喀斯特高镉地质背景区水稻镉的富集、转运特征与机理

西南喀斯特地区土壤镉(Cd)具有"高地质背景、低污染风险"特征,但超过《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》风险管制值的区域是否仍具有低风险性,是迫切需要回答的问题。本文在罗甸县喀斯特峰丛谷地选择一个高Cd土壤水稻种植区,开展土壤-水稻系统Cd含量特征和土壤Cd赋存形态等方面的研究,评价水稻各部位Cd的富集、转运特征。结果显示:土壤Cd含量平均值高达8.59 mg/kg,以可还原态为主(59%),弱酸提取态次之(22%);水稻糙米Cd平均含量为0.32mg/kg、超标率高达93%,富集系数仅为0.04;水稻根系平均含量为4.54 mg/kg,富集系数仅为0.52。研究区糙米、根系Cd的富集系数,远低于我国水稻主产区工业污染农田土壤及水稻,这种低富集性体现了喀斯特地区土壤Cd污染相对较低的风险性;土壤富钙、偏碱性及还原环境条件所产生多个交织的Cd解吸-吸附、溶解-沉淀作用过程,导致Cd的生物可利用性降低,是水稻根系、糙米低富集性的主导因素。本文建议加强喀斯特土壤Cd生物地球化学行为及机理的研究,探索适宜于喀斯特土壤Cd污染的消减技术与模式。

高镉地质背景区设施菜地土壤镉生物有效性主控因子分析

以贵州织金县某设施蔬菜基地为例,运用简单相关、主成分分析和路径分析等方法,研究高Cd地质背景区设施菜地蔬菜Cd累积特征,土壤Cd的主要来源、生物有效性及其与土壤pH、有机质(SOM)、碱解氮(NA)等土壤基本理化性质的相关性,并分析土壤Cd生物有效性的主控因子。结果表明,该基地耕作层土壤Cd含量大于贵州省耕作层土壤Cd背景值(0.659 mg·kg^(-1))的点位占比为75.32%,基地设施蔬菜对Cd的累积规律表现为白菜>番茄>豇豆,3种蔬菜均未超标。从食品安全角度考虑,在设施菜地土壤污染风险评价中,土壤有效Cd比土壤全Cd能更准确表征土壤Cd的安全风险。该基地设施菜地Cd主要来源为成土母质风化,其高Cd含量与高施氮量分别是提高土壤Cd生物有效性的直接因子和间接因子,土壤SOM、P和K等养分指标对土壤Cd生物有效性的影响不显著。因此,在高Cd地质背景区发展设施蔬菜栽培,可以考虑种植豇豆,并严格控制氮肥施用量,从而保证“菜篮子”安全。

喀斯特高地质背景区土壤-水稻Cd对不同调理剂及组合的响应

当前土壤调理剂在水稻Cd污染防治方面的应用,主要集中在华东、华中、华南等工农业污染区,而在西南喀斯特高Cd地质背景区应用较少。本文在贵州罗甸喀斯特高地质背景区开展了土壤-水稻Cd对NPK复合肥、菜籽饼肥、牛粪、硅钙镁肥调理剂及组合的响应试验研究,结果显示:(1)与种植前相比,各调理剂及组合处理下土壤有效态镉(DTPA-Cd)含量平均降低了21.6%、可还原态Cd含量占比平均降低了5.84%、弱酸提取态Cd含量占比平均提高了5.53%、可氧化态和残渣态Cd含量占比基本保持不变;(2)与空白相比,除NPK复合肥+菜籽饼肥外各调理剂及组合处理下糙米Cd含量平均降低了24.7%、糙米Cd富集系数平均降低了20.0%;(3)NPK复合肥+牛粪这种传统种植(施肥)模式效果最优,土壤DTPA-Cd含量降幅最大(28.1%)、糙米Cd含量最低(0.182 mg/kg)、糙米Cd富集系数最低(0.0230),值得开展更大范围的试验示范与推广。本研究区土壤-水稻Cd对各调理剂及组合的响应明显不同于我国工农业污染区,体现了喀斯特区域特点:淹水致使土壤中占主导的可还原态Cd一定程度地被活化,弱酸提取态Cd占比相应地提高,但富碳酸钙镁的岩溶水灌溉驱动碳酸盐与Cd共沉淀的钝化机制,总体降低了土壤Cd的生物可利用性。

成都平原东北部高地质背景下水稻土镉生物有效性及稻米中镉积累的影响因素

在运积型高镉地质背景土壤中,土壤镉的生物有效性与稻米中镉含量高度相关。在成都平原东北部绵竹地区高镉运积型酸性水稻土分布区采集了20组土壤和稻米样品,研究土壤中镉生物有效性和镉在稻米中积累的影响因素。结果表明:土壤中总镉含量为0.36~0.78 mg/kg,其含量与土壤中的钙、铁含量呈显著正相关(R^(2)>0.96,P<0.05),表明镉和钙、铁元素来源于相同的物源区。土壤镉的活性比(AR)、生物富集系数(BCF)与土壤pH值呈显著负相关(R^(2)>0.75,P<0.05),土壤中的钙和pH值之间具有显著的正相关关系(R^(2)=0.86,P<0.05),因此土壤pH值与土壤钙是水稻土镉生物有效性和稻米中镉积累最主要的影响因素。建立了土壤中镉和稻米中镉的耦合模型,预估了控制稻米中镉含量满足国标限值0.2 mg/kg的土壤中镉的阈值。成都平原东北部高地质背景水稻土种植的稻米镉含量超标的风险较高,需进行土壤重金属污染修复治理。

镉高地质背景区设施栽培对土壤与蔬菜镉积累的影响

为探明镉(Cd)高地质背景区设施蔬菜生产的安全性,在贵州织金县4个设施蔬菜基地(B1、B2、B3、B4)采集设施栽培5年的表层(0~20 cm)与亚表层(20~40 cm)土壤及相应的蔬菜样本,并以附近露天菜田为对照,分析土壤和蔬菜样本中的Cd含量,探讨设施蔬菜栽培对土壤与蔬菜镉积累的影响。结果表明:设施蔬菜栽培加速了土壤酸化与表层土壤的Cd累积,设施菜地与露天菜地表层土壤Cd含量均值分别超出贵州省土壤Cd背景值(0.659 mg kg^(-1))的42.6%与22.3%。研究区设施内和露地栽培蔬菜Cd含量均未超标,即使是果实Cd含量最高的设施蔬菜基地B1的番茄其超标指数也只有0.51;生产过程使用的沼渣Cd含量最高,是设施菜地土壤Cd最主要的来源,据估计每亩每年可带入Cd 6.33 g。蔬菜对Cd的吸收量受土壤pH影响大于土壤Cd全量的影响;土壤pH每降低1个单位,蔬菜中Cd的浓度上升0.022 mg kg^(-1),为此当地设施蔬菜生产中的镉积累问题应得到足够重视。综上所述,贵州镉高地质背景区设施蔬菜镉积累可防可控,而调控设施菜地土壤pH应是首选的最为有效的措施。