Cd-Pb复合污染土壤钝化修复效率与生物标记物识别

为验证重金属钝化修复效率与植物生理生化特征的关系,采用盆栽试验研究了在Cd-Pb复合污染土壤中添加海泡石后,水稻幼苗叶片和根系中SOD(超氧化物歧化酶)活性、POD(过氧化物酶)活性、w(SP)(SP为可溶性蛋白)、C_MDA(丙二醛含量)、叶片光合色素含量以及稻草和糙米中w(Cd)、w(Pb)的变化情况. 结果表明:添加海泡石后,水稻幼苗叶片和根系SOD活性、根系POD活性均随海泡石添加量的增加呈先增后降趋势,叶片POD活性随海泡石添加量的增加而增大,其中,当海泡石添加量为1.0%时,其最大增幅达33.6%;与之相反,叶片C_MDA、叶片和根系w(SP)均随海泡石添加量的增加而降低,分别比对照处理降低8.0%~30.0%、6.3%~22.3%和17.7%~25.5%. 不同添加量海泡石处理下,稻草和糙米中w(Pb)分别降低20.5%~43.6%和18.7%~43.5%,w(Cd)分别降低8.3%~23.9%和21.2%~55.2%. 幼苗w(Chl)(Chl为叶绿素)、w(SP)与糙米w(Cd)之间,以及叶片C_MDA与糙米w(Cd)、w(Pb)间均呈显著正相关(P<0.05),而叶片POD活性与糙米w(Cd)之间呈极显著负相关(P<0.01),水稻幼苗叶片w(Chl)、w(SP)、C_MDA和POD活性可以作为评估海泡石钝化修复Cd-Pb复合污染钝化修复效率的分子生物标记物.      

改性生物炭对弱碱性Cd污染土壤钝化修复效应和土壤环境质量的影响

通过大田示范试验,研究了钙基改性生物炭对弱碱性Cd污染土壤的钝化修复效应及对土壤理化性质、团聚体结构、土壤酶活性和玉米体内Cd累积特征的影响.结果表明,向弱碱性土壤中添加改性生物炭提高了土壤pH值、有效态阳离子交换量和有机质含量.与对照相比,添加钙基改性生物炭后土壤有效态Cd（DTPA-Cd）含量的降幅达到12.0%~30.2%,且Cd赋存形态由活性较高的可交换态和可还原态向更稳定的残渣态转变.改性生物炭的施加明显降低了Cd在植物体内富集的风险,玉米根、茎、叶和籽粒中Cd含量明显受到抑制,3种玉米品种籽粒中Cd含量较对照分别下降了52.65%~72.56%（郑单958）、37.54%~50.80%（蠡玉16）和23.60%~51.20%（三北218）.添加改性生物炭在一定程度上改善了土壤环境质量,土壤过氧化氢酶、脲酶和碱性磷酸酶活性随着改性生物炭施加量的增加呈逐渐升高的趋势.改性生物炭处理下,5~8 mm和2~5 mm粒级团聚体所占比例增加,而≤ 0.25 mm粒级团聚体占比有所下降,团聚体平均几何直径（GMD）和平均质量直径（MWD）分别增加了10.35%~29.34%和13.20%~27.03%,显示土壤团聚体稳定性增加.玉米籽粒中（郑单958）Cd含量与土壤有效态Cd含量呈显著负相关关系（p<0.01）.研究表明,钙基改性生物炭在钝化修复弱碱性Cd污染土壤和改善土壤环境质量方面具有一定的研究前景和可行性.     

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。     

纳米富勒烯对土壤酶活性和微生物群落的影响

采用室内暗培养试验,研究了纳米富勒烯对土壤呼吸强度、酶活性及微生物结构群落多样性的影响.结果表明,添加纳米富勒烯抑制了土壤呼吸强度(p0.05),较对照处理CO_2累积量降低了1.2%～11.3%.纳米富勒烯显著抑制了土壤脲酶活性(p0.05),与对照相比,降低了19.1%～33.7%,土壤脱氢酶活性整体上表现为随纳米富勒烯添加量增加先增加后降低的趋势.与之相反,添加不同剂量纳米富勒烯整体上提高了土壤碱性磷酸酶活性,但差异不明显(p0.05).利用磷脂脂肪酸(Phospholipid Fatty Acids, PLFAs)分析发现,添加纳米富勒烯(10～500 mg·kg~(-1))后土壤总PLFAs含量较对照降低了3.6%～27.3%,在低剂量(≤50 mg·kg~(-1))纳米富勒烯处理下革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌、真菌、细菌含量均有所提升,而当纳米富勒烯剂量达到500 mg·kg~(-1)时,土壤微生物数量在不同程度上受到抑制.土壤微生物生态学指数(Shannon、Simpson和Pielou指数)、聚类分析(Cluster analysis)、主成分分析(Principal component analysis)均显示纳米富勒烯对土壤中微生物群落多样性产生了负面影响.     

天津污灌区菜地土壤团聚体中有机碳和重金属含量特征

以天津某污灌菜地土壤为研究对象,分析干筛法所得不同粒径土壤团聚体颗粒中有机碳及重金属含量特征.结果表明,土壤团聚体粗大颗粒(2 mm)含量最大,约为70%.0.25～0.5 mm粒级团聚体中Cu、Zn、Cd和Pb含量最高,Cr含量在5～8 mm粒径团聚体中最高,As在不同颗粒中含量差异较小,不同重金属元素含量随土层深度增加而减小.污灌土壤中重金属富集因子表现为Cd Pb Zn Cu Cr As,在0.25～0.5 mm粒级团聚体颗粒中Cu、Zn、Cd和Pb分布因子最高,而5～8 mm粒径团聚体中重金属负载因子最大.土壤有机碳含量整体上随团聚体粒径增加表现为先增加后降低,不同粒径团聚体中Cu、Cd、Pb和As含量与有机碳含量呈显著正相关(p0.05).     

新型除草剂硝磺草酮在玉米和土壤中的残留及降解行为

利用高效液相色谱及田间试验方法,建立了硝磺草酮在土壤、玉米和植株中残留分析方法,研究了硝磺草酮在土壤和植株中的消解动态规律以及玉米中的最终残留状况.研究结果表明,在0.1—2.0 mg.kg-1质量浓度范围内,硝磺草酮的仪器响应值与质量浓度呈良好的线性关系,相关系数达到0.999以上.通过外标法定量(0.01—0.5 mg.kg-1),硝磺草酮在土壤、玉米和植株中的添加回收率分别达到75.10%—97.74%、80.08%—107.43%、86.49%—103.38%,其变异系数分别为4.01%—10.42%、3.44%—9.05%和3.06%—6.97%,在土壤、玉米和植株中硝磺草酮最低检出浓度均为0.001 mg.kg-1,该方法的灵敏度和回收率均可满足农药残留分析要求.在天津和南京开展的两年两地田间试验结果表明,硝磺草酮在土壤和植株中的残留消解动态规律符合一级动力学反应模型,硝磺草酮在土壤和植株中的残留消解半衰期分别为3.51—3.83 d和2.97—3.07 d.按推荐剂量和1.5倍推荐剂量在玉米上喷施10%硝磺草酮1次,在收获前20 d和收获时采集玉米样品,硝磺草酮最终残留量均低于方法最低检出浓度0.001 mg.kg-1.     

High Cd and Pb in Chinese cabbage: how to safely eat vegetables from metal-contaminated agricultural soil

Trace-element contamination poses a serious threat to China's ecology, environment, food safety, and human health. Human exposure to potentially toxic trace elements is predominantly attributed to the consumption of vegetables, especially leafy vegetables, grown on metal-contaminated soil. In the present study, the concentrations of Cd in Chinese cabbage were found to decrease at an exponential rate from the outermost layer to the inner core, while there was a small change in Pb content from the 1st to the 16th layer of the plant, suddenly decreasing at the 17th layer. Although there was a little difference between the maximum permissible concentration (MPC) and the mean Cd content in the plant, from the 1st layer to the 10th layer in the edible part of Chinese cabbage, Cd concentrations were 1.1–2.5 times higher than the MPC. The Pb concentration in the whole plant was 1.9 times higher than the MPC, while the 17th layer to the 25th layer of Chinese cabbage was safe for consumption. Health risk assessment indicated that the surface layer of Chinese cabbage might cause harm to human health, especially to children, in view of cancer risk and non-cancer risk.     

土施和喷施锌肥对镉低积累油菜吸收镉的影响

采用盆栽试验,研究了土施和喷施不同用量Zn SO4对镉(Cd)低积累油菜生长、Cd吸收及微量元素含量的影响,并通过分析Cd在油菜体内的累积分配规律及土壤Cd有效性变化来揭示其作用机理.结果表明,土施锌(Zn)肥可以显著提高Cd低积累油菜的地上部生物量,最大可使其比对照处理增加71.4%;而喷施Zn肥对Cd低积累油菜地上部生物量没有显著影响.土施和喷施Zn肥都可显著降低Cd低积累油菜的地上部Cd含量,最大降幅为41.4%;在Zn肥用量相差8~10倍的情况下,二者降低油菜地上部Cd含量的效果无显著差异.土施Zn肥可使Cd低积累油菜地上部Cu和Fe含量显著升高,而喷施Zn肥对其没有显著影响,土施和喷施Zn肥都使Cd低积累油菜地上部Mn含量显著降低.土施Zn肥可显著提高土壤有效态Zn含量,但对土壤有效Cd含量没有显著影响;土施和喷施Zn肥可以显著降低油菜根部Cd净吸收量和Cd转运系数,油菜地上部Cd含量与根部Cd净吸收量呈显著的正相关关系(p0.01),而与Cd转运系数无显著的相关性,这表明施用Zn肥降低油菜地上部Cd含量主要是由于抑制根部Cd吸收引起的.总之,喷施Zn肥是调控Cd低积累油菜安全生产的较好措施.     

海泡石对镉污染红壤的钝化修复效应研究

采用盆栽试验,研究了海泡石对土壤pH值,镉(Cd)有效态含量以及对菠菜的生物量与品质安全性的影响.结果表明,在1.25、2.5和5mg.kg-1Cd污染土壤中,投加海泡石显著地提高土壤pH值(p<0.05).土壤有效态Cd含量则随海泡石投加量的增加而降低,与未投加海泡石处理相比,分别减少了11.0%～44.4%、7.3%～23.0%和4.1%～17.0%.施加海泡石缓解了Cd对菠菜的胁迫效应,植物地上部生物量有所增加,然而海泡石处理显著抑制了菠菜对Cd的吸收,其地上部Cd含量(干重)分别比对照处理下降了78.6%～300.4%、44.6%～169.0%和18.1%～89.3%.在Cd含量为1.25mg.kg-1的土壤中,当海泡石投加量≥1%时,菠菜可食部Cd含量(鲜重)低于0.2mg.kg-1(FW)(国家食品中污染物限量标准Cd含量阈值,GB2762—2005);而在2.5和5mg.kg-1Cd污染土壤中,当海泡石投加量达到5%时,菠菜可食部Cd含量才满足污染物预防品种的Cd含量标准,可以安全食用.     

Remediation mechanisms of mercapto-grafted palygorskite for cadmium pollutant in paddy soil

The immobilization agent was the key factor that determined the success of remediation of heavy metal polluted soil. In this study, mercapto-grafted palygorskite (MP) as a novel and efficient immobilization agent was utilized for the remediation of Cd-polluted paddy soil in pot trials, and the remediation mechanisms were investigated in the aspect of soil chemistry and plant physiology with different rice cultivars as model plants. Mercapto-grafted palygorskite at applied doses of 0.1–0.3% could reduce Cd contents of brown rice and straws of different cultivars significantly. Both reduced DTPA-extractable Cd contents in rhizosphere and non-rhizosphere soil and decreasing Cd contents in iron plaques on rice root surfaces confirmed that MP was an efficient immobilization agent for Cd pollutant in paddy soil. In the aspect of soil chemistry, the pH values of rhizosphere and non-rhizosphere soils had no statistical changes in the MP treatment groups, but their zeta potentials decreased obviously, indicating that MP could enhance the fixation or sorption of Cd on soil compositions. In the aspect of antioxidant system, MP could increase POD activity of rice roots significantly to alleviate the stress of Cd to roots, and resulted in the decrease of T-AOC, SOD, and CAT activities of rice roots of the selected cultivars. MP had no inhabitation or enhancement effects on TSH of rice roots but enhance the contents of MTs and NPT to binding Cd to complete detoxification process. MP as a novel and efficient immobilization agent could complete the remediation effects through soil chemistry and plant physiological mechanisms.