实验室与田间条件下骨炭粉与海藻肥对镉污染土壤修复效果评价

本研究基于小麦、玉米、高粱籽粒及烟草烟叶镉(Cd)消减率、修复边际效率及土壤中Cd有效态含量的变化等对比了实验室与田间条件下骨炭粉与海藻肥对Cd污染农田土壤的修复效果。研究结果表明：骨炭粉与海藻肥使玉米、小麦、高粱和烟草对Cd的吸收、转运均有显著(P<0.05)降低作用;在田间条件下,骨炭粉与海藻肥对不同作物籽粒或烟叶的Cd消减率为16.2%~39.8%,可增加作物产量12.3%~38.6%。钝化剂对不同作物增产效果有一定差异,对小麦籽粒增产作用最为有效。研究发现添加钝化剂改变了Cd在土壤团聚体中的分布,使得Cd在大粒径团聚体中负载量增加,并且与对照相比,显著提高土壤pH(提高0.43~0.77),降低土壤Cd的有效性,有利于控制Cd在土壤植物系统中的迁移。总体而言,不同钝化剂的Cd污染土壤修复边际效率为3.99%~14.74%,同海藻肥相比,骨炭粉的修复边际效率较高。不同钝化剂在盆栽实验的修复效果优于田间实验的效果,可能是因为相比于田间实验,盆栽实验条件下根系的作用范围有限,钝化剂的作用效果较高。     

促根剂及水分胁迫对Cd污染异质土壤中小麦吸收、转运Cd的影响

为了研究促根剂与水分胁迫诱导小麦根伸长及其降低小麦对异质土壤中Cd吸收转运的影响,本研究制备了不同浓度Cd污染土壤,利用根箱法设置了3种不同土层(0~6 cm、7~12 cm及13~18 cm)下的Cd污染异质土壤,研究了3种添加比例(0.1%、0.2%和0.4%)下促根剂与3种水分胁迫诱导(60%、50%和40% MWHC)下小麦根伸长对降低小麦Cd吸收、转运的影响。结果表明：不同促根剂与水分胁迫诱导处理可以明显促进小麦根系生长,表现为小麦根系总长与根表面积的显著增加,其中促根剂促使下层(13~18 cm)土壤中小麦根系总长增加了63.2%~205.9%,水分胁迫诱导增加了69.1%~91.2%。不同促根剂处理可以不同程度增加小麦分蘖数,从而增加了小麦籽粒生物量(小麦籽粒生物量增加5.6%~50.3%);与对照相比,除了40% MWHC水分处理(WS3)外,不同促根剂与水分胁迫处理可以显著降低(P<0.05)Cd污染异质土壤中小麦茎叶与籽粒中Cd的浓度,降低范围分别为24.0%~41.5%和23.0%~42.7%,其中以添加0.4%促根剂处理效果最佳,不同处理对降低小麦籽粒Cd含量效果顺序为RA3≈RA2>WS2≈RA1≈WS1>WS3。基于上述结果,RA2和WS2在Cd异质污染农田修复中具有较大的应用价值。     

巯基改性凹凸棒石黏土对土壤有效态镉及油菜吸收镉的影响

重金属不可降解,长期存在于土壤环境会严重影响作物安全。添加巯基改性凹凸棒石黏土(ATP-SH)到不同Cd污染程度土壤中,进行盆栽油菜实验,以石墨炉原子吸收光谱法测定了土壤有效态Cd和油菜不同部位Cd的含量;采用SPSS讨论了ATP-SH添加量、土壤有效态Cd、油菜不同部位Cd的相关性;计算了油菜对Cd的富集系数及转运系数,探究了ATP-SH对土壤Cd的钝化效果及对油菜富集和转运Cd的影响。实验结果显示,添加ATP-SH后,土壤有效态Cd、油菜各部位Cd含量显著降低,土壤有效态Cd降低率为40.65%~74.27%,油菜根、茎、枝、菜籽中Cd降低率分别为29.36%~79.46%、41.44%~88.45%、43.19%~95.89%和38.02%~95.81%;ATP-SH添加量与土壤有效态Cd、油菜各部位Cd含量均呈显著或极显著负相关,土壤有效态Cd与油菜各部位Cd含量均呈显著或极显著正相关,油菜各部位之间的Cd含量存在明显正相关关系;对照组油菜根、茎、枝、菜籽对Cd的富集系数分别是实验组的1.42~4.87倍、1.71~8.66倍、1.92~24.43倍、1.61~23.76倍,油菜各部位Cd的转运系数的大小是茎＞枝＞菜籽,且茎远大于枝和菜籽,是枝和菜籽转运系数的3.5~25倍。综上,ATP-SH能降低土壤Cd的生物有效性,阻隔土壤Cd向油菜迁移。     

不同钝化材料对低镉污染土壤钝化效果的研究

通过向Cd污染土壤施加含不同比例生物炭、凹凸棒石、硅藻土的钝化材料,对比分析三种材料不同比例时对土壤Cd的钝化效果差异。结果表明,三种材料都能降低土壤中有效Cd的含量,随着三种材料添加比例的增加,土壤有效Cd的钝化率不断增加,空心菜Cd含量较空白样降低5.29%～57.21%,其中ATBS5%处理显著降低空心菜Cd含量,降幅达57.21%;同时钝化剂的施加减小了空心菜Cd的生物吸收系数,减少了植物对Cd吸收以及地下部分向地上可食用部分的转移,显著降低了空心菜可食用部分重金属含量。另一方面施加钝化材料均可提高作物产量,改善土壤肥力。对比三种材料修复钝化效果,ATBS 5%更适合应用于农田土壤修复。     

不同微生物肥对植烟区镉污染土壤的修复效果

为研究不同微生物肥对土壤中Cd的钝化效果和烟叶Cd含量的影响,选取南方植烟区3种不同类型(红泥田、黄泥田及青紫泥田)Cd污染土壤,以南方主栽烤烟云-87和K-326为测试品种,采用盆栽试验,测定了3种微生物肥(DY、AMS和HMD)在不同浓度下对烟草生物量、不同部位烟叶Cd含量、土壤Cd形态以及土壤中微生物种类的影响。结果表明：(1)3种微生物肥均能增加烟叶生物量,其中HMD增重效果最好。(2)与对照相比,3种微生物肥能有效地降低土壤中Cd的有效性和烟叶Cd的含量。针对3种土壤施用微生物肥浓度为1.5%时,叶片中Cd的降Cd率(与对照相比)分别达到17.2%~63.9%、20.4%~58.3%及18.9%~48.3%,DTPA-Cd下降比例分别为13.8%~17.3%、17.2%~22.8%及12.8%~16.2%;而随着施用微生物肥浓度增加到3.0%后,上述土壤烟叶中Cd的降Cd率显著增加,分别为20.3%~59%、31.3%~66.6%及25.2%~56.1%,DTPA-Cd下降比例分别为15.5%~28.2%、19.6%~26.6%及13.8%~17.3%。HMD效果最好,其次为DY和AMS。(3)3种微生物肥都增加土壤中微生物种类和数量,优化了烟草生长环境。总体来说,该植烟区土壤,DY和HMD增加产量的同时降Cd效果较好,可以在大田推广使用。     

陕西潼关金矿区土壤Pb和Cd生物有效性的影响因素及其意义

土壤中重金属形态与其赋存条件之间的关系是评估土壤重金属风险的关键问题。以受金矿开发影响的土壤中Pb、Cd为研究对象,采用动力学方程分析了土壤有机质、粘粒、pH、Eh等对Pb、Cd生物有效性的影响。结果表明,研究区影响Pb、Cd生物有效性的主要因素有土壤有机质、pH及Eh;有机质与土壤中的Pb、Cd总量呈现正相关性;但当有机质含量增加时,Pb、Cd的水溶态和离子交换态含量反而降低;土壤粘粒对Pb、Cd生物有效性的影响不甚明显;虽然较低的土壤pH值会加剧重金属离子的活性,增强其生物有效性,但过高的pH值又会提高Cd碳酸盐态、铁锰氧化态的含量;Pb、Cd生物有效性随着土壤氧化—还原电位的降低而减弱。研究发现,对于Pb、Cd污染的土壤,通过增施有机肥可提高农产品的安全性;保持土壤处于弱酸—弱碱有利于降低农产品风险;在农作物成熟期实施淹水灌溉,降低土壤氧化—还原电位,可抑制Pb、Cd在籽粒中的累积。     

基于作物Cd富集系数的土壤有效态Cd化学浸提方法筛选

土壤中镉(Cd)被作物吸收的程度及其生态风险取决于土壤中Cd的赋存形态,基于Cd有效形态的污染土壤风险评价及在此基础上制订污染土壤修复安全阈值是Cd污染农田土壤风险评价和治理亟待解决的问题。目前针对土壤中重金属有效态的化学浸提方法较多,但缺乏针对不同性质土壤中有效态Cd的普适性浸提方法已成为Cd污染土壤风险评价技术瓶颈。本研究采集了全国9个不同性质农田土壤,以水稻、小白菜和玉米为测试作物,通过外源添加方法制备Cd污染土壤,结合土壤培养和盆栽实验,测定了5种常用化学浸提方法,包括中性无机盐浸提方法(CaCl₂浸提法)、弱酸浸提法(HCl浸提法)、络合螯合剂浸提方法(DTPA和ETPA浸提法)和组合浸提方法(Mehlich-3(M3)浸提法)对不同性质土壤中有效态Cd浸提效果及其与作物Cd吸收的量化关系,筛选适用于不同性质土壤中有效态Cd的通用浸提方法。结果表明,不同化学浸提法提取的土壤有效态Cd含量间具有显著差异,不同浸提方法对土壤中Cd的浸提率(%)为DTPA≈EDTA≈HCl> M3≈CaCl₂。不同化学浸提态Cd与作物Cd吸收的相关...     

湖南株洲地区Cd、Pb污染土壤的修复实验

以海泡石、膨润土和生石灰为修复材料,对湖南株洲地区重金属元素Cd、Pb污染农田土壤进行了室内修复实验。盆栽小白菜的正交实验结果表明,对于Cd含量为1.23 mg/kg、Pb含量为136.7 mg/kg的土壤,当每10 kg土壤添加膨润土60 g、海泡石20 g、石灰6 g时,种植的小白菜中Cd含量为0.154 mg/kg,Pb含量为0.141mg/kg。与未修复土壤的实验结果对比,小白菜中Cd含量降低61%,Pb含量降低46%。     

铁铝复合氧化物对土壤Mn、Pb和Cd有效性的影响

利用氧化物对土壤重金属的吸附特性,研究了添加铁铝复合氧化物对土壤Mn、Pb和Cd有效性的影响。结果表明,在土壤中添加氧化物后,土壤中3种重金属的交换态含量明显降低。14天时间,添加铁铝氧化物后,土壤中交换态Mn、Pb和Cd的含量分别降低了64.8%、52.9%和89.51%,可见铁铝氧化物明显降低了土壤中Mn、Pb和Cd的有效性。通过方程拟合,建立了氧化物对土壤中交换态Mn、Pb和Cd的吸附模型,其中以Elovich方程和权函数方程拟合度较好,其次是抛物线扩散方程。     

不同超富集、富集植物-玉米间作模式对玉米中镉吸收、转运的影响研究

为了研究Cd污染条件下,玉米分别与苋菜、黑麦草、龙葵间作对重金属Cd吸收和转运的特点,从而选择适宜与玉米间作的富集植物,同时达到修复重金属Cd污染土壤的目的。该文以镉(Cd)污染的河南棕壤黏土为供试土壤,通过盆栽试验,基于玉米各器官中Cd含量、富集系数、转运系数、土壤有效态Cd含量的变化,研究了间作苋菜、黑麦草、龙葵对玉米各器官Cd的积累特性的影响及其迁移转运机制。结果表明：(1)龙葵、苋菜、黑麦草间作使得玉米地上部Cd含量显著性降低(P<0.05),其中以籽粒中Cd含量的下降最为显著。间作苋菜、黑麦草、龙葵,玉米籽粒中Cd含量分别下降了67.6%、75.7%和79.9%。(2)间作苋菜、黑麦草、龙葵使得玉米的富集系数较单作处理下玉米的富集系数分别下降了49.3%、39.7%和68.5%,且差异达到显著水平。(3)与苋菜、黑麦草间作相比,间作龙葵的玉米转运系数分别下降了27.5%、24.2%,且差异均达到显著水平。通过对人体每天摄入Cd量的安全值计算得出间作后土壤中Cd全量应低于2.26 mg·kg-1,土壤有效态Cd含量低于0.88 mg·kg-1。该污染农田在间作模式下,食用玉米Cd暴露对居民健康不存在风险。间作苋菜、黑麦草、龙葵能够抑制玉米对Cd的吸收,同时阻控玉米地上部Cd向地上部的转移,尤其是向籽粒转移。通过间作苋菜、黑麦草、龙葵,不仅降低了主栽作物玉米的Cd累积量,实现玉米安全、优质种植,同时也达到了修复污染土壤的目的。     

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》(GB 15618-2008)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。     

北京城近郊区土壤中Cd的释放、形态转化与演变趋势

在对北京城近郊区主要类型土壤(潮土和褐土)中Cd形态分析的基础上,研究pH与土壤中Cd的释放量及其形态转化的关系。结果表明:潮土和褐土中Cd的释放量曲线都呈下凹的弧形,在pH=6～7之间释放量最低。pH对土壤中Cd释放的影响,其本质是土壤中Cd的化学形态发生了变化,各形态间的转化以水溶态为中介体。所有的形态转化中,pH对交换态和碳酸盐结合态影响最大,且这两者之间的转化对生物有效量起决定性作用。进而根据北京城近郊区土壤中生物有效Cd的分布状况,结合北京市近12年监测的大气pH值,对北京城近郊区土壤Cd污染进行预警。     

Cadmium (Cd) concentration in wheat (<Emphasis Type="Italic">Triticum aestivum</Emphasis>) grown in Cd-spiked soil varies with the doses and biochar feedstock

Biochar is considered a promising amendment for the reduction of metal concentration in plants; however, the effects of biochar in terms of dose and feedstock on metal uptake by plants remain widely unclear. In the current study, three individual biochars were prepared at 450 °C from different feedstocks (wheat straw, sukh chain (Pongamia pinnata), and cotton sticks). The main aim was to evaluate their ability to remediate cadmium (Cd)-spiked soil in terms of growth response and Cd uptake by wheat (Triticum aestivum) tissues. Biochars were separately applied at 0, 1, and 2% (w/w) in Cd-spiked soil and wheat was grown until maturity in pots and then morphological and physiological parameters and Cd concentrations in grains, roots, and shoots were determined. The post-harvest soil was analyzed for extractable Cd concentrations. Plants grown in Cd-spiked soil treated with biochars had higher seed germination, lengths of roots, shoots, and spikes, grains per spike and leaf relative water contents, chlorophyll contents, and dry weight of roots, shoots, and grains as compared to the untreated control. Biochar treatments significantly decreased the Cd concentrations in shoots, roots, and grains as well as total Cd uptake by grains. Soil extractable Cd concentrations were significantly decreased with biochar treatments. The application of 2.0% wheat straw biochar was the most efficient treatment in increasing grain yield and decreasing Cd in grains as well as soil extractable Cd than the other two biochars and doses applied.     

水稻、小麦与土壤中重金属Cd含量的关系模拟研究

土壤污染防治工作已成为提升耕地质量、保护国土生态安全的重要任务之一。为了科学预测我国大宗农作物(如水稻、小麦)与土壤重金属含量的关系,减少安全利用类农用地的大量农产品与土壤的协同监测,实现重金属污染农用地的安全利用,本研究以重金属Cd为例,选取对水稻、小麦Cd含量影响较大的土壤Cd含量、土壤pH值、土壤阳离子交换量(CEC)和土壤有机碳(OC)含量作为输入因子,水稻、小麦Cd含量作为输出因子,分别建立了多元回归模型与神经网络模型。结果表明:水稻、小麦Cd含量与土壤Cd含量呈现正相关关系;模拟出的水稻、小麦与土壤Cd的多元线性回归模型的预测能力分别为67.8%和83.8%;利用神经网络构建了水稻、小麦Cd含量预测模型,在训练集、验证集和测试集中都表现出很好的预测能力,R值均大于多元线性回归模型,且MSE(均方误差)值较小,神经网络对水稻、小麦Cd含量预测具有很好的适用性,模拟精度总体优于多元回归预测模型。研究结果可为污染农用地的安全利用评价及优化配置提供一定的理论依据和参考。     

碱改性凹凸棒石对土壤中镉化学形态及环境风险的影响

凹凸棒石进行碱改性后性能的提高,为其钝化修复重金属污染土壤提供重要基础.本文采用不同比例的氢氧化钠对凹凸棒石进行改性,利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱法(FTIR)分析改性前后凹凸棒石理化特性的变化,并在人工配制的重金属Cd污染土壤上进行钝化实验,研究氢氧化钠改性凹凸棒石对污染土壤中Cd...     

东南景天对Cd污染农田土壤修复的应用试验

为研究田间环境下东南景天对Cd轻度污染农田修复方法的实用性，在江苏某地开展了东南景天、油菜及黑麦草3种植物修复对比试验。结果表明：经过1季的田间修复，东南景天田块土壤Cd全量由0.41 mg/kg降至0.35 mg/kg，平均去除率为14.63%，有效Cd含量从0.22 mg/kg降至0.17 mg/kg，土壤中的Cd活化率从53.66%降至48.00%；油菜和黑麦草田块Cd全量和有效Cd含量的下降并不显著；东南景天、油菜及黑麦草对土壤Cd的吸收量分别为12.62、0.32、0.82 mg/m2，其中地上部分吸收量分别为7.74、0.20、0.51 mg/m2，吸收量东南景天>>黑麦草＞油菜；东南景天Cd的生物富集系数（BCF）在根部为222，杆部为152，对土壤Cd具有超积累作用，而油菜与黑麦草仅在根部出现富集；转运系数（SAR）为油菜＞黑麦草＞东南景天，但均＜1，表明3种植物对Cd的吸收主要集中于地下部位。经1季田间修复试验，东南景天对土壤Cd的吸收率为1105%，具有一定的修复效果，但修复至绝对安全值(＜0.3 mg/kg）至少需4～5 年；油菜和黑麦草对Cd的吸收率均不足1%，修复至绝对安全值分别约需115、60 年。