农田土壤重金属污染现状与安全利用技术研究进展

重金属污染农田直接影响粮食安全和农业可持续发展。安全利用技术主要通过降低土壤中重金属的生物有效性,以减少作物对重金属的吸收累积和消减重金属进入食物链的风险,其对解决我国重金属污染农田有效利用和保障粮食安全生产具有重要意义。因此,本文首先分析了农田土壤重金属污染成因与现状,然后综述了不同安全利用技术,如农艺调控措施(包括低累积作物品种筛选、水肥管理及间作或轮作耕作方式)、原位钝化改良和叶面阻控技术的研究进展,最后提出了强化重金属污染农田土壤安全利用研究及应用的对策。

耕地重金属污染与安全利用综述

耕地土壤是人类赖以生存的重要资源之一,为农作物生长提供必要的养分和物质基础。然而,随着工业化和农业现代化的快速发展,重金属污染耕地土壤的问题日益严重。重金属污染不仅影响农产品质量安全,还会通过食物链危害人类健康。本文简要介绍了耕地土壤重金属污染情况,详细阐述了重金属污染对土壤、植物环境和人类健康的影响,总结了重金属污染耕地的安全利用措施,以期为耕地土壤重金属污染治理修复和安全利用提供参考。

基于大田试验的农田镉污染安全利用技术研究

文章针对珠三角乡镇工业区周边轻及轻微度镉污染农田土壤,分别开展了低累积水稻阻隔、钝化修复、植物阻隔联合钝化修复、超积累植物提取联合低累积作物间套种及轮作大田试验。结果表明:(1)在轻微度Cd污染土壤中直接种植低累积水稻金稻优998和长丝苗可实现安全生产;(2)土壤中分别添加4500 kg/hm^(2)的蒙脱复合调理剂、2640 kg/hm^(2)的改性蒙脱调理剂可使糙米中的Cd含量降低52.49%、62.50%,实现安全生产;(3)在轻度镉污染土壤上采用蒙脱复合调理剂联合种植金稻优998,可使糙米中的Cd含量降低68.61%,实现安全生产;(4)东南景天及其与玉米间套种处理一季对土壤中Cd提取率可分别达7.90%及7.22%,土壤中Cd分别降低11.5%及10.2%,且套种玉米可实现安全产出;东南景天修复间歇期,通过轮作低累积水稻金稻优998可实现不间断的安全生产。研究开发的土壤修复技术为轻及轻微度镉污染农田的安全利用提供了新的途径。

淹水灌溉协同钝化剂对水稻Cd吸收和积累的影响

在严格管控区Cd污染稻田开展田间试验,探讨淹水灌溉协同石灰和土壤调理剂对土壤Cd的有效性,以及水稻Cd吸收和累积的影响。结果表明:淹水灌溉协同钝化修复技术可有效降低土壤Cd的有效性和水稻Cd的吸收和积累。淹水灌溉协同石灰和调理剂处理下,土壤pH值较对照显著(P<0.05)提高0.97个单位,且土壤有效态Cd含量以及水稻根、茎和叶片Cd含量较对照分别显著(P<0.05)降低36.4%、63.0%、80.3%和42.4%,糙米Cd含量降至0.15 mg·kg^(-1)。淹水灌溉协同石灰和调理剂处理还显著抑制Cd向糙米部位的累积。糙米Cd的富集系数和Cd累积量较对照分别显著(P<0.05)降低67.8%和62.8%。因此,淹水灌溉协同土壤钝化修复技术是一种有效实现Cd污染稻田水稻安全生产的措施。

浙江省安全利用类稻田土壤硅含量调查及施硅对水稻的增产降镉效果分析

调查表明,浙江省安全利用类稻田土壤有效硅含量在28~166 mg·kg^(-1),多数稻田属于土壤硅含量中等和缺乏2个等级,缺硅问题较为突出。土壤有效硅平均含量由高至低依次为滨海平原>水网平原>河谷平原,随土壤pH值和黏粒含量的增加而增加。9个硅肥试验的结果表明,基施硅肥对水稻具有明显的增产降镉作用,水稻产量增加4.75%~13.71%,稻谷镉含量降低6.92%~32.73%;叶面喷施硅肥对水稻增产作用不明显,但可使稻谷镉含量降低5.19%~18.18%;基施硅肥的增产降镉作用随土壤本身有效硅降低而增加。研究结果表明,在浙江省土壤有效硅较低的污染稻田中,基施硅肥是一种很好的水稻增产和稻谷降镉措施。

镉污染农田安全利用技术研究进展

镉是农田土壤污染较为突出的重金属元素之一,具有较高的毒性、移动性和生物有效性,对农产品安全生产造成严重影响。镉的生物有效性决定了植物根部对镉的吸收。土壤镉生物有效性调控技术成为近年来农业资源利用领域的研究热点。本文综合评述了镉污染农田安全利用技术,包括原位钝化技术、叶面阻控技术以及农艺调控技术,针对各种修复技术的特点,提出了镉污染农田土壤修复技术的研究和发展方向,以期为镉污染农田安全利用技术的研究提供参考。

重金属污染耕地安全利用技术研究概述

目前,我国重金属污染耕地依然普遍。耕地环境质量是保障农产品安全生产的重要保障,随着我国城市工业化和农业集约化的快速发展,各种来源的重金属污染通过降尘、施肥、灌溉等途径进入耕地,致使农作物减产并危害人体健康。综述了重金属污染耕地安全利用措施包括:各种农艺调控技术(石灰调节、优化施肥、品种筛选、叶面阻隔等)、土壤改良技术(钝化剂和调理剂)、生物技术(微生物与植物)3大安全利用技术的研究与应用,并对其在重金属污染耕地安全利用领域进行了展望。

对农用地土壤环境质量类别划分的思考：以贵州马铃薯产区Cd风险管控为例

通过收集整理野外采样、室内盆栽和文献数据,验证我国现行《农用地土壤污染风险管控标准》(GB15618-2008)以及《种植根茎类蔬菜的旱地土壤镉、铅、铬、汞、砷安全阈值》(GB/T 36783-2018)在贵州马铃薯产地土壤Cd环境质量类别划分中的适宜性。研究表明,矿区种植的马铃薯Cd含量超标风险较大,上述两个土壤Cd标准对于贵州马铃薯产地土壤而言均偏严。在分析我国现行土壤-作物协同监测采样方法不足的基础上,提出借鉴基于现代采样理论的决策单元-多点增量采样(DUMIS)方法开展土壤-作物协同监测和修复效果评估。建议因地制宜制定基于有效态的土壤安全利用标准,建议深入开展基于DUMIS的土壤-作物协同监测采样方法以及中低污染土壤安全利用有效态标准制定的研究,服务于我国特色农产品产地土壤环境质量类别划分和安全利用。

镉污染农田土壤安全利用策略及其思考

我国农田土壤镉(Cd)污染形势日益严峻,已对粮食安全及人体健康构成威胁。该文分析了我国农田土壤Cd污染的来源、污染现状及主要危害,从Cd低积累作物品种筛选、原位钝化技术、农艺措施调控及综合防控-安全利用模式等角度总结了Cd污染农田土壤安全利用的相关技术应用现状。在此基础上,提出了在Cd污染农田土壤安全利用过程中尚存在区域差异显著、源头管控不足、过程拦截不到位、末端治理技术的局限性及修复治理评价机制缺失等问题,认为今后应当从建立分区分类污染防治体系,重视污染源解析与源头管控,规范农业生产过程管理、技术完善、集成与应用及建立健全的防治效果评估机制等方面推进Cd污染农田土壤安全利用工作。

适宜贵州中度镉污染烟田安全生产的烤烟品种筛选

【目的】探明烟草对Cd的吸收及在整株中的分配规律,为烤烟在贵州中度Cd污染烟田安全生产及Cd污染土壤修复提供参考依据。【方法】采集贵州中度Cd污染烟田土壤开展盆栽试验,分析5个烤烟品种不同部位Cd的分配,探究5个烤烟品种安全生产及其对中度Cd污染烟田的修复潜力。【结果】5个烤烟品种烟叶Cd浓度为1.510~2.110 mg/kg,均远低于贵州烟叶Cd限值(5.0 mg/kg),其Cd浓度表现为贵烟8号>云烟87>CF225>南江3号>毕纳1号,贵烟8号显著高于其余处理;南江3号与毕纳1号差异不显著,但均显著低于其余处理;5个烤烟品种均对土壤Cd具有较强的富集能力,富集系数为127.695%~204.549%,富集能力表现为毕纳1号>云烟87>CF228>贵烟8号>南江3号;毕纳1号对Cd的累积量最大,为583.102μg/株,对土壤的修复效率为4.113%,远大于其他4个品种(2.269%~3.262%),其富集的Cd主要储存在根、茎及叶脉等不可利用部分,叶片中Cd分配率最小,为41.03%,其他4个品种均大于50%;与其他4种烤烟相比,毕纳1号降低了原料烟叶生产中的不利因素(Cd浓度与分配率)。【结论】5个烤烟品种中,毕纳1号对Cd的累积量最大,Cd主要储存在根、茎及叶脉等不可利用部分,与其他4个烤烟品种相比,降低了原料烟叶生产中的不利因素。因此,毕纳1号在实现贵州中度Cd污染烟田安全利用与治理修复方面具有一定的应用潜力。

叶面阻控剂在重金属污染耕地土壤安全利用中的应用

我国土壤污染问题中重金属最为突出,当前有大量受重金属污染的耕地土壤亟待实现安全利用。重金属叶面阻控剂产品因其具有施用效果好、操作简单、成本可控、对土壤不造成二次污染等特点而广泛应用于受污染耕地安全利用的过程中。从主要种类、阻控机理和应用效果3个方面对叶面阻控剂的研究和使用现状进行了综述,并指出了叶面阻控剂作为一种新型外源阻控技术所存在的不足以及今后研究应用的方向,以期为我国受重金属污染耕地土壤安全利用提供科学依据。

浙江省金华市农用地重金属污染及安全利用分区

为全面了解金华市农用地土壤重金属的污染状况,提升土地资源的配置效率,利用描述性统计和地统计分析等方法研究金华市农用地土壤重金属含量特征,并结合单因子指数法、内梅罗综合指数法和潜在生态危害指数法开展土壤重金属污染评价,进而对金华市农用地安全利用进行分区,提出针对性安全利用调控策略.结果表明:1)研究区土壤重金属含量空间分布较为集中,呈现西北部高、中部和东南部较低的特点.2)单项污染指数结果表明,研究区土壤中镉污染最为严重,污染点位占比为13.86%,铜污染次之,占比为1.29%;内梅罗综合污染指数结果显示,研究区土壤以清洁水平为主,清洁点位占比为79.81%,部分地区存在中度、重度污染;潜在生态危害指数结果显示,研究区土壤主要为低风险和中风险,低中风险点位总占比为94.42%,不存在高风险地区.3)研究区安全利用分区结果显示,各类区域占地面积由大到小依次为风险监控区、清洁安全区、风险预警区、基本清洁区、严格管制区.

基于CiteSpace的农田安全利用研究态势分析

【目的】开展基于CiteSpace的农田安全利用研究态势分析,为我国耕地资源的可持续利用提供参考依据。【方法】利用CiteSpace VI对2000—2022年来源于中国知网(CNKI)中农田安全利用研究领域的1419篇文献信息进行科学计量可视化分析,采用普赖斯理论计算核心作者群体,评估我国耕地资源的保护利用态势。【结果】2000—2022年我国农田受重金属污染问题愈发严重,安全利用研究领域的年发文量总体上呈波浪式快速上升,自2003年以后广大专家学者对该研究领域愈发重视。对主要研究力量的分析结果表明,中国科学院大学、中国科学院南京土壤研究所、农业农村部环境保护科研监测所、中国科学院地理科学与资源研究所和云南农业大学资源与环境学院是发文量排名前5位的研究机构,分别发表70、63、36、35和19篇文献,而其他研究机构之间连线密度较低,合作基础薄弱;陈同斌、宋波、骆永明、湛方栋和吴龙华是发文量排名前5位的高产作者,分别发表24、20、17、15和15篇文献,但发文量排名前10位作者的中心性较低,为0~0.06。关键词共现与聚类分析结果表明,源解析、钝化修复、钝化剂、生物炭、镉污染、小麦和健康风险是近几年的突现关键词,突现强度分别为5.30、5.19、4.57、4.75、4.64、3.34和3.81,与上述关键词相关的主题是我国农田安全利用研究领域当前及未来一段时间的主要研究方向;植物修复、农作物安全生产及农田土壤重金属污染与风险评价是广大专家学者研究的热点。【结论】2000—2022年我国农田受重金属污染问题愈发严重,农田安全利用研究领域的年发文量总体上呈波浪式快速上升,但发文量排名前10位作者的中心性均较低,大部分研究机构间的连线密度较低,合作基础薄弱。因此,建议进一步加强核心作者间的协同创新研究,持续推动研究机构间的合作交流,以促进我国耕地资源的保护和利用。

典型喀斯特区域土壤重金属污染特征、风险与修复研究进展

地质高背景叠加有色金属开采导致我国西南喀斯特区域土壤重金属污染问题突出,成为影响喀斯特区域生态环境安全的重要因素。本文主要展示了我国西南喀斯特区域土壤重金属污染特征和人体健康风险的研究进展,以及国内外学者在重金属污染土壤安全利用等开展的研究工作。通过梳理文献发现,我国西南喀斯特区域土壤重金属污染已经导致人群存在一定的重金属暴露健康风险,实施农田安全利用是降低农作物可食用部分中重金属含量以及人群重金属暴露健康风险的重要举措。基于喀斯特地区特殊的地质背景,提出了未来研究需要进一步加强喀斯特区域土壤重金属形态转化过程与机理、人体重金属暴露健康风险评估和重金属污染农田安全利用措施等研究,为保障我国西南喀斯特区域生态环境安全提供科技支撑。

农用地土壤可持续安全利用的研究与实践——以浙江省镉污染农田为例

农用地土壤可持续安全利用对有效改善农用地土壤环境质量、保障农产品质量安全及人体健康具有重要意义。以长江三角洲经济最发达地区之一的浙江省为例,分析探讨了农用地土壤环境存在的主要问题和发展趋势,研究思考了农用地土壤可持续安全利用的理论和方法。在“十三五”期间,基于浙江省历年1︰5万大比例尺农用地土壤污染调查成果,在温岭市、桐庐县等地开展了以农用地土壤重金属镉(Cd)污染治理为重点的省级试点示范工作,综合采取以污染源头解析与防控、多维度农业安全利用技术筛选和应用以及超标农作物秸秆安全处置等方法,形成一批具有显著地域特点、高效防治效果、自主知识产权、适用于Cd轻中度和中重度污染的农用地土壤污染综合治理技术模式。主要结果:(1)大气沉降源是农用地生态系统Cd的主要外来输入源之一,约占总输入量的24%~59%。(2)筛选出以甬优538为主的低积累品种53个,比选出以石灰性物质类为主的钝化材料20种以及以硅基和硒基为主的叶面阻控材料10种。(3)以稻/麦轮作等适用于Cd轻中度污染农用地安全利用技术模式可有效降低土壤有效态Cd20%~50%以上,以超积累植物为主的适用于Cd中重度污染农用地的“边生产边修复”技术模式可有效降低土壤全量Cd30%以上、土壤有效态Cd50%以上,均可实现农产品安全生产。本文创新提出农用地土壤重金属污染可持续安全利用总体思路和技术路径,总结了农用地土壤重金属污染可持续安全利用的经验策略,以期为我国大范围开展受污染农用地土壤安全利用提供示范样板与技术参考。

粤北某矿区周边镉锌污染稻田土壤田间植物修复研究

粤北地区多金属矿开采导致的矿区周边农田土壤重金属污染问题突出,探索适合当地条件的土壤污染修复技术与模式对逐步改善土壤环境质量,保障农产品安全和人体健康具有重要意义。为考察植物技术措施对粤北矿区周边重金属污染农田土壤的修复和安全利用的可行性,选择粤北某矿区周边重金属镉锌中度污染稻田,通过田间试验开展了超富集植物伴矿景天(Sedum plumbizincicola)、富集植物杨桃(Averrhoa carambola)、农作物玉米(Zea mays)低积累品种单种及套种对污染土壤植物修复和安全利用效果研究。结果表明,单种模式下,伴矿景天田间生长217 d后,其地上部生物量可达2.82 t·hm^(-2),地上部Cd和Zn平均质量分数分别为119 mg·kg^(-1)和7716 mg·kg^(-1),对Cd的修复效率可达11.1%;杨桃田间生长约600 d后,其根、茎和叶生物量分别可达15.4、15.5和7.81 t·hm^(-2),Cd质量分数分别为8.21、14.1和15.4 mg·kg^(-1),Zn质量分数分别为199、294和642 mg·kg^(-1),其对Cd的总体修复效率可达15.9%。伴矿景天和杨桃套种模式下,两者种植密度均较单种时降低一半,两种修复植物套种处理对Cd修复效率可达到13.5%。试验稻田改种低积累品种玉米,无论玉米单种或同伴矿景天套种其籽粒中Cd质量分数均可达到食品安全国家标准限量要求。利用伴矿景天和杨桃对粤北受镉中度污染稻田土壤进行修复以及通过种植低积累品种玉米实现污染土壤安全利用具有较强的可行性。

日本余泥渣土管理经验与启示

详细介绍了日本余泥渣土的管理和综合利用现状,包括产生数量、组成、分类标准、相关管理政策与法规、引发的问题和综合利用等;并从分类体系与实操层面对日本余泥渣土的管理和综合利用进行了分析与探讨,从而为我国的余泥渣土综合利用和管理提供一定的启示与借鉴。

强酸性轻度镉污染稻田安全利用技术模式探究——以浙江省永康市镉污染试验区为例

为探究适合强酸性镉(Cd)污染稻田土壤的安全利用技术模式,在浙江省永康市Cd污染试验区,连续2年开展田间Cd低累积水稻品种和土壤钝化材料筛选及其组合效果试验。结果表明:在品种筛选试验中,‘秀水519’(XS519)、‘浙糯106’(ZN106)、‘中浙优1号’(ZZY1H)和‘中嘉8号’(ZJ8H)可被推荐为当地适宜种植的低Cd累积水稻品种,其中‘秀水519’的Cd累积能力较低且稳定,2年的平均富集系数分别为0.090和0.159。在钝化材料筛选试验中,石灰对土壤pH值的提高效果显著,石灰、铁基生物质炭和钙镁磷肥能在一定程度上降低土壤有效态Cd含量(钝化率分别为14.8%、7.1%和6.9%),1800 kg/hm2铁基生物质炭和2400 kg/hm2土壤调理剂对‘中嘉8号’籽粒的降Cd效果较好,施用后籽粒含Cd量分别降低了32.2%和29.0%。在Cd低累积品种和钝化材料的组合试验中,施用2250 kg/hm2铁基生物质炭和2250 kg/hm2土壤调理剂均使水稻分蘖期和灌浆期的土壤pH值明显上升,其中土壤调理剂对酸性土壤的改良效果明显优于铁基生物质炭。‘秀水519’和‘浙糯106’的籽粒Cd含量与成熟期土壤pH值(5.19~5.61)呈极显著正相关,在试验所涉及的土壤pH值范围内,除‘秀水519’与1500 kg/hm2土壤调理剂组合外,籽粒Cd含量随钝化材料施用量的升高而增加。从经济和轻简化角度考虑,种植‘秀水519’是目前该试验区Cd污染稻田安全利用的最佳选择。

重金属污染农田安全利用:进展与展望

我国耕地土壤污染面积广,污染情况复杂,农产品重金属超标问题已经关系到国计民生。常用的物理化学修复方法成本高,不适用于大面积的中低污染农田。植物提取修复方法成本低,环境友好,但修复时间长,推广困难。总的来讲,基于重金属移除的诸技术在解决农田重金属污染方面还没有太大优势。相较而言,农田安全利用在不移除或缓慢移除土壤重金属的条件下,以生产安全农产品为目标,具有更加坚实的现实意义和推广价值。种植低吸收农作物是安全利用的重要措施,基因工程手段在低吸收农作物品种筛选中具有巨大的潜力,但其可能带来的生态环境风险使得这些通过基因工程得到的低吸收作物的田间种植面临着巨大挑战。土壤添加剂可以改变土壤重金属形态,降低重金属的生物有效性,但会对土壤质量产生影响。微生物尤其是土著微生物的利用越发受到关注,改变微生物的生存环境与基因工程手段能够强化微生物的钝化效果。施肥、水分管理、间作等农艺措施也能改变土壤重金属的形态,抑制作物对重金属的吸收。未来以加强推广为目的,多种技术手段的联合应用是重金属污染农田安全利用的重要发展方向,其中以生物技术为核心的利用模式具有十分重要的意义。

适度深耕配施有机肥减少蔬菜对土壤重金属的吸收

为了解常规农业措施在污染农田安全利用实施中的效果,选择轻度和中度2种重金属污染农田,分别开展了3种耕作深度(20、30和40 cm)与2个有机肥施用水平(0、30 t/hm^2)的不同组合试验,探讨了深耕对土壤剖面中重金属分布与蔬菜吸收土壤重金属的影响。结果表明,深耕(30、40 cm)可显著稀释0~20 cm土壤重金属水平,减少蔬菜吸收土壤中的重金属,降低效果随耕作深度的增加而增强。深耕后,轻度污染土壤上生长的蔬菜中重金属含量都在标准值以下;但中度污染土壤上生长的蔬菜中部分重金属仍存在超标现象;在深耕同时,增施凹凸棒石+石灰混合改良剂可降低土壤中重金属的生物有效性,显著降低蔬菜对中度污染土壤中重金属的吸收。研究也发现,深耕后0~20 cm土层土壤有机质和全氮、有效磷、有效钾含量也因稀释而下降,并导致蔬菜生物量的下降,但配施有机肥可减轻因深耕引起的副作用。研究认为,适度深耕配施有机肥适用于轻度污染土壤的修复,用于中度污染土壤修复时还需要适当增施化学改良剂。