超积累植物和化学改良剂联合修复锌镉污染土壤后的微生物特征

通过盆栽试验,观察分析不同的土壤改良配方对重金属超积累植物东南景天盆栽土壤中细菌、真菌和放线菌数量、Cmic及Nmic的影响,以此来筛选出最优的促进东南景天修复锌镉污染土壤的改良剂配方。结果显示:细菌、真菌和放线菌数量,与土壤Zn、Cd的去除率、东南景天植株干质量、Cmic及Cmic/Nmic两两之间都呈现极显著正相关关系(但Cmic/Nmic与真菌数量仅呈显著相关)。添加了土壤改良剂后,细菌、放线菌、真菌的数量都有不同程度的增加,其中以细菌数量的增加最为显著,放线菌次之,真菌则对各种土壤处理相对较不敏感;在各种土壤配方中,添加了6 g赤泥、15 g污泥和15 g沸石的T7处理最有利于各类土壤微生物的生长,微生物量碳达到345.64 mg.kg-1,与其它处理之间都达到显著差异。因此,可以利用土壤微生物作为污染土壤改良情况的生物指标。该研究为下阶段研究化学改良剂-植物-微生物修复技术奠定了基础。     

镉污染农田土壤修复技术及安全利用方法研究进展

作物镉(Cd)超量累积是人体中镉的主要来源。研究镉污染农田土壤修复技术及安全利用方法对保护生态环境及保障食品安全具有重大意义。镉对植物的毒性效应与其生物有效性密切相关,且土壤镉的生物有效性决定其植物根系吸收量,因而基于土壤镉生物有效性调控原理的修复技术是农业环境领域近年来的研究热点。此外,植物镉含量也与植物自身特性密切有关,故筛选不同镉累积特性的植物可为镉污染土壤修复和安全利用提供重要生物质资源。文章综合评述了镉生物有效性的物理和化学调控方法,并分别就超累积植物和低累积作物介绍镉污染农田土壤的植物修复技术和安全利用方法。物理方法如水分管理主要通过改变土壤环境的Eh等理化性质从而影响土壤镉的形态转化过程,进而影响植物镉的吸收量;化学方法如施用钝化剂主要通过改变土壤的pH及土壤镉吸附特性,从而改变土壤镉的生物有效性。低镉累积作物通过减少根系镉吸收或降低地上部镉转运的方式减少可食部镉累积量;镉超累积植物的修复效率主要取决于其镉富集系数的高低及生物量的大小。化学和生物联合调控方法主要通过降低土壤镉含量或阻止镉进入作物可食部,实现"边生产边修复"。农田土壤镉污染修复技术及安全利用方法存在效率低、体系不稳定等问题,探究土壤镉生物有效性关键调控因子及其作用机制、充分挖掘特殊镉累积特性的植物资源并探寻改造植物镉耐性的方法以提高镉污染农田土壤修复效率将是今后该领域的研究热点。     

两种景天修复Cd/Zn污染土壤效果的比较

为对比研究重金属超富集植物东南景天与伴矿景天对酸性Cd/Zn污染土壤的提取修复效果,利用盆栽及田间试验同时种植两种景天。结果表明,(1)盆栽试验为期两年,种植东南景天的土壤Cd质量分数从3.51 mg·kg~(-1)降到0.46 mg·kg~(-1),土壤Zn质量分数从865 mg·kg~(-1)降为516 mg·kg~(-1);种植伴矿景天的土壤Cd质量分数从3.44 mg·kg~(-1)降到0.55 mg·kg~(-1),土壤Zn质量分数从852 mg·kg~(-1)降为577 mg·kg~(-1)。(2)田间试验为期一年,韶关种植东南景天的土壤Cd质量分数从1.38 mg·kg~(-1)降为1.07 mg·kg~(-1),土壤Zn质量分数从501 mg·kg~(-1)降为462 mg·kg~(-1);种植伴矿景天的土壤Cd质量分数从1.71 mg·kg~(-1)降为0.93 mg·kg~(-1),土壤Zn质量分数从585 mg·kg~(-1)降为505 mg·kg~(-1)。(3)在室内盆栽条件下,每年秋季种植的东南景天产量显著高于伴矿景天;东莞和韶关的伴矿景天在野外环境下均比东南景天具有更好的适应性及生长能力,生物产量远高于东南景天。(4)在盆栽试验条件下,东南景天重金属Cd、Zn修复能力与效果优于伴矿景天;而在野外田间试验条件下,伴矿景天对Cd、Zn的提取修复效果优于东南景天。综上,东南景天与伴矿景天对酸性Cd/Zn复合污染土壤均具有很好的提取修复效果。本研究对酸性Cd/Zn污染土壤的植物提取修复技术具有一定的参考意义。     

螯合剂及组配对伴矿景天修复两种镉污染土壤的影响

为探究螯合剂及其组配对伴矿景天（Sedum plumbizincicola）修复酸性Cd污染土壤的效果,以乙二胺四乙酸二钠（EDTA）、草酸（OA）、酒石酸（TA）3种螯合剂为试验材料,以Cd单一污染和Cd/As复合污染酸性农田土壤为研究对象,设置3种螯合剂单一处理及其组配处理,对比了修复前后两种污染土壤的pH值、全量Cd、有效态Cd含量、Cd形态的变化以及修复效率。研究结果表明：施用螯合剂后两种污染类型的土壤pH明显下降,其中以EDTA-OA组配处理pH下降最大,相比于对照组分别下降了1.04和0.99个单位。对于土壤镉形态而言,两种酸性土壤中弱酸可溶态Cd的含量显著提高,EDTA-OA处理效果最明显,两种土壤中可溶态Cd的含量分别提高了22.99%和24.34%。对于伴矿景天镉积累而言,施用螯合剂促进了伴矿景天对Cd的吸收,两种类型土壤施用螯合剂后植株镉含量增加了25.80%—86.47%。对于修复效率而言,施用螯合剂后伴矿景天在两种土壤中修复效率分别为16.62%—22.82%、16.06%—24.98%;以EDTA-OA处理效果最显著,修复效率分别提高了9.06%和12.14%...     

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。     

镉污染土壤对潜在能源植物生长的影响

利用重金属污染土壤种植能源植物是一种同时解决环境问题和能源问题的新理念,但目前相关研究成果并不多。通过盆栽试验研究人工镉污染土壤中象草Pennisetumpurpureum和亚香茅Cymbopogonnardus两种植物植株的生长状况和两种植物对土壤镉的吸收和富集能力。结果表明,当外源可溶性镉加入到土壤后,其主要是以生物有效性较高的状态存在。土壤镉对象草和亚香茅生长的影响作用有很大的不同,亚香茅比象草具有更强的镉耐受力,其生物量受镉污染影响小。两种植物植株镉含量均随土壤镉添加量的增加而增加。除高镉处理象草外,植物地下部分含镉量比地上部分高很多。高镉处理象草地下部分含镉量比地上部分低的现象可能反映出根系已积累了太多的镉,因而加速了向地上部的转移,从而加剧了植物中毒的程度。赤泥添加剂具有降低土壤酸度,减少植物对镉的吸收和增加象草和亚香茅生物量的作用。     

改良剂对红蛋植物修复污染土壤重金属铅和镉效果的影响

通过盆栽试验研究了在重度重金属混合污染土壤上,施用不同配比的石灰和泥炭（T1,泥炭0 g·kg^-1土,石灰2 g·kg^-1土;T2,泥炭30 g·kg^-1土,石灰0 g·kg^-1土;T3,泥炭50 g·kg^-1土,石灰0g·kg^-1土;T4,泥炭30 g·kg^-1土,石灰2g·kg^-1土;T5,泥炭50 g·kg^-1土,石灰2g·kg^-1土）对红蛋（Echinodorus osiris）生长及其去除污染土壤铅、镉量的影响,探讨了化学修复和植物提取修复技术相结合修复重金属污染土壤的可能性。研究结果表明,施用石灰显著提高了土壤pH,施用泥炭不显著;施用石灰和泥炭后土壤中交换态铅、镉含量较CK显著降低,红蛋地上部和地下部铅、镉含量较CK有不同程度降低,T4、T5处理降低不显著;T3、T4、T5处理显著地提高了红蛋的铅单株迁移量和年迁移量,年迁移量分别为CK的2.1倍、2.6倍和2.8倍;T1、T2、T3、T4、T5处理显著地提高了红蛋的镉单株迁移量和年迁移量,年迁移量分别为CK的1.8倍、2.9倍、2.9倍、2.8倍和2.9倍,其主要原因在于施用土壤改良剂改善了红蛋的生长,显著增加了地上部生物量。结合经济效益方面因素考虑,以施用泥炭30g·kg^-1土和石灰2g·kg^-1土的处理更适合推广运用。     

茴香对镉胁迫下钼硼锌协同处理的响应及精油组分的影响

采用营养液培养方式,以茴香(Foeniculum vulgare Mill.)为试验材料,研究了2 mg·L-1镉质量浓度下,钼硼锌协同处理对茴香植株生长、生理指标、地上部和根系镉含量及精油组分的影响。结果表明:镉胁迫下,与对照相比,钼硼锌协同处理均未显著促进茴香植株株高生长;T5处理有利于茴香植株生物量累积和叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b、类胡萝卜素的合成,T1处理的可溶性糖含量最高,可溶性蛋白质含量最低,脯氨酸含量较低,丙二醛(MDA)含量最高,且叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b、类胡萝卜素的合成显著受到抑制。镉胁迫下,钼硼锌协同处理后,茴香植株地上部和根系镉含量均高于对照。茴香精油中反式-茴香脑含量以T6处理最高。总之,镉胁迫下,钼硼锌协同处理并不能缓解镉对茴香植株的毒害作用;在轻微镉污染的土壤上种植茴香以食用地上部为目的,则不宜进行钼硼锌配施,否则会增加食入镉的危险性;利用茴香进行镉污染土壤修复为目的,则建议进行钼硼锌配施,可增加茴香植株对镉的吸收累积,提高修复效率。从提高修复效率和茴香精油质量方面综合考虑,T6处理效果最好。研究结果可为镉污染农田土壤上植物种植过程中钼硼锌的合理配施提供理论参考。     

不同比例钾锌共存对土壤镉有效性的影响

单一施用钾或锌肥会改变污染土壤中镉的有效性,但钾与锌共存对镉在土壤-植物系统中迁移和转化影响效果尚待明确.采用盆栽试验,研究了赤红壤上2种镉污染水平下,施用不同比例钾、锌对小油菜(Brassica campetris Lvar.Conmuni)生物量、镉吸收量及土壤溶液中镉质量浓度的影响.结果表明,钾、锌以不同比例与镉共存时并不会对赤红壤上小油菜的生长产生明显影响;增加共存体系中锌的用量,土壤溶液中镉的质量浓度明显升高,而小油菜植株镉含量明显降低.低、高镉污染赤红壤上,钾、锌共存摩尔比例为4:1时,土壤溶液中镉的质量浓度较对照分别增加189%和159%(两季平均值);小油菜体内镉含量较对照平均分别降低26.0%和34.9%.在低镉污染赤红壤上,钾、锌施用量与小油菜体内镉含量呈显著负相关;高镉污染赤红壤上,锌施用量与土壤溶液中镉的质量浓度呈显著正相关.中轻度镉污染土壤上,小油菜钾、锌肥最佳施用比例为4:1.钾、锌以不同比例施入土壤时,锌施用量多少是控制土壤镉有效性高低的主要因素.     

基于代谢组学方法的两种生态型东南景天根系分泌物差异研究

利用气相色谱质谱联用技术(GC-MS)对东南景天根系分泌物进行近似全分析,采用代谢组学方法分析镉胁迫下两种生态型东南景天根系分泌物的差异,并探讨东南景天耐受或超富集镉的可能根际机制.收集0μmol·L~(-1)和40μmol·L~(-1)镉处理4 d后的超富集和非富集生态型东南景天根系分泌液,经冻干、甲醇洗脱、N-甲基-N-三甲基三氟乙酰胺(MSTFA)衍生化后进行GC-MS分析,共检测并定性出69个化合物.主成分分析(PCA)和正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)结果表明,相同条件(镉处理水平、东南景天类型)下的样品能够明显地聚集在一起,不同条件下的样品能够显著的区分开来.运用OPLS-DA载荷图、模型的变量重要性因子和方差分析发现羟基乙酸、草酸、苯甲酸等18个根系分泌物质在4组间存在显著差异.它们的相对含量在不同处理条件间的变化趋势明显不同,表明东南景天可通过调节它们的分泌来耐受或超富集镉.     

Effect of red mud addition on the fractionation and bio-accessibility of Pb,Zn and As in combined contaminated soil

Using soil incubation experiments, the effect of red mud addition on the fractionation and bioaccessibility of Pb, Zn and As in combined contaminated soil was studied. The results showed that red mud addition could significantly decrease the concentration of HOAc-extractable Pb and Zn in soil. Compared with the control, 5% red mud addition could significantly reduce the concentrations of HOAc-extractable Pb and Zn in soil after 1, 2 and 3 months of incubation [62.5, 65.3 and 73.5% decrease (Pb), 56.7, 65.8 and 67.4% decrease (Zn)]. Whereas adding red mud could remarkably increase the concentrations of specific absorbed As and residual As in soil. The result of a simple bioavailability extraction test (SBET) indicated that all treatments with red mud addition markedly reduced the concentration of bioaccessible Zn but increased the concentration of bioaccessible As in soil, while having little effect on the concentration of bioaccessible Pb in soil. After 3 months incubation, all treatments including 1, 2 and 5% red mud addition reduced the concentration of bioaccessible Zn by 53.1–56.7% compared with the control, but increased the concentration of bioaccessible As by 1.81–6.25 times. The results suggested that red mud is an additive with potential for the remediation soil contaminated soil by combinations of heavy metals, although it should be added based on the different heavy metals in the soil. Combined use of red mud and hyperaccumulators to remediate heavy metal contaminated soil needs further study.     

施用石灰对Pb、Cd、Zn在土壤中的形态及大白菜中累积的影响

重金属的不同形态对于作物吸收重金属及受害具有十分密切的关系,通过施用石灰改变重金属的形态、毒性以及对作物的影响具有重要的意义。以大白菜(Brassica pekinensis)为研究对象,通过盆栽试验,探讨了在铅、镉和锌污染土壤上,施用石灰对土壤中不同形态镉、铅和锌含量及在大白菜中累积的影响。结果表明,施用石灰后,土壤中碳酸盐结合态Pb、Cd和Zn含量明显减少,铁、锰氧化物结合态和有机物结合态Pb、Cd和Zn含量明显增加;对大白菜吸收Pb、Cd和Zn均起到较好的抑制作用,石灰用量为5g·kg-1土时,对大白菜吸收Pb、Cd和Zn的抑制效果最好。     

Effects of rape straw and red mud on extractability and bioavailability of cadmium in a calcareous soil

Screening of cost-effective soil amendments is important to develop “in situ” remediation techniques for cadmium (Cd) contaminated soils. In this study, different soil amendments, including red mud, a by-product of the alumina industry, and acid-treated, nano-treated by nano-particle milling, nano and acid-treated red muds, zeolite, corn straw, and rape straw, were evaluated to immobilize Cd in two added levels (2 and 5 mg Cd·kg^-1 soil) in a calcareous soil by single and sequential extractions and by cucumber (Cucumis sativus L.) pot experiments. Results indicated that cruciferous rape straw significantly decreased the concentrations of water soluble, extractable Cd in soils, and Cd in cucumber plants, and it was more effective than gramineous corn straw. Also, red mud generally decreased the extractability and bioavailability of Cd added to calcareous soils more effectively than zeolite. Furthermore, the efficiency of red mud could be increased by the treatment of nano-particle milling due to the increase in specific surface area of red mud. It is potential to use rape straw and red mud as soil amendments to develop a cost-effective and efficient “in situ” remediation technology for Cd mildly contaminated calcareous soils.     

Phytoremediation of bauxite-derived red mud by giant reed

In 2010 the pond dam of an aluminium manufacturing plant in Hungary broke and flooded many towns with toxic red mud. At least 10 people were dead and over 150 hospitalized. Bauxite residue is often referred as red mud due to the colour of the bauxite ore and iron oxides. Red mud is separated during the refining process. The production of 1 t of alumina generally results in the creation of 1–1.5 t of red mud. Red mud is toxic for the environment due to high alkalinity, salinity and trace metals. Here, we used the plant Arundo donax L. (giant reed) to uptake trace metals and decrease salinity and pH of red mud. We measured plant toxicity, trace metal availability and biomass production. Results show a 25 % decrease in electrical conductivity of red mud and a 6 % decrease in electrical conductivity of mud-polluted soil. Giant reed cultivation decreases available Cd, Pb, Co, Ni and Fe. Biomass of giant reed seedlings in red mud and mud/control soil mixture was increased by 40.4 and 47.2 %, respectively, comparing with control soil. Our findings show that giant reed is promising to decontaminate soils contaminated by red mud.     

Biosolids application affects the competitive sorption and lability of cadmium,copper, nickel,lead, and zinc in fluvial and calcareous soils

The objective of this research was to investigate the effects of biosolids on the competitive sorption and lability of the sorbed Cd, Cu, Ni, Pb, and Zn in fluvial and calcareous soils. Competitive sorption isotherms were developed, and the lability of these metals was estimated by DTPA extraction following their sorption. Sorption of all metals was higher in the fluvial than in the calcareous soil. Sorption of Cu and Pb was stronger than that of Cd, Ni, and Zn in all soils. Biosolids application (2.5%) reduced the sorption of all metals especially Cu and Pb (28–43%) in both soils (especially the calcareous soil) at the lower added metal concentrations (50 and 100 mg L^?1). However, it increased the sorption of all metals especially Pb and Cu in both soils (especially the calcareous soil; 15.5-fold for Cu) at the higher added concentrations (250 and 300 mg L^?1). Nickel showed the highest lability followed by Cd, Zn, and Pb in both soils. Biosolids increased the lability of the sorbed Ni in the fluvial soils at all added concentrations and the lability of Cd, Pb, and Zn at 50 mg L^?1, but decreased the lability of Cd, Pb, and Zn at 250 and 300 mg L^?1 in both soils. We conclude that at low loading rate (e.g., 50 mg L^?1) biosolids treatment might increase the lability and environmental risk of Cd, Cu, Pb, and Zn. However, at high loading rate (e.g., 300 mg L^?1) biosolids may be used as an immobilizing agent for Cd, Cu, Pb, Zn and mobilizing agent for Ni.     

铅锌冶炼厂土壤污染及重金属富集植物的研究

对株洲市铅锌冶炼厂生产区进行了植被和土壤调查。结果表明，该厂土壤污染以镉铅锌(Cd、Pb、Zn)最为严重，尤其是重金属镉在土壤中含量超过背景值高达208倍，分析原因主要是由于大气尘降和雨水淋洗等使得污染加重。实验采集并分析测定了9种植物中重金属富集量，首次报道了土荆芥是一种铅超富集植物，其体内Pb质量分数高达3888mg／kg。另一种植物商陆能大量富集镉，具有地下部向地上部转运能力强、生物量大、富集总量高的特点，有很大研究价值和应用潜力。另外，荨麻对Zn有较强富集能力，这3种植物可分别用于铅、镉和锌等3种重金属污染土壤的植物修复。     

石灰氮对镉污染土壤中镉生物有效性的影响

以石灰作对比,在大田条件下研究了不同石灰氮用量对镉污染土壤中镉生物有效性的影响。结果表明,一定量石灰或石灰氮处理均能显著提高酸性土壤的pH值,降低污染土壤中有效态镉质量分数及水稻茎叶和糙米中的镉质量分数。与不施改良剂的对照相比,石灰施用量达到1 200 kg.hm-2时土壤pH值显著提高,土壤有效态镉质量分数降低12.6%（P〈0.05）,水稻茎叶和糙米中镉质量分数分别降低25.5%（P〈0.05）和28.3%（P〈0.05）;石灰氮施用量达到600 kg.hm-2时,土壤pH值显著高于对照,土壤有效态镉质量分数较对照降低10.9%（P〈0.05）,水稻茎叶和糙米中镉质量分数分别降低36.8%（P〈0.05）和33.0%（P〈0.05）。等量条件下（600 kg.hm-2）石灰氮对降低土壤镉有效性及水稻累积镉的效果相对优于石灰处理。因此,石灰氮与石灰一样可用于酸性重金属污染土壤的修复与改良,是一种极具潜力的土壤改良剂。