不同氮肥配施生物炭对镉污染土壤青菜镉吸收的影响

氮是作物生长的必需营养元素,生物炭是一种良好的土壤修复材料.以镉(Cd)污染农田土壤为对象,采用青菜盆栽试验研究尿素、硫酸铵和硝酸钙这3种氮肥配施生物炭对青菜生长和Cd吸收的影响.结果表明,施用氮肥和生物炭促进了青菜生长,与不施氮肥的对照处理相比,单施尿素、硫酸铵、硝酸钙和生物炭处理青菜生物量显著增加了5.02%～32.9%,不同氮肥配施生物炭处理青菜生物量比单施氮肥处理显著增加了8.84%～50.8%.单施尿素后土壤pH值比对照处理显著降低了0.27个单位,土壤有效态Cd含量显著增加了30.0%.单施硫酸铵后土壤pH值比对照处理显著降低了0.33个单位,青菜Cd含量显著增加了29.2%.单施硝酸钙对土壤pH值和青菜Cd含量无显著影响,而单施生物炭后土壤pH值比对照处理显著提高了0.35个单位,土壤有效态Cd含量和青菜Cd含量分别显著降低了57.4%和53.7%.氮肥配施生物炭处理土壤pH值比单施氮肥处理显著提高了0.14～0.28个单位,土壤有效态Cd含量和青菜Cd含量分别显著降低了16.5%～30.1%和15.3%～28.6%.总体来看,配施生物炭能够调节不同氮肥对污染土壤中Cd有...     

外源菌剂联合柠檬酸强化龙葵修复土壤镉污染

设置对照（CK）、摩西球囊霉菌（GM）、摩西球囊霉菌+柠檬酸（GM+CA）、摩西球囊霉菌+巨大芽孢杆菌（GM+BM）和摩西球囊霉菌+巨大芽孢杆菌+柠檬酸（GM+BM+CA）这5个处理,通过测定土壤全Cd、有效Cd和植株Cd吸收量及微生物群落变化,分析了外源菌剂和柠檬酸添加对龙葵修复Cd污染效果的影响.结果表明,相对于CK处理,GM处理龙葵根、茎和叶生物量显著增加35.67%、41.35%和65.38%,GM+BM+CA处理龙葵根和茎生物量显著增加73.38%和75.38%.GM处理提高了龙葵各部位Cd含量但差异不显著,GM+BM+CA处理龙葵叶部的Cd含量显著提高79.34%.GM处理龙葵茎和叶Cd累积量显著提高47.51%和89.58%.GM+BM+CA处理龙葵叶部Cd累积量显著提高226.84%.GM+BM+CA处理显著增加了Cd由龙葵茎向叶的转运系数,增幅为52.47%.GM+BM+CA处理显著增加了叶的富集系数,增幅为120.53%.此外,联合修复对根际微生物群落结构也产生了影响,特别体现在诱导某些关键微生物类群,如变形菌门、放线菌门、球囊菌门和油壶菌门相对丰度增加2.00%~5.77%、0.76%~9.96%、2.11%~3.63%和0.54%~2.98%.RDA分析发现变形菌门和放线菌门与土壤全Cd呈显著负相关,球囊菌门和油壶菌门与土壤全Cd呈负相关.关键微生物的变化增强了龙葵吸收根际养分和抗Cd胁迫的能力,提高龙葵Cd累积能力,有效降低土壤全Cd含量.综上,摩西球囊霉菌、柠檬酸与巨大芽孢杆菌通过共接种的方式活化了土壤中的难溶态Cd,有助于龙葵富集更多的Cd,同时也与摩西球囊霉菌产生联合修复的效果.富集植物-微生物联合修复Cd污染土壤有较好的应用潜力.     

硅改性生物炭吸附水中Cd(Ⅱ)机理的量化分析

以纳米二氧化硅为硅源制备硅改性生物炭,利用吸附动力学、吸附等温线及SEM-EDS、XRD、FTIR、XPS等表征研究硅改性生物炭对水中Cd(Ⅱ)的吸附机理,并定量分析各种吸附机制的贡献率.结果表明,当添加SiO₂质量比为0.5%时制备的生物炭(0.5SiBC)吸附Cd(Ⅱ)效果最佳,最大吸附量为132.64 mg·g^-1,是未改性生物炭(BC)的1.56倍;0.5SiBC对Cd(Ⅱ)吸附过程符合拟二级动力学和Freundlich模型,其吸附过程属于化学吸附;XRD、FTIR和XPS等结果表明,0.5SiBC吸附Cd(Ⅱ)的机理主要有矿物质沉淀、离子交换作用和络合作用,各种机理贡献率依次为：矿物质沉淀(46.61%)>离子交换(33.79%)>其他机理(18.36%)>络合作用(1.24%);0.5SiBC对Cd(Ⅱ)的离子交换和矿物质沉淀量比BC分别提高133.80%和41.46%,硅改性主要通过提高生物炭的离子交换和矿物质沉淀能力来提高吸附Cd(Ⅱ)的能力.研究表明,硅改性生物炭作为去除水溶液中Cd(Ⅱ)的吸附剂具有较好的...     

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.     

土壤调理剂对镉污染稻田修复效果

选用森美思、CCT01、矿物质和特贝钙这4种土壤调理剂,在萍乡地区受镉(Cd)污染稻田开展大田控镉试验,探讨4种调理剂对土壤pH、容重、有机质、速效养分、质地和微团聚体等理化性质及土壤有效态Cd和糙米Cd含量的影响.研究结果表明与对照相比,添加土壤调理剂提高了土壤pH值、容重和阳离子交换量;其中森美思和CCT01土壤调理剂使土壤粉粒和黏粒增加,砂粒减少,而矿物质和特贝钙土壤调理剂使粉粒和黏粒减少,砂粒增加;除CCT01土壤调理剂外,施用土壤调理剂增加了大粒级团聚体,而减少小粒级微团聚体.土壤调理剂对土壤理化性质的影响促进污染土壤中的Cd由活性高的形态向活性低的形态转化,从而降低了土壤有效态Cd含量(5. 21%～34. 78%)和糙米中Cd含量(51. 39%～68. 06%).相关性分析表明,糙米Cd含量与土壤有效态Cd和有效磷呈显著的正相关关系,而与土壤pH和容重呈显著的负相关关系.从土壤和糙米降镉率及对理化性质的影响考虑,特贝钙土壤调理剂修复效果最佳,其次是森美思和矿物质土壤调理剂.     

植物细胞吸收镉的机理及镉对植物气孔发育的影响

镉(Cd)是对动植物有严重危害的一种重金属,但关于它如何进入细胞以及它对植物发育影响的研究很少。通过观察Cd暴露下的3种植物——凤仙花、牵牛花、紫茉莉的生长状况,用台盼蓝染根细胞核和通过叶表皮造模技术观察气孔变化,初步研究了Cd进入细胞的可能途径,提出了Cd进入植物体内的细胞模型,并观察了Cd对气孔发育的影响。结果表明:Cd环境暴露下,用台盼蓝染色凤仙花的根可使其根毛细胞核染色,而对照不被染色。根据三种植物在Cd暴露条件下的生长状况和植株死亡时的表现,提出了Cd进入细胞的模型:Cd首先与细胞膜上的蛋白质结合,使细胞膜上形成可以允许Cd~(2+)或其他离子进出细胞的孔,Cd通过扩散进入细胞;与膜蛋白结合的Cd为可逆结合,依据Cd浓度形成平衡。Cd影响气孔的开闭和发育。当Cd浓度变化时,气孔闭合率也发生变化。在叶子的发育中,如果有Cd的存在,气孔的发育偏离原有的进程,牵牛花叶子的副卫细胞消失,同时气孔数量减少。对Cd敏感的凤仙花的气孔密度严重减少,紫茉莉和牵牛花气孔则少量减少。同时叶表皮细胞壁的弯曲形状也发生较大变化,表皮细胞也明显变小。     

Editorial: Effects of metal contamination on ammonia-oxidizing microorganisms in a freshwater reservoir

<正>Ammonia-oxidizing microorganisms, including ammoniaoxidizing bacteria (AOB) and archaea (AOA), are important to the global nitrogen cycle. These microbes catalyze the oxidization of ammonia (NH_3) to nitrite (NO_2~-), the ratelimiting step in the biogeochemical cycling of nitrogen (Stahl and de la Torre, 2012). Effects on the activity of the ammoniaoxidizing microbes could ultimately influence the global     

土壤pH和Cd全量对伴矿景天修复效率的影响

修复效率是影响植物修复周期和技术推广的主要因素之一.采用不同pH和不同程度Cd污染农田土壤进行盆栽试验,其中,重度Cd污染土壤（简称"SKS处理"）中w（Cd）（Cd全量）高于GB 15618-2018《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》中的风险管控值,中度Cd污染土壤（通过人为调节并稳定其pH为3.97、4.97、6.03、6.90和7.93）中w（Cd）介于GB 15618-2018风险筛选值和管控值之间,轻度Cd污染土壤（简称"YH处理"）中w（Cd）略高于GB 15618-2018风险筛选值;比较修复前后不同pH和不同程度Cd污染对土壤Cd有效性、形态分配及w（Cd）的影响,并结合PCA（主成分分析）和Pearson相关性分析等方法深入研究影响植物修复效率的主控因素.结果表明:①与修复前相比,不同pH处理修复后土壤中w（有效态Cd）、w（弱酸提取态Cd）、w（可还原态Cd）、w（可氧化态Cd）和w（Cd）的减少量均随pH的降低而增加,土壤pH ≤ 6.0时,伴矿景天修复效率显著高于土壤pH>6.0的处理（P <0.05）.②修复后,轻度Cd污染土壤中w（Cd）降至GB 15618-2018风险筛选值以下,中度Cd污染土壤pH ≤ 6.0的处理中w（Cd）降至0.60 mg/kg左右,而pH>6.0的处理中w（Cd）仍高于1.00 mg/kg.③重度Cd污染土壤中w（有效态Cd）最高,其伴矿景天生物量与轻度Cd污染土壤处理无显著差异,w（Cd）达681.5 mg/kg,但修复效率显著低于其他处理（P <0.05）.综合PCA和Pearson相关性分析发现,影响伴矿景天修复效率的主控因素除土壤pH、Cd有效性和伴矿景天生物量外,伴矿景天的BCF（富集系数）对修复效率也具有重要作用.因此,伴矿景天更适用于弱酸性、中度Cd污染和轻度Cd污染土壤;而对碱性或重度Cd污染土壤进行植物修复时,可适当延长修复周期或联合修复以提高其修复效率.      

微生物诱导碳酸盐沉积介导的Cd2+固定

实验室条件下,研究了碳酸盐矿化菌施氏假单胞菌（Pseudomonas stutzeri）、枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）和巴氏芽孢杆菌（Bacillus pasteurii）的生长对Cd²⁺的耐受性和固定效果,以及羟基磷灰石对3种菌固定Cd²⁺的影响,通过扫描电镜（SEM）、X射线能谱（EDS）、傅里叶红外光谱（FTIR）和X射线衍射（XRD）对碳酸盐矿化菌的诱导矿化产物进行了表征.结果表明,3种菌生长过程中B.pasteurii的脲酶活性最强,是P.stutzeri和B.subtilis脲酶活性的10倍左右,且P.stutzeri,B.subtilis,B.pasteurii产CO₃^2-的最高浓度分别为588.19,661.72,1735.18mg/L,培养体系中pH值均呈现升高的趋势,最高pH值分别为8.23,9.06,9.52;Cd²⁺浓度在0~10mg/L范围内对P.stutzeri的生长影响较小,而当Cd²⁺浓度高于1mg/L时则会抑制B.subtilis和B.pasteurii的生长.初始Cd²⁺浓度为0.5mg/L时,培养120h,P.stutzeri,B.subtilis和B.pasteurii对Cd²⁺的固定去除率分别为96.37%,99.40%,97.57%;加入羟基磷灰石能够提高碳酸盐矿化菌对Cd²⁺的去除率.SEM和EDS结果显示,P.stutzeri和B.subtilis诱导形成的矿化产物多聚集在菌体周围或附着在菌体表面,呈球状或网状结构,表面疏松多孔,B.pasteurii的矿化产物附着在菌体表面,结构致密,呈不规则的球状;FTIR分析表明矿化产物中存在CO₃^2-,结合XRD结果,证实3种菌诱导沉淀矿化产物主要是CaCO₃,而Cd²⁺与Ca²⁺会以同晶置换的方式形成CdCO₃晶体,B.pasteurii在诱导矿化的过程中可将Cd²⁺以Ca_0.67Cd_0.33CO₃共沉淀的方式固定.     

旺盛期烟草对镉富集敏感性研究

采用盆栽试验方法,揭示了旺盛期烟草（云烟99）对镉的富集特点以及光合等生理指标对镉胁迫的响应.结果表明：当土壤镉含量分别为4.43,7.94,17.33和49.79mg/kg时,烟草茎、叶及地上部镉的富集系数（植物镉含量与土壤镉含量的比值）均大于1,转移系数（地上部镉含量与根镉含量的比值）也大于1,但镉含量未达到镉超富集植物的临界含量标准100mg/kg.当土壤镉含量为4.43mg/kg时,烟草的耐性较强.当土壤镉含量大于7.94mg/kg时,烟草的生物量、叶片光合色素含量、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和SOD活性均显著下降（P<0.05）,胞间CO₂浓度和MDA含量显著提高（P<0.05）.旺盛期烟草对镉富集比较敏感,建议烟草的种植要远离镉污染土壤或镉背景值较高的土壤.