8种钝化剂产品对不同镉污染土壤理化性质和镉有效性的影响

探讨施用钝化剂对Cd污染土壤理化性质和修复效果,可为北方轻中度Cd污染农田安全利用提供依据。采用盆栽培养试验,研究不同Cd污染程度下,施用8种钝化剂产品对土壤理化性质、主要养分积累、Cd有效性和小白菜吸收Cd的影响。结果表明,与对照相比,土壤加入1 mg·kg~(-1) Cd时,除P6和P7钝化剂外,其他6种钝化剂可显著降低土壤有效态Cd含量,降幅为9.09%—56.73%;P3钝化剂的Cd钝化效果最佳,添加量为5%时土壤有效态Cd降低率为54.90%,小白菜降Cd率为54.04%;所有处理小白菜Cd质量分数均低于0.2 mg·kg~(-1),符合国家食品污染物限量标准。土壤加入5 mg·kg~(-1) Cd时,添加8种钝化剂处理均可显著降低土壤有效态Cd含量,降幅为11.14%—81.08%;其中P3钝化剂的Cd钝化效果最佳,添加量为5%处理下土壤有效态Cd降低率81.08%,小白菜降Cd率为72.16%,小白菜Cd含量(0.22 mg·kg~(-1))基本上接近国家食品中污染物限值,而其他7种钝化剂处理小白菜Cd含量均不同程度超标。相关性分析表明,土壤有效态Cd含量、小白菜Cd含量分别与土壤pH、有机质、速效磷和有效钾含量呈显著或极显著的负相关关系。由此可见,对于北方轻中度Cd污染农田,可通过施用合适的钝化剂产品来改善土壤养分状况,降低土壤Cd的有效性,从而达到农产品安全生产的目的。     

改性纳米二氧化硅对Cd污染农田土壤的钝化修复

土壤Cd污染已严重威胁人类健康及生态环境安全,钝化修复以其高效、快速、廉价的特点成为了Cd污染土壤修复的重要手段.本研究以巯基修饰的纳米二氧化硅(GSN)为钝化剂,分别于实验室及现场条件下进行Cd污染农田土壤的钝化修复研究,分析GSN添加对土壤有效态Cd含量、土壤Cd形态分布及小麦籽粒内Cd含量的影响.结果显示,实验室条件下,GSN添加能够有效降低土壤中Cd的生物活性(DTPA浸提态),Cd最高钝化效率可达91.77%;GSN添加量为1%时,土壤中可交换态及碳酸盐结合态Cd含量分别降低69.26%和48.29%,而残渣态Cd含量则增加了143.14%;此外,不同GSN添加量对土壤特征性酶活性没有造成明显的影响.现场试验表明,GSN添加对小麦产量造成的影响不明显,且小麦籽粒中Cd含量可从0.342 mg·kg~(-1)降低至0.178 mg·kg~(-1).由此可知,GSN作为新型钝化剂在Cd污染土壤修复中具有巨大的应用潜力.     

蒙脱石-OR-SH复合体修复剂对重金属污染土壤中Cd的钝化效果

利用溶剂分散法成功地将功能基团—SH嫁接到蒙脱石上,得到蒙脱石-OR-SH复合体材料,该复合体材料对Cd的饱和吸附容量可达37.82 mg·g-1(0.1 mol·L-1KNO3体系)和69.13 mg·g-1(不考虑离子浓度影响).通过小白菜盆栽和大田试验探讨了该复合体材料对Cd污染土壤的钝化效果.结果表明,在Cd污染土壤上施加蒙脱石-OR-SH复合体材料后,土壤中可交换态Cd形态占比分别低了64.51%(原土)和80.37%(3 mg·kg-1Cd含量的成化土),铁锰氧化结合态Cd形态占比分别提升了176.66%(原土)和418.31%(3 mg·kg-1Cd含量的成化土),降低了毒性元素Cd在土壤中的活性和可移动性,有效地固定了土壤中的Cd,小白菜中镉含量比对照分别降低了57.14%(原土)和60.64%(3 mg·kg-1Cd含量的成化土),同时能促进小白菜的生长.     

凹凸棒粘土对镉污染农田的原位钝化修复效果研究

原位钝化修复在重金属污染土壤修复中有着不可替代的作用,而修复材料在污染农田中的长期应用效果一直是人们关注的焦点。通过野外大田钝化修复试验,研究了不同添加剂量(0、1.25、1.75、2.50、3.25 kg·m~(-2))凹凸棒粘土对镉(Cd)污染土壤理化性质及对水稻(Oryza sativa L.)和小麦(Triticum aestivum L.)吸收Cd的影响,采用梯度扩散薄膜技术(DGT)评价修复前后土壤中生物可利用态Cd含量的变化。结果表明,施用凹凸棒粘土显著抑制水稻和小麦籽粒中Cd富集量,第一季降幅分别为68.8%~83.3%与54.7%~75.5%,其中2.5 kg·m~(-2)施加剂量对Cd污染土壤的修复效果最佳。施加凹凸棒粘土同样抑制了作物对Zn、Ni等其他重金属的吸收,而对Se吸收影响并不显著。施加凹凸棒粘土显著提高了土壤p H、阳离子交换量(CEC)和土壤细颗粒含量,相关性分析表明,水稻和小麦籽粒中Cd含量与土壤p H呈极显著负相关性(相关系数分别为-0.72和-0.64),推测土壤p H的升高是导致水稻、小麦籽粒中重金属含量降低的一个重要原因。不同施用量凹凸棒粘土均在一定程度上降低了土壤DGT提取态Cd含量,分别下降了82.8%、85.1%、84.4%和67.1%。连续3年原位钝化修复效果跟踪观察结果表明,凹凸棒粘土可持续降低水稻和小麦籽粒中Cd含量,1.25 kg·m~(-2)和1.75 kg·m~(-2)处理组产出的水稻籽粒中Cd含量由2014年的0.140 mg·kg~(-1)与0.215 mg·kg~(-1)分别降低为2016年的0.094 mg·kg~(-1)和0.120 mg·kg~(-1)。综上,凹凸棒粘土在修复Cd污染农田土壤方面具有广阔的应用前景。     

FeAl-LDHs/生物炭修复镉污染土壤及作用机制

通过考察生物炭、FeAl-LDHs和FeAl-LDHs/生物炭复合材料对土壤中镉的钝化效果,筛选出最佳的钝化材料并分析其钝化机理,为土壤中镉钝化剂的筛选提供理论依据。采用水热法制备了FeAl-LDHs和FeAl-LDHs/生物炭复合材料,分别添加0.4 g FeAl-LDHs、FeAl-LDHs/生物炭复合材料及生物炭于10 g 5、10、20 mg·kg~(-1)人工模拟镉污染土壤,采用二乙烯三胺五乙酸(DTPA)浸取法、毒性特征浸出实验(TCLP)以及改进的BCR连续提取法评价不同材料对土壤中镉的钝化效果,同时考察了FeAl-LDHs/生物炭复合材料钝化镉的稳定性。采用SEM、N_2吸附、FTIR、XRD等手段分析所制备材料的形貌结构和理化特性,揭示复合材料钝化镉的作用机制。结果表明,与FeAl-LDHs和生物炭相比,FeAl-LDHs/生物炭复合材料对DTPA-Cd和镉浸出毒性有较好的钝化效果,其中添加复合材料后5 mg·kg~(-1)镉污染土壤DTPA-Cd含量降低90.08%,浸出毒性降至0.044 mg·L~(-1),反应达到56 d时,镉污染土壤中DTPA-Cd和浸出毒性没有明显增加,5 mg·kg~(-1)土样浸出毒性维持在0.039mg·L~(-1),FeAl-LDHs/生物炭修复效果稳定性较好。这主要归因于生物炭大的比表面积和孔结构有利于表面LDH的负载和分散,为镉的钝化提供了更多的附着位点。同时,FeAl-LDHs/生物炭复合材料表面丰富的含氧官能团和金属-氧键能够与Cd~(2+)发生配位反应,可以促进土壤中镉由弱酸提取态向残渣态转化,降低Cd的生物有效性和迁移性。     

膨润土钝化与不同水分灌溉联合处理对酸性稻田土镉污染修复效应及土壤特性的影响

采用盆栽实验方法,研究了膨润土钝化与不同水分灌溉联合处理对酸性稻田土Cd污染修复效应,以及对土壤脲酶活性和氮、磷有效性的影响及其机制.结果表明,与干湿灌溉相比,长期淹水和湿润灌溉可明显降低稻谷生物量.膨润土钝化修复与不同水分灌溉联合处理时稻谷和稻草生物量总体上虽略有增加,但与对照相比并无明显差异.干湿灌溉、湿润灌溉和长期淹水灌溉下,稻米Cd含量分别为0.29、0.38、0.18 mg·kg~(-1),其中与干湿灌溉相比,长期淹水可使稻米镉降低37.93%,而湿润灌溉则使稻米Cd含量增加31.03%.添加膨润土钝化修复后,与干湿灌溉联合处理相比,长期淹水灌溉可使稻米Cd降低45.29%,而湿润灌溉可使稻米Cd增加23.53%.与未钝化处理相比,膨润土钝化修复下,水稻根表Fe(Ⅱ)含量显著增加,但水稻根表Fe(Ⅲ)含量间无明显差异,水稻根表Cd含量显著降低.在未添加膨润土和添加膨润土钝化修复下,长期淹水灌溉处理时土壤脲酶活性比干湿灌溉处理分别降低21.05%和15.79%.在未添加膨润土钝化修复下,不同水分灌溉处理对土壤碱解氮含量无明显影响,但长期淹水灌溉处理比干湿灌溉处理土壤有效磷增加34.92%,而湿润灌溉下土壤有效磷则降低16.99%.不同水分灌溉处理下,膨润土钝化修复对土壤碱解氮和有效磷含量无明显影响.     

不同钝化剂对弱酸性镉污染土壤的钝化效果

农田重金属污染土壤的修复是我国当前面临的一个环境难题。采集河南嵩县马石沟镉污染农田土壤作为供试土壤,采用室内培养试验法,分别添加熟石灰、方解石、沸石、蒙脱石和生物炭5种钝化材料,采用Tessier修正顺序七步提取法对镉形态含量进行分析,研究不同钝化剂在1%、3%和5%添加量条件下对弱酸性土壤镉污染的钝化效果。结果显示,供试5种钝化材料在不同程度上提升了土壤pH值,对pH值提升效果由大到小依次为熟石灰、方解石、蒙脱石、生物炭和沸石,其中,熟石灰处理土壤pH值提升2.00～2.50个单位,方解石处理提升0.86～1.38个单位,蒙脱石处理提升0.83～1.19个单位,生物炭处理提升0.07～0.38个单位,沸石处理提升0.11～0.20个单位。5种钝化剂对土壤离子交换态Cd含量均有降低作用,但其效果差异明显,钝化效果由大到小依次为熟石灰、方解石、生物炭、蒙脱石和沸石。培养50 d后,1%、3%和5%添加量条件下,熟石灰处理交换态Cd含量降低率为76.65%～90.66%,方解石处理交换态Cd含量降低率为46.12%～53.77%,生物炭处理交换态Cd含量降低率为9.36%～33.03%,蒙...     

稻季磷锌处理对水稻和伴矿景天吸收镉的影响

超积累植物与农作物轮作或间套作是实现重金属污染土壤边生产边修复的重要方式。通过水稻和伴矿景天(Sedum plumbizincicola)轮作的盆栽试验来研究Cd污染酸性红壤上稻季增施P和Zn对水稻和后茬伴矿景天吸收Cd的影响。结果表明,稻季高P处理(400 mg·kg~(-1))土壤CaCl_2提取态Cd含量较对照(100 mg·kg~(-1))有所降低,水稻秸秆Cd含量无明显影响,但秸秆向籽粒的转运系数显著降低;稻季Zn处理降低了土壤CaCl_2提取态Cd含量,糙米Cd含量由0.21 mg·kg~(-1)(对照)降低至0.15 mg·kg~(-1);稻季增施P和Zn对后茬伴矿景天生长及地上部Cd含量未产生明显影响;Zn处理促进了稻米和伴矿景天对Zn的吸收。稻季适当增施P和Zn降低了水稻Cd积累风险,而对后茬伴矿景天Cd吸收修复无影响,可作为Cd污染土壤水稻与伴矿景天轮作边生产边修复的调控手段。     

施用鸡粪对海泡石钝化修复镉污染菜地土壤的强化效应及土壤酶活性影响

采用盆栽与大田实验相结合的方法,研究了增施鸡粪对Cd污染菜地土壤海泡石钝化修复效应及土壤酶活性的影响.结果表明,海泡石钝化修复下,增施鸡粪比单施鸡粪和单一海泡石钝化修复对小白菜生物量具有更好的增产效果.单施鸡粪虽然可以降低小白菜体内Cd含量,但与对照相比不明显;而在海泡石钝化修复下,增施鸡粪可以显著降低小白菜可食部和根部对Cd的吸收积累(P0.05),与对照相比,盆栽试验中各处理降低幅度分别为26.9%—32.1%和7.7%—24.8%;大田条件下则分别降低7.5%和16.4%.随着单施鸡粪量的增加,菜地土壤p H值呈逐渐降低趋势,单一海泡石钝化处理下,菜地土壤p H与对照相比变化不明显,而在海泡石钝化修复下,增施鸡粪后土壤p H降低幅度要小于单施鸡粪处理.不同处理下菜地土壤有效态Cd含量均较对照处理有所降低.其中,海泡石钝化修复下,增施鸡粪效果最显著,盆栽实验和大田试验下最大降幅分别为17.7%和10.3%.海泡石钝化修复下,增施鸡粪可显著提高土壤过氧化氢酶、脲酶和蔗糖酶活性(P0.05),与对照相比,盆栽实验中三种酶的含量分别增加6.4%—38.6%、14.0%—47.6%和2.0%—22.4%;田间实验下,三种酶的含量分别增加36.5%、22.2%和5.5%.Cd污染菜地土壤下,增施适量鸡粪不仅可以起到强化Cd钝化修复效应,而且可以进一步提高土壤酶活性,改善Cd污染土壤环境质量.     

石灰、羟基磷灰石、秸秆生物炭对烟草吸收镉的影响

烟草是我国重要经济作物且极易吸收镉(Cd),如何降低烟草Cd含量已引起广泛关注。通过盆栽实验,在Cd(0.83 mg·kg^(-1)和12 mg·kg(-1)和12 mg·kg^(-1))污染土壤中添加2 g·kg(-1))污染土壤中添加2 g·kg^(-1)或16 g·kg(-1)或16 g·kg^(-1)石灰(Ca(OH)_2)、羟基磷灰石(HAP)或秸秆生物炭,分析3种钝化材料对土壤Cd的钝化效率及烟草Cd吸收的降低效率。结果表明：(1)种植60 d后,施用16 g·kg(-1)石灰(Ca(OH)_2)、羟基磷灰石(HAP)或秸秆生物炭,分析3种钝化材料对土壤Cd的钝化效率及烟草Cd吸收的降低效率。结果表明：(1)种植60 d后,施用16 g·kg^(-1)石灰或HAP均显著(P<0.05)提高土壤pH值,轻微(0.83 mg·kg(-1)石灰或HAP均显著(P<0.05)提高土壤pH值,轻微(0.83 mg·kg^(-1)Cd)、中度(12 mg·kg(-1)Cd)、中度(12 mg·kg^(-1)Cd)Cd污染土壤pH值分别提高1.98～2.84和1.99～3.06;(2)3种钝化材料均使土壤Cd有效态含量降低,其中,16 g·kg(-1)Cd)Cd污染土壤pH值分别提高1.98～2.84和1.99～3.06;(2)3种钝化材料均使土壤Cd有效态含量降低,其中,16 g·kg^(-1)石灰使土壤Cd有效态含量降低69.7%～71.5%;(3)生物炭(2 g·kg(-1)石灰使土壤Cd有效态含量降低69.7%～71.5%;(3)生物炭(2 g·kg^(-1)和16 g·kg(-1)和16 g·kg^(-1))显著(P<0.05)提高烟草生物量且降低烟草Cd含量,轻微、中度Cd污染土壤烟草生物量分别提高5.07倍～18.5倍和5.00倍～29.7倍,烟草根、茎、叶Cd含量分别降低68.7%～74.6%、32.1%～50.7%、70.2%～82.5%(轻微)和68.7%～74.6%、51.4%～59.3%、33.2%～46.5%(中度),根、茎、叶Cd富集系数亦显著降低,根(Cd_(0.83):122降至31～38.1,Cd_(12):24.7降至12.2～16.8),茎(Cd_(0.83):203降至35.6～60.6,Cd_(12):41.7降至17.6～23.1),叶(Cd_(0.83):247降至100～120,Cd_(12):48.6降至26.0～32.5);(4)溶液吸附实验发现,HAP和生物炭均通过表面吸附Cd(-1))显著(P<0.05)提高烟草生物量且降低烟草Cd含量,轻微、中度Cd污染土壤烟草生物量分别提高5.07倍～18.5倍和5.00倍～29.7倍,烟草根、茎、叶Cd含量分别降低68.7%～74.6%、32.1%～50.7%、70.2%～82.5%(轻微)和68.7%～74.6%、51.4%～59.3%、33.2%～46.5%(中度),根、茎、叶Cd富集系数亦显著降低,根(Cd_(0.83):122降至31～38.1,Cd_(12):24.7降至12.2～16.8),茎(Cd_(0.83):203降至35.6～60.6,Cd_(12):41.7降至17.6～23.1),叶(Cd_(0.83):247降至100～120,Cd_(12):48.6降至26.0～32.5);(4)溶液吸附实验发现,HAP和生物炭均通过表面吸附Cd⁽²⁺⁾,且该吸附过程符合准二级动力学模型,表明在钝化过程中这2种钝化剂与Cd(2+),且该吸附过程符合准二级动力学模型,表明在钝化过程中这2种钝化剂与Cd⁽²⁺⁾发生键能结合的化学吸附。研究表明,3种钝化剂在同等剂量水平下,生物炭提高烟草生物量且降低Cd吸收最显著,可优先选作降低烟草Cd吸收的钝化剂。     

硒对水稻镉含量及其在亚细胞中的分布的影响

通过元素含量测定与亚细胞分离的方法,分析水稻镉在不同器官、组织之间的差异分布特征,从微观水平上阐释硒增强水稻镉耐受能力的机理,阐明硒降低稻米镉累积量的作用机理。研究结果显示,(1)随着硒浓度的增加,植株各营养器官干物重均增加。在2、4、8和16 mg·kg~(-1) Cd质量分数处理时,1.2 mg·kg~(-1) Se处理的糙米干物质量比Se空白处理分别增加了6.81%、7.73%、14.24%和49.62%。(2)当土壤镉质量分数在2~16 mg·kg~(-1)时,水稻各营养器官和糙米、精米中镉含量随土壤镉浓度的增高而显著增加。未施硒时,4、8和16 mg·kg~(-1) Cd处理糙米中镉质量分数分别为0.23、0.37和0.57 mg·kg~(-1),均超过我国国家食品安全标准中稻米镉的限量(0.20 mg·kg~(-1))。(3)相同镉浓度下,随着硒浓度的增加,水稻各营养器官和糙米、精米的镉含量和镉积累量均显著下降,4、8 mg·kg~(-1) Cd处理组中,糙米的镉含量均低于0.20 mg·kg~(-1),且1.2 mg·kg~(-1) Se处理优于0.4和0.8 mg·kg~(-1) Se处理。(4)镉在水稻各器官中的分配比例为:根系茎叶糙米精米。随着硒浓度的增加,镉在精米中的分配比例下降。结论:硒能够通过调整镉在水稻不同器官中的分配比例,降低稻米中的镉含量;而硒元素对镉毒害的抑制作用,可能是通过细胞对镉的区室化分隔而实现的。     

桑树(Morus alba L.)原位修复某尾矿区重金属污染土壤

木本植物具有根系发达、生物量大、适应性强等特点,可广泛用于重金属污染土壤修复.本文通过5年的田间修复试验,研究了桑树(Morus alba L.)对污染土壤中重金属的累积和分布特征、土壤中重金属和营养元素有效性含量的变化,来探讨桑树修复某尾矿区污染土壤中Mn、Zn和Cd等重金属的效果.研究结果表明,桑树生物量大,可用于重金属污染土壤的生态修复与景观恢复.田间种植5年后,桑树整株干重每株可达4 kg.桑树对土壤中重金属具有一定的转运和累积能力,地上部分中Cd、Zn和Mn等重金属含量明显大于根部,尤其是叶片中重金属含量明显大于枝和主干中的含量.修复5年后,桑树地上部分Zn和Mn的累积总量可达3277.7 mg·100 m~(-2)和2422.4 mg·100 m~(-2),且土壤中Mn和Zn含量分别从2192.5 mg·kg~(-1)和103.2 mg·kg~(-1)降低至1790.0 mg·kg~(-1)和85.94 mg·kg~(-1),同时土壤有效态Mn和Zn分别显著(P0.05)降低66.0%和28.6%.然而,桑树落叶中Cd、Zn和Mn含量分别可达0.36、64.5、189.2 mg·kg~(-1).因此,通过定期清除桑树落叶或刈割地上部分,可防止叶片中重金属对土壤造成二次污染,同时削减土壤中重金属含量.同时,经桑树修复5年后土壤中碱解氮、有效磷和速效钾含量均显著(P0.05)降低,需定期补充相应氮、磷和钾肥来强化桑树修复尾矿区重金属污染土壤.     

氢氧化钠改性坡缕石对Cd污染土壤的钝化修复效果

土壤重金属污染原位钝化修复技术主要通过钝化剂的溶解沉淀、离子交换吸附、氧化还原、有机络合等反应来降低土壤中重金属的生物有效性,在重金属污染修复中具有重要意义。为研究NaOH改性坡缕石对污染土壤中Cd的钝化作用,以坡缕石为原料,采用浸渍法,将NaOH与坡缕石按照不同质量比进行改性,并在人工配制的Cd污染土壤上进行钝化实验和盆栽实验,研究NaOH改性坡缕石对Cd污染土壤的钝化效果以及对玉米植株生长性状和玉米植株Cd富集的影响。研究结果显示：与对照相比,添加NaOH改性坡缕石能显著降低土壤中DTPA和TCLP提取有效态Cd含量,提高钝化效率,降低生态风险指数,其中添加NaOH与坡缕石质量比为1:2的改性材料,两种有效态Cd含量降幅最大,分别为22.37%和26.60%。添加NaOH改性坡缕石能有效地改善玉米植株的生长性状。与对照相比,添加质量比为1:2的改性材料后,玉米植株的茎长、根长、茎、根鲜质量和茎、根干质量分别增加了71.45%、65.21%、22.06%、44.44%、33.96%和50%,同时玉米植株茎和根对Cd的富集以及Cd在玉米植株体内的转运均有显著降低,其茎部Cd含量最大降幅...     

硅质钝化材料与促生菌剂组合施用对水稻累积镉效应研究

在镉污染土壤的钝化修复应用中,由于钝化材料一般不具有特异选择性,在钝化重金属的同时往往会同步钝化土壤中的养分,从而导致作物的生长受到抑制。基于课题组前期研发的对Cd具有强吸附能力的改性钼矿和改性泥岩等两种硅质材料和一种兼具解磷、促生长作用的促生芽孢杆菌菌剂在田间试验条件下验证其降低水稻累积Cd效应的影响,并对钝化材料和功能菌剂的组合应用效果进行评价。结果表明,未添加促生菌剂的处理下土壤有效磷含量与对照组之间无显著差异,而单施促生菌剂及其与改性泥岩组合处理均显著增加了土壤的有效磷含量,增幅分别为21.6%和37.8%。各修复处理对稻米产量的增产效果排序为:改性泥岩+促生菌剂促生菌剂改性泥岩改性钼矿,增产幅度为0.5%-8.8%,其中改性泥岩+促生菌剂的增产效果达到显著水平,而改性钼矿+促生菌剂未表现出增产效应。各修复处理均显著地降低了稻米中Cd含量,降低效果排序为:改性钼矿改性钼矿+促生菌剂改性泥岩改性泥岩+促生菌剂促生菌剂,降低幅度为35.3%-65.0%。除单独施用促生菌剂处理外,其他处理实施后水稻籽粒Cd含量均低于国家食品安全标准限量值(0.2 mg·kg~(-1))。采用的改性钼矿的作用机理主要是通过降低Cd从土壤向根系的迁移,而改性泥岩的作用机理处理降低Cd从土壤向根系的迁移外,还会通过增加Cd在茎叶中的滞留效应达到降低籽粒Cd累积的效果。综合组合处理对土壤养分的活化和对水稻的促生效果,在该研究试验用地上,具有弱碱性的改性泥岩与促生菌剂的技术集成是一种兼具促生和降低Cd在水稻中累积效应的Cd污染稻田安全利用技术模式。     

粤北某矿区周边镉锌污染稻田土壤田间植物修复研究

粤北地区多金属矿开采导致的矿区周边农田土壤重金属污染问题突出,探索适合当地条件的土壤污染修复技术与模式对逐步改善土壤环境质量,保障农产品安全和人体健康具有重要意义。为考察植物技术措施对粤北矿区周边重金属污染农田土壤的修复和安全利用的可行性,选择粤北某矿区周边重金属镉锌中度污染稻田,通过田间试验开展了超富集植物伴矿景天(Sedum plumbizincicola)、富集植物杨桃(Averrhoa carambola)、农作物玉米(Zea mays)低积累品种单种及套种对污染土壤植物修复和安全利用效果研究。结果表明,单种模式下,伴矿景天田间生长217 d后,其地上部生物量可达2.82 t·hm~(-2),地上部Cd和Zn平均质量分数分别为119 mg·kg~(-1)和7716 mg·kg~(-1),对Cd的修复效率可达11.1%;杨桃田间生长约600 d后,其根、茎和叶生物量分别可达15.4、15.5和7.81 t·hm~(-2),Cd质量分数分别为8.21、14.1和15.4 mg·kg~(-1),Zn质量分数分别为199、294和642 mg·kg~(-1),其对Cd的总体修复效率可达15.9%。伴矿景天和杨桃套种模式下,两者种植密度均较单种时降低一半,两种修复植物套种处理对Cd修复效率可达到13.5%。试验稻田改种低积累品种玉米,无论玉米单种或同伴矿景天套种其籽粒中Cd质量分数均可达到食品安全国家标准限量要求。利用伴矿景天和杨桃对粤北受镉中度污染稻田土壤进行修复以及通过种植低积累品种玉米实现污染土壤安全利用具有较强的可行性。     

柠檬酸对生物炭钝化污染土壤中重金属稳定性的影响

为了研究生物炭(BC)对重金属复合污染土壤的钝化效果以及环境条件变化后钝化产物的稳定性.在受Cd、Pb和Zn污染的土壤中添加不同比例的生物炭进行土培实验,两个月后,添加不同浓度的柠檬酸模拟植物根际环境条件,分析土壤环境条件变化后重金属钝化产物的稳定性.结果表明,与对照组相比,添加生物炭(5%和8%)显著提高了土壤的pH值、阳离子交换容量(CEC)、土壤有机质(SOM),而有效态重金属和重金属毒性浸出浓度均显著降低,且后者低于其国际标准.添加柠檬酸后,土壤pH值随柠檬酸浓度的增加呈现下降趋势;生物炭的添加比例一定时,有效态Cd(DTPA-Cd)和Cd的毒性浸出浓度(TCLP-Cd)随柠檬酸浓度的增加呈现先降低(2 mmol·kg~(-1))后升高(10、20 mmol·kg~(-1))的趋势,而有效铅(DTPA-Pb)和有效态锌(DTPA-Zn)随柠檬酸浓度的增加而上升.柠檬酸浓度一定时,有效态重金属和重金属毒性浸出浓度随生物炭的添加比例的增加而降低,当生物炭的添加比例大于5%时,TCLP-Cd和TCLP-Zn虽有所上升(与无柠檬酸相比),但均低于其国际标准.可见,生物炭可对重金属污染土壤进行有效修复,但随着环境条件的变化,被钝化的重金属会发生解吸和溶解释放,从而增强其生物有效性和环境风险,但当生物炭的添加比例较高时,会一定程度抑制重金属的解吸和溶解释放,Cd和Zn的环境风险仍处于可接受的安全水平.     

不同重金属钝化材料对土壤胶体的影响

为明确钝化修复对土壤胶体中重金属分布的影响,以微米羟基磷灰石、纳米羟基磷灰石、磷灰石、生物质电厂灰和石灰为供试材料,采用室内培养方法研究5种钝化材料对土壤胶体含量及土壤胶体中重金属含量的影响。结果表明,与对照相比,石灰处理土壤胶体含量最大(119 g·kg~(-1),增幅为131%),其次为微米羟基磷灰石(118 g·kg~(-1),增幅为130%)、纳米羟基磷灰石(115 g·kg~(-1),增幅为124%)、磷灰石(82.9 g·kg~(-1),增幅为61.7%)和生物质电厂灰处理(80.6 g·kg~(-1),增幅为57.1%)。磷灰石、生物质电厂灰和石灰处理显著降低了土壤胶体Cd含量,降幅为12.1%~24.0%;微米羟基磷灰石、纳米羟基磷灰石和磷灰石处理均显著降低土壤胶体中Cu含量,降幅为14.2%~20.5%。此外,5种钝化材料显著增加Cd和Cu在土壤胶体中的分配比例,其中添加w为1%的纳米羟基磷灰石(NHA)处理Cd分配百分比最大,为69.9%,增幅为154%;添加w为0.2%的石灰(LM)处理Cu分配百分比最大,为47.5%,增幅为135%。可见,钝化修复过程中可能会增加土壤胶体含量及胶体中重金属的分配比例。因此,在钝化修复过程中有必要增加对土壤胶体和土壤胶体中重金属含量的监测,加强对钝化修复过程的风险管控。     

土壤镉污染对赤子爱胜蚓(Eisenia fetida)和加州腔蚓(Metaphire californica)体表角质层的影响

利用镉(Cd)污染土壤(0.15、7.28、13.53、16.45 mg?kg~(-1))在室内培养赤子爱胜蚓(Eisenia fetida)和采集野外原位污染(0.84、2.17、5.16、6.38、9.83 mg?kg~(-1))土壤中的加州腔蚓(Metaphire californica),使用JEM~(-1)230型透射电镜观察不同质量分数Cd污染土壤对赤子爱胜蚓与加州腔蚓体表角质层超显微结构的影响,分析其与土壤中Cd的关系,探寻其在Cd污染条件下的变化规律,并对蚯蚓体壁在防御重金属毒性中的作用进行初步研究,旨在揭示Cd长期污染条件下蚯蚓的生态适应性,为正确地开展土壤污染生态风险评价提供科学依据。研究结果表明,在Cd低污染条件下赤子爱胜蚓(Cd7.28mg?kg~(-1))和加州腔蚓(Cd5.16 mg?kg~(-1))上角质层突起(微绒毛)排列较为整齐有序,在Cd高污染条件下其上角质层突起变得稀疏无序,并且污染严重时会出现颗粒化或缺失现象。赤子爱胜蚓和加州腔蚓的角质层均随着土壤Cd质量分数及蚯蚓体内Cd的质量分数的升高呈现出先增厚后变薄的变化规律,且在各处理条件下都能正常生存。由此可知,在Cd污染土壤中,不同种的蚯蚓可以通过调节角质层厚度来适应受污染的土壤环境。     

黔西南三叠统渗育型水稻土重金属污染特征及生态风险评价

选择黔西南水稻种植区为研究区,共布设111个点,采集土壤样品并对其Cd、Hg、As、Pb和Cr这5种重金属含量及pH值进行分析。基于多元统计分析和污染风险评价等方法,揭示研究区水稻土重金属污染的主要来源及其潜在风险。结果表明:(1)水稻土重金属平均含量从大到小依次为w(Cr)(201.68 mg·kg~(-1))w(Pb)(38.25 mg·kg~(-1))w(As)(30.70 mg·kg~(-1))w(Cd)(0.68 mg·kg~(-1))w(Hg)(0.22 mg·kg~(-1))。与GB 15618—2018《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》中规定的风险筛选值相比,Cd和As含量高于相应的限定值(0.60和25.00 mg·kg~(-1)),Hg、Pb和Cr含量均低于筛选值,说明研究区水稻土主要存在Cd和As污染风险。(2)水稻土重金属来源分析结果表明,土壤中Cd与Pb以及Hg与As呈显著正相关关系,具有相同的来源,主要与当地燃煤、汽车尾气和金矿冶炼等污染点源排放有关。(3)单因子污染指数分析结果显示,水稻土重金属污染程度从大到小依次为CdAsCrHgPb,研究区内39.64%点位的内梅罗综合污染指数超过1。(4)潜在生态风险指数(RI)分析发现,5种重金属的潜在生态风险指数为63.78,小于轻微的生态危害下限,表明研究区水稻土潜在生态危害较轻。     

零价铁与腐殖质复合调理剂对稻田镉砷污染钝化的效果研究

稻田土壤环境中,重金属镉和类金属砷的行为受pH和Eh的影响强烈,这导致了稻田镉砷复合污染治理难度大。该研究研制了零价铁与腐殖质(质量比为12.5?87.5)的复合土壤调理剂(简称复合调理剂),在水稻早稻和晚稻种植前,分别向试验小区施加零价铁、腐殖质、复合调理剂,研究稻田镉砷的同步钝化效果。结果表明,与对照(不施加零价铁与腐殖质中的任何一种)相比,施加2 250kg·hm-2复合调理剂,水稻各部位砷和镉的质量分数显著降低,早稻稻米中镉质量分数从(0.35±0.04)mg·kg~(-1)下降至(0.19±0.04)mg·kg~(-1),总砷从(0.99±0.11)mg·kg~(-1)下降至(0.38±0.04)mg·kg~(-1);晚稻稻米镉从(0.50±0.05)mg·kg~(-1)下降至(0.25±0.02) mg·kg~(-1),总砷从(1.14±0.15) mg·kg~(-1)下降至(0.48±0.07) mg·kg~(-1);单独施加腐殖质,早稻和晚稻稻米总镉质量分数下降至(0.30±0.11)mg·kg~(-1)和(0.34±0.02)mg·kg~(-1),总砷下降至(0.68±0.05)mg·kg~(-1)和(0.83±0.01)mg·kg~(-1);单独施加零价铁,早稻和晚稻稻米总镉质量分数分别下降至(0.32±0.01) mg·kg~(-1)和(0.49±0.02) mg·kg~(-1),总砷下降至(0.48±0.03)mg·kg~(-1)和(0.64±0.13) mg·kg~(-1)。施加复合调理剂可改善土壤理化性质,水稻产量、土壤pH值、水稻根表铁膜中铁、镉和砷的含量显著升高;而土壤孔隙水中亚铁离子、镉离子和三价砷离子的浓度,土壤中磷酸盐提取态砷和二乙基三胺五乙酸(DTPA)提取态镉的含量则显著下降。其中,施加复合调理剂对土壤磷酸盐提取态镉的降低率(早稻和晚稻分别为37.8%和34.1%)远高于单独施加零价铁和腐殖质的降低率的总和(早稻和晚稻分别为15.1%和12.3%),表明零价铁和腐殖质之间的交互作用对抑制镉进入水稻具有协同作用。零价铁与腐殖质复合调理剂具有同步钝化稻米镉砷的功能,可改良土壤,对环境友好。