改性木屑和稻壳生物炭对土壤镉形态和水稻镉吸收的影响

【目的】农田镉(Cd)污染对人类健康构成严重威胁,探究不同改性生物炭对我国南方Cd污染农田中Cd形态变化及其在水稻中的富集特征的影响,为南方红壤性水稻土的安全利用和农业发展提供科学依据。【方法】以木屑和稻壳制成木屑生物炭(WCBC)和稻壳生物炭(RHBC),并用KOH和K_(2)SiO_(3)进行改性,共得4种改性生物炭,KOH改性的木屑生物炭(WCBC-KOH)和稻壳生物炭(RHBC-KOH),K_(2)SiO_(3)改性的木屑生物炭(WCBCK_(2)SiO_(3))和稻壳生物炭(RHBC-K_(2)SiO_(3))。通过盆栽试验,研究不同生物炭和添加量(0.25%、0.5%、1%)对红壤性水稻土的影响,包括化学性质(pH和有效硅)、Cd形态、水稻生物量、各组织的Cd富集和硅含量的影响。【结果】6种生物炭均能提高水稻土pH和有效硅含量,且随添加量的增加而增加。添加生物炭减少了土壤中可交换态Cd含量,同时增加了土壤中残渣态Cd含量,导致土壤中Cd的生物有效性和流动性显著降低,进而减少水稻对Cd的吸收。此外,添加生物炭还可以提高水稻地上部干物质重和产量,同时还显著增加了水稻地上部各组织的硅含量。相关分析表明,土壤pH和有效硅含量与可交换态Cd和水稻各组织Cd含量极显著负相关,且土壤pH降镉作用大于土壤有效硅的作用。【结论】6种生物炭均可使土壤中Cd向植物难利用形态转化,同时促进水稻生长和提高水稻产量,添加KOH和K_(2)SiO_(3)改性生物炭的效果要优于未改性生物炭。

滇东地质高背景区土壤镉的伴矿景天修复及其对后茬水稻的影响

云南是我国典型的重金属元素地球化学高背景区,超积累植物能否有效修复镉(Cd)地质高背景土壤,从而实现农产品安全生产,尚鲜见报道。以云南石林、富源和罗平等三地的典型Cd地质高背景农田土壤为对象,开展温室盆栽试验,探究Cd、锌(Zn)超积累植物伴矿景天对土壤Cd的吸取修复效果,及对后茬水稻生长和Cd吸收的作用。结果表明,种植三季伴矿景天使三地土壤全量Cd分别下降24.8%、30.9%和58.8%;伴矿景天在富源玄武岩风化物母质发育的土壤上长势最好,与富源土壤肥力相对最高有关;伴矿景天在罗平石灰岩风化物发育的土壤上重金属吸取修复效果最佳,与罗平土壤呈中性、酸化作用更为明显有关,这些差异由土壤母质、养分与重金属有效性等综合影响所致。经伴矿景天吸取修复三季后,全生育期淹水种稻,其糙米和秸秆Cd浓度均大幅降低,可实现糙米Cd安全生产。未经植物吸取修复,旱作处理下水稻糙米Cd存在超标风险。植物吸取修复后种植水稻,再结合水分管理措施,可进一步降低稻米中Cd浓度,实现稻米安全生产,为Cd地质高背景区土壤的农作物安全生产提供理论依据和技术支撑。

观赏性富集植物修复土壤镉污染效果的对比研究

为探究观赏性镉(Cd)富集植物修复土壤Cd污染的效果,通过田间随机区组试验,在Cd浓度为2.5 mg·kg^(-1)的农田中分别种植孔雀草、忍冬、紫茉莉和万寿菊4种观赏植物,探究了不同观赏植物对Cd的吸收和富集特性.结果表明:不同观赏植物植株Cd含量和积累量表现为万寿菊>孔雀草>紫茉莉>忍冬;万寿菊和孔雀草地上部Cd含量和积累量大于地下部分,紫茉莉和忍冬地上部Cd含量和积累量小于地下部分;万寿菊的富集系数和转运系数最大,地上富集系数达到2.48、转运系数达到1.63,对重金属Cd具有最强的吸收和富集性.表明万寿菊在Cd污染的条件下具有较好的修复土壤Cd污染潜力和应用前景.

广州市珠江水系未开发江心岛土壤镉污染特征及生态风险评价

广州珠江水系中未开发的江心岛是广州市非常重要的城市湿地系统和自然景观资源,其土壤重金属镉污染不仅影响岛屿自身生态系统的发育与稳定,也是珠江水生生态系统安全与健康的重要影响因素。本研究调查与分析了广州市珠江水系5个流域的22个未开发江心岛的土壤镉含量及污染状态,并采用物种敏感性分布模型(SSD)评价了大洲岛和龙门沙这2座岛屿土壤镉对附近水域的水生生态风险。结果发现:22座江心岛共计67份土壤样品全镉含量范围为0.01~5.95 mg/kg,平均值为0.62 mg/kg,镉含量最高的为东江流域的大洲围,岛屿镉含量平均值达到2.35 mg/kg,其次是前后航道龙门沙、流溪河流域的大洲岛和南航道的屎船沙;根据《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618—2018),共有34份土壤样品镉含量超出风险筛选值。基于岛屿土壤样点镉地累积指数评价结果,22座江心岛中,仅有3座岛屿土壤镉处于无污染状态,其他19个存在不同程度的镉污染。土壤镉潜在生态风险分析结果表明,低风险岛屿9座,7座岛屿为中风险,6座岛屿为高风险,广州市珠江水系5个流域均有土壤镉呈现中、重度污染且存在中、高生态风险的江心岛。SSD曲线生态风险评价结果发现,大洲岛以及龙门沙2座岛屿的4份样品中仅大洲岛16号样品为中度生态风险,其余3份样品均为高风险,2座岛屿的土壤可能在丰水期淹没后成为镉释放源,对附近水生生态系统具有危害。因此,广州珠江水系江心岛土壤镉污染存在一定的生态风险,应该加以监控与修复。

不同生物炭对土壤镉形态及小白菜吸收镉的影响

以农业废弃物为原料,制备玉米秸秆炭(MB)和花生壳炭(PB),通过盆栽实验分析对土壤镉(Cd)形态及小白菜的吸收情况。结果表明,与未添加生物炭处理(CK)相比,两种生物炭均可有效降低土壤Cd含量,同时土壤Cd形态由酸溶态和可氧化态向残渣态转化。土壤有效Cd含量与土壤p H值、有机碳含量均呈现显著的负相关关系(p<0.05),相关系数大于0.90。与CK相比,MB处理小白菜地上Cd含量降幅为17.01%;MB处理的转运系数降低9.19%,而PB处理的转运系数几乎没有变化。因此,MB生物炭能降低土壤Cd的有效性,并降低小白菜对Cd的吸收和转运。

利用矿物材料调控农田土壤镉污染的机制研究

随着工业化进程的加速,土壤镉污染问题在我国南方许多地区成为影响区域粮食安全和公众健康的重要环境问题。该文阐述土壤镉污染的来源和防治必要性,分析土壤镉的空间分布特征和动态变化规律,阐释利用不同矿物质调节剂防治镉污染的机制,包括氮、钙类材料的营养调节作用,硅、锌、铁等微量元素的协同作用机制,并设计3种矿物质海泡石、膨润土、沸石处理镉污染土壤的比较试验,测试钝化效果,最后提出筛选适宜矿物材料、制定合理施用方案、结合耕作措施的镉污染土壤综合治理策略。

外源硅钝化稻田土壤镉有效性及降低稻谷镉含量的效果

为研究外源硅对土壤重金属镉(Cd)有效性以及稻谷镉含量的影响,以硅胶(分子式mSiO_(2)·nH_(2)O,含量98%以上)、液体硅肥(SiO_(2)浓度≥23%)作为外源硅肥材料,通过在重金属镉超标稻田土壤施用硅胶,在水稻分蘖期、孕穗期喷施液体硅肥,研究硅钝化稻田土壤重金属镉有效性及降低稻谷镉含量的效果。结果表明,硅胶施用量达到1500 kg/hm^(2)时对降低土壤有效镉含量有极显著效果,表明稻田施用硅胶可以钝化土壤重金属镉有效性;硅胶施用量达到1500 kg/hm^(2)时对降低稻谷镉含量有显著效果,施用硅胶再配合喷施液体硅肥时,对降低稻谷镉含量有极显著效果;施用硅胶、液体硅肥对提高稻谷产量有显著作用。由此表明,基施硅胶配合喷施液体硅肥,对钝化土壤重金属镉有效性、降低稻谷镉含量、提高稻谷产量具有显著效果。

巯基改性蒙脱石对中国北方中碱性农田土壤镉钝化效果研究

农田土壤重金属污染是影响中国农产品环境质量安全的主要因素。钝化材料是修复农田重金属污染土壤的关键材料,研究开发出高效土壤重金属钝化材料,对于修复重金属污染农田和保障农产品食用安全非常重要。本文以蒙脱石为原材料,将巯基基团负载在其表面或层间制备巯基改性蒙脱石,借助X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和傅里叶红外光谱(FTIR)等技术表征巯基改性蒙脱石的特性,并开展室内土培试验,采用二乙三胺五乙酸浸提-火焰原子吸收分光光度法分析土壤镉的有效态,通过Tessier修正顺序七步提取法分析土壤镉的赋存形态。结果表明:蒙脱石经巯基改性后不仅新增了C-H、S-H共价键,而且增强了-OH和C=O化学键的活性,能与Cd2+发生巯基及羟基配位吸附。供试土壤添加巯基改性蒙脱石后,由于巯基配位吸附作用使土壤离子交换态镉转化为铁锰氧化物结合态,而增强的羟基配位吸附作用使其转化为碳酸盐结合态,结果使土壤中镉的赋存形态发生显著改变,离子交换态大幅减少,作物根系可吸收的土壤有效镉显著降低。添加1%、3%、5%巯基改性蒙脱石后,土壤有效镉分别降低21.92%、69.11%、82.90%;而作为对照组添加1%、3%、5%蒙脱石仅分别降低3.37%、1.80%、6.71%。蒙脱石经巯基改性后对土壤镉的钝化效果得到显著提升,土壤有效镉的降低幅度有随巯基改性蒙脱石添加量增加而提高的趋势。巯基改性蒙脱石对中国北方中碱性农田土壤镉的钝化效果显著,具有一定的参考应用价值。

甘肃白银东大沟地区土壤镉地球化学特征及生态风险评价

甘肃白银是中国重要的有色金属基地,历史上不科学不合理的矿产资源开发和农业生产活动,造成白银市及其周边部分地区重金属严重超标。重金属生物有效性控制因素和生态风险预测,一直是元素生物地球化学行为研究非常关注的问题。本文调查研究了白银东大沟灌区及其周边根系土与玉米籽实污染情况,分析东大沟灌区农业集中区土壤2007年与2018年关键指标变化情况,并综合评价玉米种植区生态风险。研究区土壤中局部地段Cd含量超标,平均值17.48 mg/kg,最高值达到51.1 mg/kg,不同形态Cd含量相对大小依次为碳酸盐态>离子交换态>铁锰氧化态>腐殖酸态>强有机态>残渣态≫水溶态,高pH值碱性土壤和低镉积累的耐镉型玉米品种等因素限制了土壤中Cd的生物有效性,玉米籽实超标率仅为8.8%。东大沟灌区玉米地集中种植区内存在一定的Cd污染,但已得到有效控制,制约Cd生物有效性的pH值、Corg和CaO含量一半以上点位呈现升高趋势,可确保现在和未来一段时间内仍将继续保持低风险。为更好地做好东大沟灌区内Cd含量超标区管控,建议继续选择低镉积累的耐镉型玉米品种种植,同时成熟期收获籽粒作为动物饲料或发展玉米种子资源产业,其他部位尤其是根部可作为修复部分进行回收处理,实现“边生产、边修复”的目的。

超富集植物鬼针草富集土壤镉的特征研究

通过设置10、20、40 mg/kg和80 mg/kg 4个浓度镉(Cd)处理组及对照组,分析鬼针草在不同浓度Cd污染土壤中的富集特征.结果显示高浓度Cd污染的土壤抑制鬼针草的生长;不同浓度Cd处理下鬼针草各部位的生物量表现为茎>叶>根,各部位Cd的含量表现为叶>茎>根,各部位富集Cd的量表现为茎>叶>根;鬼针草富集Cd的量随土壤中Cd浓度的升高而升高.在土壤Cd浓度为20 mg/kg时鬼针草的富集系数和转运系数最大.

土壤镉污染现状及防治技术的应用研究

为缓解土壤镉污染造成的对于人体健康和安全的潜在威胁问题,应用文献调查和资料分析的方法,在对土壤镉污染的发展现状、形成原因以及危害进行介绍,着重对土壤镉污染的防治技术进行研究,提出基于实际土壤情况综合应用多种不同防治技术的方法,希望能够增强土壤镉污染的防治效果,为土壤其他重金属污染防治工作提供参考。

Lelliottia sp.Kz9与纳米零价铁强化印度芥菜修复土壤镉污染

利用植物富集土壤中重金属,是进行重金属污染土壤生态修复的一种重要手段。重金属抑制植物的生长发育,导致植株矮小、生物量较低,是植物生态修复的难点。通过盆栽试验,探究根际促生菌(Lelliottia sp.Kz9)和100 nm纳米零价铁(nZVI_(100))单一或联合施用对不同浓度镉污染土壤中印度芥菜的生长及富集重金属的影响。结果表明:nZVI_(100)在低浓度(5 mg/kg)镉胁迫下可显著促进印度芥菜的生物量、根系发育,以及地上部分镉和铁的吸收(p<0.05),nZVI_(100)在高浓度(20 mg/kg)镉胁迫下可显著提高印度芥菜的生物量、根系发育和地上部分铁的吸收(p<0.05);联合施用Kz9和nZVI_(100)对不同浓度镉污染土壤印度芥菜叶片中叶绿素含量和铁吸收均有显著促进作用(p<0.01);不同浓度镉污染土壤中印度芥菜受Kz9和nZVI_(100)的正向影响依次为nZVI_(100)处理组>Kz9与nZVI_(100)联合处理组>Kz9处理组,表明nZVI_(100)在土壤重金属污染生态修复技术应用方面有较好的前景。

有机物质对土壤镉有效性的影响研究综述

土壤中的低分子有机酸和腐殖酸对镉的有效性有重要作用。根系分泌的低分子量有机酸能提高土壤镉的可提取率、移动性和生物有效性 ,但是更大分子量的有机酸 EDTA却抑制植物对镉的吸收。腐殖酸促进土壤镉的溶解性 ;因腐殖酸组分和环境条件 ,腐殖酸能够促进也能抑制土壤镉活性 ,因此有必要深入研究影响腐殖酸固定镉的因素 ,以达到利用有机质抑制土壤镉活性的目的。

北京市不同土地利用类型的土壤镉含量特征

通过对北京市菜地、稻田、果园、绿化地、麦地以及自然土壤6种土地利用类型共595个土壤样品的调查分析,探讨了不同土地利用方式对土壤镉含量的影响。结果表明,绿化地、麦地以及自然土壤与背景值没有显著差别;菜地、稻田、果园的镉含量显著高于背景值。6种土地利用类型中,菜地土壤的镉含量最高,其次为稻田和果园,绿化地以及麦地土壤镉的含量最低。与土壤基线值相比,果园样品有9.5%的样品超出,绿化地与菜地分别有7.7%和4.6%超出。在全部土壤样品中,共有19个样品超标,超标率为3.2%。石景山、门头沟、丰台、海淀等地区的样品超标较多,应该合理规划这些地区的农业土地利用。

有机物料对土壤镉形态及其生物有效性的影响

采用盆栽试验 ,研究了淹水种稻条件下添加猪粪和泥炭对红壤和潮土中内源和外源Cd形态及其生物有效性的影响 .结果表明 ,土壤中内源Cd在各形态之间的分布比较均匀 ;添加外源Cd时Cd主要分布于交换态 .从分蘖期到成熟期 ,内源Cd交换态普遍升高 ,添加外源Cd时交换态普遍降低 .有机物料对内源Cd交换态的影响不显著 ,但当添加外源Cd时则对交换态有显著影响 .在不添加外源Cd的条件下 ,有机物料普遍促进水稻根系对Cd的吸收 .在添加外源Cd的条件下 ,有机物料普遍抑制水稻根系对Cd的吸收 ,猪粪的抑制效果强于泥炭 .水稻根系对Cd与Fe的累积呈显著抑制作用 .

碳酸钙对土壤镉吸附及解吸的影响

采用等温吸附法 ,并以 1 mol/L KNO3进行解吸试验 ,研究 Ca CO3对 3种土壤镉吸附和解吸的影响。结果表明 ,3种土壤的原状土样对镉吸附总趋势为 :栗钙土 >棕壤 >淋溶褐土 ,均符合 Langmuir方程、Freundlich方程和 Temink方程 ,其中以 Freundlich方程最佳。镉的专性吸附量表现为栗钙土 >淋溶褐土 >棕壤。添加 Ca CO3使 3种土壤中镉的吸附量增加 ,增加幅度棕壤为 4 %～ 1 1 % ,淋溶褐土 2 %～ 1 1 % ,栗钙土 2 %～ 8%。外界加入的镉浓度越高 ,增加幅度越大。 Fre-undlich方程 ( lg X=lg K+lg C/n)拟合的参数结果表明 :加入 Ca CO3后 ,K和 n值均下降 ;Langmuir方程中镉最大吸附值增加 ,吸附平衡常数减小。可以推测 ,Ca CO3的存在之所以能够使土壤体系吸附镉能力增加 ,除 Ca CO3本身的吸附作用外 ,还可能影响反应体系的平衡系数。加入 Ca CO3,土壤对镉的专性吸附明显增加 ,尤其以棕壤专性吸附的镉最多 ,淋溶褐土其次 ,而栗钙土增加较少。栗钙土去除 Ca CO3后 ,镉的吸附减少了 2 .0 %～ 2 6.0 % ,土壤专性吸附的镉减少 4 .0 %～3 8.2 %。 3种土壤镉的解吸能力表现为 :棕壤 >淋溶褐土 >栗钙土。添加 Ca CO3,土壤镉的解吸量下降。去除 Ca CO3后 ,栗钙土镉的解吸量明显增加。

生物炭和锌对土壤镉赋存形态及小麦镉积累的影响

为探讨生物炭单独施用及其联合锌施用对镉污染土壤安全利用的可行性,采用污灌区镉污染土壤种植小麦盆栽试验,结合小麦生长参数、抗氧化酶活性、相关基因表达,研究单独施用0、1.0%、1.5%和2.0%小麦秸秆生物炭以及与锌混施(在上述4个处理组土壤中施加30 mg/kg七水合硫酸锌)对镉胁迫下土壤镉形态特征和小麦镉积累特征的影响.结果表明:①施用生物炭可促使土壤可交换态、碳酸盐结合态向稳定性强的有机结合态和残渣态转化,且随着生物炭施用量的增加,转化比例显著增加,但锌施用对土壤镉形态没有显著影响.②土壤施加1%~2%生物炭能够显著降低小麦籽粒镉含量29%~57%,且施用2%生物炭可将籽粒镉含量降至0.1 mg/kg以下,土壤同时施用生物炭和锌可在单施生物炭基础上降低籽粒镉含量21%~39%,具有协同效应.③施用生物炭和锌均可促进植物生长,提高小麦产量,并通过调节小麦丙二醛(MDA)和抗氧化酶(SOD、POD和CAT)活性提升小麦根系细胞抗氧化能力,以及调节镉转运基因(TaNramp5、TaLCT1、TaHMA3和TaHMA2)的表达,降低小麦根系从土壤吸收镉以及向地上部分转运,从而减少小麦对镉的吸收和积累.研究显示,向土壤添加生物炭和锌对污灌区小麦的安全生产具有参考和指导意义.

四种北方阔叶树种苗木对土壤镉胁迫的生长反应与抗性比较

采用盆栽方法,研究了4种北方阔叶树种茶条槭、山梨、五角槭和山荆子一年生苗木对土壤镉胁迫的生长反应和抗性.采用土壤和风化砂混合物作为栽培基质,设计5种土壤镉浓度梯度处理(对照、10、5 0、10 0、2 0 0mg·kg-1) .结果表明,低浓度处理(≤5 0mg·kg-1)刺激各树种苗木的地径、树高生长,其中茶条槭在10mg·kg-1处理下地径和苗高增加幅度最大,分别为对照的135. 8%和14 6 . 0 % ;随着镉处理浓度的增加,地上部生长量下降,茶条槭在最高浓度处理下,生长量降低最大,地径和苗高仅分别为对照的2 4 1%和2 8 0 % .叶片和新枝生物量变化存在较大种间差异,茶条槭和山梨在低浓度处理时总体上表现增加;山荆子新枝生物量增加,叶生物量减少;五角槭表现一致减少.最高浓度处理时,叶和新枝生物量受影响最大的是茶条槭,分别为对照的4 . 6 %和7. 3% ;其次为五角槭,分别为对照的5 . 7%和7. 9% ;山梨和山荆子受影响的幅度相对较小.新根生物量除山梨外,其它3个树种苗木的生物量表现一致下降,其中下降幅度以茶条槭最大,最高浓度处理仅为对照的2 . 3% .山梨在低浓度处理下,新根生物量有所增加,分别为对照的12 5 . 5 %和117. 1% .茶条槭和山梨的苗木在低浓度处理下,总生物量增加幅度提高;高浓度处理时。

添加有机酸对土壤镉形态转化及苋菜镉积累的影响

植物根系分泌的低分子量有机酸能够与土壤中的镉形成镉—有机酸复合体,从而影响根际镉的移动性。本文通过添加有机酸对土壤镉形态转化的研究,阐明有机酸与镉生物积累的关系。采用盆栽试验及土壤培养等方法,研究了添加苹果酸、柠檬酸对赤红壤和黄棕壤中镉的形态转化以及超积累型苋菜天星米镉生物积累的影响。结果表明,与Cd 25 mg/kg处理比较,Cd 25 mg/kg+苹果酸、Cd 25 mg/kg+柠檬酸处理对苋菜生物量未产生影响,但显著增加苋菜根系及地上部镉含量;添加苹果酸、柠檬酸处理显著降低土壤专性吸附态Cd含量,却显著增加了交换态Cd、碳酸盐结合态Cd和有机结合态Cd含量。说明添加苹果酸、柠檬酸还能够通过影响土壤镉形态转化而促进苋菜对镉的积累。

不同能源柳无性系对土壤镉污染的抗性研究

为了比较不同能源柳无性系对土壤镉抗性的差异,采用盆栽方法,设置土壤镉含量5个梯度(0、10、20、40、80 mg.kg-1),以乡土旱柳为对照,对能柳1、能柳2、能柳E、能柳C的扦插幼苗对土壤镉污染的生理生态反应进行了系统测定,分析了不同无性系的抗性。结果显示,低浓度处理(≤20 mg.kg-1)促进苗木生长,其中能柳2在10 mg.kg-1处理下根和单株生物量增幅最大,可达到对照的132.0%和120.0%;随着镉浓度的增加,生长量下降,在最高浓度处理下,能柳C生长量降低最少,根、枝、叶和单株生物量分别为对照的86.1%、85.3%、82.9%、84.9%,旱柳的枝、叶生物量降低最多,为对照(无镉)的43.8%、45.0%,而能柳1的根、单株生物量降低最多,仅为对照的36.1%、44.4%;随着镉浓度的增加,不同能源柳无性系叶片的SOD、POD、CAT活性和根系活力基本呈现先升后降的趋势,其中,CAT活性变化较为平缓;关于SOD活性和根系活力,能柳1、能柳2在20 mg.kg-1时已显著下降,旱柳在40 mg.kg-1时显著下降,而能柳E、能柳C在40 mg.kg-1时才显著下降。采用隶属函数对5个无性系在镉胁迫条件下的生长和酶指标进行综合分析,不同无性系对土壤镉污染的抗性顺序为能柳C>能柳2>能柳1>旱柳>能柳E。不同无性系对镉均有抗性,都可在镉污染区推广种植,栽培中,应根据土壤污染和绿化目标,做出适当选择。