硅对水稻镉转运的抑制效应研究

为探究外源施加硅肥对水稻(Oryza sativa L.)镉积累和转运过程的抑制效应,采用盆栽试验的方法,以广西普遍种植水稻品种"中广香1号"为研究对象,在0、400、600和800 mg·kg^(-1) 4个硅肥(Na2Si O3)处理水平下,研究了不同硅肥施加量对水稻镉吸收转运及产量结构的影响。研究结果显示,糙米镉含量随硅肥用量的增加而显著下降(P<0.05)。当硅肥用量为800 mg·kg^(-1)时,糙米镉含量最低,为0.39 mg·kg^(-1),相比对照(未施硅肥)减少了32.76%。与对照相比,施用硅肥可以提高土壤p H,且土壤有效态镉的含量随着施硅量的增加而显著降低,当施硅量为800 mg·kg^(-1)时,土壤中有效态镉含量显著低于未施硅处理,降幅达10.57%。研究发现硅肥抑制糙米积累镉与硅阻碍镉在水稻各部位的转运有关,土壤施硅促进水稻根表铁膜的形成,加强铁膜对镉的吸附作用,显著地降低镉从根系铁膜向根部和镉从根部向茎秆的转运(P<0.05);随着硅肥施加量的增加,茎秆对镉的截留效果更显著,当硅肥用量为800 mg·kg^(-1)时,镉从根系铁膜向根部和镉从根部向茎秆的转运因子分别较对照下降了10.34%和15.79%。此外,硅肥处理下水稻产量明显高于对照,且结实率显著增加。因此,硅肥可作为降低水稻镉积累的有效农艺措施。

青葙对镉的超富集特征及累积动态研究

通过盆栽试验,研究了青葙(Celosia argentea Linn.)在0(对照)、1、5、10、15、20、25 mg·kg^(-1)七个浓度下对土壤Cd的耐受和富集特征,评价了青葙对CdCl_2、CdSO_4、CdCO_3、Cd(OH)_2、Cd S、Cd O和Cd(NO_3)_2等形态Cd的富集能力,并在Cd污染的水稻田土壤中测试了青葙体内Cd的动态累积过程。结果表明,青葙对Cd具有极强的耐受和富集能力,在土壤Cd处理浓度≤15 mg·kg^(-1)时,其生物量未出现显著下降(P>0.05)。除对照外,青葙叶片Cd含量均高于100 mg·kg^(-1),并且转运系数和富集系数均大于1,符合Cd超富集植物的基本特征。实验同时发现,青葙不仅能大量富集水溶性Cd,对难溶性Cd也表现出很强的超富集能力,在外源添加Cd(OH)_2、CdS和CdO等难溶性Cd的土壤中,青葙叶片Cd含量分别达到134、102、90.20 mg·kg^(-1),表明青葙具有修复不同形态Cd污染土壤的性能。总体而言,青葙对Cd的累积量随时间增加而增大,但在第8~12周时,其地上部植株Cd的富集量增加不显著(P>0.05),由此判断第8周是青葙收获的适宜时期。青葙收获期短这一特性,对于缩短修复周期,提高修复效率有重要的意义。由于青葙生长快速,具有较大的生物量,对Cd耐受和富集能力强,可以认为青葙是一种具有潜在应用价值的Cd超富集植物资源。

不同螯合剂强化青葙修复土壤镉污染的效应

【目的】研究6种螯合剂对土壤可提取态镉(Cd)含量及青葙吸收富集Cd的影响,筛选出青葙富集Cd的最佳螯合剂及其最佳浓度,为提高青葙对Cd污染土壤的修复能力提供理论参考。【方法】采用盆栽试验,以青葙为Cd修复植物,在总Cd含量为5.72 mg/kg、可提取态Cd含量为2.62 mg/kg的土壤中,分别加入浓度梯度为0(对照)、1.0、2.5、5.0、8.0和10.0 mmol/kg的6种螯合剂(苹果酸、柠檬酸、酒石酸、草酸、腐殖酸和EDTA),分析不同处理的土壤可提取态Cd含量、青葙生物量及青葙各部位对Cd的富集量。【结果】除腐殖酸外,加入不同浓度的螯合剂后,土壤可提取态Cd含量均高于对照组,加入10.0 mmol/kg柠檬酸时土壤可提取态Cd含量(3.18±0.29 mg/kg)最高,比对照组增加22.8%。在土壤中添加不同浓度的EDTA后,青葙幼苗干枯死亡;加入不同浓度的酒石酸、苹果酸、柠檬酸和草酸后,青葙根、茎、叶的Cd含量均有所增加,其中以5.0 mmol/kg柠檬酸处理青葙叶片中的Cd含量(143.00±14.60 mg/kg)最高,为对照组的2.74倍。添加5.0 mmol/kg的酒石酸、苹果酸、柠檬酸和草酸后,青葙根、茎、叶的生物量均低于对照组,其中柠檬酸和草酸处理对青葙生长的抑制作用较小,生物量较高,且该浓度下柠檬酸处理青葙对Cd的提取总量(0.199±0.006 mg/株)最高。【结论】不同螯合剂种类及浓度强化青葙修复土壤Cd污染的效应存在差异,其中以添加5.0 mmol/kg柠檬酸的螯合效果最佳。

武安市PM_(2.5)及其二次水溶性无机离子污染特征和区域来源解析

武安市是以钢铁立市的典型重工业城市.为研究武安市PM2.5的污染特征和区域来源解析,对武安非采暖期(2018年10月)和采暖期(2019年1月)进行大气PM2.5样品的采集和组分测试,并利用CAMx-PSAT模型模拟结果分析区域源排放对武安PM2.5及其二次水溶性无机离子(SO42-、NO-3、NH+4)的质量浓度贡献.测试结果表明,武安PM2.5污染严重,平均质量浓度为113.5μg/m3,采暖期PM2.5污染水平高于非采暖期;SO42-、NO-3和NH+4的平均质量浓度占PM2.5总质量浓度的41.1%,是PM2.5重要组成部分;SO42-、NO-3和NH+4质量浓度表现为采暖期高于非采暖期;NO-3与SO42-质量浓度比值在采暖期和非采暖期均小于1,表明燃煤烟尘等固定源贡献相对较大;随着PM2.5污染等级的升高,SO42-、NO-3和NH+4质量浓度明显增大,达到重污染天时,SO42-、NO-3和NH+4质量浓度增至最高.模拟结果显示,武安城区PM2.5污染是由本地污染源排放和外来污染物区域传输共同作用的结果,本地污染源排放占主导地位;冶金源排放对PM2.5、NO-3和SO42-质量浓度贡献影响最大;农业源排放是NH+4质量浓度的主要污染来源;采暖期的居民源排放对PM2.5和SO42-、NO-3、NH+4质量浓度贡献率相比于非采暖期出现大幅度增加.外来工业源和机动车源对武安PM2.5质量浓度贡献较为突出.

我国典型钢铁工业城市夏季臭氧污染来源解析研究

邯郸与其周边城市相比,臭氧(O3)污染最为严重.基于观测数据分析夏季邯郸O3浓度的时空特征,结果显示:观测期间邯郸O3超标天数比率为86.7%,各区县O3浓度分布存在差异,高温、低湿和偏南贴地气团传输是此次O3连续污染的主要成因.继而,以CAMx-OSAT模型模拟方法进行O3来源解析,溯源分析显示:邯郸O3污染具有明显区域性特征,本地源对市域O3贡献为43.9%,对主城区贡献明显增加(46.5%),但对O3污染最严重郊县成安却有所下降(37.4%),来自河南地区的贡献占有重要比例;O3污染过程中,本地源对主城区贡献显著升高(54.0%).本地源排放中,移动源对月均O3贡献最高,而钢铁源是O3污染过程最大贡献源.邯郸主城区光化学O3生成主要受VOCs敏感区控制;O3污染过程在NOx敏感区内生成的O3占比相对月均情况有所升高.

华北地区典型重工业城市夏季近地面O3污染特征及敏感性

基于邯郸市2018年5~8月近地面O3及其前体物(NOx和VOCs)小时浓度数据,结合温度、相对湿度和风向风速等气象资料,分析邯郸市夏季O3污染水平以及气象因子、前体物对其的影响;采用VOCs/NOx比值法和基于Model-3/CMAQ模式系统的强力关闭法探究O3生成敏感性,并运用等效丙烯浓度法识别出VOCs关键活性组分.结果表明:①观测期间,邯郸市O3日最大8 h平均浓度(MDA8 O3)在38.0~238.0μg·m-3之间,污染天(MDA8 O3>160μg·m-3)占比高达44.7%,说明邯郸市夏季O3污染较严重;②O3与温度呈正相关、与相对湿度呈负相关,且在污染天相关性更显著;当温度高于28℃、相对湿度低于60%时,容易出现高浓度O3现象,说明高温、低湿有利于O3生成,也突出了本地光化学反应对O3的重要贡献;污染天中,风向为西南、东南、东和东北风,且风速大于2.25m·s-1时,邯郸市更容易出现高浓度O3,在风速低于1.00m·s-1时,也出现高浓度O3现象,说明本地光化学生成和传输叠加是导致邯郸市高浓度O3的重要原因;③O3与NOx、VOCs浓度在污染天反相关关系更显著,突出了本地光化学反应对O3的重要贡献;基于Model-3/CMAQ的模式研究显示,邯郸市O3生成受VOCs控制,削减VOCs对降低MDA8 O3有一定的积极作用,同时存在单独减排NOx的不利效应,因此控制VOCs,并重点控制烯烃(尤其异戊二烯和反式-2-丁烯)和芳香烃(尤其间/对-二甲苯和甲苯)是降低邯郸市MDA8 O3的有效途径.

基于光化学指标法的邯郸市臭氧生成敏感性

邯郸市近年来O_(3)污染状况越发严峻,2018年夏季(6~8月),邯郸市O_(3)日最大8 h平均浓度为175μg·m^(-3),超标天数达54 d,超标率59%,最高浓度达257μg·m^(-3).本研究应用WRF-CMAQ模式系统和光化学指标法对邯郸市夏季O_(3)生成敏感性特征进行分析.结果表明,用H_(2)O_(2)/HNO_(3)表征O_(3)生成敏感性较其他指标在理论和模拟效果方面均更合适.基于精细化的源清单和网格分辨率,CMAQ对H_(2)O_(2)和HNO_(3)有较好的模拟效果.对H_(2)O_(2)/HNO_(3)的模拟结果显示,邯郸市VOCs控制区范围逐月减少,6月协同控制区范围占比最大,7月和8月以NO_(x)控制区为主.邯郸市各区县VOCs和NO_(x)排放量比值显著的空间差异,是O_(3)生成敏感性差别的主要原因.VOCs/NO_(x)<1.7的区域,其O_(3)生成趋向于受VOCs控制,邯郸南部VOCs/NO_(x)>6.9的区域,NO_(x)是O_(3)生成的主控因子,1.7<VOCs/NO_(x)<6.9的区域更易受到VOCs和NO_(x)的协同控制.当HCHO/NO_(2)、O_(3)/HNO_(3)和O_(3)/NO_(x)过渡范围分别为0.35~0.6、20~35和10~25时,可以得到与H_(2)O_(2)/HNO_(3)较为一致的敏感性空间分布,H_(2)O_(2)/(O_(3)+NO_(2))不能指示出与其他指标一致的结果,表明该指标可能不适用于邯郸市.