硅-钙土壤调理剂阻控复合污染稻米镉砷积累的研究

为探究硅-钙土壤调理剂(Ca-Si)对镉砷复合污染水稻积累镉砷(Cd、As)的影响研究,以“泰优390”为试验品种,采用随机区组试验设计,选取3处(浏阳LY、临武LW和慈利CL)镉砷复合污染耕地开展田间试验。结果表明:硅-钙土壤调理剂施用下的水稻产量略有增幅(4.18%~11.26%);能有效阻控水稻对Cd、As积累,显著降低稻米中Cd、As的含量,通过镉砷同步钝化综合效果评价,LY、LW和CL的Cd、As降幅分别为40.63%、21.62%和41.67%,及29.51%、25.20%和15.38%;通过镉砷同步钝化综合效果评价,LY、LW和CL的Cd-As同步降低效果分别为33.40%、23.95%和24.58%,效果显著。因此,硅-钙土壤调理剂在镉砷复合污染耕地上能同步降低稻米的镉砷含量。

调理剂及农艺措施对污染稻田中水稻吸收镉的影响

【目的】探究水分管理、调理剂措施和组合措施对污染稻田稻米降Cd效果,旨在探索出不显著降低水稻产量前提下,能更高效降低土壤Cd生物有效性和稻米中Cd含量的方法。【方法】在湖南省株洲市选择中度Cd污染稻田开展田间小区水稻试验。试验中水稻种植两季,早稻品种为中嘉早17,晚稻为泰优390。试验分为6组,分别为水分管理(T2)处理、施用硅肥(T3)处理、施用竹炭处理(T4)、施用硅肥结合水分管理(T5)处理、施用竹炭结合水分管理(T6)处理和1个试验对照(T1),重复3次。【结果】试验各处理对稻田土壤有效态Cd含量均有降低,竹炭结合水分管理(T6)处理对两季水稻土壤均有显著降低,硅肥结合水分管理(T5)处理对晚稻土壤有效态Cd降低幅度最大。试验各处理对水稻各部位Cd含量均有降低效果,在糙米Cd含量方面,5个试验处理中对糙米Cd含量降低幅度以组合措施修复技术效果最好,即硅肥结合水分管理(T5)和竹炭结合水分管理(T6)处理。在水分管理修复技术(T2)中降Cd效果最高为29.23%;在施用调理剂修复技术中,硅肥处理(T3)和竹炭处理(T4)对稻壳和糙米中Cd含量均有显著降低(P<0.05)作用,其中硅肥处理(T3)糙米最高降Cd幅度为49.23%,竹炭处理(T4)糙米最高降Cd幅度为47.69%;在组合措施中均能显著降低水稻糙米Cd含量,其中硅肥结合水分管理(T5)处理糙米降Cd幅度为60.34%-78.46%,竹炭结合水分管理(T6)糙米降Cd幅度为56.90%-67.69%。同时,本文对土壤有效态Cd含量与水稻各部位Cd含量相关性进行分析,发现水稻籽粒(稻壳与糙米)中Cd含量与土壤有效态Cd含量存在极显著正相关(P<0.01),且两个水稻品种规律一致。各处理对水稻各部位富集系数亦有降低效果,以硅肥结合水分管理(T5)处理和竹炭结合水分管理(T6)效果最好。对于水稻各部位向籽粒转运系数降低效果各部位规律不一致,但茎鞘和叶片两个部位向籽粒(稻壳和糙米)转运系数均显著降低,水分管理(T2)处理除外。在水稻产量方面,仅水分管理(T2)处理对中嘉早17有显著降低,其他处理降低幅度不显著,各处理对泰优390处理没有显著影响。【结论】组合措施优于单一水分管理或单一调理剂处理,且在水稻产量没有显著降低情况下对稻米Cd污染稻田稻米降Cd幅度最高达到78.46%,可以进一步确保Cd污染农田安全利用。

生物炭耦合水分管理对稻田土壤As-Cd生物有效性及稻米累积的影响

选取湖南某矿区重金属Cd、As复合污染稻田土,以泰优390号为材料,通过盆栽试验研究湿润灌溉(CK)、农艺措施淹水(WF)、竹炭(ZC)、竹炭结合淹水措施(ZF)、稻壳炭(GC)、稻壳炭结合淹水措施(GF),对土壤中As、Cd生物有效性及水稻糙米中As、Cd累积效应的影响。结果表明,6种处理土壤pH值上升幅度为0.12~0.72个单位,均呈现先升高再下降,最后趋于中性的规律。相比对照,水稻全生育期5种处理Eh值均呈现下降趋势,而单一添加生物炭ZC、GC 2种处理乳熟期Eh显著高于同一生育期配施生物炭的WF、ZF、GF 3种淹水处理,并始终处于弱还原状态。各处理均能显著降低成熟期土壤Cd的有效态、酸可提取态和TCLP提取态含量,而As的有效态和TCLP提取态含量显著升高。WF、ZF、GF淹水配施生物炭处理糙米中Cd含量降低51.46%~57.28%,其中GF抑制效果最佳,与ZF呈现显著性差异;而籽粒中As的含量分别达到0.29、0.32、0.30 mg·kg-1,较CK组升高了39.74%~53.58%,三者并无显著性差异。2种仅添加生物炭的ZC、GC处理与对照相比,糙米中Cd含量降低16.50%、39.81%,糙米中As含量增加了27.24%、12.23%,但GC与CK处理并无显著性差异。因此,WF、ZF、GF及ZC处理可减少土壤中Cd的生物有效性,对重金属Cd污染稻田土壤修复具有重要意义,但会增加土壤中As溶出的风险及其生物有效性。而单一添加生物炭的GC处理可用于Cd-As复合污染农田,为稻田土壤Cd-As复合污染粮食安全生产提供理论依据。

耐镉细菌的分离及其对土壤中镉的形态影响

通过传统的分离方法和室内培养实验,从Cd污染土壤中筛选和分离出一株对Cd2+吸附率高的菌株B9,并分析B9对土壤Cd形态的影响,探究其在Cd污染土壤修复中应用的可行性。16S r RNA序列分析结果表明,B9与食酸代尔福特菌(Delftia acidovorans,登录号NC010002)的16S r RNA序列具有99%的同源性,结合形态和生理生化指标,将其鉴定为代尔福特菌。研究结果表明,B9在pH=8、温度为35℃、培养时间为48 h时,对Cd2+的吸附效果最好,且Cd2+浓度低于10 mg·L^(-1)时,吸附率均在60%以上。接种B9可促进污染土壤中的Cd从弱酸可溶态向可还原态和残渣态转化。添加3 m L(接种量为1.44×1011cfus)和10 m L(接种量为4.8×1011cfus)B9菌悬液处理能使弱酸可溶态Cd含量分别减少22.17%和25.06%,可还原态Cd含量分别增加9.66%和12.17%,对可氧化态Cd含量无明显影响,残渣态Cd2+含量分别增加13.55%和13.61%。研究结果可为Cd污染土壤微生物修复方法及菌株B9的实际应用提供数据参考与理论支持。

硅肥耦合水分管理对复合污染稻田土壤As-Cd生物有效性及稻米累积阻控

选取湖南某矿区重金属镉、砷复合污染稻田土,以泰优390号为材料,通过盆栽试验研究湿润灌溉(CK)、农艺措施淹水(WF)、速溶硅肥结合淹水措施(FYsi)、矿物硅肥结合淹水措施(FKsi)及2种硅肥结合淹水(FYK)对土壤中As、Cd生物有效性及水稻糙米中As、Cd累积效应的影响.结果表明,淹水处理土壤p H值上升幅度为0.12~0.72个单位,均呈现先升高再下降,最后趋于中性的规律.淹水后,土壤Eh显著降低,FYsi、FKsi、FYK这3种配合硅肥的淹水处理土壤Eh值显著高于WF处理,与对照相比,淹水处理糙米中Cd含量降低了38.83%~65.05%,其中,WF、FYK处理对糙米Cd累积抑制效果最佳,糙米中Cd含量为0.98 mg·kg^(-1)、0.72 mg·kg^(-1);除WF处理糙米中As含量增加了36.64%外,FYsi、FKsi、FYK处理糙米中As的含量与对照相比分别降低了23.80%、38.10%、47.62%.FYsi、FYK处理对糙米As累积抑制效果最佳,糙米中As含量为0.13 mg·kg^(-1)、0.11 mg·kg^(-1).Cd各提取态含量与其在水稻糙米中的含量均呈现出极显著的正相关关系(P<0.01);可交换态、TCLP提取态As与水稻糙米中As含量无显著相关关系.因此,FYsi、FKsi、FYK这3种施硅耦合淹水处理均可有效阻控稻米镉砷复合污染,其中FYK效果最佳.