稻田土壤砷、镉复合污染阻控技术研究进展

砷（As）和镉（Cd）是稻田土壤中最常见的有毒有害重金属元素,且易从土壤迁移到水稻籽粒中.目前,我国稻田土壤中As和Cd及其复合污染现象普遍,对粮食安全和人体健康均构成了严重威胁.As和Cd在土壤中的环境行为相反,对As-Cd复合污染的同步治理是当前水稻安全生产的关键技术难点.通过综述近年来同步阻控水稻对As和Cd吸收以及转运的若干实用技术,包括水分管理、钝化技术、淋洗技术、电动修复技术、植物修复技术、低累积水稻品种的选取以及叶面阻控技术,归纳并分析了各种技术的处理效果、作用机制和制约因素,提出了主要阻控技术的发展方向,指出构建区域高适配性综合技术模式的重要性,以期为稻田As-Cd复合污染治理和水稻安全生产提供参考.     

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.     

贵阳市某蔬菜地养殖废水污灌土壤重金属、抗生素复合污染研究

养殖废水灌溉农田易造成重金属、抗生素复合污染,从而引发环境健康风险.对贵阳市乌当区长期污灌蔬菜地土壤进行调查研究,探究长期污灌条件下土壤重金属、抗生素复合污染状况.同时,采用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)对Zn、Cd、Pb、As和Cr含量进行测定,采用超声波提取,固相萃取-高效液相色谱-串联质谱分析的方法对抗生素进行测定.结果表明,与对照组比较,污灌土壤Cd呈积累趋势,Zn、Pb、As含量降低,Cr含量变化不大.Zn、Cd、Pb、As和Cr的污染指数分别为0.59、2.20、0.21、0.86、0.27,Cd达到中度污染水平.污灌土壤Cd、Pb以可还原态为主,Zn、As、Cr以残渣态为主,与对照相比,污灌土壤可还原态重金属普遍升高,其中,可还原态Cd从5.56%增加至57.2%,可还原态Pb从34.5%增加至52.3%.污灌土壤中四环素类、磺胺类和喹诺酮类抗生素含量明显增加,总量范围分别为0.14~15.8、0.26~8.03、0.31~32.8μg·kg~(-1),未污灌对照土壤的四环素类、磺胺类未检出,喹诺酮类含量为0.77~1.13μg·kg~(-1).相关分析结果显示,重金属Pb和Zn与3类抗生素呈正相关关系,存在复合污染现象,而Cd、As和Cr与抗生素之间没有显著的相关关系.     

镧改性生物炭对砷、镉的吸附特征研究

为研究改性生物炭对砷镉复合污染水体中镉和砷的吸附特征。本研究以牛粪、污泥、竹屑三种不同原料制备生物炭,利用镧(La)对生物炭进行改性,并采用元素分析、扫描电镜、傅里叶变换红外光谱和X射线光电子能谱等分析手段对改性前后的生物炭进行表征,结合等温吸附实验及吸附动力学实验,对比各生物炭对As (V)、Cd (II)的吸附性能并探讨其内在机理。结果表明,竹屑炭(BB)的芳香性大于牛粪炭(CB)和污泥炭(SB)。La改性使三种生物炭在热解过程中形成了酮类、酯类、羰基等含氧官能团,并在表面引入羟基。X射线光电子能谱结果显示La以氢氧化物的形式负载在生物炭表面。各生物炭对Cd (II)、As (V)的吸附符合准二级吸附动力学和Langmuir等温吸附方程。La改性生物炭对As (V)的最大拟合吸附量达到3.47～4.51 mg/g,显著高于未改性生物炭(1.82～2.50 mg/g)(p<0.05)。在As (V)、Cd (II)吸附过程中,La改性生物炭表面的La与As (V)发生络合反应,同时Cd (II)与镧基氢氧化物发生配体交换,生成Cd (OH)₂沉淀。本研究证明了La改性有效提高了生物炭对As (V)、Cd (II)同时吸附的能力。     

增温和锌复合作用对菠菜富集多环芳烃的影响

目前有关增温和重金属复合作用对植物富集疏水性有机物的影响研究还鲜有报道.本文通过构建土壤-大气-植物密闭微宇宙,分析土壤、大气和植物中多环芳烃（Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs）的浓度及土壤中PAHs降解菌基因的拷贝数,进而探究增温（+6℃）和锌胁迫（100~600 mg·kg^-1）及两者复合作用对菠菜富集4种氘代PAHs及其致癌风险的影响.结果表明,增温使菠菜根部中PAHs的浓度降低了1.5%~20.4%,这是由于增温促进了土壤中PAHs的生物降解,进而导致PAHs自由溶解态浓度降低;另外,增温也降低了根部脂肪的含量,从而降低PAHs在根部的富集作用.然而,菠菜根部中PAHs的浓度随土壤中锌浓度的增加而增加,且增加比例为1.2%~91.7%,这主要是因为锌抑制了土壤中PAHs的降解,进而增加了PAHs的自由溶解态浓度;另外,锌胁迫还增加了菠菜根部细胞膜的通透性,进而促进根部吸收PAHs.增温和锌胁迫条件下,菠菜茎叶中PAHs的浓度分别降低了7.3%~51.1%和增加了3.0%~76.9%,与对根部富集PAHs的影响一致,这归因于茎叶中的PAHs主要来源于根部的向顶运输而非大气的茎叶吸收.增温和锌复合作用对菠菜富集PAHs具有拮抗作用,这是因为两者对土壤中PAHs的生物降解具有相反的影响.在无外源PAHs输入下,增温和锌胁迫分别会降低和增加PAHs的总致癌风险.     

氮素对苜蓿植物修复垃圾堆场镉-多环芳烃复合污染土壤及土壤细菌群落结构的影响

面向我国村镇垃圾存量治理的需求,非正规垃圾填埋场的治理是关键.但目前对富含氨氮的垃圾堆场重金属有机污染物复合污染土壤植物修复效率的研究尚少见报道.选取耐性植物紫花苜蓿,通过盆栽试验研究不同施N水平处理（0、10和50 mg ·kg^-1）对Cd-PAHs复合污染土壤植物生长、污染物的去除及土壤细菌群落结构的影响,以此评估N在植物修复垃圾堆场污染土壤过程中的作用.结果表明,高污染条件下［ω（Cd）为10 mg ·kg^-1和ω（PAHs）为400 mg ·kg^-1］,苜蓿生物量随施N水平的提高而增加,分别为不加N处理的6.0和6.3倍;低污染条件下［ω（Cd）为1 mg ·kg^-1和ω（PAHs）为100 mg ·kg^-1］,低N水平处理能促进苜蓿的生长,但差异不显著,而高N水平处理显著抑制其生长.植物修复中,苜蓿对低污染组中Cd的修复效率在5.58%~7.49%,N的添加显著提高高污染组中苜蓿修复效率,由0.95%提高至3.02%;与菲（Phe）相比,N对土壤中芘（Pyr）去除的促进作用更明显.此外,苜蓿可促进土壤中Phe和Pyr的去除,其中通过促进微生物对PAHs的降解作用占主导地位,而植物吸收作用的贡献小于0.21%.基于Bray-Curtis距离的冗余分析（db-RDA）显示PAHs和Cd是影响土壤微生物群落结构的主要因素,高N水平处理对单一Cd污染和高污染组中细菌群落分布影响更大,促进具有生物修复作用的菌属成为土壤优势细菌群落,如节杆菌属（Arthrobacter）、细杆菌属（Microbacterium）和新鞘脂菌属（Novosphingobium）等.研究结果可为我国垃圾堆场和非正规填埋场污染土壤生态修复提供理论依据.     

水分管理与施硅对水稻根表铁膜及砷镉吸收的影响

为探明水分管理与施硅对土壤砷（As）/镉（Cd）生物有效性、水稻根表铁膜与As/Cd吸收的影响,以贵州省开阳县某砷镉复合污染水稻土为供试土壤,进行了水稻盆栽种植.设5种水分管理模式：全生育期淹水（T1）;移栽到抽穗后三周（0~105 d）淹水,其余时期湿润灌溉（含水率50%~60%）（T2）;移栽到抽穗前三周（0~65 d）淹水,抽穗到抽穗后三周（84~105 d）淹水,其余时期湿润灌溉（T3）;抽穗到抽穗后三周（84~105 d）淹水,其余时期湿润灌溉（T4）和全生育期湿润灌溉（T5）.硅设不施硅和施硅这2个水平.结果表明,淹水/湿润灌溉较单一淹水或单一湿润灌溉更利于根表铁膜（DCB-Fe）的形成,DCB-As/Cd含量随DCB-Fe含量升高而升高;施硅使土壤pH升高,有效As/Cd含量降低,DCB-As含量增加,除淹水处理外的DCB-Fe/Cd含量降低.淹水时间越短,水稻各部位对Cd积累量越高,对As积累量越低.施硅使水稻各部位生物量升高,As/Cd含量降低.其中根、茎、叶和籽粒的Cd含量分别降低4.23%~31.06%、11.41%~52.90%、1.74%~35.73%和19.25%~39.76%,As含量分别降低1.47%~52.60%、6.12%~63.02%、2.97%~28.41%和16.33%~61.23%.5种水分管理中,施硅结合T3水分管理可以实现水稻生物量最高及水稻对砷镉吸收量最小.因此,根据As/Cd实际污染情况合理进行水分管理与施硅可以有效降低土壤As/Cd生物有效性进而减少水稻对As/Cd的累积,实现农田安全生产.     

稀土-重金属共污染土壤中真菌群落结构特征及主导影响因素

稀土元素已被列为新兴污染物,稀土元素经常与重金属在土壤中富集,造成生态危机.稀土污染的生态效应已逐渐受到关注,但忽视了稀土与重金属共存的协同效应.了解稀土和重金属共污染土壤中真菌群落结构及主导影响因素,有助于制定土壤修复策略,以减少或补救人类生产活动对环境的影响.目前,长期稀土和重金属污染对土壤真菌群落的影响尚不清楚.以包头稀土尾矿坝为研究区域,利用ITS1基因扩增子Illumina高通量测序分析稀土和重金属共污染土壤中真菌群落多样性和结构特征.结果表明,在共污染环境中,土壤环境变量的异质性决定了真菌群落在小范围内的分布,构成独特的生态位.污染土壤的真菌群落丰富度和多样性显著低于未污染土壤,且真菌群落组成差异明显.随机森林分析结果表明,TN是影响真菌群落丰富度和多样性的最主要因素,其次是稀土元素、重金属Zn和AK.CCA分析结果表明,重金属Zn是影响真菌群落结构的最关键因素.VPA分析结果显示,所检测环境变量能够解释土壤真菌群落变化93.3%的差异,土壤理化性质与污染因子（稀土和重金属）的综合效应解释了总差异的58.5%,二者单独解释的贡献度分别为13.5%和21%,污染因子的贡献度稍高于土壤理化性质;稀土和重金属的协同效应对总差异的贡献度为40.1%,各自的单独作用分别为21.8%和17.9%.因此,共污染环境中真菌群落结构和组成受土壤理化性质、稀土和重金属的共同调控,稀土和重金属的协同效应大于各自的单独作用,研究结果表明需要进一步加强土壤环境中稀土元素和重金属共污染的风险管控.     

Effects of 2,4-dichlorophenol,pentachlorophenol and vegetation on microbial characteristics in a heavy metal polluted soil

The aim of this study was to evaluate the soil microbial characteristics in historically heavy-metal polluted soil, which was also affected by organic co-contaminants, 2,4-dichlorophenol or pentachlorophenol, which often occur due to the conventional use of pesticides. It was observed that the normalized microbial biomass (microbial biomass per unit soil organic C) of the contaminated soil was very low, less than 1% in both non-planted and ryegrass planted soil, and showed a decreasing trend with the treatment of organic co-contaminants. The microbial biomass and substrate-induced respiration (SIR) in the ryegrass planted soil were much larger, as compared with the non-planted soil with or without organic pollutants. The different resistant bacterial community and its physiological diversity in the rhizosphere further suggested that the effect of vegetation on microbial activity was not just a general increase in the mass or activity of pre-existing microorganisms, but rather acted selectively on microbial growth so that the relative abundance of different microbial groups in soil was changed. In sum, high concentrations of organic co-contaminants, especially pentachlorophenol (PCP), could strengthen the deterioration of microbial ecology. The adverse effect of heavy metal-organic pollutants on the soil microbial biomass and activity might be the reason for the slow degradation of PCP that has high chlorinated and high toxicity. Vegetation might be the efficient way to assist in improving and restoring the utilization of agricultural ecosystems. The beneficial microbial effect of vegetation could cause the rapid dissipation of 2,4-dichlorophenol (2,4-DCP) that has less chlorinated and less toxicity in the planted soils.     

Impacts of heavy metals on 1,2-dichloroethane biodegradation in co-contaminated soil

1,2-Dichloroethane (DCA), a potential mutagen and carcinogen, is commonly introduced into the environment through its industrial and agricultural use. In this study, the impact of lead and mercury on DCA degradation in soil was investigated, owing to the complex co-contamination problem frequently encountered in most sites. 1,2-Dichloroethane was degraded readily in both contaminated loam and clay soils with the degradation rate constants ranging between 0.370-0.536 week1 and 0.309-0.417 week1, respectively...