秸秆和生物炭添加对污染土壤铅形态转化及小麦幼苗生长的影响

【目的】科学评价秸秆还田和生物炭添加对铅(Pb)污染土壤及小麦幼苗生长的影响,为农作物秸秆资源化利用和Pb污染土壤治理提供技术支持和理论依据。【方法】在外源添加Pb 5个B0(0 mg·kg^(-1))、B1(510 mg·kg^(-1))、B2(1 020 mg·kg^(-1))、B3(1 530 mg·kg^(-1))和B4(2 040 mg·kg^(-1))质量分数背景下,通过盆栽试验设置CK(对照)、S(添加小麦秸秆3.33 g·kg^(-1))、BC1(添加秸秆生物炭1 g·kg^(-1))、BC3(添加秸秆生物炭3 g·kg^(-1))和BC5(添加秸秆生物炭5 g·kg^(-1))5个处理,系统研究了添加秸秆和生物炭对土壤有效态Pb含量、小麦植株Pb含量、小麦生长状况及土壤Pb形态的影响。【结果】添加秸秆和生物炭处理均可显著降低土壤有效态Pb含量,但Pb污染土壤的钝化修复效果与添加秸秆和生物炭量相关。与对照(CK)相比,B1、B2、B3和B4质量分数下均以BC5处理降低效果相对较好。研究还发现,添加秸秆和生物炭均可显著降低小麦幼苗植株中Pb的含量,地上部与根部降幅分别达到24.11%~76.74%与32.14%~73.82%,但降低小麦植株Pb含量的效果与Pb污染土壤程度高低相关。从地上部与根部Pb降低效果看,与CK相比,B1、B2、B3和B4质量分数下以BC5处理降低效果较好。另外,添加秸秆和生物炭均可影响Pb污染土壤的小麦幼苗生长,与CK相比,添加秸秆和生物炭处理可以增加Pb污染土壤处理(510~1 530 mg·kg^(-1))的小麦幼苗植株(根茎叶)干质量,但对Pb污染土壤处理(2 040 mg·kg^(-1))效果不明显。研究也表明,与CK比较,添加生物炭和秸秆处理可明显增加污染土壤中不易被植株吸收的残渣态Pb和有机结合态Pb含量,降低易被生物吸收的可交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态Pb含量,并以生物炭BC5处理效果较好。【结论】添加生物炭和秸秆通过降低污染土壤有效态Pb含量,降低易被生物吸收Pb形态,以及降低小麦幼苗植株对土壤Pb的吸收,进而起到修复Pb污染土壤的效果,且以生物炭(BC5)处理效果较明显。

一株氧化木糖无色杆菌对Pb的生物矿化作用及其应用效果研究

为了筛选可用于Pb污染土壤生物修复的优良菌种,研究了一株氧化木糖无色杆菌LAX2利用含尿素培养基生长的发酵液对Pb的生物矿化作用,及其对土壤中Pb的固定效果,结果表明当培养基中Pb的浓度低于105 mg·L^(-1)时,菌株LAX2的生长不受明显影响,扫描电子显微镜、X射线衍射分析、傅里叶红外光谱分析和能谱分析结果表明,菌株LAX2在含有尿素的培养体系中生长产生的发酵液可通过生物矿化作用形成一种球形的Pb CO_3晶体,其最大直径可达2μm。生物矿化、菌体细胞吸附和化学沉淀对Pb^(2+)的去除率分别为86.3%、91.6%和67.4%,表明三者存在不同的作用机制。菌株LAX2发酵液添加到土壤中培养,2 d后有效态Pb的浓度开始迅速下降,第5 d开始变缓,但在30 d的培养周期内有效态Pb的浓度一直呈现下降的趋势,培养5、10、30 d后,土壤中有效态Pb的含量分别下降了56.1%、76.5%和86.8%。向Pb污染土壤中加入发酵液、无菌发酵液、菌体细胞后进行小白菜盆栽试验,与对照相比,小白菜的株高分别增加了49.4%、21.6%和9.6%;土壤中有效态Pb含量分别降低78.1%、64.2%和52.4%,小白菜中Pb的含量分别下降了56.5%、27.4%和14.5%。以上研究结果表明菌株LAX2可通过生物矿化作用形成晶体结构的Pb CO_3,进而固定土壤中的有效态Pb,降低Pb对植物的毒害及其在植物体内的积累,因此在Pb污染土壤的生物修复当中具有重要的应用价值。

不同基因型玉米品种对Pb的富集特征

为了研究不同基因型玉米品种对Pb的富集特征,选用2个Pb低富集玉米品种（曲辰11号、曲辰3号）和2个Pb高富集玉米品种（靖丰8号、旭玉1446）,开展Pb胁迫（2 000 mg·kg-1）下的大田试验,研究了玉米植株生物量的变化、各部位Pb含量、Pb总吸收量、富集与转运规律、土壤p H值及有效态Pb含量。结果表明：（1）与对照相比,Pb胁迫导致4个玉米品种根、茎、叶和籽粒生物量不同程度的下降,总生物量下降9.65%～20.46%,但低富集玉米品种生物量的下降程度小于高富集玉米品种;（2）玉米各部位的Pb含量分配规律为根〉叶〉茎〉籽粒,分别为95.39～121.02、25.56～43.21、14.06～25.41、2.52～5.38 mg·kg-1;低富集玉米品种根的Pb含量高于高富集玉米品种,而茎、叶和籽粒的Pb含量低于高富集玉米品种;玉米植株对Pb的总吸收量为4.46～7.94 mg·株-1,低富集玉米品种植株的Pb总吸收量显著低于高富集玉米品种;（3）不同基因型玉米品种对Pb的富集系数和转运系数均小于1,表现为低富集玉米品种低于高富集玉米品种;（4）不同基因型玉米品种土壤p H值为6.60～6.82,且低富集玉米品种显著高于高富集玉米品种,土壤有效态Pb含量范围为969.86～1 116.15 mg·kg-1。

牡蛎壳钝化剂在重金属污染土壤修复中的应用研究

为研究牡蛎壳钝化剂在重金属污染进行土壤修复的应用效果,进行了牡蛎壳钝化剂的应用试验。通过对重金属污染土壤施加4种不同用量的牡蛎壳钝化剂,利用土壤—植物系统的反馈,以重金属污染土壤的PH变化、交换性氢、铝变化、Cd和Pb全量和有效态的变化以及于土壤中种植的水稻产量变化作为反应修复效果的指标。经研究表明,对比不施用牡蛎壳钝化剂的重金属污染土壤,应用牡蛎壳钝化剂,可将土壤的PH提高约0.19~0.34个单位,使土壤中交换氢降低21.25%~69.57%、交换性铝降低38.76%~94.00%;使土壤中有效C d降低38.46%~51.92%、有效P b降低了30.21%~44.99%;水稻产量提高了15.24%~23.28%。综上,通过在重金属污染土壤中应用牡蛎壳钝化剂可使土壤改良酸化、降低重金属活性、降低重金属对水稻产量的影响,可以有效实现对于重金属污染土壤的修复。

深耕技术对土壤—苋菜系统中迁移与再分配的影响

在浙江某铅(Pb)、砷(As)污染地进行了翻耕技术试验,研究了不同耕作深度对土壤-苋菜系统中重金属迁移和再分配的影响。结果表明:供试土壤中有效态Pb、As与耕作深度呈显著负相关,当耕作深度为40 cm时,与常规处理耕作深度20 cm时相比,有效态Pb含量下降16.84%,有效态As含量下降22.86%。随着耕作深度的增加,苋菜根、茎、叶中有效态Pb、As的含量有不同程度的下降,当耕作深度为40 cm时,与常规处理耕作深度20 cm时相比,苋菜根、茎、叶中Pb的含量分别下降了19.28%、42.30%、2.16%;苋菜根、茎、叶中As的含量下降了3.28%、3.70%、25.7%。不同耕作深度时,根对Pb、As的富集系数均明显大于茎、叶的富集系数,这说明苋菜根对Pb、As的富集起了最明显的作用。随着耕作深度的增加,苋菜茎对根中重金属Pb的转运系数下降,叶对茎中重金属As的转运系数下降,而叶对茎中Pb的转运系数有所上升,茎对根中As的转运系数基本保持。故深耕可以有效降低重金属Pb由根向茎中转移,As由茎向叶转移,降低重金属Pb、As在食用部分茎、叶中的积累。

施用海泡石对铅、镉在土壤-水稻系统中迁移与再分配的影响

以浙江省绍兴市某铅(Pb)、镉(Cd)复合重污染地区土壤(全Pb含量为2 028.22 mg·kg^(-1),全Cd含量为2.36 mg·kg^(-1))及具有低Pb、Cd积累特性的浙江省典型晚粳稻品种嘉33为对象,通过土培盆栽试验,研究了海泡石的施用对铅、镉复合污染土壤中有效态Pb、Cd的含量以及水稻植株对Pb、Cd的吸收和分配关系的影响.结果表明:供试土壤中有效态Pb、Cd的含量与添加的海泡石量呈显著负相关,其相关系数分别为-0.940、-0.952,均达到显著水平(P<0.01).随着海泡石添加量的增加,水稻根、茎、叶和精米中Pb、Cd的含量有不同程度地降低,水稻根、茎、叶及精米对Pb、Cd的富集系数显著下降,同时茎对根系吸收的Pb、Cd以及精米对茎中Pb、Cd的转运系数也显著下降.当海泡石的添加量为9.00 g·kg^(-1)土时,嘉33精米中的Pb、Cd含量分别为(0.14±0.02)mg·kg^(-1)、(0.03±0.01)mg·kg^(-1),均低于国家的限量指标(GB 2762-2012);相比于对照组而言,水稻根、茎、叶及精米对Pb的富集系数分别下降了8.83%、29.96%、49.20%、79.41%,对Cd的富集系数分别下降了23.08%、63.22%、44.00%、82.35%;另外,茎对根吸收的Pb、Cd的转运系数分别下降了23.18%、52.19%,精米对茎转运的Pb、Cd的转运系数分别下降了70.83%、52.00%,意味着在铅、镉复合重污染土壤上,海泡石同时对重金属Pb、Cd在土壤-水稻系统的迁移与再分配具有较好的阻控作用,合理施用海泡石与低重金属积累品种相结合可以实现污染浓度相对较高的重金属Pb、Cd复合污染土壤的农业安全利用.