氯化铁和硫酸铁对酸性土壤中有效态镉和铅污染的修复作用

采用浸泡实验法研究了氯化铁和硫酸铁对酸性土壤中有效态镉和铅污染的修复效果,结果表明,氯化铁和硫酸铁均能有效去除土壤有效态镉和铅污染,Fe(Ⅲ)用量为50～100 mmol/kg时,有效态Cd和Pb的去除效果可达70％～96％.氯化铁和硫酸铁能去除土壤中的水溶态、碳酸盐结合态、腐殖酸结合态、铁锰氧化物结合态和强有机结合态Cd和Pb及交换态Cd.氯化铁和硫酸铁对Cd均既有洗脱修复作用又有固定修复作用,且洗脱修复作用的贡献稍大;氯化铁用量较小时(50 mmol/kg)对Pb既有固定修复又有洗脱修复作用,固定修复作用稍大;用量较大时(100 mmol/kg),对Pb只有洗脱修复作用.硫酸铁对Pb的修复作用则以固定修复作用为主,洗脱修复作用很小.     

改良剂对Cd污染土壤中小白菜品质的影响

通过小白菜盆栽试验,以啤酒污泥、草木灰及其混合物作为土壤改良剂,以生物量、可溶性糖、维生素C和叶绿素含量为指标,研究了改良剂对小白菜品质的影响,并分析了土壤中Cd赋存形态的变化。结果表明,不同改良剂在性质和改良机制上存在差异,因此改良效果各不相同,其中啤酒污泥和草木灰的混合物的改良效果最好,其次是啤酒污泥,最后是草木灰。虽然3种改良剂均能降低小白菜茎叶中Cd含量和土壤中有效态(水溶态和可交换态)Cd含量,提高小白菜品质,但小白菜茎叶中Cd含量仍超过《食品中污染物限量》(GB 2762—2005)规定的蔬菜中Cd限量值。     

Effects of Acid Rain on Competitive Releases of Cd, Cu, and Zn from Two Natural Soils and Two Contaminated Soils in Hunan, China

Leaching experiments of rebuilt soil columns with two simulated acid rain solutions (pH 4.6–3.8) were conducted for two natural soils and two artificial contaminated soils from Hunan, south-central China, to study effects of acid rain on competitive releases of soil Cd, Cu, and Zn. Distilled water was used in comparison. The results showed that the total releases were Zn>Cu>Cd for the natural soils and Cd>Zn≫Cu for the contaminated soils, which reflected sensitivity of these metals to acid rain. Leached with different acid rain, about 26–76% of external Cd and 11–68% external Zn were released, but more than 99% of external Cu was adsorbed by the soils, and therefore Cu had a different sorption and desorption pattern from Cd and Zn. Metal releases were obviously correlated with releases of TOC in the leachates, which could be described as an exponential equation. Compared with the natural soils, acid rain not only led to changes in total metal contents, but also in metal fraction distributions in the contaminated soils. More acidified soils had a lower sorption capacity to metals, mostly related to soil properties such as pH, organic matter, soil particles, adsorbed SO₄ ²⁻, exchangeable Al³⁺ and H⁺, and contents of Fe₂O₃ and Al₂O₃.     

重金属对秀丽隐杆线虫繁殖的影响

为了探究重金属单独及联合暴露对秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)繁殖的影响及其作用机制,采用96孔板液相暴露试验,以环境相关浓度(0.1~50.0 μg/L)的Cd、Hg、Pb暴露同步化处理秀丽隐杆线虫,24 h后统计其怀卵数及阴门畸形率,以及连续记录72 h内子一代秀丽隐杆线虫的个体数,最后利用2×2析因设计方差分析阐明重金属的两两联合作用模式. 结果表明:与对照组相比,Cd、Hg、Pb单独及联合暴露对秀丽隐杆线虫的繁殖具有显著抑制作用,ρ(Cd)为50.0 μg/L、ρ(Hg)为10.0 μg/L、ρ(Pb)为50.0 μg/L暴露组秀丽隐杆线虫子一代数量分别降低了43.5%、33.8%、51.0%;Cd-Hg暴露组〔当ρ(Cd)、ρ(Hg)分别为50.0、10.0 μg/L时〕、Hg-Pb暴露组〔当ρ(Hg)、ρ(Pb)分别为10.0、50.0 μg/L时〕、Cd-Pb暴露组〔当ρ(Cd)、ρ(Pb)分别为50.0、50.0 μg/L时〕秀丽隐杆线虫子一代个体数分别降低了44.7%、61.0%、53.3%. 进一步研究发现,Cd、Hg、Pb单独及联合暴露会引起秀丽隐杆线虫子宫内受精卵数量降低以及产卵器阴门结构畸形率升高. 2×2析因设计方差分析结果发现,Cd、Hg、Pb两两联合暴露对秀丽隐杆线虫的繁殖表现为没有交互作用或者交互方式为拮抗. 研究显示,秀丽隐杆线虫子宫内怀卵数的降低是其子一代数量显著减少的主要原因,而阴门结构的损伤可能使产卵行为受损,从而进一步加剧重金属对秀丽隐杆线虫繁殖的抑制作用.      

改良剂对根际土壤-水稻系统中镉运移的影响

稻田镉(Cd)污染治理是我国目前农田重金属污染治理的重点和难点.铁的氧化还原过程对Cd在土壤-水稻系统中的运移发挥着极其重要的作用.从铁循环调控入手,研发阻控稻米Cd累积的钝化技术及产品,势必能为农田重金属污染治理提供新的解决途径.本研究以自主研发的改良剂为对象,通过野外田间试验,研究改良剂对Cd从根际土壤向根表铁膜迁移及在水稻不同组织器官间转运的影响,探索铁循环影响Cd在根际土壤-水稻系统中运移的机制.结果表明,改良剂施用促进了根际土壤中铁硫化物的形成,其与Cd共沉淀显著减少了分蘖期、拔节期和灌浆期根际土壤中乙酸铵浸提态Cd(NH4AcCd)的含量;成熟期排水烤田致使铁硫化物被氧化,其对Cd的释放显著增大了根际土壤中NH4Ac-Cd的含量;铁硫化物形成减弱了Fe(Ⅱ)从根际土壤向根表的迁移能力,铁膜中铁(DCB-Fe)的含量随之减小,铁膜对Cd的吸附能力减弱导致分蘖期和灌浆期铁膜中Cd(DCB-Cd)的含量显著减小;改良剂施用有效减弱了根系对Cd的转运能力,增大了拔节期、灌浆期和成熟期Cd在根系的分布比例,而减少了拔节期、灌浆期和成熟期Cd在茎叶、以及成熟期Cd在糙米中的分布比例.本研究成果将为后期改良剂的研发及应用提供理论依据,对解决稻田Cd污染治理难题具有重要意义.     

镉的淡水水生生物水质基准研究

镉是一种有毒重金属,具有高毒性、难降解和易残留等特点,会对水生生物及水生态系统产生有害影响.为有效控制镉给水生生物带来的不利影响,亟需开展镉的水生生物基准研究,为水质标准的制订提供依据. 以我国淡水生态系统及其生物区系为保护对象,结合大量国内外文献报道的镉对我国淡水生物区系中代表物种的毒理学数据,运用评价因子法、毒性百分数排序法和物种敏感度分布法等当前国际上广泛使用的基准推导方法,研究我国淡水中镉的基准值及其推导过程. 结果表明:评价因子法得出的基准值为单值,其值为0.15 μg/L;毒性百分数排序法得出的基准值包括基准最大浓度和基准连续浓度,二者分别为7.30和0.12 μg/L;物种敏感度分布法得出的基准值分为短期危险浓度和长期危险浓度,二者分别为32.50和0.46 μg/L. 比较了3种方法的优缺点,以及与国内外已有研究基准值之间的差异及形成原因,分析了影响镉的水生生物基准的关键因素.      

水杨酸对镉、锌复合胁迫下小麦幼苗生长及生理特性的影响

在水培条件下,以辽春10号小麦品种为供试材料,研究了10-4mol.L-1、10-5mol.L-1、10-6mol.L-13种不同浓度的水杨酸(SA)对1mmol.L-1Cd2+、5mmol.L-1Zn2+复合胁迫下小麦幼苗生长及生理特性的影响。结果表明:与对照组(未加SA处理的Cd2+、Zn2+复合污染)相比,经SA处理Cd2+、Zn2+复合胁迫下小麦幼苗地上及地下生物量都有明显增高,特别是10-4mol.L-1SA处理组分别增加23.78%和24.7%;10-4mol.L-1SA处理组小麦幼苗根系活力提高6.74%。在试验第6 d、11 d根系和叶片中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)分别达到峰值且以10-4mol.L-1SA处理组最高;在整个试验期间3个SA处理组过氧化氢酶(CAT)活性始终高于对照,其中10-4mol.L-1SA处理组为对照组的146.6%;SA处理使丙二醛(MDA)含量降低,在试验第11 d,10-4mol.L-1SA处理组叶片和根系中丙二醛含量分别为对照组的85.5%和87.6%。但是在试验第14 d各组小麦幼苗叶片和根系中丙二醛含量全部有所回升。综合来看,不同浓度的SA处理均能提高小麦幼苗的抗氧化酶活性且高浓度SA(10-4mol.L-1)处理效果最明显。这表明,水杨酸能够通过促进保护酶活性的升高,抑制活性氧含量的增加,从而有效缓解Cd2+、Zn2+复合胁迫对小麦的毒害。     

土壤重金属污染风险筛选值划分方法:以Cd为例

《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618-2018)给出了我国土壤环境质量的风险筛选值,但由于不同地区土壤组分及理化性质等方面的差异,使得该值对某些地区存在局限性.基于《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB 2762-2017)中给出的农作物中污染物的限值,以渝东南主要农耕区土壤中Cd为例、元素生物有效态的含量为基础划分建议筛选值.此方法可为重金属生物有效性较高、较低或Se元素含量丰富等典型地区完善土壤重金属及健康元素阈值提供借鉴和参考.     

北方农田镉污染土壤玉米生产阈值及产区划分初探

为探究我国北方镉(Cd)污染农田中玉米安全生产的土壤阈值以及产区划分,于部分北方玉米主要产区(含不同程度Cd污染)收集了 129套点对点的土壤-玉米样品,分析了土壤理化性质与土壤、玉米籽粒Cd含量之间的相关性,利用多元线性回归法和物种敏感度分布曲线法(SSD)推导不同土壤情景下土壤Cd的生态阈值,并进行了玉米"宜产、限产、禁产"产区划分.结果表明,研究区土壤与玉米籽粒中Cd含量超标分别为99.62％和49.61％;玉米籽粒中Cd富集系数(BCF)与土壤pH、土壤有机质(SOM)、阳离子交换量(CEC)和土壤有效态Cd含量(DTPA浸提)均呈极显著相关性(P＜0.01).多元线性回归法的预测可解释因变量71.9％的变异量;基于研究区土壤特性以及参考资料,划分3种不同土壤情景分别为,情景1:6.5＜pH≤7.5,土壤 ω(SOM)=15 g·kg-1,土壤 CEC=15 cmol·kg-1;情景2:7.5＜pH＜8.5,土壤 ω(SOM)=20 g·kg-1,土壤 CEC=20 cmol·kg-1;情景3:pH≥8.5,土壤 ω(SOM)=17 g·kg-1,土壤 CEC=17 cmol.kg-1,利用 SSD 法中 Logistic 函数模型推导以上3种情景的粮食宜产区土壤Cd阈值分别为3.00、3.80和3.11 mg·kg-1;禁产区阈值为8.95、9.10和7.21 mg～kg-1,当土壤Cd含量介于宜产区阈值与禁产区阈值之间时该区域划分为粮食限产区;玉米用于饲料使用时3种情景下的饲料宜产区阈值分别为14.94、18.90和15.55 mg·kg-1,禁产区阈值分别为44.93、45.40和36.05 mg·kg-1,两者之间的区域为饲料限产区.以上方法和结果可为我国北方农田土壤的安全生产提供参考,并为土壤生态阈值的标准制定提供科学依据.     

纳米沸石对土壤Cd形态及大白菜Cd吸收的影响

通过室内培养试验研究了不同镉污染水平(1、5、10和15 mg·kg-1Cd)下,不同施用量(0、5、10和20 g·kg-1)的纳米沸石(NZ)和普通沸石(OZ)对土壤镉形态分配比例(FDC)随时间的变化情况,并通过盆栽试验进一步研究纳米沸石和普通沸石对土壤镉形态和大白菜Cd吸收的影响.室内培养试验表明,施用纳米沸石和普通沸石有效降低了土壤可交换态镉FDC,增加了铁锰氧化态镉FDC,在0~28 d的培养过程中,可交换态镉FDC呈先降后增后趋于平缓最后增加的趋势.培养结束时,沸石处理使可交换态镉FDC从0 d时的72.0%~88.0%降至30.0%~66.4%,各处理土壤镉主要以可交换态存在.盆栽试验表明,施用纳米沸石和普通沸石均显著降低了土壤可交换态镉含量和FDC,增加了碳酸盐结合态、铁锰氧化态、有机态和残渣态镉含量和FDC,以高量纳米沸石处理(20 g·kg-1)对可交换态镉的降低效果最好.土壤可交换态镉FDC与土壤p H呈显著负相关(P0.05),与大白菜地上部和根部镉含量呈极显著正相关(P0.01).施用沸石使1和5 mg·kg-1Cd水平土壤p H分别提高了1.8%~45.5%和6.1%~54.3%,土壤可交换态镉FDC分别降低了16.3%~47.7%和16.2%~46.7%,大白菜各部位镉含量分别降低了1.0%~75.0%和3.8%~53.2%,纳米沸石对土壤和植株镉的降低效果优于普通沸石.中低量(≤10 g·kg-1)的沸石对大白菜生长有明显的促进作用,而高量沸石(20 g·kg-1)则抑制了大白菜的生长.与普通沸石相比,纳米沸石显著提高大白菜生物量的同时,也显著降低了土壤可交换态镉含量和大白菜镉含量及镉积累量.