改良剂对镉污染酸性水稻土的修复效应与机理研究

为探明田间条件下施用石灰、钙镁磷肥、海泡石和腐殖酸等改良剂对Cd污染酸性水稻土的修复效应和作用机理, 通过在Cd污染区建立田间小区试验, 研究了改良剂单施和与石灰配施对Cd污染酸性水稻土中Cd作物有效性的影响。结果表明, 施用改良剂有效地改变了土壤中Cd的存在形态, 除腐殖酸外, 其他改良剂均使土壤酸提取态Cd不同程度地转化为可还原态Cd和残渣态Cd; 施用改良剂可使0.1 mol·L^-1 NaNO₃和 0.01 mol·L^-1CaCl₂提取态Cd 降低26%~97%, 降低效果为石灰+海泡石>海泡石>石灰+钙镁磷肥>钙镁磷肥>石灰>石灰+腐殖酸>腐殖酸; 改良剂使水稻地上部分的Cd吸收量降低6%~49%。试验结果还显示, 施用改良剂提高土壤pH是引起土壤中Cd作物有效性降低的主要原因之一。根据田间试验的结果, 海泡石可推荐作为Cd污染酸性水稻土的改良剂, 而腐殖酸则不宜使用。     

铅镉高污染土壤的钝化材料筛选及其修复效果初探

本研究以重金属高污染农田土壤(全Pb含量为1 277 mg/kg,全Cd含量为39.0 mg/kg)为研究对象,通过土培试验和玉米苗期盆栽试验,探讨海泡石、石灰、腐植酸、钙镁磷肥、磷矿粉、生物质炭等常用稳定材料不同剂量及复配组合对高污染土壤重金属的钝化修复效应。土培试验结果表明,石灰对Pb和Cd钝化效果最好,其次是海泡石,但两者表现为较高添加量处理间没有显著差异;而低剂量生物质炭和腐植酸显著增加土壤有效态Pb和Cd含量,高剂量生物质炭具有较好的钝化效果。盆栽试验表明,海泡石与石灰配施钝化效果较好,与对照相比,土壤氯化钙提取态Pb、Cd含量分别降低了97.5%、81.4%;玉米根和地上部Cd含量分别降低48.5%、34.0%,Pb含量分别降低35.6%、29.6%;但海泡石与磷材料配施显著增加玉米根Pb含量,对玉米Cd吸收没有显著影响。以上结果表明,重金属高污染农田土壤添加合适的改良剂,可较大幅度降低土壤重金属有效性和植物重金属吸收性。     

石灰和海泡石对镉污染土壤的修复效应与机理研究

研究了稻作和旱作两种种植制度下,施用石灰、海泡石及两种改良剂配施对镉污染土壤pH值、土壤镉形态变化及作物对镉的吸收等的影响.结果表明,施用改良剂使稻作条件下的土壤pH提高0.3～1.8个单位,旱作条件下土壤pH提高幅度为0.3～2.0个单位:两种种植制度下,作物有效性较高的酸提取态镉含量显著减少,而作物有效性较低的可还原态和残渣态镉含量显著增加,进而引起了水稻和萝卜对镉的吸收量降低.其中以石灰和海泡石配施的效果最好,单施海泡石次之,单施石灰效果最差,且各处理均随改良剂用量的增加效果增强,虽然,施用改良剂可以有效降低土壤中镉的作物有效性,但对水稻产量和生物量及镉在水稻和萝卜两种作物地上部分的分配规律均没有明显的影响.     

石灰石和海泡石组配对水稻糙米重金属积累的影响

为了研究组配改良剂(石灰石+海泡石,LS)对于重金属Pb、Cd、Cu和Zn复合污染稻田的修复效果,在湘南某矿区附近稻田中进行了组配改良剂的田间试验。结果表明:施用0~1.8 kg m-2的组配改良剂LS使土壤pH和CEC显著增加,使土壤中Pb、Cd、Cu和Zn交换态含量显著降低。土壤Pb、Cd、Cu和Zn交换态含量的降低是pH升高,土壤胶体的CEC增加及土壤吸附能力增强的共同作用。施用组配改良剂LS显著降低了3个水稻品种(黄华占、丰优9号、Ⅱ优93)糙米中Pb、Cd和Cu的累积量,最大降幅分别为55.8%、66.9%、37.4%,而对糙米中Zn的含量没有明显影响。当LS施用量为1.8 kg m-2时,能使丰优9号糙米中Cd含量(0.195 mg kg-1)达到国家食品中污染物限量标准(0.20 mg kg-1)以下。土壤中交换态Pb、Cd和Cu含量的降低是糙米中重金属累积量减少的原因。土壤交换态Pb、Cd和Cu含量的对数值(lnC交换态)与其糙米中含量(lnC糙米)的对数值之间存在显著的线性相关关系。     

田间施用石灰和有机肥对水稻吸收镉的影响

通过大田试验探究不同用量的有机肥与石灰对土壤pH、有机质和Cd有效态含量以及不同生育期水稻各器官中积累Cd的动态变化。结果表明:成熟期水稻各器官Cd含量规律为根>茎>叶片>稻壳>糙米。石灰的施用能显著提高土壤pH,在分蘖期时,低用量石灰与高用量石灰处理下土壤pH分别提高1.35,1.84个单位;有机肥的施用可以增加有机质含量,与对照相比,高用量有机肥处理在分蘖期时有机质含量提高6.60 g/kg,在成熟期提高2.72 g/kg。灌浆期是水稻吸收积累Cd的重要时期,石灰和有机肥的施用均能降低灌浆期土壤中有效态Cd含量,高用量有机肥与高用量石灰处理下土壤有效态Cd含量显著降低,分别降低52.05%和46.87%。有机肥和石灰均能显著降低糙米Cd含量,降Cd效果为高用量有机肥>高用量石灰>低用量有机肥>低用量石灰,高用量有机肥处理的效果最好,糙米Cd含量降低68.20%。     

生物有机肥和生物炭对Cd和Pb污染稻田土壤修复的研究

在田间试验条件下,研究施用生物有机肥和生物炭对稻田Cd和Pb污染的钝化修复效果。研究结果表明:施用生物有机肥和生物炭处理可以提高土壤p H值以及土壤养分含量,并显著降低土壤有效态Cd和Pb的含量,且土壤p H值与土壤有效态Cd和Pb的含量呈极显著负相关;生物有机肥和生物炭处理还可以降低水稻体内Cd和Pb的含量,其中水稻糙米Cd降幅达到了22.00%和18.34%,水稻糙米Pb含量的降幅也达到了33.46%和12.31%,且水稻糙米Cd和Pb的含量与土壤有效态Cd和Pb的含量呈显著正相关。综合各处理对土壤p H值、土壤养分含量、土壤有效态Cd和Pb的含量以及水稻Cd和Pb的影响,可以看出生物有机肥和生物炭处理对于Cd和Pb污染稻田土壤有较好的修复效果。     

生物质炭对土壤-水稻系统中Cd迁移累积的影响

探究生物质炭添加对Cd污染土壤中Cd形态、植株对Cd的吸收分配及土壤肥力的影响,为污染稻田粮食安全提供科学依据。在湖南省长沙市Cd污染稻田进行田间定位试验,设置5个生物质炭添加量处理(0,10,20,30,40t/hm^2),分析生物质炭对Cd在土壤中形态转化和水稻器官中分配的影响。结果表明:生物质炭通过将土壤中酸溶态Cd钝化为可还原态Cd以减少在水稻器官中的累积,钝化量随着生物质炭增加而增加,土壤酸溶态Cd较CK降低3.83%～19.08%;且茎对根和糙米对茎的转运系数随生物质炭的添加分别降低4.23%～9.30%和1.39%～8.33%;土壤酸溶态Cd含量直接影响糙米中Cd含量,且受土壤pH和土壤有机碳的调控。Cd污染稻田添加生物质炭可以提高土壤肥力,降低土壤Cd生物有效性,20t/hm^2生物质炭添加量可以作为研究区周边Cd污染稻田修复的参考标准。     

钝化剂对酸性高镉土壤钝化效果及水稻镉吸收的影响

以海泡石、磷酸二氢钾、钙镁磷肥、钢渣、生石灰及生物炭为重金属镉钝化材料,研究钝化剂对湖南省酸性高镉(Cd)稻田土壤及水稻中Cd含量的影响。以土壤pH值和有效态镉作为评价指标,筛选出三种效果较优的钝化剂,通过正交试验进行复配,选择最优的钝化剂配方进行田间验证。结果表明,海泡石、钙镁磷肥、钢渣在施用比例为1%时均可显著提高土壤pH,pH的提升效果排序为钢渣钙镁磷肥海泡石;除钢渣外,其余钝化剂在施用比例为1%时均可不同程度降低土壤有效态Cd含量,钝化效果排序为磷酸二氢钾钙镁磷肥生物炭海泡石生石灰。选取海泡石、钙镁磷肥和磷酸二氢钾复配钝化剂,依据正交试验结果并综合考虑钝化效果、成本及材料易得性,确定钝化剂的最优施用量组合为海泡石500 mg kg-1、钙镁磷肥500 mg kg-1、磷酸二氢钾170 mg kg-1。大田试验结果表明,施用钝化剂后,土壤pH值提高0.5个单位,土壤有效Cd含量降低34.00%,糙米中Cd含量降低19.44%,水稻各器官Cd的富集与迁移系数明显降低,水稻产量明显升高。     

湖南某铅锌矿污染土壤稳定化修复研究

使用海泡石、磷酸二氢钙、钙镁磷肥、氧化钙和氧化镁等土壤改良剂及其组合,对湖南省某铅锌矿冶炼厂附近的重金属污染土壤进行了稳定化修复试验,利用BCR连续提取法进行形态分析,并进行稳定化效果的评价。结果表明,各改良剂组合均能够有效改变土壤中Zn、Cd和Pb的形态分布,弱酸提取态含量的减少率分别为Zn:17.03%~83.13%,Cd:45.03%~99.17%,Pb:54.05%~99.44%,降低重金属的不稳定形态和生物可利用性,稳定化效果显著。改良剂对Zn元素的稳定化效果影响程度为:钙镁磷肥+氧化钙钙镁磷肥+氧化镁钙镁磷肥海泡石+磷酸二氢钙海泡石;对Cd元素的稳定化效果影响程度为:钙镁磷肥+氧化钙钙镁磷肥+氧化镁钙镁磷肥海泡石+磷酸二氢钙海泡石;对Pb元素的稳定化效果影响程度为:海泡石+磷酸二氢钙钙镁磷肥+氧化镁钙镁磷肥+氧化钙钙镁磷肥海泡石。该复合污染土壤中,Zn、Cd、Pb稳定效果最优处理为10%钙镁磷肥+5%氧化钙组合。     

改良剂配合水分管理减少水稻吸收土壤中镉的研究

为研究减少水稻籽粒中镉的积累,选择一中度重金属污染农田,进行了4种改良剂处理(不施改良剂、生物质炭、钙镁磷肥—坡缕石—硫磺粉(比例为100∶50∶1)和石灰—沸石—硫磺粉(比例为100∶50∶1))和2种水分管理模式(深灌和浅灌)的不同组合处理,田间试验研究了改良剂配合水分管理减少水稻吸收土壤镉的效果,改良剂用量为3 t/hm~2。结果表明,施用改良剂和采取深灌均可显著减少水稻从土壤中吸收镉,并以二者配合的效果最佳。与浅灌/不施改良剂处理比较,钙镁磷肥—坡缕石—硫磺粉和石灰—沸石—硫磺粉2种复合改良剂配合深灌可分别降低籽粒中镉含量56.53%和55.53%,但施用生物质炭降低水稻吸收土壤中镉的效果相对较差。施用复合改良剂促使土壤中交换态镉转化为碳酸盐结合态、氧化物结合态及残余态镉等较为稳定的镉形态,降低了土壤中生物有效态和水溶态镉,减少了水稻吸收土壤镉;深灌有利于硫化镉的形成,并通过"稀释"作用降低水稻吸收土壤镉。研究认为改良剂配合深灌是一种较为方便、有效的技术,适用于农田土壤镉污染的控制。     

水分调控和钝化剂处理对水稻土镉的钝化效应及其机理

采用盆栽试验,研究了水分管理和钝化剂处理对红壤性水稻土重金属镉的钝化效应及其作用机理。结果表明,在土壤镉含量为0．75mg·kg。下,添加海泡石复配磷肥可以显著提高土壤pH值,长期淹水、常规管理水分条件下,土壤交换态cd分别降低了20．4％和15．7％,碳酸盐结合态cd分别下降了15．5％和14．1％,糙米cd分别降低了52．3％和46．O％。未添加钝化剂条件下,长期淹水处理的根表Fe（Ⅱ）含量比常规处理增加了1．2倍,根表cd含量则是常规处理的82．6％。土壤经钝化处理后,长期淹水和常规管理水分条件下,根表Fe（Ⅱ）分别增加了40．1％和70．0％,而根表cd分别降低了35．3％和42．4％。糙米cd含量与根表Fe（Ⅱ）含量呈显著负相关,与根表cd含量呈显著正相关。土壤Fe“和cd“对水稻根表吸附点位的竞争以及土壤镉较低的生物有效性是钝化处理组糙米镉含量下降的主要原因。     

赤泥和有机肥对镉、铅在水稻中吸收分布的影响

通过大田正交试验,研究添加赤泥和有机肥对Cd、Pb在土壤-水稻系统中分布规律的影响。结果表明,添加赤泥或有机肥后,水稻根际土壤pH值升高0.36~1.90个单位,根际土壤中Cd、Pb含量分别降低2.73%~26.25%和7.15%~34.26%,糙米中Cd和Pb含量分别降低23.24%~55.90%和11.76%~29.41%,其中单施赤泥效果最好,其次是配施,单施有机肥最差。添加赤泥和有机肥后,水稻各器官中Cd和Pb含量显著降低,不同生育期Cd和Pb的贡献率明显改变,且添加量及施肥方式(单施、配施)也有显著影响。与CK相比,降Cd效果最好的是单施赤泥4 000 kg·hm~(-2),降幅为55.90%;降Pb效果最好的是赤泥(4 000 kg·hm~(-2))与有机肥(1 000 kg·hm~(-2))配施,降幅为29.41%。由于土壤中Cd(超标65倍)、Pb(超标7倍)污染程度较高,糙米中Cd、Pb含量仍超过食品污染物限量(GB 2762—2012)。因此,在重金属污染程度较高的稻田,仅通过添加土壤调理剂不能达到安全生产的目的。     

Effects of soil amendments, foliar sprayings of silicon and selenium and their combinations on the reduction of cadmium accumulation in rice

Agricultural soil contamination by cadmium (Cd) is becoming one of the most serious environmental issues and public concerns. In this study, factorial arrangements of treatments were designed to explore the effects of two soil amendments, sodium sulfide-biofuel ash (SSBA) and lime (0.1%), and three foliar applications, silicon (Si, 2.5 mmol L^-1), selenium (Se, 40 mg L^-1), and their combination (SS), on Cd reduction in rice (Oryza sativa L.) in a pot experiment, which were then verified in a field experiment. Compared with the control without amendment but with spraying of deionized water, both SSBA and lime significantly reduced concentrations of CaCl₂-extractable Cd in soil by 30%-39% and 31%-40% and Cd in brown rice by 44%-63% and 53%-72% in the pot and field experiments, respectively. Foliar Si, Se, and SS applications significantly reduced Cd accumulation in brown rice by 62%-64%, 72%-83%, and 39%-73%, respectively, increased rice grain yield, and improved antioxidant enzyme activities in rice leaves but with different trends in the pot and field experiments. Combinations of SSBA and lime with Si, Se, and SS had a non-significant synergistic effect on Cd reduction in brown rice compared to only foliar spraying or soil amendment in both pot and field experiments, although SSBA + Se and SSBA + Si reduced Cd concentration in brown rice by 16%-34% and 14%-24% compared to only foliar Si and Se and soil SSBA applications, respectively. Soil lime application and foliar Si spraying were the most cost-effective strategies to reduce Cd accumulation in brown rice in the field and pot experiments, respectively. Although soil amendments and foliar treatments were individually effective, their combinations failed to generate a significant synergistic reduction of Cd concentration in brown rice.     

不同肥料/改良剂对冷泥田水稻生长、养分吸收及土壤性质的影响

【目的】西南地区冷泥田的水稻生长不良可归因于多种障碍因子,包括土壤物理、化学和生物因子。本文针对冷泥田影响水稻生长的土壤化学障碍因子,研究了不同肥料或改良剂对冷泥田水稻生长、养分吸收和土壤性质的影响,旨在为这类土壤的培肥、改良利用和水稻高产提供科学依据和实用技术。【方法】试验地点选在四川省东南地区冷泥田集中的泸县,试验历时2年。试验设无肥对照(CK)、全量化肥(NPK)、NPK+泥炭(NPK+Pe)、NPK+商品有机肥(NPK+COF)、NPK+鸡粪(NPK+CM)、NPK+硅肥(NPK+Si)、NPK+石灰(NPK+L)、NPK+硅钙肥(NPK+Si Ca),NPK+锌肥(NPK+Zn)9个处理。在水稻收获前采集代表性植株样,调查水稻农艺性状,分析水稻对氮、磷和钾的吸收量;水稻收获后采集土壤样品,测定不同处理的土壤p H、全氮、有效磷、速效钾、有机质、还原性物质总量、活性还原物质以及亚铁和亚锰含量。【结果】结果表明,在所有处理中,NPK+L和NPK+Si Ca处理可改善水稻的产量构成因子,稻谷产量比NPK处理显著提高15.40%和10.64%;而其他处理的增产效果则均不显著。NPK+L和NPK+Si Ca处理的土壤p H明显高于其他处理,土壤还原性物质总量和活性还原物质(含Fe2+和Mn2+)含量显著降低;NPK+L和NPK+Si Ca处理可增加土壤养分的有效性,促进水稻对氮、磷、钾养分的吸收,改善土壤的化学性质。同时,土壤分析结果表明,该试验土壤的有效钙和有效硅均缺乏,而NPK+L和NPK+Si Ca处理增加了土壤的有效钙和有效硅,对提高水稻产量有重要贡献。有机肥对土壤相关性质的影响与石灰和硅钙肥相反,特别是鸡粪。施用锌肥对水稻有一定的增产效果,但差异不显著。水稻收获后土壤中氮、磷、钾养分残留量与施肥量和水稻吸收携出量密切相关。【结论】对长期淹水地势低洼的酸性冷泥田来说,石灰和硅钙肥是比较理想的土壤改良剂,能同时起到改善土壤性质和提高作物产量的效果;而有机肥,特别是未腐熟的有机肥或有机物料,则不宜在冷泥田中施用或大量施用。     

土壤主要理化性质对湘粤污染农田镉稳定效果的影响

利用盆栽试验研究了稳定剂(石灰、海泡石联合施用)对湖南、广东两省区不同性质土壤上生长的小青菜(Brassica chinensis L.)生物量、重金属吸收以及土壤pH和重金属提取态含量的影响,探讨了影响镉(Cd)稳定修复效果的土壤性质参数。结果表明:施加稳定剂对增加酸性土壤上小青菜生物量效果显著,土壤pH、有机质(OM)、全量Cd和黏粒是影响小青菜生物量变化的主要因素;土壤pH、阳离子交换量(CEC)、OM、黏粒是影响小青菜Cd含量变化的主要因素;土壤pH、CEC、全量Cd和黏粒是影响土壤提取态Cd含量变化的主要因素。     

植物吸取修复及钝化处理对后茬水稻镉吸收的影响

采集湖南湘潭县某地镉(Cd)污染酸性农田土壤及其经伴矿景天分别吸取修复两季和三季后的土壤,采用盆栽试验研究了经伴矿景天修复及钝化改良与否对土壤pH、有效态Cd、Zn以及水稻生长和稻米Cd、Zn浓度的影响。结果表明:未改良的处理,随着修复次数的增加,土壤pH显著降低,降低幅度为0.26~0.38个单位;且修复两季、三季土壤CaCl_2提取态Cd浓度较未修复土壤分别降低19.4%、24.0%;修复后土壤种植水稻品种W184,其糙米中Cd浓度显著降低,但依然超标;修复三季土壤种植低积累水稻品种IRA7190,其糙米中Cd由0.47 mg/kg降为0.03 mg/kg。施加钝化剂海泡石和石灰(10 g/kg+1 g/kg)后,修复两季、三季土壤的pH显著升高,较未施钝化剂处理土壤pH分别提高0.95、0.72;土壤CaCl_2提取态Cd浓度分别降低79.8%、79.5%;修复两季、三季土壤上水稻W184糙米的Cd浓度与未施加钝化剂相比,分别降低27.3%、44.4%,均降至国家食品安全限值0.2 mg/kg以下;无论是否添加钝化剂,伴矿景天吸取修复三季的土壤上水稻IRA7190糙米中Cd浓度均仅0.03 mg/kg。     

三种类型阻控剂对不同品种水稻富集镉的影响

如何降低水稻中镉(Cd)的含量已经成为一个研究热点。在湖南省衡阳县某地受轻度镉污染的农田上种植两季水稻(早稻、晚稻),随机采购市场上销售的阻控剂(石灰、硅肥和叶面锌肥),研究这3种类型阻控剂对水稻富集镉及稻谷中镉含量的影响,这3种类型的阻控剂的施用方式是石灰和硅肥作为基肥施于土壤,叶面锌肥通过叶面喷施。结果表明:与没有施加阻控剂相比,除石灰和晚稻锌处理之外,其他处理增产效果显著。在3种类型的阻控剂中,叶面锌肥对籽实富集镉的阻控效果最佳,分别使早稻Y俩优792和晚稻农香130降低了51.28%和50.92%,基施硅肥阻镉效果次之。田间试验结果进一步表明施硅肥和喷施叶面锌肥可作为当地的水稻镉污染阻控剂,但叶面锌肥与稻谷中镉的交互作用需要更深入的探讨。