重庆渝北地区表层土壤硒含量分布与农业经济意义

通过对重庆渝北地区表层土壤网格化取样分析及岩、土、植物样的分析评价,阐述了Se元素的含量水平、空间分布与农业经济意义,并编制富硒土壤分布图。研究区表层土壤Se背景平均值为0.205mg.kg-1。土壤Se分布主要受地层、岩性及土壤对Se元素富集特性的控制。区内富硒土面积208.25km2,占全区11.57%,足硒土面积576km2,占全区32%。最具开发潜力的富硒土区为"北碚天府-工农-代家沟"一带(Ⅰ区),面积为36.8km2,富、足硒土次之(Ⅱ、III区),面积为110.3km2。富硒土区白菜、卷心菜等十字花科作物,水稻、玉米等粮食作物为富硒无公害或绿色农产品,具较大的农业经济意义。     

贵州丹寨县土壤-水稻中硒和重金属的积累及迁移特征

通过测定贵州丹寨县主要水稻种植区30件水稻土及对应的水稻中硒和重金属的含量,分析硒和重金属Cd、Hg、As、Pb在根系土及对应水稻中的分布特征,研究了土壤有机质和pH对硒和重金属在土壤-水稻系统中迁移的影响。结果表明：该地区水稻根系土中硒含量变化范围为0.27～0.98 mg/kg,平均值为0.65 mg/kg, 70%的样品达到富硒土壤标准,但是仅23.3%水稻籽实样品达富Se大米标准。土壤重金属污染风险较大,特别是Hg和Cd,其中80%的样品Hg超《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618—2018)中污染风险筛选值,但水稻籽实中尚无重金属超标现象。水稻根系对硒的富集能力相对最强,其次为茎、叶和籽实。重金属也主要积累在根系中。水稻籽实Se含量与土壤Se总量的相关性不显著,与土壤pH和有机质含量呈显著负相关。水稻籽实中Cd与土壤Se和pH呈显著的负相关关系。土壤中As和Hg向水稻的迁移则主要受总量的控制。水稻各部位Se的吸收能力与土壤重金属存在极显著负相关性,据此可采取措施如降低土壤中的重金属尤其是Cd和Hg的含量及减少有机肥的施用来提高Se在籽实中的积累。     

不同水稻品种籽粒Cd、Cu和Se的含量差异及其人类膳食摄取风险

采用田间试验法,研究了江苏省57个水稻品种籽粒对太湖地区乌栅土中Cd、Cu、Se的吸收积累.结果表明水稻籽粒的Cd、Cu、Se含量的变化范围分别为0.099±0.039、4.86±2.595、0.035±0.007mg/kg,指示不同水稻品种对同一土壤中Cd、Cu、Se的吸收及其在籽粒中的积累存在有显著的差异.不同品种籽粒对Cu和Cd的吸收积累有同步的趋势,而高Se品种显示出抑制重金属Cu和Cd积累的倾向.不同品种籽粒中重金属含量的差异可能影响到人类重金属食物摄取的健康风险,57个品种中92%的样品的Cd含量超出USEPA推荐的人类摄取的籽粒临界含量.因此,在土壤重金属污染地区,必须密切注意高Cd、Cu吸收积累品种的大规模栽培.而筛选高Se低Cu、Cd的水稻品种进行品质育种是可能的.     

桂中典型碳酸盐岩区水稻及根系土硒含量特征

硒对人体的健康具有重要意义。水稻作为中国南方的主要粮食作物,研究水稻籽实与根系土硒含量特征及其影响因素,可为富硒水稻种植、富硒产业开发、提升土地利用价值提供科学依据。本文以桂中典型碳酸盐岩地区为研究区,通过采集、测试400套水稻籽实及对应的根系土样品,研究讨论其含硒水平及影响因素。结果表明:(1)水稻根系土硒含量为0.11～3.82 mg/kg,平均值为0.61 mg/kg,明显高于全国其他省份表层土壤硒含量值。(2)根系土中Cd、Cr、Hg、S元素含量高于全国土壤背景值,Cd、Cr、Hg富集现象显示了广西典型碳酸盐岩区土壤重金属高背景属性,碳酸盐岩区Se与Cd等重金属元素次生富集特征近似。(3)根系土中硒含量主要受成土母质岩系控制,土壤中Se高含量主要与石炭系、泥盆系、二叠系、三叠系地层碳酸盐岩、硅质岩的分布密切相关。此外,与土壤有机质呈明显正相关,土壤中的有机质能对硒起吸附固定作用,使得硒在土壤表层富集。(4)研究区水稻籽实硒最小值为0.015 mg/kg,最大值为0.532 mg/kg,平均值为0.08 mg/kg,富硒率高达81.5%。水稻籽实硒含量除了与根系土硒含量有关外,还与土壤中的有机质、S、pH呈显著负相关性。     

典型地质高背景区土壤硒-镉迁移累积特征及其生物有效性

地质高背景区土壤中普遍存在的硒-镉（Se-Cd）共生现象直接影响富Se土地资源的安全利用.为探究西南地质高背景区土壤-作物系统Se-Cd迁移累积特征及生物有效性,实现地质高背景区天然富Se土地资源的安全利用,系统采集分析84件农作物（玉米）及其配套根系土壤样品中Se-Cd含量及理化性质,采用地统计、生物富集因子及地理探测器等分析方法,开展土壤-作物系统中Se-Cd累积特征、影响因素及生物有效性评价.结果表明,研究区土壤Se-Cd含量显著高于全国和云南省土壤背景值,受地质背景、成土过程中次生富集作用和农业活动的影响呈现不同程度的积累富集特征,根系土壤Se地累积指数等级为无富集到轻微富集等级,赋存形态以残渣态为主;土壤Cd地累积指数等级以中度污染等级为主,赋存形态以残渣态和铁锰结合态为主.作物籽实富Se率达98.8%（DB 50/T 524-2013）,生物富集因子均值为5.8%;作物籽实Cd含量超标率仅1.19%（GB 2762-2022）,Cd生物富集因子平均值为2.11%,作物籽粒Cd的生态风险相对较低.地质背景成因的Se-Cd共生区,土壤弱碱性环境能有效降低区内作物籽实Cd的生物有效性,土壤富Se对于作物吸收Cd有一定抑制效果.相关分析显示,土壤-作物系统中Se和Cd从土壤向作物籽实的迁移累积受元素赋存形态和土壤理化性质（pH）等因素的影响,同时,土壤-作物系统中Se与Cd相互之间也存在一定的拮抗作用.     

钝化剂对农田土壤Cd有效性及不同水稻品种吸收Cd的研究

为从源头保障农产品质量安全,做好农田土壤镉污染修复,在镉污染农田上研究施加TX土壤调理剂、NL土壤调理剂、生物炭、石灰、硅肥5种钝化剂对土壤pH、有机质、Cd有效态含量、Cd不同形态的影响,并探讨钝化剂对4个不同水稻品种的产量以及水稻各器官吸收Cd的影响,筛选降解Cd效果较优的钝化剂和籽粒吸收Cd较少的水稻品种。结果表明:与对照处理相比,施加TX、NL土壤调理剂、生物炭、石灰、硅肥处理土壤中Cd有效态含量分别降低了59.4%、29.9%、22.8%、22.4%、54.4%。施加钝化剂降低了土壤中弱酸提取态和可还原态含量,增加了可氧化态和残渣态含量。其中,TX土壤调理剂处理的弱酸提取态占比降幅最大为11.9%,残渣态占比增幅最大为15.4%。施加钝化剂可提高水稻产量和抑制水稻各器官（根、茎、籽粒）对Cd的积累,其中施加TX土壤调理剂的效果最优,淮稻5号、扬粳805、扬粳103、南粳9108的产量分别提高了14.2%、18.6%、9.2%、29.2%,籽粒中Cd含量分别显著降低了80.5%、82.8%、65.4%、55.6%。对照处理中,淮稻5号、扬粳805、扬粳103、南粳9108籽粒Cd含量分别为0.836,0.853,1.047,1.22 mg/kg。只有种植淮稻5号和扬粳805同时配施TX土壤调理剂处理,籽粒Cd含量分别为0.163,0.147 mg/kg,符合GB 2762—2017《食品安全国家标准食品中污染物限量》。推荐淮稻5号和扬粳805品种为适应于苏中地区的重金属低积累水稻品种,再结合施用合适钝化剂可在重金属Cd中轻度污染土壤上推广应用以保障农产品安全。     

不同硒水平对大豆不同部位累积镉的影响

通过大豆盆栽试验,土壤中Se含量分别为1.56、2.56、3.56、6.56、11.56 mg/kg,研究硒对大豆生物量的影响,大豆茎、叶、果、壳富集Se以及累积Cd的规律。结果表明,适量的Se对大豆累积Cd起缓解作用,其中,除2.56mg/kg体现出硒镉的协同作用外,其它随着土壤中硒的含量的增加,大豆的茎、果、壳、叶累积Cd的含量逐渐降低。同时,大豆的豆粒具有良好的富硒能力,富硒能力的顺序依次是果>叶>茎>壳。     

地质高背景区富Se耕地可利用性研究及区划建议

为了促进土地质量地球化学调查成果服务于特色土地资源开发,实现地质高背景区富Se资源的安全利用,以重庆市黔江区五里镇为研究对象,通过评价土壤-农作物的富Se水平及重金属含量,开展地质高背景区富Se耕地区划及可利用性方法研究,以期提高富Se资源利用效率,为地质高背景区富Se资源的安全利用提供思路.结果表明,研究区土壤及农作物中Se含量丰富,具备开发富Se资源的潜力,但部分样品存在Cd超标的问题.土壤pH是影响农作物Se和Cd含量的关键因素,碱性条件下有利于富Se资源安全利用.A～E(A表示可利用富硒耕地,B表示农作物不富硒但农作物安全,C表示农作物富硒但农作物不安全,D表示农作物不富硒且农作物不安全,E表示土壤硒含量小于富硒阈值且土壤重金属不超标)类耕地面积分别为0.72、0.75、0.28、0.13和0.56 km²,建议在A类耕地分布区开展安全富Se资源开发,在C和D类耕地分布区开展土壤酸化调理及作物低累积品种等农艺措施,降低农作物重金属超标风险,并加强全区耕地保护力度,防止新增污染物输入.     

钙镁磷肥对土壤Cd生物有效性和糙米Cd含量的影响

通过水稻盆栽试验,研究了施用钙镁磷肥对Cd污染稻田中Ca、Mg、Cd生物有效性的影响和种植水稻(湘晚籼12号、威优46号)后水稻各部位Ca、Mg、Cd含量的差异.结果表明,施用钙镁磷肥能显著提升土壤pH值,降低土壤TCLP提取态Cd含量,且降低效果随着水稻生育期的延长逐渐增强.与对照相比,施用0.8 g·kg-1的钙镁磷肥,使湘晚籼12号种植土壤和威优46号种植土壤TCLP提取态Cd含量在熟化期、灌浆期、分蘖期、成熟期分别下降了12.7%、15.6%、21.5%、61.9%和12.7%、72.6%、42.1%、59.7%.施用钙镁磷肥能显著增加水稻种植土壤中TCLP提取态Ca、Mg含量,降低TCLP提取态Cd含量,同时显著增加水稻各生育期各部位Ca、Mg含量并降低其Cd含量,水稻各部位中Ca、Mg含量与Cd含量均呈现负相关关系,表明外源Ca和Mg的加入对水稻累积Cd产生了拮抗作用.施用钙镁磷肥能显著降低水稻糙米中Cd含量并提高水稻产量.与对照相比,施用0.2~0.8 g·kg-1的钙镁磷肥,水稻湘晚籼12号和威优46号糙米中Cd含量分别下降了36.8%~52.6%和53.3%~75.6%.威优46号比湘晚籼12号更易将土壤Cd向水稻籽粒中转运.     

原位钝化-低积累品种联合修复镉污染农田研究

该研究在田间试验条件下,研究了低积累水稻品种与石灰、生物炭、生物有机肥以及多孔陶瓷纳米材料等钝化剂联合修复对镉污染农田中土壤有效态Cd含量、水稻糙米Cd含量以及水稻糙米产量的影响。研究结果表明:在土壤Cd背景值为0.327 mg/kg的轻度Cd污染农田中,无论是常规水稻品种还是低积累水稻品种,采用石灰、生物炭配施石灰、生物有机肥配施石灰、多孔陶瓷纳米材料以及多孔陶瓷纳米材料配施石灰5种钝化剂组合方式均可以提高土壤pH值,其中土壤中有效态Cd含量最大降低率为45.95%,水稻糙米Cd含量降低幅度为10.54%~53.85%,水稻糙米最大增产率为11.37%;低积累水稻品种与石灰、生物炭配施石灰、生物有机肥配施石灰、多孔陶瓷纳米材料以及多孔陶瓷纳米材料配施石灰的联合修复均可将水稻糙米Cd含量降低至国家安全标准以下(0.2 mg/kg)。多孔陶瓷纳米材料配施石灰可使土壤有效态Cd含量降低45.95%,结合低积累水稻品种联合修复可使水稻糙米Cd含量降至0.138 mg/kg,低积累水稻品种与石灰和多孔陶瓷纳米材料联合修复对轻度Cd污染农田土壤效果最明显。     

贵州省土壤硒含量背景值研究

以贵州省耕地表层土壤(0～20 cm)为研究对象,系统采集了454431件土壤样品,分析测试了土壤硒含量,讨论了贵州省耕地表层土壤硒含量及其分布特征,以及不同土壤类型、不同酸碱度、不同地类土壤的硒含量背景值.结果 表明,贵州省耕地土壤硒含量背景值为0.482 mg/kg,变化范围为0.179～1.295 mg/kg.与...     

Variation of grain Cd and Zn concentrations of 110 hybrid rice cultivars grown in a low-Cd paddy soil

Enhanced Cd uptake and Zn depletion in rice grains and high potential for food Cd exposure by the high-yielding hybrid cultivars of China had been addressed. A field experiment was conducted in 2006 to determine the di erence in grain Cd and Zn between cultivars. Total 110 cultivars including super rice and common hybrid rice cultivars were grown on a single paddy soil (Entic Haplaquept) with a neutral reaction and low total Cd content. Grain Cd and Zn concentrations were determined with graphite atomic adsorption spectrophotometer (GFAAS) and flame atomic adsorption spectrophotometer (AAS) respectively.Wide variation of Cd content in grain was found in a range of 0.004–0.057 mg/kg, while the Zn content in a range of 10.25–30.06 mg/kg among the cultivars. Higher Cd but lower Zn concentration in grains of super rice cultivars was observed compared to the common hybrid ones. A highly significant positive linear correlation of grain Cd/Zn with grain Cd was found for super rice and common hybrid cultivars, meanwhile much higher slope for these hybrid cultivars than the reported non-hybrid cultivars was also observed. Using the limit value of the Chinese chemical guidelines for foods (MOHC and SSC, 2005), calculated potential risk of food Cd exposure with “Zn hungry” through diet intake was prominent with all the studied 110 hybrid rice cultivars, possessing high potential health problems for rice production in South China using the super rice cultivars. Breeding of genotypes of rice cultivars with low grain Cd and low Cd/Zn ratio is needed for rice production in acidic red soils where Cd bioavailability is prevalently high.     

无机钝化剂对镉污染酸性水稻土的修复效果及其机制

以浙江南部重金属镉（Cd）轻度污染酸性稻田为对象,以当地应用最广泛的3种无机钝化剂（硅钙镁钾肥、钙镁磷肥和石灰）为材料,通过田间试验研究了不同用量（750、1500和2250 kg ·hm^-2）钝化剂阻控土壤酸化与稻米Cd积累的效果与化学机制.结果表明,3种钝化剂可有效地改良土壤酸化和降低水稻稻米Cd积累,施用2250 kg ·hm^-2硅钙镁钾肥、钙镁磷肥和石灰分别增加土壤pH值0.62、0.65和0.86单位,减少交换性酸总量67%、69%和78%,降低糙米镉含量73%、68%和77%.施用2250 kg ·hm²钝化剂可使Cd轻度污染稻田上种植水稻糙米中ω（Cd）低于0.2 mg ·kg^-1,达到国家食品安全标准;与对照比较,3种钝化剂均显著降低土壤中DTPA提取有效态镉含量,降低弱酸提取态（F1）和可还原态（F2） Cd含量,增加残渣态（F4） Cd含量;相关分析表明糙米Cd含量与土壤pH与交换性阳离子含量呈显著负相关,与DTPA-Cd、F1-Cd、F2-Cd和交换铝含量呈显著正相关.应用最小二乘路径模型分析了糙米Cd含量、Cd有效性和化学形态与土壤性质的关系,土壤交换性阳离子对糙米Cd含量、有效镉和水稻产量直接影响的路径系数分别为-0.566、-0.866和0.873,土壤pH主要通过直接影响有效镉而间接影响糙米镉含量.田间试验证明,这3种钝化剂是实现镉污染酸性水稻土水稻安全生产的有效技术,它们主要通过影响土壤交换性阳离子而直接影响土壤镉生物有效性,进而影响糙米中镉的积累,研究结果可为受污染耕地水稻安全生产和酸化土壤改良提供科学依据.     

农用地土壤Cd有效态含量的安全阈值研究

为科学评估利用累积概率分布曲线研究土壤有效态Cd含量安全阈值的可行性,该研究参考物种敏感性分布法(SSD)的方法原理,以江西省上饶市Cd污染农田为研究对象,在统计分析区域农田土壤重金属总量、有效态含量和水稻籽粒中重金属含量的基础上,采用土壤总Cd含量-土壤有效态Cd含量线性回归方程以及基于Logistic函数分布模型的累积概率分布曲线模拟计算,分别推导土壤中有效态Cd的安全阈值并对比分析. 结果表明:研究区农用地土壤存在较大范围的Pb、Cd超标现象,点位超标率分别为54.70%和68.38%,土壤有效态Cd含量较高,平均值为0.22 mg/kg;研究区有34.98%的点位存在糙米Cd含量超标,Cd是研究区农用地土壤和糙米中的主要污染物. 通过线性回归方程和《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618—2018)中的土壤筛选值,反推计算研究区农用地土壤中有效态Cd含量的阈值为0.149~0.183 mg/kg. 利用Logistic函数分布模型拟合基于有效态Cd含量的累积概率分布曲线,保护当地95%的糙米不超标的土壤有效态Cd含量的安全阈值为0.160 mg/kg. 研究显示,基于累积概率分布曲线法推定重金属有效态含量安全阈值较为科学,建议用作当地重金属污染农用地土壤钝化修复目标值,并对其他Cd污染农用地土壤的修复治理具有参考意义.      

颗粒有机质对水稻镉吸收及转运的影响

采用盆栽试验,通过测定不同颗粒有机质(POM)添加量下土壤、POM中有机碳(POM-C)和Cd(POM-Cd)含量及水稻各部位Cd含量,研究了POM对紫色水稻土水稻镉吸收的影响及机制.结果表明:添加POM提高了土壤有机碳(SOC)、溶解性有机碳(DOC)、POM-C、POM-Cd、POM对Cd的富集系数和土壤有效Cd含量,在POM添加量达2. 5 g·kg~(-1)时可显著提高土壤POM-C和POM-Cd比例.添加POM提高了水稻植株生物量及Cd在水稻植株中的总累积量,但使水稻根Cd含量降低24%～42%,茎叶Cd含量提高9%～30%,籽粒Cd含量在POM添加量为0. 5 g·kg~(-1)和1. 0 g·kg~(-1)时分别降低了17%和36%,添加量为2. 5 g·kg~(-1)时提高了39%.添加POM对Cd在水稻根和茎叶中的分配不显著,但POM添加量较少时可抑制Cd从水稻茎叶向籽粒转运,POM添加达到一定量时,促进Cd从茎叶向籽粒转运,最终提高籽粒中Cd含量.相关分析结果表明,土壤有效Cd是影响茎叶Cd累积的主要因素,POM-Cd总量是影响籽粒中Cd累积的主要因素.因此,添加POM可通过改变土壤SOC、DOC、POM-C、POM-Cd及有效镉含量,影响水稻对Cd的吸收.     

超顺磁性纳米材料对镉污染稻田土壤微生物和酶的影响

以磁性纳米Fe₃O₄和羟基磷灰石等为原料,制备出超顺磁性纳米Fe₃O₄-磷酸盐功能化材料（MFH）,通过在镉污染稻田土壤中投加MFH,对土壤进行磁选修复.选择对Cd具有高、低富集两种水稻,在修复后土壤中进行盆栽试验,研究MFH磁选修复对土壤微生物和酶的影响,探究该材料应用于农田镉污染修复的可能性.结果表明,施用MFH修复镉污染土壤,对Cd污染土壤有较好的修复效果,土壤中总Cd和有效态Cd浓度有了明显降低,总镉去除率为38.9%,有效镉下降率为27.3%,并且两种水稻籽粒中Cd含量均显著降低.采用MFH磁选修复土壤镉后,在两种水稻拔节期、抽穗期和成熟期土壤微生物群落多样性、群落丰富度均有所降低;栽培Cd高富集的玉针香水稻品种的处理在拔节期和抽穗期稻田土壤优势细菌Firmicutes丰度显著增加.采用MFH磁选修复土壤镉后,在两种水稻拔节期、抽穗期和成熟期土壤脲酶活性、过氧化氢酶活性以及土壤过氧化物酶活性均得到了提高;栽种Cd高富集品种玉针香的土壤POD酶活性比栽种低富集品种湘晚籼13号的土壤POD酶活性要略高,而脲酶活性则相反.     

杂交水稻对Cd的吸收与籽粒积累:土壤和品种的交互影响

土壤-作物-食物是人类摄取Cd的主要途径,而水稻是籽粒Cd积累最强的粮食作物.选择2种杂交水稻(普通杂交稻“汕优63”和超级稻“Ⅱ优明86”)与乌栅土和红沙泥田2种水稻土为材料,采用添加Cd(2.5 mg/kg)和不添加Cd处理进行盆栽试验,研究了水稻在成熟期对土壤中Cd的吸收及籽粒积累特点.结果表明,杂交水稻对Cd的吸收及籽粒积累依土壤、品种及两者的交互作用而变化.杂交稻对土壤中原有Cd的吸收与积累,基因型影响高于土壤类型的影响,但对外源Cd的吸收与籽粒积累,土壤类型的影响强于品种基因型,而土壤与品种间的正交互作用(Cd吸收强的超级稻种植于土壤Cd化学有效性高的红沙泥田)可使水稻籽粒Cd积累成倍提高.说明在未污染条件下,杂交稻对Cd的吸收与籽粒积累主要受品种的吸收能力控制,而在污染条件下,土壤化学性质对Cd有效性的影响成为土壤-水稻系统Cd迁移的主要控制因素.本实验显示,在酸性土壤或污染条件下,超级稻对Cd的吸收与籽粒积累十分强烈,就地消费人群的籽粒Cd暴露风险水平达到数倍于临界摄入剂量水平.加Cd处理下,汕优63中Cd滞留于根部,而Ⅱ优明86有较强的将Cd向上运输的能力,Ⅱ优明86籽粒Cd积累的不利效应远远超过其产量的增加效应.因此,在高产水稻育种中必须考虑水稻对Cd吸收的基因型差异与籽粒Cd的暴露风险,推广高产杂交水稻根据其Cd的吸收特性考虑土壤-品种的合理布局.