钝化材料对镉污染农田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。该文以Cd污染农田酸性土壤为研究对象,选择2种水稻品种(DY:德优4727;CY:川优6203)为供试材料,设置T1(石灰0.15kg/m~2)、T2(海泡石1.12 kg/m~2)、T3(石灰0.15 kg/m~2+海泡石1.12 kg/m~2)、T4(石灰0.15 kg/m~2+偏硅酸钠30 g/m~2+七水硫酸镁7.5 g/m~2)、T5(石灰0.15 kg/m~2+腐殖酸75 g/m~2)、T6(秸秆生物炭1.12 kg/m~2)和T7(灌浆期叶面喷施0.2%螯合铁肥)7个钝化处理。通过田间试验,研究不同钝化剂处理对土壤理化性质、Cd形态、水稻产量及糙米Cd含量的影响。结果表明,与对照相比,施加钝化剂后土壤pH降低了0.09～1.07个单位,有机质增加了2.48%～41.96%,速效钾增加了3.62%～103.91%,碱解氮降低了0.25%～29.71%,其中,T3、T5和T6能有效提高土壤有机质,且对土壤肥力影响较大。T1、T4和T6处理的Cd形态向更稳定的氧化态和残渣态转化。T1和T5处理下,不同品种水稻产量及糙米Cd含量均表现为CYDY。因此,推荐以DY作为水稻品种,选用T5钝化处理作为修复酸性Cd污染农田具有较好的修复效果。     

油菜作为超累积植物修复镉污染土壤的潜力

以超累积植物印度芥菜为参比植物,通过温室盆栽土培试验研究了筛选出的两种芥菜型油菜的吸Cd特征和作为超累积植物修复Cd污染土壤的潜力.试验结果表明,土壤中Cd浓度在0～20mg/kg范围内,油菜溪口花籽的地上部生物量、地上部吸Cd量和对土壤的净化率均明显高于朱苍花籽油菜和参比超累积植物印度芥菜.体内Cd浓度也和印度芥菜相当,其吸收的Cd 88%以上分布在地上部且有较强的耐Cd毒能力.油菜溪口花籽具备超累积植物的特征且有较强的修复Cd污染土壤的能力.     

模拟酸雨对钝化剂修复镉污染土壤效果研究

采用土柱试验和盆栽试验方法,研究模拟酸雨淋溶和水淋溶1a期间,海泡石、生物炭和有机肥对四川(SC)和湖南(HN)镉(Cd)污染农田土壤稳定效果及小白菜富集Cd的影响.结果表明:与水淋溶相比,酸雨淋溶降低SC和HN土壤淋出液pH值,增加淋出液电导率(EC)、可溶性有机碳(DOC)和Cd含量,其中SC和HN土壤淋出液Cd含...     

镉污染土壤（农田）原位钝化修复材料研究进展

我国耕地土壤污染点位超标比例达19.4%,其中镉（Cd）的污染点位超标比例最高,达到了7.0%. Cd一旦被作物吸收进入人体会造成肾脏、骨骼和消化系统损伤,且Cd在人体中的半衰期达到了15~30 a,严重危害着人体健康. Cd污染土壤原位钝化修复材料可有效降低重金属元素Cd的迁移性及生物有效性,降低作物对Cd的积累,具有操作简单、稳定性好、钝化速率快且不影响农业生产的优势. 针对Cd污染土壤原位钝化修复,研究了不同类型的钝化材料的机制及效果,剖析了钝化材料应用的影响因素及适用条件,并提出了Cd污染土壤钝化材料未来发展的5个方向,具体如下：①钝化材料施用后的稳定性及Cd钝化后的稳定性研究;②监测评估钝化材料施用对土壤理化性质、质地和环境质量的影响及土壤修复后作物的生长、产量和品质;③针对具体施用环境研发满足要求的钝化材料和制定相应的钝化材料标准;④研究及推广应用降低土壤中总Cd的技术;⑤加快新型材料在降本增效方面的研发力度,加快新型材料的应用. 通过综合分析为钝化材料发展提供方向,可为Cd污染土壤提供有效的解决途径.     

橡胶草(TKS)对铅镉污染农田土壤的修复潜力

橡胶草（TKS）是一种可作为天然橡胶原料的能源植物.为研究橡胶草对铅（Pb）和镉（Cd）污染农田土壤的修复潜力,通过人工控制性盆栽试验,以相关标准的风险筛选值和管制值为区间,施以4种浓度Pb和Cd复合胁迫处理,探讨橡胶草对Pb和Cd的富集及耐性特征.结果表明,随着土壤中Pb和Cd含量增加,橡胶草的叶绿素含量和生物量均逐渐降低,SOD、POD和CAT酶活性逐渐升高.Cd富集系数和转运系数在1.20~1.50之间,具有部分Cd超富集植物特征.Pb富集系数和转运系数在0.71~1.11之间,是较好的Pb富集植物,具有修复ω（Pb）为400 mg·kg^-1以下的土壤的潜力.Pb和Cd积累量逐渐增加,地上部最大Cd积累量为9.832 μg·plant^-1,最大Pb积累量为1091.185 μg·plant^-1.但在更低浓度的Pb和Cd复合污染土壤中,去除率更大,修复效率更快.使用橡胶草修复Pb和Cd污染农田土壤具有较好的应用前景和经济价值.     

复合改良剂FZB对砷镉污染土壤的修复效果

通过小白菜盆栽种植试验,研究了复合改良剂FZB(硫酸铁+沸石+改性生物炭)在不同施加量条件下对土壤基本理化性质、As和Cd的生物有效性和赋存形态,以及小白菜累积转运As和Cd的影响.结果表明,在砷镉复合污染农田土壤中,施用复合改良剂FZB后,小白菜根际土壤pH、有机质含量和阳离子交换量均呈现上升趋势;土壤中有效态As和...     

农田土壤镉污染修复技术研究

镉污染是农田土壤重金属污染中危害最大的污染之一。本文对农田土壤中镉的危害和来源,以及当前对于镉污染农田土壤常规修复技术中的植物修复和钝化修复技术进行分析研究。为今后在我国开展镉污染土壤修复提供重要借鉴意义。     

生物炭固定化硫酸盐还原菌对镉污染土壤的钝化修复

为了探讨生物炭固定化硫酸盐还原菌对镉(Cd²⁺)污染土壤的钝化修复效果,以制备的小麦秸秆生物炭为载体固定硫酸盐还原菌,研究不同修复剂生物炭(XM700)、硫酸盐还原菌(SRB15-3-2)和生物炭固定化硫酸盐还原菌(IBXM700)对Cd²⁺污染土壤的钝化修复效果.结果表明,与XM700组和SRB15-3-2组相比,IBXM700组的修复效果最好(p<0.05),不同Cd²⁺浓度污染土壤修复45 d后,与CK组对比,IBXM700组Cd可交换态含量显著降低了31.26%,残渣态含量提高了91.20%;同时,IBXM700组土壤pH值提升0.37,速效磷、速效钾含量分别提升了37.86%、57.29%,土壤蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性分别提升了50.22%、52.45%、11.61%和28.03%.研究表明,IBXM700能够有效钝化修复Cd污染土壤,提升土壤肥力,在土壤修复领域具有很大潜力.     

模拟酸雨对巯基坡缕石修复镉污染土壤的影响

为研究巯基坡缕石在模拟酸雨作用下对土壤Cd的钝化,该文通过开展室内柱淋滤实验,探究模拟酸雨作用下巯基坡缕石对土壤中Cd的淋溶行为、土壤p H及Cd形态分布的影响。结果表明,0.025%的巯基坡缕石可使土壤中DTPA提取态Cd浓度降低40.49%,且不改变土壤的p H值。在模拟酸雨的淋出液体积为1 200 m L(600 mm降雨量)时,对照组(CK)和巯基坡缕石处理组(MPAL)中Cd累积淋出率分别为18.67%和12.60%(pH 5.6)、18.56%和11.62%(pH 4.5)、19.34%和9.67%(pH 3.0);土柱淋出液和淋滤后土壤的pH值分别升高1～2和0.1～0.3个pH单位,淋出液的EC值逐渐降低,在淋出液体积为500 mL(250 mm降雨量)后稳定,同时巯基坡缕石处理组和对照组之间无显著性差异。淋滤后巯基坡缕石处理组土壤中的全Cd浓度高于对照组,DTPA提取态Cd浓度低于对照组,且在不同土层之间存在差异。模拟酸雨淋滤后,与对照酸雨(CK-pH 5.6)相比,典型酸雨(CK-pH 4.5)和强酸雨(CK-pH 3.0)淋滤后土壤中的DTPA可提取态Cd浓度和可...     

基于不确定性分析的土壤-水稻系统镉污染综合风险评估

从不确定性角度评估土壤-水稻系统镉(Cd)累积风险有助于风险决策的科学性和合理性.本研究应用物种敏感性分布模型(SSD)、健康风险评价模型及Monte Carlo模拟方法分析湖南省攸县土壤-水稻系统Cd富集特征,土壤Cd累积风险和稻米Cd健康风险.结果表明攸县稻米Cd富集因子(PUF)平均水平为1.86,多数Cd超标稻米样品来自土壤酸化严重的区域;土壤Cd污染负荷系数为2.4,隶属于强污染水平;在当前土壤Cd累积条件下,10年后研究区土壤Cd含量处于中度污染水平的概率达到90.4%;健康风险评价显示研究区成人经食用大米Cd平均摄入量(以BW计)为2.9μg·(kg·d)-1,有93.9%的概率高于WHO推荐标准.稻米Cd健康风险指数(HRI)主要集中在2.1~4.7之间,健康风险水平较高.当土壤pH5.5时,HRI1的概率为95.3%,土壤pH6时,HRI1的概率降为68.1%.     

污灌区镉污染麦田安全利用技术的工程应用

为探索工程改良、植物修复、钝化修复、拮抗修复、钝化-拮抗修复技术在污灌区镉(Cd)污染麦田安全利用工程中的应用效果,研究了上述5类技术在河南省某典型污灌区应用后小麦籽粒Cd含量、土壤Cd含量和小麦Cd富集程度。结果表明:拮抗-钝化单一或复合修复可通过影响小麦籽粒Cd的富集和土壤Cd含量来降低小麦受重金属Cd的污染,如施用适量磷基+铁基矿物复合材料可降低38%小麦籽粒Cd含量,施用适量磷基矿物材料B小麦籽粒Cd含量可降低27%~48%,2种处理修复效果显著;其他技术虽有一定修复效果,但并不显著。小麦Cd富集系数(PUF_Cd)可作为评价污灌区Cd污染麦田安全利用工程中技术应用效果的参考指标之一。     

根茬连续还田对镉污染农田土壤中镉赋存形态和生物有效性的影响

通过盆栽试验研究不同镉污染土壤上分别连作3茬玉米和菜豆,根茬连续还田后对后茬作物生长、镉吸收及土壤中镉赋存形态的影响.结果表明,两种镉污染土壤上分别连作3茬菜豆和玉米,根茬累计还田量占土壤质量的0.4%～1.1%,通过根茬累计还田的镉占土壤全镉的1.3%～3.5%.玉米和菜豆根茬连续还田对后茬大白菜和冬小麦生长均无显著影响,但在镉污染土壤上根茬连续还田后显著增加了后茬大白菜地上部镉含量.根茬连续还田对后茬小麦吸收镉无影响.根茬连续还田增加了土壤轻组有机质含量和模拟镉污染土壤中轻组有机质中镉占土壤全镉的比例.镉污染土壤连续还田玉米根茬后土壤碳酸盐结合态镉含量显著降低,在模拟镉污染土壤上菜豆根茬连续还田显著降低了土壤交换态镉含量,根茬连续还田增加了土壤中氧化物结合态镉含量.     

控释尿素对污染土壤镉有效性的影响

通过培养试验,研究了普通尿素(PU)、硫包膜尿素(SCU)和树脂包膜尿素(PCU)在最大田间持水量(湿润)和60%田间持水量(适宜湿度)对污染土壤Cd有效性的影响.结果表明,不同水分条件下包膜尿素对土壤Cd有效性的影响差异显著.培养60d后水溶态Cd含量最大田间持水量下均显著低于60%田间持水量下.最大田间持水量下施用PU、SCU和PCU均降低了水溶态Cd含量,降低程度为PCU>PU>SCU;施用SCU和PCU均降低了有效态Cd含量,降低程度为SCU>PCU. 60%田间持水量下施用PU和PCU均降低了水溶态Cd含量,降低程度为PU>PCU;施用PU、SCU和PCU均降低了有效态Cd含量,降低程度为PCU>PU>SCU.不同控释尿素和水分含量对水溶态Cd的影响较有效态Cd的影响更加突出.最大田间持水量下水溶性SO42-含量与有效态Cd含量呈显著正相关;60%田间持水量下铵态氮含量与水溶态Cd含量呈显著负相关,硝态氮含量与有效态Cd含量呈显著负相关.在Cd污染的酸性土壤旱作中,湿润状态下宜施用SCU,适宜湿度下宜施用PCU,以降低土壤Cd的有效性.     

渝西地区镉轻度污染稻田安全利用技术

渝西地区是重庆市粮食主产区,区域土壤污染特征为以镉(Cd)为主的轻中度污染区.选择该区域酸性和钙质两类典型紫色稻田土壤,开展了低累积水稻品种联合钝化剂的田间原位修复试验,比较了水稻低累积品种常两优772联合使用硅钙肥、铁粉、生物质炭和秸秆有机肥4种钝化剂的修复效果.结果表明:①在酸性和钙质两类紫色稻田土壤上,除Fe粉外的其他3种钝化剂均提高了水稻稻谷产量,酸性紫色稻田土壤上以秸秆有机肥效果最好,增产47. 43%;而在钙质稻田土壤上则以生物质炭最好,增产23. 95%.②酸性紫色稻田土壤(p H=4. 75)上单纯低累积水稻品种不能满足水稻安全生产要求,联合钝化剂施用稻米Cd含量降幅为14. 81%～54. 88%,除硅钙肥外其他3种钝化剂稻米Cd含量均达到安全食用标准(0. 2mg·kg-1,GB 2762-2017);而钙质紫色稻田土壤(p H=7. 77)上不同处理稻米Cd含量在0. 012～0. 030 mg·kg-1之间,均未超过安全标准,但施用钝化剂(除生物质炭外)仍然可使稻米Cd含量降低,降幅为26. 67%～59. 00%.③钝化剂影响Cd在稻株体内的转运.以酸性土壤为例,硅钙肥可降低茎中Cd向糙米的转运,Fe粉和生物质炭可减少根部Cd的富集并降低茎中Cd向糙米的转运,秸秆有机肥可降低根系Cd向茎中的转运.④添加4种钝化剂均能促进土壤Cd向残渣态转化,降低土壤中有效Cd含量,进而降低了水稻各器官中Cd的积累.在酸性土壤中生物质炭对土壤Cd的钝化效果最好,钙质土壤中则是秸秆有机肥钝化效果最好.⑤酸性土壤上硅钙肥和秸秆有机肥显著提升了酸性土壤p H值和有机质含量,相应地土壤有效Cd含量降低了39. 45%和34. 69%;在钙质土壤上此现象则不明显.     

不同施氮处理下旱作农田土壤CH4、N2O气体排放特征研究

依托甘肃农业大学布设在定西市李家堡镇的长期施氮定位实验,对不同施氮农田CH4和N2O气体通量,采用静态箱-气相色谱法进行小麦生育期的连续观测,并对影响通量变化的环境因子同期观测.结果表明:5个施氮处理下(0、52.5、105、157.5、210 kg·hm-2),旱作农田土壤在小麦全生育期内表现为CH4累积通量的汇和N2O累积通量的源;且不施氮处理时,CH4累积吸收通量最大;施氮量为210 kg·hm-2时,土壤CH4的累积吸收通量所受抑制最大,即土壤CH4累积吸收通量随施氮量升高而降低.相反,不施氮处理时,土壤N2O的累积排放通量最小,施氮量为210 kg·hm-2时,土壤N2O的累积排放通量最大,土壤N2O累积排放通量随施氮量的增加而增大.综合分析,施氮量增大会抑制全生育期旱作春小麦田土壤CH4吸收通量,提高土壤N2O的排放通量.因此,合理控制施氮量有利于生育期旱作农田土壤减排.CH4平均吸收通量随土壤温度的升高而降低,随土壤水分的升高而升高;相反,N2O平均排放通量随土壤温度的升高而升高,随土壤水分的升高而降低.5~10 cm层次的土壤温度与CH4平均吸收通量呈极显著线性负相关,与N2O平均排放通量呈显著正相关.5~10 cm层次的土壤水分与CH4平均吸收通量呈极显著线性正相关,与N2O平均排放通量呈显著负相关.     

大气中CO2体积分数升高对污染土壤中Cu、Cd形态分布及其生物活性的影响

采用OTC-1型开顶式培养箱,模拟研究了CO2体积分数升高对2种小麦的生长以及根际、非根际中Cu和Cd形态分布的影响.结果表明,CO2体积分数的升高显著提高了小麦地上部和地下部生物量,降低了小麦根际和非根际的pH值.临麦2号和宁麦8号小麦地上部干重分别增加了36.9%和25.2%,地下部干重则分别增加了55.1%和59.7%.此外,CO2体积分数升高对不同重金属形态分布的影响随小麦品种和重金属种类的不同而异.在高CO2体积分数条件下,可交换态(F1)Cu和Cd含量显著提高,其中临麦2号根际土壤可交换态Cu和Cd含量分别较对照增加10.6%和29.6%,宁麦8号根际土壤可交换态Cu和Cd分别较对照增加11.0%和20.3%;碳酸盐结合态(F2)Cu和Cd均有所降低,其中宁麦8号和临麦2号根际Cu降低均达极显著(分别降低73.6%和50.0%);铁锰氧化物结合态(F3),有机结合态(F4)和残渣态(F5)Cu和Cd在CO2体积分数升高情况下变化较小.同时CO2体积分数升高还显著增加了2种小麦地上部和地下部铜累积量,增加了临麦2号地上部和地下部镉累积量和宁麦8号地上部镉累积量,但对宁麦8号地下部镉累积量无显著影响.     

不同阴离子钠盐对土壤Cd形态与微生物群落的影响

为了探明污染土壤在盐碱胁迫条件下镉（Cd）有效性与微生物群落的响应,采集污灌区Cd污染农田土壤,模拟北方土壤典型盐碱胁迫情景,设置不同阴离子钠盐配置处理,利用微生境培养实验,采用高通量测序技术,结合对土壤性质、土壤Cd形态等的测定.结果表明：施用钠盐可显著提高钠吸附比（SAR）、碱化度（ESP）,降低有机碳（SOC）含量、阳离子交换量（CEC）;促进土壤中小粒径团聚体（<0.002mm）的形成,增加了Cd在小颗粒团聚体的质量负载;与对照相比,两种土壤中T1处理（主要阴离子为SO₄^2-、Cl^-）均显著（P<0.05）增加交换态Cd含量（27.06%和11.00%）.钠盐的添加降低了土壤中细菌的丰度和多样性,其中T1处理的微生物群落均匀度最低;盐碱胁迫处理改变了土壤细菌的关键类群,如增加了耐盐碱腈基降解菌科、葡萄球菌科、假单胞菌科和耐重金属芽孢杆菌科的菌群丰度,不同处理菌群结构差异与土壤阴离子组成有关,如相比而言,T1处理可增加变形菌门、芽单胞菌门、拟杆菌门的丰度.冗余分析结果表明土壤pH值、交换态Cd含量、SAR和ESP是影响细菌群落组成变化的关键环境因子,拟杆菌门、芽单胞菌门和变形菌门的丰度与pH值呈正相关,而酸杆菌门、绿弯菌门的丰度与交换态Cd含量、SAR呈现显著正相关.可见,盐碱胁迫增加了土壤Cd的有效性,显著改变了土壤微生物群落结构.     

SSD法对西南碳酸盐岩母质区稻田土壤镉污染类型划分研究

在我国西南地区典型碳酸盐岩母质区域存在现行农用地土壤镉（Cd）污染风险管控标准值偏严的现象,表现为土壤中Cd含量超标而农产品中Cd无安全风险.针对该现实问题,在基于该地区稻米-土壤协同调查数据的基础上,充分考虑了土壤理化性质,通过分析样品中Cd的富集系数（BCF）并利用物种敏感性（SSD）分布模型,对Cd毒性剂量-效应关系进行拟合,最终反推出在不同pH下适用于典型碳酸盐岩类成土母质农用地土壤Cd污染的风险筛选值和管控值.结果表明:当土壤pH在5.5 < pH ≤ 6.5范围时,基于保护90%及10%的水稻品种安全所得的土壤Cd毒性阈值分别为HC₁₀=0.34 mg/kg和HC₉₀=2.00 mg/kg;在pH ≤ 5.5、6.5 < pH ≤ 7.5、pH > 7.5这3个pH条件下,HC₁₀分别为0.22、0.68和0.80 mg/kg,HC₉₀分别为1.64、4.80和9.20 mg/kg,当土壤中Cd含量低于HC₁₀时,表明稻米安全风险较低;当土壤中Cd含量介于HC₁₀~HC₉₀之间时,表明稻米安全具有一定风险,应对稻田土壤采取安全利用措施;当土壤中Cd含量超过HC₉₀时,表明稻米安全具有极高风险,应对稻田土壤采取严格管控措施.研究显示,我国西南地区典型碳酸盐岩母质区域农产品超标点位主要集中于5.5 < pH ≤ 6.5范围内,表明土壤pH对稻米Cd的富集效应有较大影响,在酸性条件下其富集效应更为显著.      

镉处理下不同小麦品种几种解毒机制探讨

在外源Cd2+处理梯度下,综合探讨细胞壁的阻隔作用、细胞活性氧防御酶系作用、植物细胞的区间隔离作用及有机酸生成等几种解毒机制对抗性的贡献.结果表明:(1)细胞壁及残渣、含核糖核蛋白体的细胞溶质部分是结合镉的主要部位,细胞核、叶绿体和线粒体结合镉量较少;(2)解毒功能强的品种并非都是对镉吸收量少的品种,吸收量少的品种也并不意味着就有较强的解毒功能,解毒是多种机制综合作用的结果;(3)POD在Cd2+处理下小麦细胞活性氧防御机制中起关键作用;(4)低浓度Cd     

外源Cd在不同类型土壤中的稳定化特征

为明晰镉(Cd)在不同类型土壤中的稳定化特征和有效性差异,以四川省6种主要的农耕土壤酸性紫色土、中性紫色土、石灰性紫色土、灰潮土、典型黄壤和漂洗黄壤为研究对象,通过土壤培养试验,对外源Cd进入土壤后的稳定化时间、化学形态和有效Cd含量进行了对比分析,进一步结合盆栽试验下各土壤中小白菜生物量和Cd含量,探讨了外源Cd在6种土壤中的化学行为和污染效应.结果表明：(1)6种土壤的有效Cd含量在外源Cd添加后的15 d内迅速降低,后趋于平稳.稳定后,漂洗黄壤和酸性紫色土的有效Cd含量显著高于其他4种土壤,石灰性紫色土最低(1.01 mg·kg^-1);(2)6种土壤中的Cd均以可交换态的占比最高(42.51%～56.07%),其次,漂洗黄壤和典型黄壤中的铁锰氧化物结合态Cd,石灰性紫色土中的碳酸盐结合态和灰潮土中的有机络合态Cd的占比相对较高;(3)低含量Cd处理下(0.5 mg·kg^-1),6种土壤中小白菜的生长均无明显抑制,生物量与对照无显著差异,但可食部位Cd含量却有不同程度地富集,表现为典型黄壤和漂洗黄壤显著高于其他4种土壤;高含量Cd处理下(...