3种改良剂对不同土壤-水稻系统中Cd行为的影响

通过水稻盆栽试验,研究了钙镁磷肥、石灰和硅肥作为土壤改良剂对几种中度污染水稻土中Cd的赋存形态以及对水稻生长的影响和改善糙米品质安全性的作用。结果表明,由于各种改良剂的性质和改良机理上存在差异,改良效果各不相同,其中硅肥的改良效果最好,其次是钙镁磷肥,然后是石灰。虽然3种改良剂均能降低土壤中有效态Cd以及糙米和秸秆中Cd的含量,使稻米质量符合国家食品卫生安全标准,但土壤性质的不同会影响改良剂的效果。同一改良剂施用在红壤上的效果最为明显,其次是黄泥土,而呈碱性的潮黄土由于土壤有效态Cd的含量明显低于前两种土壤,施用改良剂后糙米和秸秆中的Cd含量虽有所降低,但改善效果不太明显。     

12种钝化剂在镉污染稻田上的应用效果对比

在轻度Cd污染稻田上开展12种钝化剂(硅钙镁钾肥、钙镁磷肥、过磷酸钙、海泡石、膨润土、沸石粉、木质生物质炭、果壳生物质炭、腐殖酸、商品土壤调理剂、复合改良剂1号和复合改良剂2号)的田间效果对比试验。结果表明,与不施用钝化剂的对照(CK)相比,12种钝化剂处理后,水稻糙米Cd含量降低了14%~71%,其中以钙镁磷肥和硅钙镁钾肥的效果最明显,其次为膨润土、果壳生物质炭、木质生物质炭、过磷酸钙、商品土壤调理剂、腐殖酸和复合改良剂1号,其余钝化剂的效果不明显。钝化剂主要通过降低土壤中的有效态Cd以阻控水稻吸收,过磷酸钙和硅钙镁钾肥处理的土壤有效态Cd含量较CK下降50%以上。根据12种钝化剂对水稻产量、有效态Cd含量和糙米Cd含量的综合影响,硅钙镁钾肥和钙镁磷肥能有效降低土壤中Cd的生物有效性,增加水稻产量,且稻米安全达标,在本试验条件下,在轻中度镉污染稻田上具有良好的应用效果。     

改良剂对复合污染红壤中镉锌有效性的影响及机理

采用盆栽试验,研究了施用石灰、有机肥、海泡石对红壤上小油菜生物量、Cd与Zn吸收量、土壤Cd、Zn形态转化、pH等的影响。结果表明,改良剂对无污染红壤小油菜的生长影响不大,但能显著提高污染土壤上小油菜的生物产量,同时明显降低小油菜对Cd、Zn的吸收浓度。改良剂单施的效果是有机肥>石灰>海泡石,而有机肥和石灰配施或3种改良剂配合施用优于单施。改良剂降低复合污染红壤Cd、Zn生物有效性的主要原因是,施用改良剂后,土壤重金属形态和pH值发生显著变化。施用改良剂,土壤Cd、Zn转变为植物不易吸收的形态,与植物生长有良好相关性的土壤有效态重金属含量显著减少;施用石灰使土壤pH升高约2个单位,施用海泡石和有机肥使土壤pH增加1.2个单位以上。     

钝化剂对农田土壤镉污染的原位钝化修复效应研究

选择野外镉(Cd)污染农田,以小麦(第一季)、水稻(第二季)为模式作物,以蒙脱土、钙镁磷肥、磷矿石、重钙、普钙为钝化修复材料(施加浓度为1.3 kg·m-2),并配施石灰(0.52 kg·m-2),研究其对小麦、水稻产量及籽粒中Cd含量、土壤pH以及土壤中Cd形态分布的影响,考察不同钝化剂对农田土壤Cd污染的原位钝化修复效果。结果表明:施用不同钝化剂后均显著抑制小麦和水稻籽粒对Cd的吸收,而配施石灰能更进一步抑制小麦和水稻对Cd的吸收。第一季,钙镁磷肥和蒙脱石配施石灰的抑制效果最好,钙镁磷肥配施石灰和蒙脱土配施石灰降幅分别达到78.7%和72.8%;第二季,钙镁磷肥和重钙配施石灰的抑制效果最好,钙镁磷肥配施石灰和重钙配施石灰降幅分别达到82.83%和67.43%。研究发现钝化剂显著降低土壤酸溶态Cd含量,而小麦和水稻籽粒中Cd含量与土壤pH呈极显著负相关关系,相关系数分别为-0.817和-0.718;与土壤酸溶态Cd呈显著正相关关系,相关系数分别为0.769和0.613;同时发现施用钝化剂后小麦、水稻的产量均有显著提高,增幅最大的为可溶性磷肥重钙和钙镁磷肥,原因可能是施入的改良剂减缓了Cd毒性,同时提供了作物生长所需的钙、镁、磷等必需营养元素。根据田间试验效果,钙镁磷肥配施石灰对降低小麦和水稻中Cd含量的效果最显著,可推荐作为Cd污染土壤的改良剂。旱作条件下,蒙脱石配施石灰也是Cd污染农田改良剂的较好选择,而稻作条件下则不宜使用。     

矿物改良剂对污染土壤中重金属多目标有效性的影响

通过培养试验比较研究磷灰石、农用石灰、坡缕石、钙镁磷肥、沸石和氢氧化铁等6种矿物改良剂对酸性和石灰性等2种污染土壤中重金属的稳定性及其可溶性、植物有效性和生物可接受性的影响。吸附和解吸试验表明,6种矿物改良剂本身对Cd、Cu、Zn和Pb等4种重金属均有强烈的吸持作用,吸持率在97.2%以上;2次解吸后被保留在矿物上的重金属比例仍在96.8%以上。施用改良剂后,土壤中交换态重金属逐渐向碳酸盐结合态、氧化物结合态和残留态转化,但不同改良剂的转化方式和程度有较大差异。施用改良剂对降低土壤中水溶性重金属的效果最为明显,其次为植物有效态重金属,但降低生物可接受态重金属的效果较弱。酸性土壤上施用改良剂的效果明显高于石灰性土壤。总体上,各类改良剂在降低水溶性重金属的效果上较为相似,以施用钙镁磷肥、坡缕石或磷灰石为佳;在降低植物有效性重金属的效果上因重金属种类不同有所差异,Cd以施用钙镁磷肥为佳,Cu以施用坡缕石为佳,Zn以施用钙镁磷肥或坡缕石为佳,Pb以施用农用石灰、磷灰石或坡缕石为佳。施用氢氧化铁、沸石和钙镁磷肥对生物可接受态重金属有一定的降低作用。     

生物炭+ 石灰混合改良剂对稻田土壤pH、有效镉和糙米镉的影响

生物炭+石灰混合改良剂(BL)由生物炭和石灰以10:1的重量比配制而成。为了研究该混合改良剂的施用效果,在广东省粤北某矿区附近的Cd污染稻田进行小区试验。结果表明:与习惯施肥(NPK)对照比较,生物炭+石灰处理可以明显提高酸性稻田土壤pH值0.53个单位,降低土壤有效态Cd含量24.14%,降低水稻糙米Cd含量53.12%,以上三者均达到显著水平。土壤pH值与土壤有效Cd含量之间、土壤pH值与糙米Cd含量之间均呈显著的负相关;土壤有效Cd含量与糙米Cd含量之间呈显著的正相关。生物炭+石灰处理糙米Cd含量降低至《GB 2762-2012食品安全国家标准食品中污染物限量》中限定Cd 0.2 mg/kg标准值以下,说明生物炭+石灰混合改良剂对治理酸性稻田土壤重金属Cd污染有显著效果。     

组配改良剂对重金属污染土壤理化性质及有效养分的影响

采用水稻盆栽实验,对施用组配改良剂(石灰石+海泡石)前后盆栽土壤的酸碱性、有机质含量和营养元素有效态含量,盆栽水稻糙米Pb、Cd含量进行分析和评价。结果显示:施用组配改良剂能够降低水稻糙米Pb、Cd含量,显著提高土壤pH值(从5.57到7.34)和土壤CEC(添加量达到16 g·kg-1时,比对照提高217%);但是施用组配改良剂对土壤有机质含量影响未达显著水平,其变化率在-2%到7%之间。另一方面,施用组配改良剂对土壤中营养元素(Ca、Mg)有效态含量有提高作用,最多比对照分别提高293%和22%;组配改良剂添加量与土壤中碱解N、有效P、速效K含量无显著相关性;施用组配改良剂会降低微量营养元素Fe有效态的含量,但添加量与有效态含量并无显著相关性。因此,本研究表明,施用这种组配改良剂到重金属污染土壤,能够有效改善土壤环境,提高保肥能力,降低糙米Pb和Cd的含量。     

蚕沙与海泡石联合施用对水稻根际土壤Cd生物有效性及籽粒Cd富集的影响

矿区重金属稻田土壤治理对水稻粮食安全意义重大,为探索蚕沙与海泡石联合施用对矿区重金属Cd污染稻田土壤的生态修复效果,明确其对水稻根际土壤Cd生物有效性和植株不同部位Cd富集及稻米安全性的影响,进行稻田原位土壤修复试验,早稻设置蚕沙+海泡石(T1)、蚕沙+腐植酸钠+海泡石(T2)、蚕沙(T3)3种钝化处理及不添加改良剂为对照(CK)处理,晚稻进行老化效果跟踪试验。采用梯度扩散薄膜(DGT)技术研究稻田根际土壤Cd生物有效性,探讨水稻植株不同部位Cd富集、籽粒Cd累积与其相关性。结果表明,蚕沙单独施用及与其他钝化材料联合施用均可降低Cd污染稻田根际土壤Cd生物有效性,与CK相比,早稻T1、T2、T3处理Cd生物有效性显著下降,分别下降88.36%、82.00%、74.18%;晚稻T3处理下降29.71%。蚕沙与海泡石联合施用减少水稻对Cd的吸收。水稻根系、茎秆、叶片、谷壳和籽粒Cd含量下降31.71%～55.54%、17.01%～84.60%、18.21%～57.09%、44.94%～49.69%和47.62%～53.84%。蚕沙与海泡石联合施用改变土壤理化性质,土壤pH提升0.13～0.27,电导率提高16.45%～121.54%,土壤有机质提高15.51%～39.64%。在老化效果跟踪试验中,蚕沙与海泡石施用处理下水稻籽粒的Cd含量达到安全水平,符合《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB 2762—2017)中的相关标准,对稻田Cd污染作用的持续影响效果最久。蚕沙与海泡石联合钝化有效阻控了土壤-水稻Cd之间的传递,可作为一种稻田Cd污染逆境生态调控的应用技术。     

羟基磷灰石+沸石对稻田土壤中铅镉有效性及糙米中铅镉累积的影响

为研究组配改良剂羟基磷灰石+沸石(简称HZ)对稻田土壤Pb和Cd生物有效性以及糙米中Pb和Cd累积的影响,在湘南两矿区附近污染稻田中施用不同添加量(0、0.45、0.9、1.8 kg·m~(-2))的组配改良剂HZ,进行了水稻种植的田间试验。结果表明:与对照相比,当施用量为1.8 kg·m~(-2)时,土壤A中Pb和Cd的DTPA提取态含量分别降低69.6%和62.0%,TCLP提取态含量分别降低80.0%和41.8%,Mg Cl2提取态含量分别降低87.4%和19.4%;土壤B中Pb和Cd的DTPA提取态含量分别降低73.8%和82.7%,TCLP提取态含量分别降低65.8%和65.1%,Mg Cl2提取态含量分别降低99.8%和94.5%。施用0.45~1.8 kg·m~(-2)的HZ能使土壤A水稻糙米中Pb和Cd的含量分别降低36.4%~48.5%和4.9%~17.0%;土壤B水稻糙米中Pb和Cd的含量分别降低5.0%~41.3%和16.7%~20.2%。分析土壤p H和糙米中重金属含量与3种重金属提取态含量的关系得知,土壤p H增加是HZ降低土壤中Pb和Cd生物有效性的关键因素之一;比较得知,DTPA提取方法更合适表达重金属生物有效性,可用于糙米重金属含量的风险评估。     

生石灰和钙镁磷肥对晚稻生长及稻米镉含量的影响

为研究不同培肥措施对镉污染稻田的修复效果,采用小区试验的方法,研究了生石灰和钙镁磷肥及与化肥、有机肥配施对土壤镉有效性、水稻生长和稻米镉含量的影响。结果表明:施用生石灰、钙镁磷肥可以显著提高土壤pH值,其增幅为10.5%～16.1%,其中耦合石灰、钙镁磷肥和化肥(NPKML)处理增幅最大,达到16.1%,施用生石灰次之、钙镁磷肥增幅最小。有机肥与生石灰、有机肥与化肥和生石灰配施可使土壤有效镉含量降低7.9%～23.5%、使糙米的镉含量降低35.1%～47.5%,其中NPKML对两者的降低效果最佳。施用生石灰、钙镁磷肥等对水稻生长和稻谷品质没有显著影响。研究表明,有机肥、化肥、钙镁磷肥和石灰合理配施,对镉污染稻田修复具有较好的效果。     

不同改良剂对镉污染土壤的改良效果和对水稻光合特性的影响

采用盆栽试验,研究赤泥、石灰和海泡石对Cd污染土壤的改良效果和水稻光合特性的影响。结果表明:施赤泥、石灰和海泡石均能有效促进土壤交换态Cd的稳定,有利于Cd的固定,其中以赤泥对Cd的钝化效果最佳;与对照相比,赤泥处理的水稻增产幅度较大,为11.41%,海泡石处理的水稻产量略有提高,石灰处理的水稻产量略有下降;不同改良剂均能增加水稻剑叶的叶绿素含量(SPAD值)、气孔导度、净光合速率、胞间CO2浓度及蒸腾速率,其中以施赤泥处理效果最好,分别比对照提高6.63%、8.59%、6.93%、11.95%、5.42%;不同改良剂处理水稻剑叶面积均有不同程度的上升,添加赤泥更能缓解Cd污染对水稻生长的影响。     

不同钝化剂配施硫酸锌对石灰性土壤中镉生物有效性的影响研究

为了降低轻度镉(Cd)污染土壤中Cd的生物有效性以确保农产品安全,以低吸收豆类蔬菜(豇豆)作为供试植物,通过田间试验研究了在轻度Cd污染(Cd1.5 mg·kg-1)石灰性土壤中施加赤泥、油菜秸秆、玉米秸秆、赤泥+油菜秸秆等钝化处理并配施硫酸锌肥料对土壤中Cd的生物有效性的影响.结果表明,与对照相比,不同钝化处理可显著(P＜O.05)降低豇豆豆角中Cd浓度和土壤中可溶态Cd浓度;钝化处理条件下豇豆豆角中Cd浓度降低了27％(玉米秸秆)～83％(赤泥+油菜秸秆).在施加钝化剂的基础上,配施硫酸锌肥料可进一步降低豇豆对Cd的吸收,各钝化处理在配施锌肥后,豇豆豆角中Cd平均浓度与未施锌肥相比降低了27％.对不同作物秸秆而言,富含巯基的油菜秸秆比富含纤维素的玉米秸秆钝化效果好.由此可见,在轻度Cd污染的石灰性土壤中,无机钝化剂赤泥和富含巯基的油菜秸秆复合使用是一种高效且环境友好的钝化手段.同时,合理施用锌肥可能会进一步降低作物对Cd的吸收.     

钝化材料对农田土壤Cd形态及微生物群落的影响

为探讨钝化剂对土壤Cd生态风险和土壤微生物群落结构的影响，通过田间试验，在轻度Cd污染水稻田中施加钝化剂（海泡石、石灰、秸秆生物炭和螯合铁肥）开展相关研究。结果表明：施加钝化剂使土壤pH值提高0.17~1.29个单位，Cd的可交换态减少29.79%~64.48%。施加海泡石、石灰、秸秆生物炭使得微生物群落的多样性指数（ACE、Chao1、Shannon）增加，但螯合铁肥不利于微生物群落的生长，多样性指数均减少。土壤微生物群落随钝化剂的施加发生显著改变，变形菌门、厚壁菌门、拟杆菌门相对丰度有所增加，芽单胞菌门、绿弯菌门、螺旋体菌门相对丰度均降低。相关性分析表明，pH和Cd是影响微生物群落的关键因素，此外Cd形态也对微生物群落产生了影响。研究表明，施用钝化剂可降低土壤中重金属Cd的潜在生态风险，改变土壤微生物群落结构，使多种微生物群落得到抑制或增强。     

不同改良剂对水稻土壤Cd污染的修复研究

为探究不同的有机物料作为改良剂的改良效果,将它们施入Cd污染的盆栽水稻土中,研究其土壤中有效态Cd的钝化效果。在盆栽条件下,采用不同的有机物料（煅烧贝壳粉、未煅烧贝壳粉、木薯发酵渣、植物源有机肥）和生石灰、“田师傅”钝化剂为改良材料,在有机物料间进行单施、配施,研究各处理对水稻根系、秸秆和糙米等不同器官中Cd含量影响和土壤Cd化合态的变化。结果表明：与CK组对比,发现施用煅烧贝壳粉1.5%+有机肥1.5%的处理显著提高土壤pH值,提高幅度为17.42%,同时显著降低了糙米Cd含量,降幅为49.04%;煅烧贝壳粉1.5%单施显著降低了秸秆Cd含量,降幅为93.8%;未煅烧贝壳粉1.5%使根系Cd含量显著下降,降幅达54.2%;在降低土壤中有效态Cd含量方面,只有“田师傅”钝化剂效果显著,其他有机物料的效果不显著。煅烧贝壳粉和植物源有机肥提高土壤pH值效果明显;两者配施可提高土壤pH值和降低糙米Cd含量,其效用高于单施处理;单施贝壳粉处理可显著降低秸秆、根系Cd含量,其效用高于配施处理。     

稳定化处理对底泥利用后土壤Cd形态及空心菜Cd含量的影响

采用大田试验,研究了石灰+钙镁磷肥、海泡石+磷酸二氢钙、单独使用钙镁磷肥3种不同的稳定剂组合对底泥土地利用后造成污染的农田土壤中Cd的稳定化处理效果以及对空心菜吸收Cd的影响。结果表明,3种稳定剂组合均能有效改变土壤中Cd的形态分布,弱酸提取态含量最大减少率54.43%,可还原态含量最大增加率81.90%,可氧化态含量最大增加率107.43%,残渣态含量最大增加率74.15%,稳定化效果明显。稳定化处理组的空心菜Cd含量显著低于对照组,减少率为38.61%~85.69%,且达到无公害蔬菜安全要求。不同污染水平下,稳定剂对空心菜中Cd浓度减少率的影响程度均为石灰+钙镁磷肥>钙镁磷肥>海泡石+磷酸二氢钙,与对土壤Cd弱酸提取态含量减少的影响一致。总体上讲,稳定剂可以有效修复轻微污染底泥利用带来的土壤Cd污染,确保种植空心菜的安全性。     

镁、锰、活性炭和石灰及其交互作用对小麦镉吸收的影响

采用盆栽试验,研究了在镉污染土壤上施用石灰、硫酸镁、硫酸锰和活性炭不同用量以及交互作用对小麦生长和吸收重金属镉的影响。研究结果表明,在试验条件下施用适量的硫酸镁、硫酸锰或与石灰配合能明显提高小麦籽粒产量,单施石灰或与活性炭配合施用降低了小麦籽粒产量;与对照(CK)相比, 所有处理秸秆产量均下降。施用硫酸镁能显著降低小麦籽粒和秸秆中Cd浓度,且随用量的增加而增大。低量硫酸锰能有效降低小麦籽粒和秸秆中Cd浓度,高量反而增加小麦对Cd的吸收。石灰、活性炭单独施用或配合施用都能明显减少小麦对Cd的吸收,但籽/杆中Cd比却随石灰用量的增加呈明显的上升趋势。叶面喷施硫酸镁对降低小麦吸收镉的效果与土施相当,但叶面喷施硫酸锰却比土施硫酸锰显著降低了小麦籽粒中的镉浓度与吸收量。硫酸镁与硫酸锰,或石灰、硫酸镁和硫酸锰3种物质配合施用,对小麦籽粒镉浓度和吸收量的降低表现出明显的正交互作用,对抑制小麦体内镉从秸秆向籽粒的转移具有显著效果。     

土壤改良剂和高温闷地对黄瓜连作土壤的改良效果

针对蔬菜地连作障碍,在深圳市郊两块黄瓜地进行高温闷地,并结合施有机肥、石灰和菌肥等土壤改良剂,以处理后两块黄瓜地的土壤温度、理化性质和黄瓜产量为指标进行调查分析。结果表明,该措施能够提高土壤温度,显著增加土壤中速效钾、交换性钙和镁元素的含量,改善土壤理化性质,黄瓜产量得到了显著提高。     

The Effect of Planting Oilseed Rape and Compost Application on Heavy Metal Forms in Soil and Cd and Pb Uptake in Rice

Pot experiments were conducted under greenhouse condition to investigate whether Cd and Pb uptake by rice could be reduced when it was rotated with oilseed rape and compost application. The results showed that the rice grown after oilseed rape had significantly lower Cd and Pb concentrations in both straw and grains. Cd and Pb concentrations in the grains of the rice rotated with oilseed rape decreased by approximately 46-80% and 17-86%, respectively, although the Cd and Pb removal by oilseed rape ranged only from 2.39-3.67 and 0.032-0.13% of the total content in soil. Compost amendment also decreased the bioavailability of Cd and Pb in the soil and reduced Cd and Pb uptake by oilseed rapes and rice. The concentrations of Cd and Pb significantly decreased in the exchangeable and carbonate fractions and Pb concentration decreased in the organic matter and sulfide fractions in the contaminated soil after planting oilseed rapes.