凹凸棒粘土对镉污染农田的原位钝化修复效果研究

原位钝化修复在重金属污染土壤修复中有着不可替代的作用,而修复材料在污染农田中的长期应用效果一直是人们关注的焦点。通过野外大田钝化修复试验,研究了不同添加剂量(0、1.25、1.75、2.50、3.25 kg·m^(-2))凹凸棒粘土对镉(Cd)污染土壤理化性质及对水稻(Oryza sativa L.)和小麦(Triticum aestivum L.)吸收Cd的影响,采用梯度扩散薄膜技术(DGT)评价修复前后土壤中生物可利用态Cd含量的变化。结果表明,施用凹凸棒粘土显著抑制水稻和小麦籽粒中Cd富集量,第一季降幅分别为68.8%~83.3%与54.7%~75.5%,其中2.5 kg·m^(-2)施加剂量对Cd污染土壤的修复效果最佳。施加凹凸棒粘土同样抑制了作物对Zn、Ni等其他重金属的吸收,而对Se吸收影响并不显著。施加凹凸棒粘土显著提高了土壤p H、阳离子交换量(CEC)和土壤细颗粒含量,相关性分析表明,水稻和小麦籽粒中Cd含量与土壤p H呈极显著负相关性(相关系数分别为-0.72和-0.64),推测土壤p H的升高是导致水稻、小麦籽粒中重金属含量降低的一个重要原因。不同施用量凹凸棒粘土均在一定程度上降低了土壤DGT提取态Cd含量,分别下降了82.8%、85.1%、84.4%和67.1%。连续3年原位钝化修复效果跟踪观察结果表明,凹凸棒粘土可持续降低水稻和小麦籽粒中Cd含量,1.25 kg·m^(-2)和1.75 kg·m^(-2)处理组产出的水稻籽粒中Cd含量由2014年的0.140 mg·kg^(-1)与0.215 mg·kg^(-1)分别降低为2016年的0.094 mg·kg^(-1)和0.120 mg·kg^(-1)。综上,凹凸棒粘土在修复Cd污染农田土壤方面具有广阔的应用前景。

降低水稻镉吸收原位钝化修复技术及其作用机理

重金属镉原位钝化修复是指向土壤中施加一些活性钝化修复材料,通过改变镉在土壤中的赋存状态,降低土壤中镉的生物有效性。该文对重金属镉污染土壤原位钝化修复中不同来源的钝化剂进行了分类,概述了它们各自对重金属镉污染土壤的作用机理及其钝化修复效果。全面分析了目前该领域存在的主要问题,并对其发展前景进行了展望。

复配钝化剂对镉污染稻田修复效果及其对土壤质量的提升

为评估复配钝化剂在真实环境下对Cd污染稻田的钝化修复效果及对土壤环境质量的影响,在安徽某地开展连续3 a的原位钝化修复实验,分析钝化剂对水稻Cd吸收、土壤理化性质、土壤酶活性、土壤微生物群落结构与功能的影响。结果表明:复配钝化剂[1%生物炭+0.2%硅肥(BS)和1%生物炭+0.2%石灰(BL)]显著降低土壤中DTPA提取态Cd含量(29.4%~40.1%);复配钝化剂可使水稻籽粒Cd含量降低60%以上,优于2%的单独生物炭处理,且对水稻产量无不利影响。复配钝化剂使土壤pH、有机质含量(OM)、阳离子交换量(CEC)分别增加了0.77~1.25个单位、13.5%~52.0%、8.4%~38.5%,有效改善了土壤环境质量。土壤脲酶、磷酸酶、FDA水解酶的活性随着BS的施加分别提升了31.3%、38.7%、33.1%。同时,钝化剂还通过改变土壤理化性质(pH、CEC、DTPA提取态Cd含量等)显著改变了土壤微生物群落结构,但对微生物多样性无显著性影响,表明修复后土壤微生物群落生态系统稳定。微生物功能预测表明与碳代谢、能量代谢等新陈代谢相关基因簇的丰度在BS处理下明显提高,证明复配钝化剂降低了重金属的毒性,增加了土壤微生物活性。综上,复配钝化剂BS不仅可以实现Cd污染稻田的原位钝化修复,而且可以有效改善土壤环境质量,提升土壤生态功能。

钙多肽对水稻吸收重金属铅的影响

为了探究钙多肽对水稻吸收重金属铅的影响,以总铅含量分别为100、200、500 mg·kg^(-1)的土壤为研究对象,利用钙多肽为水稻种植肥料,常规复混肥为对照,研究钙多肽对土壤中有效态铅含量、pH以及水稻生长的影响效应,同时研究钙多肽对水稻不同生长时期、不同部位铅含量和钙含量的影响。结果表明:钙多肽可降低土壤中有效态铅含量,提高土壤pH。水稻种植实验中,钙多肽促进水稻生长,使株高提高6.8%~28.9%,千粒重提高6.5%~16.9%;钙多肽提高水稻根部的铅含量,降低水稻茎、叶和糙米中的铅含量,根部铅含量提高10.8%~120.6%,茎部铅含量降低2.2%~28.4%,叶部铅含量降低0.5%~28.6%,糙米铅含量降低13.3%~25.5%;同时钙多肽提高了水稻不同部位的钙含量,使根部钙含量提高1.7%~32.6%,茎部钙含量提高1.6%~17.5%,叶部钙含量提高1.1%~13.4%,糙米钙含量提高12.4%~21.5%。水稻茎、叶和糙米钙含量的增加与其铅含量的减少具有一定的相关性,其钙含量的增加抑制了其对铅的富集。研究还表明钙多肽的作用随时间的延长逐渐下降。

铁氧化物复合功能材料在砷污染农田修复中的应用

以铁氧化物以及黏土矿物为主要成分的复合药剂为原位钝化功能材料,选用土壤调理剂、生物质炭及酵素为土壤盐碱化改善功能材料,对目标地块进行修复及改良。修复后对项目605亩农田分5个修复区域进行修复,最后采集共计47个土壤样品检测数据进行分析,发现经原位钝化修复后本项目区域表层(0~30 cm)土壤中有效态砷含量从修复前均值0.458 mg/kg降低至修复后均值0.025 mg/kg,平均降幅达到92.54%。采集共计47个水稻籽粒样品检测数据进行分析,结果表明谷物砷含量降低到《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB 2762—2012)限值0.5 mg/kg以下,从修复前均已接近0.5 mg/kg的状态降低为均值在0.232 mg/kg,降低了砷的生物可利用性降低,且有效降低植物对重金属的吸收剂重金属的生态毒性。土壤pH值从修复前8.42的降到修复后的7.42,土壤盐碱化程度从弱碱性降至中性。土壤有机质含量提升到20 g/kg以上,达到全国第二次土壤普查养分分级标准第三级水平要求,表层土壤有机质均值从8.44 g/kg提高到32.39 g/kg,提高了2.84倍。修复区域大部分点位EC降低为2000μs/cm,均值为1616.4μs/cm,属于中盐渍化水平,达到此标准以后作物出苗率将增加到50%以上。修复区域土壤耕作层的主要肥力指标碱解氮、有效磷、速效钾平均含量分别提升到54.25 mg/mg、28.3 mg/mg、268.8 mg/mg,土壤肥力达到较高标准,改良效果显著。