微波消解-电感耦合等离子体质谱法测定有机肥中镉、砷、汞、铅、铬含量

采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定,比较湿法消解30 min,湿法消解至近干和微波消解等不同前处理方法对有机肥料中镉、砷、汞、铅、铬元素的提取效果,建立了一种基于ICP-MS测定有机肥料多种重金属元素含量的方法。结果表明:湿法消解至近干和微波消解法对有机肥多元素成分分析标准物质(RMH-F001)中5项重金属含量的测试结果均满足标准要求,方法定量值、标准值偏差分别低于6.3%、5.7%;硝酸/过氧化氢体系-微波消解处理下,样品结果稳定性最佳,相对标准偏差为0.8%~6.8%,相对偏差为1.1%~9.0%,相对相差为2.2%~18.0%,加标回收率为99.4%~102.9%。硝酸/过氧化氢体系-微波消解-ICP-MS法可作为有机肥中5项重金属统一化测定的常规方法。

连续施用镉砷同步钝化剂的稻米镉砷含量降低效果分析

选择湖南典型镉砷复合污染稻田,通过2018—2020年连续3 a的大田定位试验对10个镉砷同步钝化产品进行效果验证,为镉砷同步钝化产品连续施用的持续效果及镉砷复合污染稻田产品的选择提供参考。结果表明:10个钝化剂产品均具有同步降低稻米镉砷含量的效果,但不同钝化剂的稻米降镉、降砷效果不同,稻米降镉效果最好的是T9处理,3 a平均稻米降镉率为52.42%;其次是T4和T3,3 a平均稻米降镉率分别为42.62%和40.96%;稻米降砷效果最好的为T7和T4处理,3 a平均稻米降砷率分别为34.15%和33.32%;整体上,钝化剂降低稻米镉含量的效果高于降砷的效果,且钝化剂的连续施用对稻米降镉和降砷皆具有一定的累加效应;另外,连续施用3 a钝化剂在一定程度上提升了土壤的pH值,且2018—2020年稻米镉含量皆与土壤pH值呈显著负相关,表明施用钝化剂提升了土壤pH值,并抑制了水稻对镉的吸收积累。综合考虑认为,T4、T8、T7和T10处理的钝化剂产品适用于镉砷复合污染土壤的修复治理,T9等其他处理的钝化剂产品适用于单镉污染耕地的修复治理。

不同镉砷同步钝化剂对复合污染农田的修复效果研究

为筛选出适合镉砷复合污染稻田的同步钝化剂,采取大田试验对15个镉砷同步钝化剂修复效果进行对比分析。结果表明,大部分钝化剂有增产效果,其中T5和T13较CK增幅显著,分别增产11.63%和11.17%;钝化剂的稻米降镉效果整体上优于降砷效果,除T3和T14外,其它13个产品的稻米降镉效果明显,降幅在11.74%–60.32%之间;T5、T7、T8、T9、T10、T15等产品的稻米降砷效果明显,降幅在17.95%–23.87%之间;聚类分析表明15个产品可分为3类,即高效降镉并可同步降砷的产品、对稻米降镉、降砷均没有显著效果的产品和具有一定降砷或降镉效果的产品。综合考虑稻米降镉和降砷及增产效果,T4、T5、T13要优于其他12个产品,可在本区域镉砷复合污染稻田进行推广应用。

水分状况对水稻镉砷吸收转运的影响

为探明不同水分状况下(淹水深度和潜水位高度)水稻对镉(Cd)、砷(As)吸收转运差异,采用盆栽试验,以湿润管理为对照,研究了3、6、9 cm的淹水深度和-3、-6、-9 cm潜水位高度下水稻对Cd、As吸收转运的影响。与湿润管理(CK)相比,淹水对水稻产量无显著影响,但低潜水位下的水稻产量比CK下降了21.06%~28.44%;淹水显著降低了水稻米、茎叶、根的Cd含量,但促进了根As的积累,淹水的稻米Cd含量比CK下降了61.11%~69.43%;而低潜水位处理则显著增加了水稻对Cd的吸收,但显著抑制了对As的积累,低潜水位处理的稻米Cd含量比CK增加了4.08~4.48倍,而稻米As含量比CK降低了79.20%~81.96%。Cd、As在土壤-水稻系统的迁移转运过程中,不同水分状态下水稻对Cd、As的积累主要取决于土壤至根系的迁移转运环节,且米As含量还受As在根系、茎叶、稻米中转运分配的调节。不同淹水深度或不同潜水位高度对水稻米、茎叶、根的Cd含量或As含量影响皆不明显,水稻对Cd、As的吸收主要受限于淹水的状态;相关分析结果表明,不同水分管理模式下,水稻对Cd和As的吸收积累呈极显著负相关。因此,在Cd、As污染土壤的水分管理过程中,应结合土壤Cd、As污染程度制定适当的水分管理策略。

连续施用镉砷同步钝化剂的稻米镉砷含量降低效果分析

选择湖南典型镉砷复合污染稻田,通过2018—2020年连续3 a的大田定位试验对10个镉砷同步钝化产品进行效果验证,为镉砷同步钝化产品连续施用的持续效果及镉砷复合污染稻田产品的选择提供参考。结果表明:10个钝化剂产品均具有同步降低稻米镉砷含量的效果,但不同钝化剂的稻米降镉、降砷效果不同,稻米降镉效果最好的是T9处理,3 a平均稻米降镉率为52.42%;其次是T4和T3,3 a平均稻米降镉率分别为42.62%和40.96%;稻米降砷效果较好的为T7和T4处理,3 a平均稻米降砷率分别为34.15%和33.32%;整体上,钝化剂降低稻米镉含量的效果高于降砷的效果,且钝化剂的连续施用对稻米降镉和降砷皆具有一定的累加效应;另外,连续施用3 a钝化剂在一定程度上提升了土壤的pH值,且2018—2020年稻米镉含量皆与土壤pH值呈显著负相关,表明施用钝化剂提升了土壤pH值,并抑制了水稻对镉的吸收积累。综合考虑认为,T4、T8、T7和T10处理的钝化剂产品适用于镉砷复合污染土壤的修复治理,T9等其他处理的钝化剂产品适用于单镉污染耕地的修复治理。

长株潭地区水环境重金属污染健康风险评价

以长株潭地区水环境为研究对象,采用美国环境保护署推荐的水环境健康风险评价模型对长株潭地区水环境重金属污染进行健康风险评价。结果表明:除株洲醴陵市和炎陵县水环境中As含量略高于饮用水限量标准,其余县市区水环境中Cd、Pb、As、Cr^(6+)、Hg皆在限量标准范围之内;水环境中Cd、Pb、As、Hg、Cr^(6+)等重金属由饮用途径所致健康危害的个人年总风险在2.28×10^(-5)~8.84×10^(-5)之间,且化学致癌物由饮用途径所致健康危害的个人年风险远高于非致癌物;化学致癌物由饮用途径所致健康危害的个人年风险顺序为As>Cr^(6+)>Cd;其中,重金属As、Cr^(6+)引起的健康风险表现为株洲>湘潭>长沙,Cd的表现为湘潭>株洲>长沙。结果还表明,长株潭地区饮用水中化学致癌物As、Cd及Cr^(6+)存在一定的健康风险,需对该区域饮用水进行重金属As、Cd、Cr^(6+)的净化处理,以确保饮用水的安全。

水稻绿色生产技术研究与示范

农药化肥过量使用和重金属污染对粮食质量与环境生态安全的影响已成为政府关心的痛点、民众关注的焦点、农民种田的难点和科学研究的热点。针对南方水稻生产中化学农药和肥料用量持续增加、稻米镉超标严重、环境污染加剧等问题,围绕农药控量、化肥减施、镉污染消减等绿色生产和品质提升的技术需求,攻克水稻病虫草害生态防控、稻田培肥节肥协同、组合降镉等关键技术,创建了水稻"控药节肥降镉"绿色生产技术体系,进行了多年大面积示范推广应用,取得了显著经济、社会、生态效益。

轻简施肥在黑龙江水稻上的应用效果

通过1次基施长效多元复合肥加苗期追施1次氮肥,为水稻生长提供氮、磷、钾和各种中微量营养元素,解决水稻后期早衰和中微量营养元素供应不足等问题。据黑龙江2017—2019年的大田对比试验和大田示范试验结果表明,采用这种轻简施肥方式,水稻平均产量为624.8 kg/667m^2,比习惯施肥的对照增加76.6 kg/667m^2,增产14.0 %,而且追肥次数减少1~2次,节省了劳动成本20元/667m^2,平均增加纯收益199.2元/667m^2。黑龙江种粮大户平均每户种植面积在20 hm^2以上,该项技术可以增加纯收益约6万元/a。

藻类在农业面源污染防控中的应用

根据2010年第一次全国污染源普查公报,农业面源污染已经成为我国地表水总氮(TN)、总磷(TP)等污染物的首要污染源。藻类广泛存在于包括稻田在内的各类水生态系统中,其生长需要消耗大量的N、P营养物质,而且藻类回收后还可用于生产生物燃料、生物肥料、土壤改良剂等,因此,利用藻类同化吸收水体中的养分可以实现农业面源污染物拦截净化和养分循环再利用双重目的。基于藻类生长特性,本文探讨了以藻类作用为主的稻田藻类固氮减磷、多营养级综合养殖系统、固着藻类沟渠净水系统及高效藻类塘等生态技术模式,并对各类技术模式的主要应用条件进行了深入比较和分析,以期为农业面源污染治理技术提供理论基础。

水旱轮作系统中土壤CH4和N2O排放研究进展

农田是温室气体的重要排放源之一,而水旱轮作是显著影响稻田温室气体排放的重要因素之一。本文分析了水旱轮作对甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)两种主要温室气体产排的影响,从水肥管理和不同轮作方式等方面论述其对水旱轮作系统中土壤CH4和N2O排放的影响,并根据温室效应等因素,综合性地提出了推行稻季节水灌溉、规范作物施肥管理和优化轮作模式3种减排措施,以期为水旱轮作稻田温室气体减排提供参考。

纳米矿物基土壤调理剂对水稻富集镉的影响

将纳米矿物基土壤调理剂应用于镉污染耕地水稻种植,施用土壤调理剂对水稻产量无显著影响,但可显著降低稻米中的镉含量,也可以有效降低土壤中有效态镉的含量。施用该土壤调理剂1 500~4 500 kg/hm2,土壤有效态镉含量下降25.00%~35.71%,稻米镉含量则下降20.31%~50.00%,降镉效果随调理剂用量的增加而提高。同时,对纳米矿物基土壤调理剂的降镉机理进行了探讨,对材料应用的经济效益进行了简要分析。

土壤-水稻系统Cd-As同步钝化与吸收阻控研究进展

我国稻田土壤镉-砷(Cd-As)复合污染形势严峻,是实现农田安全利用的难点。相较于其他粮食作物,水稻积累Cd/As的能力更强,对人类健康危害更大,因此,修复Cd-As复合污染稻田土壤,降低稻米Cd/As含量,对保障我国食品安全意义重大。原位钝化技术是目前应用最广泛且治理效率较高的重金属污染土壤修复技术,本文重点阐述了针对稻田土壤Cd-As复合污染的典型钝化剂及其钝化机理,主要包括铁(Fe)+碱性无机材料复合钝化剂、Fe+有机材料复合钝化剂、Fe+有机+碱性无机材料复合钝化剂、有机+碱性无机材料复合钝化剂等;在此基础上,从根际稳定固持和体内运移阻控两方面,探讨原位钝化技术同步降低水稻Cd-As吸收的作用机制。最后,提出未来Cd-As复合钝化剂的研发方向,强调了土壤友好型Fe-Si复合钝化剂可有效从土壤钝化和生理阻隔两方面同步降低Cd/As生物毒害,应用前景广阔。

镉污染稻田专用土壤调理剂修复效果评价

采用大田试验,以常规施肥为对照,并与施用石灰进行对比,对14个镉(Cd)污染稻田土壤专用调理剂进行效果分析与评价。结果表明:施用土壤调理剂对水稻产量无显著影响;土壤调理剂降低稻米Cd含量的效果相对稳定,但不同土壤调理剂降低稻米Cd含量的效果存在较大差异。早、晚稻施用土壤调理剂的稻米Cd含量降幅分别为22.6%~44.2%和15.2%~63.0%,降低水稻茎叶Cd含量的效果与之趋势相同。聚类分析结果表明,土壤调理剂主要分为三类:第一类依靠提升土壤p H值,钝化土壤Cd活性,减少土壤Cd向水稻体内迁移转运,降低稻米Cd含量的效果较好;第二类主要利用相关元素与镉产生的拮抗作用,抑制水稻茎秆中Cd向稻米的迁移和再分配,但降Cd效果一般;第三类为中等稻米降Cd效果的产品类型,其作用机制可能是前两类的效果兼而有之,但稻米降Cd效果有待增强。

不同镉污染特征稻田施用土壤调理剂修复效果

选择长株潭地区不同镉(Cd)污染特征稻田,施用"宇丰"土壤调理剂,探明其在不同Cd污染稻田中的修复效果。结果表明:施用的石灰和土壤调理剂皆可显著提高酸性土壤p H值,有效降低土壤有效态Cd含量,显著降低水稻对Cd的吸收积累。施用石灰1 500 kg/hm2平均可提高土壤p H值0.35个单位,降低稻米Cd含量34.54%;而施用土壤调理剂1 500 kg/hm2则可平均提高土壤p H值0.30个单位,降低稻米Cd含量46.20%,效果优于石灰。施用石灰降低稻米Cd含量的效果主要受土壤Cd有效率的调控;而施用土壤调理剂降低稻米Cd含量是多途径抑制水稻对Cd吸收和转运的综合效果,因而"宇丰"土壤调理剂降低稻米Cd含量的效果更稳定,适应范围更广。

镉污染稻田水分调控与石灰耦合的季节性休耕修复效应

以镉(Cd)污染稻田为对象,研究休耕期间采用水分管理和施用石灰组合措施对土壤理化性状,及复耕后水稻产量和稻米Cd含量的影响。结果表明:与干旱处理相比,休耕淹水处理的土壤pH值下降,土壤有机质和阳离子交换量分布提高,并降低了土壤有效态镉和稻米镉含量;干旱或淹水休耕,水稻产量均增加;施用石灰显著降低了稻米镉含量,其作用效果随石灰用量的增加呈线性增加趋势,每施用石灰1 000kg/hm^2,土壤pH值提高0.24个单位、土壤有效态Cd含量降低0.007 5 mg/kg;干旱休耕时,晚稻降低稻米Cd含量效果最佳的石灰施用量为5120 kg/hm^2,稻米Cd含量为0.12 mg/kg;淹水休耕时,晚稻降低稻米Cd含量效果最佳的石灰施用量为4 636 kg/hm^2,稻米Cd含量为0.10 mg/kg。总体结果表明,镉污染稻田采取淹水+石灰的休耕模式更有利于降低复耕后稻米Cd含量。

不同时期喷施Zn肥抑制水稻Cd吸收转运的效果

选择湖南典型镉(Cd)污染稻田,分别在苗期、分蘖初期、分蘖盛期和孕穗期喷施锌(Zn)肥,研究Zn对水稻Cd吸收转运的影响。结果表明:喷施Zn肥可显著提高水稻地上部的Zn含量,并显著抑制水稻对Cd的吸收,分蘖盛期和孕穗期喷施Zn肥,稻米中Cd含量分别降低了45.85%(P<0.05)和47.52%(P<0.05)。试验结果还表明,水稻米、茎、叶间Zn-Cd交互作用显著,施Zn可显著抑制水稻对Cd的吸收转运,米Cd含量主要由茎Cd含量决定,但受Zn-Cd拮抗作用的调控。

双季稻田施用土壤调理剂的生态环境效应初探

通过双季稻田施用不同用量的调理剂试验,研究土壤调理剂对稻田土壤pH值、福寿螺活性、水稻产量以及稻米重金属镉含量的影响。结果表明:(1)随着调理剂用量的增加,土壤pH值呈现上升趋势,稻田土壤pH值上升0.05~0.20个pH值单位;(2)早稻稻田的福寿螺数量高于晚稻稻田,稻田施用调理剂,早、晚稻水稻移栽后的福寿螺活体数量分别比对照减少95.0%和87.5%;(3)稻米镉含量随土壤调理剂用量的增加而降低,早、晚稻稻米镉平均含量分别比对照处理降低19.1%和16.8%;(4)早、晚稻水稻产量分别为5 833~6 056 kg/hm^2和7 153~7 500 kg/hm^2,稻田施用不同用量调理剂,对早、晚稻水稻产量无明显影响。由此可见,施用土壤调理剂能有益于稻田生态环境,是值得推荐的一种土壤调理剂,施用量的推荐值为225.00 kg/hm^2。

纳米矿物基土壤调理剂对水稻的降镉效果

将纳米矿物基土壤调理剂应用于湖南省株洲市镉污染稻田进行修复效果验证。结果表明:施用矿物基土壤调理剂对水稻产量无显著影响,但可显著降低稻米中的镉含量,并在一定程度上减少土壤有效态镉含量。施用该土壤调理剂100~300 kg,土壤有效态镉含量下降18.52%~31.48%,稻米镉含量则下降19.23%~38.46%,降镉效果随其施用量的增加而增强。

水稻干物质与镉积累的动态效应

采用大田试验探明水稻干物质积累与镉(Cd)吸收之间的关联,科学指导水稻安全生产。结果表明:水稻茎、叶干重积累曲线呈先升后降的二次曲线增长模型,齐穗期茎干重最高,达6 945.19 kg/hm2;孕穗期叶干重最高,达5 731.43 kg/hm2;地上部总干重积累曲线则符合逻辑斯蒂曲线增长模型,苗期至分蘖盛期是水稻干物质积累最多的时段,分蘖盛期至齐穗期则是干物质积累最快的时期;水稻茎、叶Cd含量皆符合逻辑斯蒂曲线增长模型,茎、叶在孕穗期之后进入Cd高积累阶段。齐穗期开始,水稻茎、叶Cd含量显著上升,齐穗期的茎Cd含量比孕穗期茎Cd含量增长了194.55%(P<0.05),叶Cd含量增长了45.28%(P<0.05)。水稻植株Cd含量与干物质积累不完全同步,干物质积累主要在分蘖期至孕穗期,而茎、叶中Cd含量的快速增长时期在齐穗期之后,明显晚于干物质的积累;水稻茎、叶Cd积累总量皆随生育期的后移呈先增后降趋势,其中,孕穗期至乳熟期是水稻Cd积累的最主要阶段。从表观转运与分配上看,减少分蘖盛期至孕穗期水稻对土壤Cd吸收、阻控孕穗期至齐穗期植株Cd转运是降低稻米Cd含量的关键途径。

Study of Dynamics of Floodwater Nitrogen and Regulation of Its Runoff Loss in Paddy Field-Based Two-Cropping Rice with Urea and Controlled Release Nitrogen Fertilizer Application

The article deals with the effects of urea and controlled release nitrogen fertilizer （CRNF） on dynamics of pH, electronic conductivity （EC）, total nitrogen （TN）, NH4^＋-N and NO3 -N in floodwater, and the regulation of runoff TN loss from paddy field-based two-cropping rice in Dongting Lake, China, and probes the best fertilization management for controlling N loss. Studies were conducted through modeling alluvial sandy loamy paddy soil （ASP） and purple calcareous clayey paddy soil （PCP） using lysimeter, following the sequence of the soil profiles identified by investigating soil profile. After application of urea in paddy field-based two-cropping rice, TN and NHa＋-N concentrations in floodwater reached peak on the 1st and the 3rd day, respectively, and then decreased rapidly over time; all the floodwater NO3--N concentrations were very low; the pH of floodwater gradually rose in case of early rice within 15 d （late rice within 3 d） after application of urea, and EC remained consistent with the dynamics of NH4^＋-N. The applied CRNF, especially 70% CRNF, led to significantly lower floodwater TN and NH4^＋ concentrations, pH, and EC values compared with urea within 15 d after application. The monitoring result for N loss due to natural rainfall runoff indicated that the amount of TN lost in runoff from paddy field- based two-cropping rice with urea application in Dongting Lake area was 7.47 kg ha^-1, which accounted for 2.49% of urea- N applied, and that with CRNF and 70% CRNF application decreased 24.5 and 27.2% compared with urea application, respectively. The two runoff events, which occurred within 20 d after application, contributed significantly to TN loss from paddy field. TN loss due to the two runoffs in urea, CRNF, and 70% CRNF treatments accounted for 72, 70, and 58% of the total TN loss due to runoff over the whole rice growth season, respectively. And the TN loss in these two CRNF treatments due to the first run-off event at the 10th day after application to early rice decreased 44.9 and 44.2% compared with urea, respectively. In conclusion, the 15-d period after application of urea was the critical time during which N loss occurred due to high floodwater N concentrations. But CRNF decreased N concentrations greatly in floodwater and runoff water during this period. As a result, it obviously reduced TN loss in runoff over the whole rice growth season.