南方镉污染水稻产区土壤调理剂、叶面阻控剂产品调查与分析

土壤调理剂和叶面阻控剂是农田土壤镉污染修复的主要技术之一,能有效降低糙米中重金属镉含量.通过调查我国南方镉污染水稻地区常用的土壤调理剂和叶面阻控剂,整理这两类修复技术的种类、技术参数、原材料、施用量、施用时期等信息,分析其技术成本、降镉效果及修复机理等.同时对产品的市场研发和农田镉污染修复进行分析和展望,以期为农田土壤...     

不同镉污染消减措施对水稻-土壤镉累积的影响

研究稻草还田/离田、清洁水灌溉与沉降截源等途径对水稻-土壤系统镉(Cd)累积的影响,对指导南方稻田土壤Cd污染治理、农业生产及粮食安全具有重要意义。采用田间微区试验,针对稻田Cd污染的主要输入和输出途径,设置稻草离田(T1)、清洁水灌溉+稻草离田(T2)、沉降截源+稻草离田(T3)3个Cd污染消减措施处理,并以稻草还田(CK)为对照,探究不同生育期的土壤和水稻各部位中Cd的分布与累积。结果表明,早稻和晚稻CK处理稻谷生物量分别为4 770kg·hm-2和3 912 kg·hm~(-2),与CK处理相比,3种消减措施处理早稻和晚稻稻谷生物量均有所下降,T1处理分别下降了1.6%和2.8%,T2处理降低了17.8%和6.5%,T3处理降低了10.5%与37.6%;不同生育期水稻籽粒、茎叶和根中Cd含量相对CK处理均有不同程度降低;T1～T3处理糙米Cd累积量较CK处理下降了19.7%～55.2%,茎叶中Cd累积量较CK处理下降了11.8%～37.1%,根系中Cd累积量较于CK处理下降了3.4%～52.0%,处理间均达到显著水平(P0.05);成熟期不同处理间土壤pH值在4.44～5.21之间,不同消减措施处理土壤有效态Cd含量较CK处理早稻分别降低6.4%、5.4%和6.6%,晚稻分别下降6.4%、12.3%与8.3%,均无显著性差异(P0.05)。由此说明3种Cd污染消减措施通过控制水稻-土壤系统Cd源输入和稻草Cd返还途径,使得水稻植株各部位Cd累积量、稻田土壤有效态Cd含量均呈现降低趋势,有利于南方稻田Cd污染防控和水稻安全生产。     

镉胁迫条件下淹水时间对水稻吸收累积镉的影响

采用盆栽试验方法,以外源添加镉(Cd)模拟土壤镉污染,研究水稻不同生育期(分蘖盛期和灌浆期)淹水以及淹水时间对水稻产量及吸收累积Cd的影响。结果表明,与常规灌溉处理(CI)相比,其他不同淹水时间处理均出现一定程度减产,其中全生育期湿润灌溉(WI)、分蘖盛期开始淹水1~4周(T1、T2、T3和T4)5个处理的水稻产量显著下降,降幅分别为23.7%、16.0%、15.5%、20.2%和18.6%。随着淹水时间的延长,糙米Cd含量呈下降趋势,其中以全生育期淹水处理(WF)的糙米Cd含量最低,仅为WI的3.4%。在相同淹水时间条件下,分蘖盛期开始淹水1~4周处理的糙米Cd含量较灌浆开始淹水1~4周处理(F1、F2、F3和F4)分别降低了27.1%(P0.05)、46.6%(P0.05)、56.0%(P0.05)和35.2%,平均降幅为41.2%。水稻茎叶Cd含量与糙米Cd含量的变化趋势基本相同。水稻茎叶对Cd的转运效率随淹水时间的延长呈下降趋势。不同处理的水稻茎叶和糙米Cd富集系数变异极大,其中WI的糙米、茎叶Cd富集系数分别为WF处理的29.0和18.8倍。淹水能有效抑制水稻对Cd的吸收累积,抑制效果与淹水时间呈正相关,且分蘖盛期淹水对水稻茎叶和糙米Cd累积的抑制效果优于灌浆期淹水。     

亚热带东部稻田土壤酸缓冲性能与酸化特点研究

我国亚热带东部降水丰富、淋溶作用强、稻田复种指数与施肥水平高、酸雨频繁,土壤酸化风险较大,但该区地貌和成土母质多变,土壤酸化行为具有较大的空间异质性。为了解这一地区稻田土壤的酸化规律,以浙江省绍兴市为研究对象,通过室内模拟研究与田间广泛采样分析相结合的方法,探讨了该市稻田土壤酸缓冲性能及土壤酸化的时空变化特点。结果表明,地貌对稻田土壤的酸缓冲性能及土壤酸化有较大的影响,土壤酸缓冲容量平均值:滨海平原(484 mmol/kg)>水网平原(157 mmol/kg)>河谷平原(111 mmol/kg)>丘陵(80 mmol/kg);土壤酸缓冲强度平均值:滨海平原(118 mmol/kg)>水网平原(55 mmol/kg)>河谷平原(45 mmol/kg)>丘陵(35 mmol/kg)。全市稻田土壤pH值在3.30~8.72,多数落在4.5~6.5范围内,占82.71%;土壤平均pH值:滨海平原(7.73)>水网平原(6.00)>河谷平原(5.52)、丘陵(5.56);与第二次土壤普查相比,土壤pH≤5.50的稻田比例已由4.09%增大到42.00%;土壤pH值平均下降了0.36个单位。根据土壤对酸性物质的缓冲作用,可把土壤pH值分为大于或等于6.50、3.50~6.50和小于或等于3.50三段,其中土壤pH值为3.50~6.50时对酸缓冲能力较弱,易发生酸化。研究区稻田土壤酸化同时受自然因素与人为活动的影响,酸化稻田土壤的治理应采取综合措施。     

广东地区芸薹类叶菜-土壤镉污染相关性分析及土壤镉限量值研究

由于不同区域土壤理化性质存在差异以及不同蔬菜种类对重金属的吸收能力不同,利用我国现行的土壤环境质量标准进行评价时发现,土壤与蔬菜重金属超标情况往往存在不一致的现象,使得我国现行的土壤环境质量评价标准并未能切实保证蔬菜安全生产需求。因此,有必要针对特定区域的特定种类的农作物进行蔬菜-土壤重金属累积相关性研究,并据此建立更符合实际且科学合理的产地环境土壤重金属限量值。本研究以芸薹类叶菜中在广东地区种植较为普遍的菜心(Brassica campestris ssp.chinensis var.utilis Tsen et Lee)和小白菜(Brassica campestris ssp.chinensis Makino)为代表,大量采集广东地区镉污染呈不同程度的蔬菜产地原状土壤开展盆栽实验,分别建立了芸薹类叶菜类蔬菜可食用部分镉含量与土壤镉全量及土壤有效态镉含量的相关关系,并建立蔬菜镉含量与土壤镉全量及有效态镉的最优回归方程。然后,依据《食品中污染物限量》(GB2762─2012)中叶菜的镉限量值推算出广东地区芸薹类叶菜安全种植的产地土壤镉全量和有效态镉含量限量值分别为1.22和0.43 mg·kg-1。最后,结合大田采样中大量的土壤-蔬菜对应数据对该限量值进行了验证,证明盆栽试验所得结果与大田采样数据具有较好的一致性,对指导当地农产品安全生产和农田土壤有效利用具有较强的针对性和准确性。     

赤泥条件下水稻根际铁膜形成及镉吸收机理研究

为揭示赤泥条件下水稻(Oryza sativa L.)根表和根际铁膜形成及铁膜中重金属(Fe、Mn和Cd)分布与水稻镉(Cd)吸收的潜在关系,本文采用盆栽试验,即在2和5 mg·kg-1两种镉浓度条件下,试验设置0%、0.5%和1%3个梯度的赤泥施用量,利用根际袋法系统研究了赤泥对水稻(浙优12号)根表和根际铁膜的形成及重金属(Fe、Mn、Cd)分布特征,探讨了赤泥条件下水稻根际效应对水稻Cd吸收转运及生物量的影响。研究结果表明,赤泥显著增加了水稻的株高、根干重、秸秆干重和籽粒重;显著降低了供试水稻根部Cd浓度、秸秆Cd和籽粒Cd的浓度,下降幅度分别为23.6%~40.2%,20.1%~48.8%和45.5%~103%;显著提高了水稻根表和根际铁膜中Fe、Mn和Cd的浓度(P0.05),且随赤泥施用量的增加而增加。水稻根表铁膜中Fe、Mn和Cd浓度提高幅度分别为64.5%~107%、13.9%~43.7%和20.8%~69.9%;水稻根际铁膜中Fe、Mn和Cd提高幅度分别为93.8%~206%,20.1%~42.2%和17.3%~111%。与对照处理相比,添加赤泥土壤的p H值提高程度均达到显著水平(P0.05),DTPA提取态镉含量分别降低17.9%~47.9%和26.3%~48.6%。水稻根表和根际铁膜中Cd浓度与水稻根Cd浓度、秸秆Cd浓度、籽粒Cd浓度、根表和根际铁膜中的Fe浓度和Mn浓度呈显著正相关(P0.05)。结论:赤泥的添加促进了水稻的生长,且其富含铁氧化物的特性还可以促进水稻根表和根际铁膜的形成,通过铁膜中的Fe和Mn对Cd富集作用来减少水稻秸秆和籽粒对Cd的吸收。因此,利用富含铁氧化物的赤泥作为钝化材料修复中低度Cd污染稻田有望达到较好的修复和利用效果。     

无机硅叶面肥及土壤调理剂对水稻铅、镉吸收的影响

喷施叶面阻控剂和施用土壤调理剂是目前污染稻田治理的主要措施,针对不同污染类型、污染程度稻田研发效果较好的叶面阻控剂及土壤调理剂是研究重点。文章通过2019年的田间试验研究无机硅叶面肥及土壤调理剂对中重度铅镉复合污染稻田水稻铅镉阻控效果。共设3个处理:常规施肥处理(CK)、常规施肥+喷施无机硅叶面肥处理(L-Si)、常规施肥+施用无机硅土壤调理剂处理(S-Si)。结果表明:L-Si处理土壤中铅质量分数较对照(116.00±4.35)mg·kg-1高18.97%;S-Si处理较对照(5.51±0.06)能够显著提高稻田土壤pH值0.73,土壤中铅和镉分别较对照(116.00±4.35)、(1.89±0.03)mg·kg-1高12.07%和14.81%。L-Si处理下铅在根、叶片、稻米中富集较对照分别减少11.69%、12.40%和38.46%;镉在叶片、稻壳、稻米中较对照显著减少了18.10%、5.84%和40.84%。而S-Si处理中铅在根、茎、叶、稻壳、稻米中富集量较对照显著减少11.69%、36.93%、15.16%、23.47%和51.28%;镉在根、茎、叶、稻壳、稻米中富集量显著降低12.93%、42.28%、61.75%、59.85%和49.21%。L-Si及S-Si处理水稻产量较对照(7052.27±95.07)kg·hm^-2分别提高3.24%和4.09%。综上所述,无机硅经叶面吸收后,在减少叶片中铅富集的同时减少了根系对土壤铅的吸收,将经根系吸收的铅富集于茎和稻壳中;而在减少叶片中镉富集的同时并未减少根系对镉吸收,将经根系吸收的镉富集于根和茎中。无机硅土壤调理剂在将土壤中铅和镉固定于土壤中的同时阻隔了水稻根系对铅和镉下吸收,因此水稻根、茎、叶、稻壳、稻米中铅和镉的含量均显著降低。     

硅钙镁肥对不同母质稻田土壤水稻Cd吸收累积的影响及其差异研究

为研究硅钙镁肥(GF)对不同母质稻田土壤水稻Cd吸收累积的影响及其差异,选取黄泥田(板页岩母质发育水稻土)和麻砂泥(花岗岩母质发育水稻土)进行水稻盆栽试验,分析各生育时期土壤pH值与CEC变化、土壤溶液中Cd浓度、水稻各部位(根、茎、叶、谷壳和糙米) Cd含量及水稻全株总累积量、水稻根表铁膜Cd、Fe含量与总累积量.结果表明:稻田土壤施用GF显著降低了土壤溶液Cd浓度;施用GF显著提升了土壤pH和CEC;施用GF降低了水稻根、茎、叶、谷壳与糙米中的Cd含量,显著降低水稻全株Cd累积量.稻田土壤施用GF促进了水稻根表铁膜的形成,增加了各生育时期DCB-Fe、降低了DCB-Cd含量,抑制了Cd由根部向上迁移;稻田土壤施用GF,黄泥田与麻砂泥水稻糙米Cd含量降低至0.11 mg/kg和0.15 mg/kg,均低于国家标准.相关性分析表明,土壤pH与土壤溶液Cd浓度、水稻糙米Cd含量呈显著(P0.05)或极显著负相关(P0.01),水稻根表铁膜Fe累积量与DCB-Cd、根与糙米Cd含量呈极显著负相关(P0.01); GF使叶对糙米Cd再转运贡献率降低5.88%(黄泥田)和12.80%(麻砂泥).稻田土壤施用GF可有效阻控水稻对Cd的吸收累积,且麻砂泥效果优于黄泥田.     

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。     

海泡石和磷酸盐对镉铅污染稻田土壤的钝化修复效应与机理研究

采用盆栽实验,研究了海泡石、酸改性海泡石以及二者与磷酸盐联合使用对镉铅复合污染稻田土壤的钝化修复效果,并通过培养实验和重金属形态分析探讨了不同钝化剂处理的作用机理。结果表明：添加海泡石可以显著提高污染土壤pH值,而磷酸盐和改性海泡石则对土壤pH值无显著影响。钝化处理能显著降低土壤TCLP提取态Cd、Pb的质量分数,最大降低率分别可达23.3%和47.2%,钝化剂复配处理对土壤TCLP提取态重金属的抑制效果优于单一处理。施用海泡石和磷酸盐,通过提高土壤pH值、物理化学吸附以及生成矿物沉淀等作用,可以促进污染土壤中的Cd、Pb由活性高的交换态向活性低的残渣态转化,从而显著降低Cd、Pb的生物有效性和迁移能力。添加钝化剂可以显著提高水稻各部位的产量,稻谷和稻草的最大增产率分别为34.3%和26.6%;钝化剂复配处理对水稻的增产作用明显优于单一处理。施用钝化剂可以显著降低水稻各部位的Cd、Pb质量分数,最大可使精米的Cd、Pb质量分数分别降低35.8%和40.9%,钝化剂复配处理对水稻吸收Cd、Pb的抑制作用明显优于单一处理,海泡石和磷酸盐复配处理中精米的Cd、Pb质量分数符合国家食品卫生标准要求。综合分析不同钝化处理的增产作用、降低作物Cd、Pb吸收以及土壤Cd、Pb可迁移性的作用可知,海泡石与磷酸盐复配处理对稻田土壤Cd、Pb复合污染的钝化修复效果最佳。     

高砷煤矿污染稻田水稻对砷的吸收与赋存特征研究

为研究砷污染稻田水稻(Oryza sativa L.)各器官(根、茎、叶、稻壳、稻米)在拔节期、灌浆期、成熟期对不同形态砷的富集、吸收、转运和分布特征,以贵州省兴仁县高砷煤矿区砷污染稻田的水稻为研究对象,采用高效液相色谱-氢化物发生-原子荧光光谱法测定水稻各生育时期各器官中形态砷含量。研究表明,随着水稻生长,根部对As的富集逐渐降低,而水稻茎、叶部对As富集并未随根部As含量降低而降低;拔节期至灌浆期是茎、叶部对As富集的主要生长期。不同生育时期水稻根部主要富集As(Ⅴ),但水稻向茎部主要输送As(Ⅲ),在成熟期茎、叶部和稻米中As(Ⅲ)占总砷含量的70%以上。拔节期根部阻留As能力和茎部向叶部输送分配As的能力都相对较强,但随着水稻生长而逐渐减弱。水稻成熟期茎部与叶部相比,可能更易赋存As(Ⅴ)。成熟期水稻各部位As(Ⅲ)含量比值为根?茎?叶?稻壳?稻米=91.6?20.5?6.3?1.6?1;As(Ⅴ)含量比值为根?茎?叶?稻壳?稻米=620.8?12.2?5.7?4.7?1。水稻各器官吸收不同形态砷的同时,会保持体内As(Ⅲ)与As(Ⅴ)的平衡。研究结果可为深入认识矿业背景条件下砷在水稻中的富集及形态分布提供参考。     

硅肥施用对重金属污染土壤甘蔗镉吸收的影响研究初探

长期采用受铁矿尾矿水污染的河水进行灌溉的农田,其土壤存在一定重金属镉污染,且土壤酸化严重,有效硅活性低。甘蔗是需硅量较大的植物,因此在甘蔗种植过程中施用碱性硅肥既可补充硅营养又可通过硅肥控制镉的吸收。本试验通过硅肥不同施用量及基肥、基肥＋追肥的施用方式的比较,结果表明：在甘蔗种植中一次性施用硅肥1500 kg·hm-2,可以使土壤中活性较高的弱酸提取态镉占镉总量的比例从38.45%下降到32.51%,而甘蔗不能利用的残渣态镉的占比从11.19%提高到14.78%;硅肥分为基肥与追肥两次施用的方式,其对土壤镉的形态的影响也存在相似的规律,且变化趋势更加显著,弱酸提取态镉占比从40.93%下降到35.47%,降幅更加显著;同样残渣态镉则随着硅肥施用量的增加而增加,其占比从16.26%增加到22.66%;施用硅肥能有效降低甘蔗汁中镉的含量,从一次性作为基肥施用的结果来看,每公顷施用375~1500 kg硅肥,其蔗汁中镉含量随施肥量增加而下降,从168.54μg·L-1降至57.87μg·L-1,降幅为28.26%~60.30%;蔗渣中镉含量也有相似的变化趋势,从468.36μg·kg-1降至377.77μg·kg-1,降幅为7.86%~19.34%;采用基肥＋追肥施用硅肥,无论是蔗汁还是蔗渣,其镉的含量同样随硅肥施用量的增加而下降,蔗汁镉含量的降幅更大,最高可降81.18%,从而达到降低甘蔗汁及蔗渣中镉含量水平的目的。     

有色金属矿区农田土壤-水稻镉积累状况及其响应关系研究

位于西江上游的河池地区被誉为中国的"有色金属之乡",重金属产业经过多年选矿开矿的工业化发展使得当地生态环境受到严重的重金属污染。为评价广西西江流域中上游主要地区矿业活动对土壤和糙米质量安全的影响,采集研究区域内水稻及其对应土壤样本进行分析评价。调查发现,参照《食用农产品产地环境质量评价标准》(HJ332—2006),当p H6.5、6.50≤p H≤7.50、p H7.5时,土壤Cd含量超标率分别达到90.63%、96.97%、98.36%;参照《食品中污染物限量标准》(GB2762—2012),糙米Cd含量的超标率为19.34%。单因子污染评价表明,超过50%的调查样点土壤Cd处于重度污染,仅有10%左右调查样点的土壤Cd属于清洁等级,且上游地区土壤-水稻系统Cd污染较为严重。分别建立了水稻糙米Cd含量、糙米Cd生物富集系数与土壤有效态Cd含量、土壤p H值以及土壤有机质含量的定量关系,模型拟合度均高于50%。预测糙米Cd含量拟合度较好的模型为多元非线性回归模型,预测糙米Cd生物富集系数拟合度较好的为多元线性回归模型。多元回归模型的回代检验和残差分析表明,计算值与实测值的相关性较好,残差值较小且均匀分布,在一定程度上可以用来预测水稻糙米Cd的积累情况。     

淹水还原作用下土壤镉的吸附与解吸特征的初步探讨

利用黄棕壤发育的水稻土(pH6.53),设置6个不同处理恒温(25±0.1)℃培养20d,初步探讨了3种还原强度土壤对Cd的吸附和解吸特征。试验数据显示:强度还原土壤,Eh和pH降低并稳定在-474mV和5.02水平,Cd吸附率由开始时的99.96%下降到94.70%,Cd解吸率平均为90.01%;中度还原土壤,Eh下降至-90mV左右,pH略有上升,Cd吸附率和解吸率平均分别为99.96%和66.09%;氧化态土壤的Eh、pH和Cd解吸率变化都比较小,平均分别为400.4mV、6.11和46.78%。此结果表明,处于不同还原状况下的土壤表面对Cd吸附和解吸有所差别;强度还原土壤对外源Cd的吸附率小于中度还原土壤对外源Cd的吸附率;土壤吸附外源Cd的解吸率,由大到小的次序依次为强度还原土壤,中度还原土壤,氧化状态土壤;还原程度越强,土壤对Cd的吸附率越低,Cd的解吸率也越高;还原条件下土壤Eh、pH、交换性亚铁和水溶性有机质含量是影响土壤Cd吸附和解吸的主要因素。     

苏南区域农田土壤和大气颗粒中镉和铅含量及对水稻的贡献研究

为探究土壤和大气颗粒中镉(Cd)和铅(Pb)含量及其对水稻的贡献,采集了苏锡常农田区自然条件下生长的水稻以及相应的土壤和大气沉降样品,并对其中的重金属含量进行测定,结果显示,Cd含量高于江苏省土壤重金属含量背景值,大气降尘中w(Pb)达382μg·g~(-1)。水稻根系对Cd的富集系数为0.62~3.20,平均值为1.91;Pb为0.02~0.06,平均值为0.04。大气对水稻籽粒中Pb的平均贡献率为32.7%,Cd为15.4%。水稻籽粒中Cd含量主要来自于土壤,来自大气沉降的较少;而Pb在土壤中的移动性和在水稻植株中的转运能力均较弱,水稻籽粒中Pb含量主要来自于大气。除了重金属本身的性质影响水稻对重金属的吸收和积累外,不同土壤环境和大气污染程度也会影响Cd和Pb的贡献率。因此,应根据重金属在水稻中的迁移积累特性和环境污染特点对农田水稻种植进行合理的规划和管理。