生物炭对重污染土壤镉形态及油菜吸收镉的影响

为了解不同种类和用量的生物炭对土壤镉形态及油菜吸收镉的影响,通过室外盆栽试验,以湖南某冶炼区周边重镉污染土壤为供试土壤,湘油27号为供试作物,于油菜移栽前7d分别添加w为0.1％和1％的竹炭和柠条炭,分析土壤镉形态和成熟期油菜各器官镉含量.结果表明,添加生物炭能降低土壤镉的有效性和油菜各器官中镉含量.柠条炭降低油菜吸收累积镉的效果比竹炭更明显,且随着生物炭量的增加阻控效果更明显.相比于对照组,施用生物炭后土壤中w(可交换态镉)最大可降低16.64％;油菜根部、茎秆、油荚和籽粒w(镉)最大可分别降低34.06％ 、39.74％、33.15％和49.81％.综合结果表明,添加w=1％柠条炭处理组处理效果最佳.     

酸雨区不同用地类型土壤有效态Cd含量季节变化及关键影响因子

探明污染土壤重金属有效态含量的季节变化特征及其敏感影响因子,对农业生产过程中减低重金属生态风险具有重要的参考价值.研究于湘江中下游典型Cd超标农业小流域中选取稻田、旱作蔬菜地、丘陵林地这3类主要用地类型,分析不同用地类型Cd活性的季节变化特征及其与土壤基本理化参数的关联.为期1 a的原位监测结果显示,研究区为典型酸雨区,雨水p H值呈现冬、春季节低于夏、秋季.稻田土壤总Cd含量显著高于旱作蔬菜地,菜地显著高于林地,3种用地类型土壤总Cd含量季节特征相似,均为夏秋季节略低于冬春两季.3种用地类型Cd有效态季节变化与总Cd含量无明显的相关性,稻田土壤有效态Cd含量在5~9月的作物生长季明显低于其他月份,而菜地和林地则恰好相反.稻田土壤Cd有效性的最关键影响因子为Eh,呈显著正相关,与土壤p H负相关,菜地土壤与土壤TOC明显负相关,而林地土壤Cd有效性与水溶性有机碳、TOC呈现明显的正相关关系.研究可为Cd超标土壤污染阻控与农业安全生产提供一定的数据参考.     

湘中矿区不同用地类型面源Cd输出负荷的原位实验研究

受污染土壤重金属随降雨径流输出已成为河流、湖泊等水体重金属超标的主要来源之一,近年来日益受到关注.研究表明湘江中下游农田土壤重金属超标问题日益严峻,以镉超标最为严重.研究以湘中矿区Cd超标农业小流域为实验场,选取流域内水稻、旱田、荒草地这3类土地利用模式设置径流小区进行自然降雨水文过程的原位观测.结果表明,雨水pH值由春季到夏季呈升高趋势,径流水相溶解态Cd浓度呈明显的季节性差异,春季显著高于夏季,雨水pH值可显著影响土壤溶解态Cd向径流水相迁移,与径流水相溶解态Cd浓度呈负相关关系.相同降雨条件下,稻田径流水相溶解态Cd浓度显著低于旱田和荒草地,旱田与荒草地Cd面源输出负荷显著高于水稻田,由于降雨量差异,3类土地利用类型溶解态Cd面源输出负荷的季节性规律不明显.本研究可为流域尺度重金属面源输出负荷定量估算以及湘江流域水环境安全与水质预警提供数据支持和科学依据.     

玉米秸秆生物炭对稻田土壤砷、镉形态的影响

通过室内土壤培养的方法模拟稻田土壤环境,研究淹水环境下添加(1%添加量)不同温度制备的玉米秸秆生物炭(CB-300、CB-400、CB-500)对砷、镉复合污染稻田土壤氧化还原电位(Eh)、pH值及不同形态砷、镉含量动态变化的影响.结果表明,热解温度会影响玉米秸秆生物炭的理化性质,热解温度由300℃升至500℃,玉米秸秆生物炭芳香性增加,亲水性和极性降低,灰分含量增加,pH值升高.淹水环境下添加玉米秸秆生物炭处理相比对照(CK)可提高土壤pH值0.20~1.24,升高幅度大小为CB-500CB-400CB-300CK,随着培养时间的延长,pH值趋于平衡状态;淹水环境下土壤氧化还原电位均迅速下降,且不同处理组间存在显著差异,生物炭制备温度越高下降效果越明显,培养至第96 d时氧化还原电位降到最低.CK、CB-300、CB-400、CB-500处理组弱酸可提取态镉含量由淹水前的73.55%分别降至63.46%、57.73%、54.50%、53.94%,随着培养时间的延长,土壤中弱酸可提取态及可氧化态镉逐渐向残渣态及可还原态镉转化.土壤pH值与弱酸可提取态镉含量之间呈显著负相关关系.淹水环境下土壤可交换态砷含量升高,玉米秸秆生物炭的施加导致土壤交换态、Ca-结合态、Al-结合态和Fe-结合态砷含量逐渐上升,上升幅度分别为75.68%、20.92%、13.49%、48.66%,残渣态砷含量下降;土壤pH值与交换态砷含量之间呈显著正相关关系.研究结果可为砷、镉复合污染稻田安全生产与阻控提供数据支持.     

硅肥耦合水分管理对复合污染稻田土壤As-Cd生物有效性及稻米累积阻控

选取湖南某矿区重金属镉、砷复合污染稻田土,以泰优390号为材料,通过盆栽试验研究湿润灌溉(CK)、农艺措施淹水(WF)、速溶硅肥结合淹水措施(FYsi)、矿物硅肥结合淹水措施(FKsi)及2种硅肥结合淹水(FYK)对土壤中As、Cd生物有效性及水稻糙米中As、Cd累积效应的影响.结果表明,淹水处理土壤p H值上升幅度为0.12~0.72个单位,均呈现先升高再下降,最后趋于中性的规律.淹水后,土壤Eh显著降低,FYsi、FKsi、FYK这3种配合硅肥的淹水处理土壤Eh值显著高于WF处理,与对照相比,淹水处理糙米中Cd含量降低了38.83%~65.05%,其中,WF、FYK处理对糙米Cd累积抑制效果最佳,糙米中Cd含量为0.98 mg·kg~(-1)、0.72 mg·kg~(-1);除WF处理糙米中As含量增加了36.64%外,FYsi、FKsi、FYK处理糙米中As的含量与对照相比分别降低了23.80%、38.10%、47.62%.FYsi、FYK处理对糙米As累积抑制效果最佳,糙米中As含量为0.13 mg·kg~(-1)、0.11 mg·kg~(-1).Cd各提取态含量与其在水稻糙米中的含量均呈现出极显著的正相关关系(P0.01);可交换态、TCLP提取态As与水稻糙米中As含量无显著相关关系.因此,FYsi、FKsi、FYK这3种施硅耦合淹水处理均可有效阻控稻米镉砷复合污染,其中FYK效果最佳.     

生物菌肥与石灰配施对水稻吸收积累Cd的影响

采用田间随机区组试验的方法,研究了基施生物菌肥(Bi处理)与追施石灰(L处理)及其配合施用(Bi+L处理)对晚稻湘晚籼12号生物量、水稻对土壤Cd的富集情况、4个生育期内各部位间转运系数以及各部位中Cd含量的影响。结果表明,水稻各部位间Cd含量从大到小依次为根部、茎鞘、穗部、叶片,随不同生育期对营养物质的需求而改变,各处理不会影响水稻生物量及转运系数,并能降低水稻各部位富集Cd能力,使水稻糙米中Cd含量显著降低,其中以生物菌肥与石灰配施的降Cd效果最佳。     

施硅方式对稻米镉阻隔潜力研究

选取重金属复合污染荒田土壤,采用室外水稻盆栽试验的方法,设计了4个施硅措施:不施用硅肥(CK)、基施硅肥(Tsi)、喷施叶面硅肥(Ysi)和2种硅肥配施(Tsi+Ysi),研究了硅肥不同施肥方式对杂交晚稻(丰源优299)5个生育期内各部位中Cd的含量、器官间转运系数以及对水稻成熟期生物量的影响.结果表明,与CK处理相比,硅肥施肥处理组都能显著降低水稻籽粒中Cd的含量且不会明显影响水稻产量,其中以2种硅肥配施对籽粒的降Cd效果最佳,分别使谷壳、糙米和精米降Cd幅度达到62.59%、58.33%和65.83%,基施硅肥处理和喷施叶面硅肥处理的降Cd潜力次之.因此,研究结果表明无论是基施硅肥还是喷施叶面硅肥都能作为一种很有潜力的稻米Cd污染控制技术.     

富硅肥料和水分管理对稻米镉污染阻控效果研究

在已筛选出的施硅方式(基施和叶面喷施相结合)基础上,选择典型单一镉污染稻田土壤(pH=4.97,总Cd 4.1 mg·kg~(-1)),并结合2种稻田水分管理方式,进一步开展不同水肥管理方式对常规早稻(湘早籼45)和杂交晚稻(丰源优299)的3个生育期内各部位中Cd含量及成熟期生物量的影响研究.实验设计4个处理:不施硅肥+常规间歇淹水措施(CK)、不施硅肥+全生育期淹水措施(W)、2种硅肥配施+常规间歇淹水措施(SiLsi)、2种硅肥配施+全生育期淹水措施(SiLsi+W).结果表明,4个处理下,早晚稻试验结果基本一致,但各试验处理对晚稻的阻镉效果更加明显;与CK相比,各处理都能显著降低水稻籽粒中Cd的含量且不会明显影响水稻产量,其中以SiLsi+W对籽粒的降Cd效果最佳(晚稻精米中Cd的含量为0.12 mg·kg~(-1),达到了国家粮食安全生产标准:Cd0.2 mg·kg~(-1)),分别使晚稻谷壳、糙米和精米的降Cd幅度达到93.65%、86.70%和91.18%,W和Si Lsi处理的降Cd效果次之.因此,SiLsi+W可作为一种有效的稻米镉污染控制技术.     

不同生育期Cd胁迫对水稻生长及镉累积的影响

采用水培试验方法,从水稻移栽至某特定生育期之间添加外源镉(Cd),通过递推减法,研究了湘晚籼13号水稻不同生育期Cd胁迫对其生长和不同部位中Cd含量的影响.结果表明,50μg·L~(-1)外源Cd胁迫不会影响水稻的正常生长发育,糙米中的Cd主要来源于水稻分蘖期吸收的Cd在后期的迁移、灌浆期吸收的Cd和成熟期吸收的Cd,这3个关键生育期对糙米中最终Cd含量的贡献率分别为36.4%、18.2%和16.4%.因此,与灌浆期和成熟期相比,在水稻分蘖期采用一些植物阻隔技术可能对水稻籽粒中Cd含量的削减更为重要.     

Cd胁迫下水稻叶片SOD活性和MDA含量与糙米中Cd含量的相关性研究

以中嘉早17号为材料,采用水培试验方法,研究水稻超氧化物歧化酶(SOD)活性和丙二醛(MDA)含量在不同浓度Cd胁迫下的变化,并探讨了其与水稻糙米Cd含量的相关性。结果表明,在水稻发育过程中,SOD活性和MDA含量与Cd胁迫浓度呈正相关。SOD活性变化趋势为分蘖期乳熟期孕穗期; MDA含量变化趋势为分蘖期孕穗期乳熟期,且水稻主要时期叶片SOD活性和MDA含量与糙米Cd含量均呈显著正相关。