果将为后期改良剂的研发及应用提供理论依据,对解决稻田Cd污染治理难题具有重要意义.     

硅酸钾及其与锰硫配施防控水稻复合重金属污染的效果

由于不同重金属的土壤化学性质迥异,同步钝化土壤复合重金属成为土壤污染修复亟待解决的瓶颈问题. 采用土壤盆栽试验,以自然Cd、Pb、Cu、As复合污染土壤为研究材料,设置空白对照(CK)和调理剂对照(石灰石)两个对照,研究了3种硅基调理剂〔(硅酸钾、锰-硅酸钾(氯化锰10%+硅酸钾90%)、硫-硅酸钾(硫氢化钠2.5%配施+硅酸钾97.5%)〕对土壤重金属形态转化,水稻吸收Cd、Pb、Cu、As和养分元素,以及水稻生长和抗氧化胁迫反应的影响. 结果表明:3种硅基土壤调理剂的降Cd效果均显著高于调理剂对照(石灰石). 与空白对照(CK)相比,硅酸钾、锰-硅酸钾和硫-硅酸钾3种硅基调理剂糙米Cd含量分别显著(P<0.05)降低30.0%、45.5%和35.7%,糙米Pb含量分别显著(P<0.05)降低56.6%、62.6%和37.1%,其中锰-硅酸钾配施降Cd、降Pb效果最佳,但3种调理剂降Cu和降As效果不显著. 各调理剂均能促进水稻的生长、养分吸收和抗氧化能力,提高土壤pH,降低土壤可交换态Cd、Pb比例. 研究显示,硅酸钾及与锰、硫配施均能显著降低糙米中的Cd、Pb含量并促进作物生长,可用于水稻Cd、Pb复合污染防控.      

江浙地质高背景区土壤-水稻系统重金属迁移富集特征研究

为了解地质高背景区农田土壤的重金属富集及迁移特点,该文对2种不同地质高背景（江苏玄武岩区和浙江黑色页岩区）农田土壤及水稻籽实中元素（Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、As）分布特征进行分析;研究2个地区土壤-水稻系统中重金属迁移富集差异及主要影响因素,并结合土壤基本理化性质和有效态重金属建立对水稻籽实中主要重金属含量的预测模型。研究结果表明,Cd是江浙地质高背景区农田土壤中暴露风险最高的重金属元素,其中重金属元素Zn、Cu、Cd的生物富集因子最高,Ni和As相对较高,Cr和Pb最低,江苏玄武岩区农田土壤中Ni的迁移能力较强而浙江黑色页岩区Cd的迁移能力较强。土壤pH、CaO和Fe2O3等理化性质是影响农田土壤中重金属迁移能力的关键因素。回归预测模型表明,水稻籽实中重金属累积受到pH、CEC、黏土矿物和碳酸盐矿物的显著影响,而EDTA提取的有效态重金属更容易在水稻籽实中迁移富集。     

两种土壤增效剂对稻田氨挥发排放的影响

硝化抑制剂和生物炭是农田土壤管理常用的土壤增效剂.其中,硝化抑制剂可以增加作物产量提高氮素利用率,而生物炭是生物质资源利用的一种新方式,且具有一定的吸附特性.以减少稻田氨挥发带来的氮素损失及环境污染问题为目的,在原状土柱模拟试验条件下,以单施化肥处理(CN)为对照,研究了生物炭(B)添加、硝化抑制剂(CP)添加及复合添加处理(BCP)对田面水p H、田面水铵态氮浓度、水稻产量及氨挥发损失的影响.结果表明,两种增效剂施用对水稻产量无显著影响,硝化抑制剂添加有增加水稻产量的趋势.两种土壤增效剂添加均显著增加了稻田氨挥发损失,损失量占施氮量的25%～35%.其中,肥期(施肥后7 d内)氨挥发损失占总损失的86%～91%,是氨挥发损失的主要时期.与CN处理相比,CP处理明显提高了田面水NH_4~+-N浓度和氨挥发损失,基肥期、穗肥期和非肥期增加效应明显,氨挥发增幅分别为138%、48%和78%,全生育期氨挥发总损失量增加59%.生物炭添加对稻田氨挥发损失也有明显的促进效应,且具有阶段性特征,前期(基肥期和蘖肥期)的增加效应高于后期(穗肥期和穗肥后),田面水NH_4~+-N浓度和p H也表现出相同的趋势.两者配施添加处理显现出了正交互作用,氨挥发损失量大于单施处理,与化肥处理差异显著.结果说明,生物炭添加不能解决硝化抑制剂添加引起的铵态氮浓度升高和氨挥发损失增加的问题,对于硝化抑制剂添加引起的氨挥发损失增加的问题需要继续研究.     

γ—BHC在稻田土壤和水稻上的残留及异构化

γ－ＢＨＣ在稻田壤和水稻上有不同程度异构化为α、β、δ－ＢＨＣ的趋势，但强度不大，其异构化程度随土壤的基本理化性状和水稻植株各部位的差异而不同。由此推在正常使用的情况下，γ－ＢＨＣ不至于因其异构化而构成对农田土壤与水稻的污染危害。     

2种形态稀土在水稻幼苗体内的富集规律研究

研究Ｌａ、Ｇｄ、Ｙ轻、中、重稀土离子和稀土－ＥＤＴＡ配合物２种不同形态稀土元素的根、茎叶中的富集规律,结果表明,在实验浓度范围内,水稻的根及茎叶对稀土元素的培养液叶中的稀土含量呈正相关;稀土的离子形态为根利用的有效形态,其在水稻幼苗中的分布为根〉茎叶,当以稀土－ＥＤＴＡ配合态存在时,其在根部富集明显低于离子态,在茎叶中富集则显著增大,显示出稀土－ＥＤＴＡ配合态为植物茎叶利用的有效形态。