两种油菜不同铅富集能力差异机理

通过水培试验和大田试验研究了秦油1号(QY-1)和三月黄(SYH)2种油菜对Pb的吸收富集能力,并从叶片的亚细胞结构和抗氧化酶活性等角度探究二者对Pb的耐性和解毒机制.结果表明,在水培条件下,2种油菜的生长均未受到明显的抑制,随着Pb胁迫的增加,油菜吸收的Pb更倾向于分配在根部,减弱向地上部的转运.同时,在高Pb处理浓度(20mg/L)下,SYH的地上部和根部的Pb含量分别比QY-1提高了17.03%和77.07%.油菜叶片中Pb亚细胞区隔化研究结果表明,将Pb区隔在生物解毒组分(金属富集颗粒组分和热稳定蛋白组分)中是油菜富集Pb的重要耐性机制,其中SYH在该组分中Pb的分布显著高于QY-1.此外,抗氧化系统是这2种油菜应对Pb胁迫的重要解毒机制,Pb胁迫下SYH体内过氧化物酶和过氧化氢酶活性显著高于QY-1,可更有效地应对Pb胁迫对其的毒害效应.大田试验表明,田间条件下2种油菜吸收的Pb更倾向于转运到地上,且SYH的富集系数、地上部和根部Pb含量均显著高于QY-1.综上,SYH具有更高的Pb富集能力,具有修复中轻度Pb污染土壤的应用潜力.

氮磷钾配施促进向日葵铅吸收转运的机制

【目的】向日葵(Helianthns annuus L.)具有修复土壤铅(Pb)污染的潜力。研究施肥措施对不同向日葵品种Pb吸收转运的影响机理,有助于探明提高向日葵Pb修复效率的合理施肥措施,为向日葵合理修复我国大面积中轻度Pb污染农田土壤提供理论依据和技术支撑。【方法】以我国北方典型Pb污染农田土壤(全Pb含量174 mg/kg)为介质进行了盆栽试验。供试材料为三个向日葵品种:LD5009(食用葵)、T562(油葵)和欢乐火炮竹(观赏葵),均设置CK、N、NP、NPK四个施肥处理。待向日葵生长40天后收获,调查分析了植株地上部和根部生物量、Pb含量、亚细胞区隔化,根际土壤pH和各Pb形态含量。【结果】供试三种向日葵的Pb富集能力具有显著差异,LD5009地上部Pb富集量最高,是欢乐火炮竹和T562的1.6倍和1.7倍。施肥处理显著促进了供试三种向日葵生长和对Pb的吸收转运,其中氮磷钾肥料配施条件下LD5009、欢乐火炮竹和T562地上部Pb富集量分别达184.2、112.5和108.5μg/株,显著高于CK、N和NP处理(P<0.05)。对向日葵叶片中Pb亚细胞区隔化的研究结果表明,向日葵叶中的Pb主要区隔在金属富集颗粒组分(56.1%~86.4%)和细胞碎屑组分(8.1%~38.3%),为Pb胁迫下向日葵在亚细胞水平上的重要富集机制,施肥处理显著提高了Pb在细胞碎屑和金属富集颗粒组分的含量(P<0.05)。对向日葵根际土壤Pb形态的研究结果表明,NP和NPK处理虽然降低了向日葵弱酸提取态Pb含量,但其对向日葵根系和地上部生长的促进作用远大于对土壤Pb有效性的降低效果,促进了向日葵根系对土壤中Pb的吸收转运。【结论】食用葵品种LD5009是修复中轻度Pb污染土壤的良好材料。氮磷钾配施可显著促进向日葵的生长和对土壤Pb的吸收转运,进而提高向日葵对Pb的修复效率。

不同通风量下城市污泥堆肥过程中硫素的转化特征

【目的】研究通风量对城市污泥堆肥过程中硫素转化和挥发性硫化物释放的影响,为有效控制挥发性含硫恶臭物质,保留污泥堆肥产品中的硫素营养提供理论依据和方法。【方法】城市污泥和调理剂(锯末)以3∶1(湿重)的比例混合后,采用自动好氧堆肥控制装置进行15天的堆肥试验,通过改变鼓风机频率实现不同堆体的通风量调节。设置鼓风机工作频率10、13、16 Hz 3个处理,相应的通风量为2.5、3.0和3.5 L/min。在堆肥的第0、1、2、3、5、7、9、11、13、15天进行堆体内部多点混合采样,进行挥发性硫化物的浓度测定,研究城市污泥不同堆肥阶段硫素的转化特征。【结果】相较于低通风量(10 Hz),高通风量(16 Hz)下H2S的峰值浓度下降了约50%,但其累积释放量增加了45.4%;甲硫醚的累积释放量提高了398%,峰值浓度增加了490.8%;CS2的累积释放量下降了57.8%,其峰值浓度下降了77%。堆肥产品中有效硫浓度在低、中、高通风量条件下相较于堆肥前分别上升了19.5%、19.1%、36.1%。【结论】城市污泥堆肥过程中,提高通风量可以降低H2S的浓度峰值,但增加了H2S的累积释放量,甲硫醚的峰值浓度和累积释放量均显著增加;提高通风量可以抑制城市污泥堆肥过程中CS2的释放。在低、中、高3种通风量条件下,堆肥产品的有效硫浓度相较于堆肥前都明显升高。高通风处理虽然全量硫的损失最大,但更有利于提高堆肥产品中可直接被植物吸收的有效硫含量。

有机固废堆肥过程的水分平衡模型研究进展

畜禽粪便等有机固体废物堆肥过程中水分含量影响堆肥反应过程,并最终影响堆肥产品质量和后续的产品加工,建立堆肥过程中的水分平衡模型有利于深入理解堆肥过程并优化堆肥过程的工艺参数。该文基于国内外研究进展,对堆肥模型建立基础、水分模型及有机质降解模型研究现状进行综述,概括了堆肥过程中水分迁移转化的主要途径,明确了堆肥过程有机质降解产生的水分是水分平衡模型的重要组成部分。同时,提出可以根据物料平衡思想建立堆肥过程中质量平衡模型,由此分析了堆肥过程中水分平衡模型和有机质降解模型。现在的水分质量平衡模型考虑了堆肥过程中通风对流、水汽蒸发以及微生物作用有机质降解产水对水分的影响,将水分模型分为对流模型、反应-对流模型、反应-蒸发模型和反应-对流-扩散模型4种模型。堆肥产水过程中的有机质降解模型主要有一阶动力学模型、Monod模型和经验模型。

Ambient air temperature effects on the temperature of sewage sludge composting process

Using data obtained with a full-scale sewage sludge composting facility, this paper studied the effects of ambient air temperature on the composting temperature with varying volume ratios of sewage sludge and recycled compost to bulking agent. Two volume ratios were examined experimentally, 1 ： 0 ： 1 and 3 ： 1 ： 2. The results show that composting temperature was influenced by ambient air temperature and the influence was more significant when composting was in the temperature rising process： composting temperature changed 2.4-6.5℃ when ambient air temperature changed 13℃. On the other hand, the influence was not significant when composting was in the high-temperature and/or temperature falling process： composting temperature changed 0.75-1.3℃ when ambient air temperature changed 8-15℃. Hysteresis effect was observed in composting temperature＇s responses to ambient air temperature. When the ventilation capability of pile was excellent（at a volume ratio of 1：0：1）, the hysteresis time was short and ranging 1.1-1.2 h. On the contrary, when the proportion of added bulking agent was low, therefore less porosity in the substrate（at a volume ratio of 3：1：2）, the hysteresis time was IonQ and ranging 1.9-3.1 h.

水溶性壳聚糖强化三七景天修复Cd/Pb单一或复合污染土壤机制

采用盆栽试验研究了水溶性壳聚糖(WSC)不同添加量对三七景天在我国南北方4种典型Cd/Pb单一或复合污染土壤上生长响应和Cd/Pb吸收转运的影响,同时分析了WSC对土壤理化性质、Cd/Pb形态以及红外光谱特征(FTIR)的影响,以进一步明晰WSC促进三七景天富集Cd/Pb的作用机制.结果表明,WSC可改善根际土壤理化性质,提高碱解氮和有机质含量,显著降低了土壤pH,同时使土壤弱酸提取态Cd和Pb含量分别显著提高了16.3%~34.5%和88.9%~272.4%.FTIR分析结果表明,土壤中氨基(—NH_(2))和羟基(—OH)均随WSC添加而显著提高,因此,土壤中—NH_(2)和—OH与Cd/Pb发生配合形成络合物可能是WSC促进土壤中Cd/Pb活化的重要机制.此外其对土壤根际环境的改善也对三七景天Cd/Pb吸收具有一定的促进作用.在4种污染土壤上,WSC添加对三七景天生长无明显抑制作用,而使其Cd和Pb总积累量分别显著增加14.5%~72.1%和55.0%~128.5%.综上所述,WSC可应用于促进三七景天修复Cd/Pb污染土壤,但在实际应用中需进一步考虑其添加量、土壤污染程度和修复植物的匹配性.

Cd、Zn交互作用对三七景天根系形态和重金属吸收积累的影响

采取水培试验,研究了不同Cd、Zn浓度单一胁迫及其交互作用对三七景天生长、根系形态及Cd、Zn吸收和积累的影响.结果表明,三七景天对Cd、Zn单一胁迫均有较强的耐受性,其根、茎、叶各组织中Cd、Zn含量均随胁迫的增加而增加,且对Cd有较强的富集能力,地上部Cd含量可达133.0 mg·kg^(-1).Cd、Zn共同胁迫对三七景天生长的影响大于单一胁迫,而根系对其胁迫更为敏感,在Cd、Zn共同胁迫下其根系长度、表面积、体积和根尖数均显著降低,且对其根尖数的影响最为显著.Zn对三七景天地上部Cd吸收具有"低促高抑"效应,低浓度Zn(10 mg·L^(-1))对三七景天地上部Cd吸收有协同作用,促进Cd由根部向地上部转运.而添加Cd则对三七景天Zn吸收具有拮抗作用.Zn/Cd浓度比值对三七景天Cd吸收有显著影响,Zn/Cd比值较低时促进三七景天地上部Cd的积累,而高Zn/Cd比则抑制其Cd的积累.因此,三七景天具有较强的Cd富集能力,可应用于修复Cd污染土壤,而调节生长介质中Cd、Zn比例可促进三七景天对Cd的吸收效率.

田间条件下养分调控八宝景天Cd修复效率

在田间条件下,采用四因素三水平正交试验研究了N、P、K三因素不同水平对Cd富集植物八宝景天的生长和Cd吸收性的影响.结果表明,八宝景天生物量随施N水平的提高而增加,高N水平下(337.5 kg·hm^-2)八宝景天地上部生物量最大,为不施肥处理的0.86~2.00倍,但对其地上部Cd含量无显著影响.K肥对八宝景天Cd吸收具有一定的促进作用,高K水平下其地上部Cd含量最高达22.05 mg·kg^-1,较不施肥处理提高29.3%.综合分析,NPK肥料配施条件下,N肥和K肥分别是八宝景天生长和Cd吸收效率的主要影响因素,且对八宝景天Cd积累表现出明显的交互作用.肥料对八宝景天Cd提取量影响顺序为N>K>P,其中对八宝景天Cd修复效率的促进作用主要通过提高八宝景天生物量,高量N肥配施适量P、K肥是提高八宝景天Cd修复效率的最佳施肥措施,其地上部Cd积累量较不施肥处理提高了0.9~2.2倍,合理增施N肥是提高八宝景天Cd修复效率的主要影响因子.

养猪场空气中抗性基因和条件致病菌污染特征

养殖场空气中含有较高浓度的抗生素抗性基因和条件致病菌,对人畜健康具有潜在威胁.采用中流量TSP采样器在某养猪场的生活区、猪舍内和猪舍外3个地点分别采样24 h和48 h,并采集猪舍内的饲料、粪便和饮水添加剂样品.采用普通PCR检测样品中的3类抗生素抗性基因(大环内酯类、β-内酰胺类、四环素类各3个基因)和7种致病菌/条件致病菌基因(弯曲杆菌属、产气荚膜梭菌、肠球菌属、大肠杆菌、小肠结肠炎耶尔森菌、葡萄球菌属和猪链球菌);选取检出率较高的6种基因,采用荧光定量PCR对其浓度进行测定.结果表明:空气中大环内酯类抗性基因检出了3个,四环素类检出了2个,肠球菌、大肠杆菌、小肠结肠炎耶尔森菌、葡萄球菌等4种条件致病菌在空气样品中和饮水添加剂中都被检测到.绝大部分目的基因的浓度均在10~4copies.m^(-3)以上,并且猪舍附近浓度远高于生活区;猪场内主要的抗生素抗性基因和条件致病菌的可能来源是猪粪便和饮水添加剂.在养猪场内采样24 h即可满足PCR检测要求;在生活区采样48 h的采样效率高于采样24 h,而在猪舍外和猪舍内采样24 h的效率高于采样48 h.

盐胁迫下八宝景天不同生态型对土壤中Cd积累特征

采用Cd含量为2.22 mg·kg^(-1)的潮褐土开展盆栽试验,通过外源添加NaCl研究不同生态型八宝景天对Cd和盐分复合胁迫的生长响应以及Cd吸收积累的差异.结果表明,在Cd单一或与盐分复合胁迫下,八宝景天各生态型间地上部生物量和Cd含量均表现出显著差异,盐分胁迫进一步加剧了八宝景天的生长抑制,高盐胁迫下八宝景天各生态型地上部Cd含量总体呈下降趋势,这与盐分引起土壤pH显著升高导致Cd生物有效性降低有关.此外,不同生态型对盐分胁迫表现出的生长和Cd吸收响应有显著差异,LN生态型地上部生物量在各处理下均显著高于其他生态型,且在1%NaCl处理下生物量仍没有显著下降,耐性指数可达0.91.同时,其地上部Cd含量在不同处理下均显著高于其他生态型,其原因为LN生态型在Cd富集和解毒的生理机制方面更具优势,而这些同样是其耐盐性的重要生理机制.综上可知,尽管盐分胁迫减少了八宝景天地上部Cd富集量,但其不同生态型间差异显著,LN生态型在2%Na Cl处理下地上部Cd富集量仍可达84.4μg·plant^(-1),且较其他生态型显著提高48.4%~89.3%,因此,LN生态型八宝景天具有应用于修复盐渍化土壤Cd污染的潜力.

桂西南土壤镉地质异常区水稻种植安全性评估

为评估镉地质异常区水稻种植的安全性,在广西西南地区采集自然土壤41件,稻田土壤479件,相应水稻样品432组,测定其Cd、Cu、Ni和Zn含量以及土壤基本理化性质.运用单因子污染指数法(Pi)对样品污染程度进行评价,运用相关性分析探究影响稻米中重金属含量的主要因子.结果表明:①稻田土壤pH为6.8;有机质含量为39.00 g·kg^-1;基于《土壤环境质量标准农用地土壤污染风险管控标准》(GB 15618-2018)的风险筛选值,土壤中Cd、Cu、Ni和Zn超标率分别为60.75%、2.09%、0.83%和1.88%;②稻米Cd和Ni超标率分别为9.03%和4.39%,考虑秸秆作为饲料和有机肥原料,其Cd相应超标率分别为6.94%和1.16%.③相关性分析表明,土壤pH、有机质、重金属总量和有效态含量均是影响稻米中重金属含量的主要因子.研究区稻米Cd、Ni均存在一定超标现象,可通过种植低积累水稻品种等措施降低稻米中重金属含量.

广西西江流域土壤铜含量状况调查与风险评估

为系统了解广西西江流域农田土壤铜含量状况和空间分布特性,并评估其生态风险,2014—2016年间分别采集旱地土壤1 381个、水田土壤729个、矿区土壤129个和自然土壤293个,测试其铜含量。通过统计分析,探讨不同利用方式土壤对铜积累的影响,基于地统计分析了解其空间分布状况,并进行风险评估。研究结果表明,土壤样品中铜浓度的均值为27.60 mg/kg,旱地、水田、矿区和自然土壤4种类型的铜含量范围分别为0.3~317.91、3~495.81、7.5~2287.66和0.68~284.27 mg/kg,均值分别为27.75、25.19、79.38和21.21 mg/kg,矿区土壤铜含量显著高于其他土壤。与土壤铜含量基线值相比,矿区土壤、旱地土壤和水田土壤的超标率分别为33.25%、3.76%和0.68%。西江流域铜表现为中等空间自相关,结构变异性强。西江流域有61%的土壤处于清洁水平;36%的土壤属于轻-中度污染,主要分布在南丹县、都安县、武宣县和桂平县,与砷矿和铅锌矿较为集中有关。总体来看,西江流域土壤铜虽然有一定积累,但污染较小,较为安全,南丹县、都安县、武宣县和桂平县等局部区域需防范其风险。

两种不同镉富集能力油菜品种耐性机制

利用水培试验研究了不同浓度镉(cadmium,Cd)胁迫条件下(0、2和5 mg·L^-1)两种Cd富集能力油菜品种[秦油1号(QY-1)和三月黄(SYH)]生长状况与Cd富集特征的差异,并从Cd亚细胞区隔化和抗氧化酶活性等角度探索了两种油菜Cd富集能力的差异机制,并通过田间试验进行验证.结果表明,水培条件下,这两种油菜在Cd胁迫下生长均未受到明显的抑制.在低浓度Cd(2 mg·L^-1)处理下,两种油菜地上部Cd含量无显著差异,在高浓度Cd(5 mg·L^-1)胁迫下SYH的地上部和根部Cd含量均显著高于QY-1,分别提高32.05%和99.57%,同时其根部生物富集系数(BCF)也较QY-1显著提高.对两种油菜叶片中Cd亚细胞区隔化研究结果表明,随着Cd处理浓度的增加,QY-1和SYH叶片中Cd在热稳定蛋白和镉富集颗粒组分的分布分别提高了143.69%、118.91%和63.34%、118.91%,由此可见将Cd区隔在热稳定蛋白和镉富集颗粒体等重金属解毒组分是油菜在亚细胞水平上的重要解毒机制.同时,高浓度Cd胁迫下SYH叶中Cd在细胞碎屑组分的含量达QY-1的4.41倍,可知Cd在细胞碎屑组分中的分布是导致两种油菜Cd富集能力差异的重要机制.结合对两种油菜抗氧化酶活性研究结果,发现抗氧化酶系统可能是QY-1应对高浓度Cd胁迫的重要解毒机制,而SYH则更多地通过将Cd区隔在金属低活性的亚细胞组分来减轻其毒性.田间试验结果验证表明,SYH地上部和地下部Cd含量均显著高于QY-1,分别是QY-1的2.34和1.43倍.综上所述,SYH具有更高的Cd提取量和富集能力,具有应用于中轻度Cd污染农田修复的潜力.

石家庄市栾城区农田土壤重金属分布特征及作物风险评价

为探讨栾城区内农田土壤重金属的分布特征,对表层土壤As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn这8种重金属污染特征、空间分布和污染风险进行分析,并使用PMF模型进行污染源解析,探讨栾城区土壤管控方案.进一步检测作物中重金属含量,利用概率风险评价方法评价研究区农产品的非致癌健康风险,为栾城区内农田土壤重金属污染治理与防控提供理论基础.结果表明,表层土壤ω(Cd)、ω(Cr)、ω(Cu)、ω(Pb)和ω(Zn)分别为0.06~1.08、22.14~473.47、12.83~150.74、10.75~577.72和62.23~652.78 mg·kg^(-1),点位超标率分别为1.83%、1.22%、0.61%、0.61%和1.22%.此外,部分区域土壤中的重金属有向作物中转移并积累的现象,小麦籽粒Cd和Pb含量超标率分别为2.13%和5.32%,玉米籽粒Cd含量超标率为1.20%.健康风险评价结果表明,栾城区玉米的复合非致癌健康风险(TTHQ)小于1,对人体没有明显的负面影响,食用研究区小麦的复合非致癌风险(TTHQ>1),对人体产生负面影响的可能性较大.土壤中重金属的空间分布受工业区涉污企业分布的影响,8种重金属含量较高的区域均主要分布在工业企业较集中的中部、西部和南部.总体而言,研究区大部分表层耕地土壤未受到明显的重金属污染,存在中等强度(2级)的生态危害.Cd为无-中度污染(1级),Cd和Hg存在中等强度潜在生态风险(2级),其余重金属均为无污染,低潜在生态风险(1级).根据PMF污染源解析结果和实地调查推测,土壤重金属主要来自土壤母质(52.05%),历史污灌和工业生产的人为污染源(32.98%)和大气沉降(14.97%).综上所述,研究区北部和东部土壤重金属含量较低,应划分为优先保护类,研究区西部、中部和南部部分点位重金属含量超标,其来源主要为化工、涂料、机械装备等企业,应划分为安全利用类,严控污染物的输入,采用农艺调控等措施,减少重金属向农作物的转移,降低食品安全健康风险.本研究将有助于栾城区土壤的分级治理和污染管控.

两种油菜配施水溶性壳聚糖修复典型铅污染农田土壤

为了探讨不同品种的油菜(Brassica napus L.)配施螯合剂对铅(Pb)污染土壤的修复效果,采用盆栽试验的方式,研究了甘蓝型油菜品种秦油1号(QY-1)和白菜型油菜品种三月黄(SYH)在0%、2%和4%的水溶性壳聚糖(WSC)处理下对中国北方河南和南方广西两种典型Pb污染农田土壤中Pb吸收和转运的影响,并进一步在河南某Pb污染农田通过田间小区试验比较了两个油菜品种在WSC条件下的修复效率和经济效益.结果表明,盆栽条件下,与对照处理相比,QY-1和SYH的生物量受WSC含量和土壤类型影响显著,随着WSC含量增加QY-1的生物量在两种土壤条件下呈下降趋势,而低含量WSC处理下SYH生物量显著提高,在高含量WSC处理下生物量下降.如广西Pb污染土壤上2%WSC处理下SYH生物量上升最明显,与对照处理相比,生物量提高了80.96%.两个油菜品种不同部位Pb含量也受WSC含量和土壤类型的影响,QY-1地上部分和根部分在河南Pb污染土壤上随WSC含量的升高而增加,在广西Pb污染土壤上随WSC含量的升高而降低.Pb提取量是评价植物修复效率的关键.盆栽和田间试验结果表明,SYH配施WSC处理的Pb吸收量明显高于QY-1,地上部Pb提取量更高,更适合用于土壤Pb污染修复.此外,田间试验结果发现本研究两种油菜籽所制取的成品油中Pb含量均远低于食品安全国家标准(GB 2762-2017)中油脂ω(Pb)的限值(≤0.1 mg·kg^(-1)).因此,种植冬油菜联合WSC的"边修复,边利用"的模式在治理我国典型Pb污染农田土壤具有较大的应用潜力.