LED3A强化紫花苜蓿修复Cd污染土壤的效果研究

研究可生物降解螯合剂N-十二酰基乙二胺三乙酸盐(LED3A)诱导强化紫花苜蓿修复Cd污染土壤的效果,采用盆栽方法,考察LED3A对紫花苜蓿生理指标、Cd亚细胞分布和化学形态以及增效提取土壤中Cd的影响.结果表明,Cd胁迫显著抑制紫花苜蓿的生长及光合作用,增加丙二醛(MDA)的积累.而在土培体系中施用LED3A,可以提高植株生物量、光合色素含量、过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)活性,缓解细胞膜脂过氧化损伤和Cd诱导产生的氧化应激.LED3A的螯合强化作用能够增大紫花苜蓿细胞质中Cd的分布比例,促使植株中的Cd由高活性形态向低活性形态转化,通过细胞壁固持和液泡区隔化提高耐Cd性能,进而减轻毒害.与不添加LED3A组相比,最佳LED3A添加量(321.3 mg·kg^(-1))组紫花苜蓿植株中的总Cd含量和积累量分别提高了29.4%和69.1%,地下/地上富集系数及转运系数分别增加了28.6%,36.4%和10.5%.说明添加适量LED3A可有效提高紫花苜蓿对Cd的耐受性与修复Cd污染土壤的效果.

矿区Cd污染稻田生物炭生态原位钝化及Cd形态转化

为探究生物炭对矿区Cd污染稻田土壤原位钝化生态修复效果,进行稻田土壤Cd污染修复试验,设置海泡石(BC1)、生物炭(BC2)、空白对照(BC3)3种处理。采用梯度扩散薄膜(DGT)技术研究水稻根际土壤Cd生物有效性,明确其对水稻根际土壤Cd生物有效性和土壤Cd形态转化的影响。结果表明:生物炭影响矿区Cd污染稻田水稻根际土壤Cd形态比率。生物炭改变稻田土壤中Cd形态,明显提高土壤中残渣态Cd含量占比,提高幅度达27.84%,利于其他形态Cd向更稳定的残渣态转变。生物炭改变矿区Cd污染稻田水稻根际土壤Cd生物有效性。与空白对照相比,生物炭使水稻收获期的根际土壤Cd生物有效性降低了40.90%,土壤中有效态Cd含量降低了9.53%;海泡石处理的土壤Cd生物有效性比生物炭处理的土壤Cd生物有效性降低了83.90%,海泡石处理的土壤有效态Cd含量比生物炭处理的土壤有效态Cd含量降低了7.73%。生物炭可提升矿区Cd污染稻田土壤质量。生物炭改善了水稻土壤质量;与空白对照相比,生物炭处理的土壤有机质提高了6.75%,土壤阳离子交换量升高了8.44%,土壤pH值提升了7.44%;与海泡石对照相比,生物炭处理的土壤有机质提高了2.95%,土壤阳离子交换量升高了9.22%,土壤pH值降低了13.33%。研究表明,生物炭原位钝化能有效降低矿区Cd污染稻田土壤Cd生物有效性,提升生态修复水平。

不同矿物调理剂对Cd污染水田土壤性质及水稻Cd含量的影响

【目的】探究不同矿物调理剂对广西镉(Cd)污染水田土壤性质及水稻Cd含量的影响,为利用水田生产安全稻米提供参考依据。【方法】选用钙镁硅调理剂A和B、钙硅调理剂C和钙镁调理剂D(分别设为A、B、C和D处理),在广西某受Cd污染水田开展Cd污染大田修复治理试验,以不施用调理剂为对照(CK)。处理后于水稻成熟期测定土壤的pH、阳离子交换量(CEC)、总Cd和土壤有效态Cd含量及水稻根、茎、叶和籽粒的Cd含量,分析不同矿物调理剂对Cd污染水田土壤的修复治理效果及Cd在水稻各部位的残留状况,并对土壤总Cd含量、CEC和pH与有效态Cd含量进行相关分析。【结果】施用矿物调理剂可显著提高Cd污染水田的土壤pH和CEC(P<0.05,下同),二者分别较CK提高15.0%~16.6%和20.4%~23.8%;可显著降低Cd污染水田的土壤有效态Cd含量,较CK下降14.0%~19.3%。施用矿物调理剂后水田的土壤有效态Cd含量与pH呈显著负相关,pH的对数ln(pH)值与土壤有效态Cd含量的相关系数为0.4053;ln(pH)值与CEC呈极显著负相关(P<0.01),相关系数为0.6326;随着土壤pH和CEC的上升,土壤有效态Cd含量持续下降。施用矿物调理剂均可有效降低水稻根、茎、叶和籽粒的Cd含量及水稻地上部Cd的富集系数,其中,水稻籽粒的总Cd含量下降35.9%~50.2%,水稻地上部(茎、叶和籽粒)Cd的富集系数分别下降19.5%~33.5%、32.1%~44.9%和38.6%~52.6%。【结论】施用不同矿物调理剂均可显著提升水田土壤pH和CEC,从而降低土壤有效态Cd含量,抑制Cd从土壤向水稻根、茎、叶和籽粒迁移,有效降低水稻Cd含量,减少Cd在水稻地上部(茎、叶和籽粒)富集。

纳米材料修复Cd污染土壤的人体健康风险研究

为评估纳米材料修复Cd污染土壤因偶然摄入导致的健康风险,该研究加入1.0%、1.5%、2.0%的纳米羟基磷灰石(n-HAP)、纳米四氧化三铁、改性纳米碳黑修复Cd污染棕壤,通过体外胃肠模拟法评估其对人体健康的影响。结果表明,3种纳米材料可有效降低土壤中DTPA提取态Cd含量,其中n-HAP效果最好;同时Cd的胃肠相生物可给性显著降低,并且随纳米材料添加量而降低,经口摄入的Cd胃相生物可给性均大于肠相。3种材料的添加量与胃肠相中Cd的生物可给性呈线性负相关,且对肠相生物可给性影响更大。纳米材料修复土壤显著降低了Cd污染土壤的非致癌健康风险和致癌健康风险,修复后土壤不存在显著的非致癌健康风险(HQ<1)和致癌风险(CR<1×10^(-6)),且对儿童的健康风险高于成人。因此,纳米材料能有效降低棕壤颗粒中Cd的生物可给性,从而缓解因偶然摄入导致的健康风险,为纳米材料修复Cd污染土壤的健康风险评估提供科学依据。

不同修复剂对Cd污染土壤的修复效果研究

针对Cd污染土壤,本文对比分析海泡石、沸石和凹凸棒石三种修复剂的修复效果。试验结果显示,3种修复剂均能有效降低Cd含量,根据修复效果,排序为海泡石>凹凸棒石>沸石,海泡石表现最佳,平均降低率达46.98%。研究发现,随着修复剂加入量的增加,修复效果逐渐提高,土壤初始镉含量越高,修复效果越明显。此外,所有修复剂均能提高土壤pH,减少镉的生物有效性。本研究为Cd污染土壤修复提供新方法。

无机-有机复配材料对Cd污染土壤的修复效应

利用大田试验方法,对无机-有机复配材料对Cd污染土壤的修复效应进行分析和研究。其中无机材料主要以海泡石、蒙脱土以及骨粉为主,而有机材料主要包括菌渣、鸡粪。经过研究发现,无机-有机复配材料能够有效提高Cd污染土壤的pH值,pH值最多增加0.96个单位。并且对不同的受污染土壤进行检测,土壤中的TCLP提取态Cd含量都降低。其中骨粉+有机材料对修复土壤的过氧化氢酶和脲酶活性效果最佳。因此,利用无机-有机复配材料对修复Cd土壤可以获得预期效果,可以在当前的Cd污染土壤修复过程中进行推广应用。

不同安全利用技术在安吉Cd污染水稻田上的应用效果

文章通过田间试验研究了原位钝化、叶面阻控和水分调控3种安全利用技术措施在Cd污染水稻田的治理效果,通过对治理后土壤Cd有效态含量和糙米中Cd含量的综合分析,以期得出适宜当地的安全利用技术措施。结果表明,钝化剂处理可以降低土壤有效态Cd含量和水稻糙米中的Cd含量,其中腐殖酸处理效果最佳。叶面阻控和水分调控对降低水稻糙米中的Cd含量也起到一定效果,其中有机硅和无机硒混合叶面肥(Se+Si)效果要优于单一叶面肥。全生育期淹水效果优于其他水分管理措施,该措施下糙米中Cd含量最低,为0.27 mg·kg^(-1)。综合表明,在酸性土壤的高Cd背景下,3种安全利用技术措施下水稻糙米中的Cd含量虽然均超过GB 2762—2022《食品安全国家标准食品中污染物限量》标准,但均能显著降低糙米中的Cd含量,以单一技术措施来看,安全利用效果为原位钝化>水分调控>叶面阻控。

赤泥对Cd污染稻田水稻生长及吸收累积Cd的影响

采用田间小区试验,研究了不同赤泥施用量对酸性Cd污染稻田(潮泥田)水稻生长及吸收累积Cd的影响。结果表明,赤泥施用量为4948kg·hm-2时水稻产量达到最高,其主要作用是促进了水稻有效穗的形成。同时施用赤泥能显著提高土壤pH,降低土壤有效态Cd含量和减少水稻Cd累积。与不施赤泥的对照相比,施用赤泥3000kg·hm-2的处理水稻增产12.4%(P<0.05),水稻根Cd降低22.0%(P<0.05),糙米Cd(0.14mg·kg-1)降低40.8%(P<0.01),并达到国家粮食卫生标准(GB2715—2005);当赤泥施用量增至9000kg·hm-2时,土壤pH提高12.0%(P<0.01),有效态Cd含量降低24.9%(P<0.05),水稻根系、茎叶和糙米Cd分别降低55.7%(P<0.01)、54.5%(P<0.01)和69.9%(P<0.01)。表明利用赤泥修复中轻度酸性Cd污染土壤是可行的,并能起到改良土壤和促进水稻增产的效果。试验所用赤泥重金属含量很低,不会造成二次污染。但将赤泥大面积应用于酸性Cd污染稻田还需要系统研究应用参数,并采取农机配套和激励机制来鼓励农民自发行动的积极性。

生物炭固定化微生物对U、Cd污染土壤的原位钝化修复

为考察固定化微生物对铀(U)、镉(Cd)污染土壤的钝化效果,研究筛选出对U、Cd都有较高去除率的微生物组合,以生物炭为固定化载体,通过吸附和包埋两种固定方法制作成复合钝化剂,探究施加两种复合钝化剂和单独施加生物炭3种处理对土壤理化性质和可提取态U、Cd的影响。研究结果表明:四种微生物组合对U、Cd都有去除作用,综合考虑枯草芽孢杆菌、柠檬酸杆菌和蜡样芽胞杆菌等比组合的去除率最优,用于进一步研究。各钝化处理后,土壤的pH值升高,且随着钝化剂添加量的增加,pH呈上升趋势。各钝化处理组中土壤阳离子交换量与有机质含量均有所升高,其中,生物炭处理组对土壤阳离子交换量的提高效果最为显著。3个处理组相比,生物炭处理组和吸附固定微生物生物炭处理组中有机质增加较包埋固定微生物生物炭处理组效果显著。各钝化处理后,土壤中可提取态的U、Cd含量均有所下降,且随着钝化时间的延长,可提取态的U、Cd含量持续降低。3种钝化剂的钝化效果有所差异,即吸附固定微生物生物炭处理组>生物炭处理组>包埋固定微生物生物炭处理组,随着添加量的增加,钝化效果显著。该研究结果表明,固定化微生物方法在修复土壤重金属污染方面有着很大的潜在应用价值。

五节芒不同种群对Cd污染胁迫的光合生理响应

通过盆栽模拟试验,以分别来自粤北大宝山矿区和惠州博罗非矿区的两个五节芒种群为试验材料,比较研究了两个种群在Cd胁迫下的气体交换参数、叶绿素荧光特性、光合色素含量和叶绿体超微结构变化的差异。结果表明:(1)Cd胁迫下五节芒两种群叶片净光合速率(Pn)、蒸腾速率(E)、气孔导度(Gs)、胞间二氧化碳浓度(Ci)、叶绿素含量(Chl)都有不同幅度的下降;叶绿体超微结构遭到破坏。矿区种群随Cd胁迫程度的加深,净光合速率下降较慢,叶绿体的外形及基粒结构受到的影响较小。(2)轻度Cd胁迫下气孔限制是五节芒非矿区种群Pn降低的主要因素,中度和重度Cd胁迫下非气孔限制是Pn降低的主要因素。(3)Cd胁迫下五节芒两种群PSⅡ反应中心最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ潜在活性(Fv/Fo)、PSⅡ有效光化学效率Fv′/Fm′均有所下降。总体上矿区种群降幅较小,PSⅡ利用光能的能力及PSⅡ的潜在活性均较强。PSⅡ光化学猝灭系数(qP)、非光化学猝灭系数(NPQ)的变化表现为Cd胁迫下两种群qP值降低、NPQ值升高,总体上抗性强的矿区种群qP降低的幅度低且NPQ升高幅度大。随着Cd胁迫浓度增加,矿区种群实际光化学反应效率(ΦPSⅡ)和电子传递速率(ETR)变化幅度不大,而非矿区种群显著下降,表明矿区种群PSⅡ反应中心电子传递活性受到的影响小,光合机构的损伤程度低。研究表明,五节芒矿区种群对重金属Cd有较强的耐受能力,适合作为金属矿区植被恢复建设的禾本科先锋物种。

电动修复Cd污染土壤的DBLM模型

以模拟Cd污染土壤为供试土壤,使用阳离子交换膜,在电场强度为1V·cm-1的条件下研究了电动修复过程中土壤中不同位置pH值和Cd浓度的关系,建立了一套与阳极距离相关的线性模型。该模型表明,阳离子交换膜阻止阴极产生的OH-进入土壤,阳极产生的H+在土壤颗粒表面不断发生吸附-脱附过程并达到平衡,土壤各剖面pH值与该剖面和阳极的距离成反比。此外,在电动修复初期,土壤中Cd分布较为均匀,不同位置Cd去除速率与该位置和阳极的距离成反比。由修复实验的相关数据进行拟合得到的结果也很好地证实了这一点(r2>0.94)。有助于预测不同位置的电动修复效果,了解土壤中Cd的迁移过程及制约因素,为增强修复效果及改进电动修复技术提供理论依据。

海泡石在Cd污染植烟土壤改良中的应用研究

为探讨海泡石在Cd污染植烟土壤改良中的可行性,以恩施宣恩县晓关乡酸性土壤为供试土壤,通过人工模拟Cd污染,采用盆栽试验方法,研究了海泡石对烟叶Cd含量、植烟土壤Cd含量、烟株生长发育及烤后烟叶产质量的影响。结果表明,施用海泡石后,可有效提高植烟土壤pH值,降低土壤Cd活性,抑制烟株对土壤Cd的吸收。烤烟生长优势明显,叶长、叶宽均显著高于对照;烟叶的总糖和还原糖均较对照降低,而总氮,烟碱,钾和氯等则整体上表现为较对照增加的趋势。综合研究表明：盆栽酸性植烟土壤施加30%～40%海泡石后,可以达到改善土壤酸性环境,提高烟叶安全性和产量的三重功效。

含水量对Cd污染菜地土壤中微生物多样性的影响

应用BIOLOG试验技术,结合土壤和植物的相关指标,在研究水分对广州市郊区Cd污染菜地土壤影响的基础上,进一步研究水分对微生物群落代谢方式的影响。结果表明,在Cd污染土壤中,水分对土壤微生物群落活性的影响从大到小分别为W3(田间持水量65%)、W1(田间持水量85%)、W2(田间持水量75%)、W5(田间持水量45%)、W4(田间持水量55%)。W3水分处理对提高土壤微生物的代谢多样性具有显著效果。在W3水分处理下,土壤微生物不仅对各类碳源的利用能力均高于其他4种水分处理,而且对糖类碳源的利用能力更加显著,是其他处理的1.55～3.87倍。土壤Cd有效态含量与微生物对碳源的利用能力呈负相关(p<0.05)。在不同水分条件处理下,土壤微生物群落对6类碳源利用能力的增强能降低土壤中Cd有效态的含量。微生物对纤维素、果胶酸、几丁质/黏多糖/糖蛋白等不同类型碳源利用能力的增强有利于植物根际环境微生物功能多样性的改善。

4种矿物材料改良Cd污染土壤的研究

以钠基膨润土、膨润土、沸石、硅藻土等4种矿物为改良材料，在潮褐土中添加外源水溶性Cd化合物模拟Cd污染的土壤，以油菜为指示植物，探讨了4种矿物材料对Cd污染土壤的改良效果及存在的规律。结果表明：钠基膨润土、膨润土、沸石、硅藻土的添加量分别为20、30、50、40g／kg时，土壤有效态Cd含量分别达到了相应最低浓度，比对照分别降低了21．40％、27．63％、27．24％、32．30％；在修复Cd污染土壤时各种矿物的施用量以30～40g／k为宜，至少可降低油菜Cd吸收量的15％；添加4种矿物材料均可以提高土壤的pH值，降低土壤cd活性，并可以在不同程度上迅速降低土壤速效养分含量，从而抑制油菜对土壤Cd的吸收。

蚯蚓-菌根相互作用对Cd污染土壤中速效养分及植物生长的影响

以灰化土(Aquods)为供试土壤,分别加入4个浓度的Cd2+(0、5、10、20mg·kg-1)模拟土壤污染,设置每钵接种8条蚯蚓(Pheretimasp.)、接种菌根(InoculumEndorize-Mix2)和同时接种蚯蚓和菌根的处理,以不加蚯蚓和菌根为对照,并种植黑麦草(Loliummultiflorum),研究蚯蚓菌根相互作用对Cd污染土壤中速效养分和黑麦草生长的影响。结果表明,在供试土壤上和设定的浓度范围内,菌根浸染率不受添加Cd浓度的影响,平均浸染率为22%,加入蚯蚓能使菌根的侵染率提高9%。在Cd污染的土壤上,引进蚯蚓显著增加了黑麦草地上部的生物量,接种菌根对黑麦草地上部分产量没有明显影响,同时接种蚯蚓和菌根与只接种蚯蚓相比没有显著差异。只接种蚯蚓或菌根均能显著提高土壤中速效N、P的含量,而对速效K的含量无显著影响。菌根与蚯蚓并不存在着增加土壤中速效N、P、K的协同作用。蚯蚓、菌根均能增加黑麦草对N、P的吸收,同时接种蚯蚓和菌根促进了黑麦草对N的吸收,但没有促进对P的吸收。不论只接种蚯蚓或菌根,还是同时接种蚯蚓和菌根均不能促进黑麦草对K的吸收。

潼关金矿区农田土壤Cd污染分析

潼关金矿区是中国重要的黄金产地。在金矿石的开采及选冶生产过程中，矿石中的有毒重金属Cd会污染矿区周围环境。文中以133件土壤样品Cd含量为基础，研究了该矿区土壤Cd的分布特征。土壤Cd含量范围为0．00～45．20mg／kg，部分样品的Cd含量极高，受污染程度严重。土壤Cd累积污染超标倍数表明，研究区42．11％的样品土壤受到轻度污染，15．03％的样品土壤属于中度以上污染。农田土壤Cd含量的空间分布显示，土壤Cd含量较高的范围与矿业活动的污染源基本一致，说明矿业活动对土壤Cd含量影响较为明显。通过尾矿渣中Cd的分析，进一步证明金矿生产活动是造成土壤Cd污染的主要原因。

碱性Cd污染农田原位稳定化修复研究

围绕碱性农田重金属Cd污染原位稳定化修复技术,通过实验室小试筛选出以椰壳生物炭为核心材料的稳定剂应用于修复重金属Cd污染的碱性土壤,并进一步探究了施加稳定剂对于小麦生长的影响.研究结果表明,随着稳定剂施加量的增加重金属Cd钝化效果显著增加,在施加量为2%时,椰壳生物炭对土壤有效态Cd钝化率达到99.08%,远高于木质生物炭、硅肥以及钙镁磷肥.稳定化修复后,土壤中Cd由生物可利用性较高的形态向稳定的结合态转化,降低土壤环境风险.此外椰壳生物炭的施加还可以促进小麦生长,降低小麦体内Cd含量,稳定剂施加量为1.5%时,与对照组相比小麦根中Cd含量降低64.31%,地上部Cd含量降低69.60%.本研究筛选的椰壳生物炭作为稳定剂不仅能够实现Cd污染碱性农田的持效性修复,还能够显著改善土壤结构并提高土壤肥力,促进小麦生长,为以后该技术在我国北方大面积重金属污染碱性农田的修复及规模化应用提供支持.

泥炭对Pb、Cd污染菜地土壤修复效果评价

珠江三角洲地区农田土壤重金属污染程度较为严重,泥炭作为一种富含有机质的碱性改良剂在修复重金属污染农田土壤方面具有很好的潜力.通过研究泥炭对珠三角地区Pb、Cd 污染菜地土壤修复效果开展的连续盆栽试验,从生态学角度对泥炭的修复效果进行综合评价.试验结果表明：泥炭可以提高0.25-1.61 个单位的土壤pH 值,增加土壤有机质含量,显著降低土壤中Cd 有效态含量.连续种植小白菜（Brassica chinensis）后泥炭处理的土壤Cd 有效态含量仍显著低于对照,对土壤修复持效性好;但对土壤Pb 有效态含量作用效果不显著.泥炭对小白菜有明显的增产效果,在种植第二茬时效果最明显,同时与对照比较泥炭处理显著降低小白菜中Cd 含量,但对降低小白菜中Pb 含量效果也不明显.泥炭可以显著提高土壤中微生物的活性和代谢多样性,种植小白菜后微生物活性提高更明显.综合判断,15 g·kg^-1 泥炭用量对修复珠三角地区Pb、Cd 污染菜地土壤效果最好而且持效性好.整体来看,泥炭对降低土壤中Cd 有效态含量的效果优于对Pb 的.

赤泥使用量对Cd污染稻田水稻生长的影响和修复机理

研究赤泥对中轻度Cd污染的酸性潮泥田稻谷产量和Cd污染修复机理的影响。结果表明,稻谷产量随赤泥施用量的增加呈先增加后下降的变化趋势。早稻以施4 500 kg/hm2赤泥的产量最高,晚稻以施3 000 kg/hm2赤泥的产量最高,分别比不施赤泥增加了11.36%和8.30%;稻草产量与稻谷产量不同,随赤泥施用量的增加而下降。水稻生长各时期土壤pH值和土壤阳离子交换量随赤泥施用量的增加均有不同程度的提高,施用赤泥不仅能在短时间内提高土壤pH值,还具有持续性。赤泥因其呈碱性可提高土壤pH值,而土壤pH值升高将使大量易溶性Cd向难溶态转化,pH值升高是导致土壤Cd活性降低最直接的原因。施用赤泥后土壤有效态Cd质量分数减少是土壤pH值升高与土壤吸附能力增强共同作用的结果。水稻糙米中Cd的质量分数随赤泥施用量的增加而降低。与不施赤泥对照处理相比,早稻施赤泥RM-1、RM-2、RM-3、RM-4和RM-5处理糙米中Cd的质量分数分别降低了10.34%、31.03%、34.48%、41.38%和64.5%,晚稻糙米Cd质量分数分别降低了14.29%、32.14%、35.71%、39.29%和46.43%。其主要原因是施用赤泥后土壤有效态Cd质量分数减少。

草炭对Cd^(2+)的吸附及其用于Cd污染土壤修复的实验研究

通过室内模拟实验研究了草炭对Cd2+的典型吸附特征,以及添加草炭对Cd污染土壤中其浸出毒性和存在形态的影响。结果表明,溶液pH为3~6时,草炭对Cd2+的吸附量随着pH升高而增加,pH为6~8时草炭对Cd2+的吸附量趋于平稳;当溶液体系Cd2+初始质量浓度不超过800mg/L时,草炭对Cd2+的吸附未达到平衡,其吸附率随Cd2+初始浓度的增大而由98.60%降低至88.53%;草炭对Cd2+的等温吸附行为可用Langmuir、Freundlich方程拟合,r均达到极显著水平;添加草炭能降低轻污染(总Cd为3.0mg/kg)土样中Cd2+浸出量,Cd2+钝化率随草炭添加量增加而增加;相对较低(1%~2%,质量分数,下同)的草炭添加量对重污染(总Cd为6.0mg/kg)土样中的Cd2+表现出活化效果,导致Cd2+浸出量增加;但较高(4%)的草炭添加量下,重污染土样中Cd2+的钝化率要明显大于轻污染土样;添加草炭能影响土样中Cd的存在形态。在2种污染程度的土样中添加草炭后,有效态、无机结合态和残留态Cd所占比例均降低,而有机结合态Cd所占比例均增加。