矿区重金属在土壤-作物系统迁移行为的研究——以辽宁省青城子铅锌矿为例

应用野外调查的方法，研究了辽宁省青城子铅锌矿矿区土壤中Cd、Ph、Cu、Zn的污染状况以及在主要栽培作物玉米的根、茎、叶、轴心和籽实不同器官中的积累规律。调查结果表明，矿区土壤重金属含量的大小为Zn〉Pb〉Cu〉Cd；用重金属污染指数对矿区土壤的污染程度进行评价，其污染指数的大小为Cd〉Pb〉Zn〉Cu，Cd含量已超过土壤环境质量的三级标准，污染程度最重；重金属在玉米体内的含量为Pb〉Zn〉Cu〉Cd，4种重金属元素在玉米不同器官中的积累均为根中含量最高，籽实中最低，玉米籽实中Dd和Ph分别超出食品卫生限量标准的1．5和2倍，而Zn和Cu的含量未超标。     

不同农作物对根际土壤环境及铜的形态转化的影响

采用盆栽试验研究了在重金属污染土壤中种植几种常见农作物对根际土壤理化性质、Cu的形态转化及植物有效性的影响。结果表明，种植作物引起根际土壤有机质、CEC的增高和pH值的下降，同时也导致了不同作物根际Cu含量的增高及其形态转化的差异。相对于非根际土壤，8种农作物根际土壤中Cu含量都相应地增加了4．8％～14．3％，可交换态Cu的增量十分明显，增量最高的作物——水稻达到900％以上，大部分作物氧化物态Cu也增加了20％左右，而其他各态，不同作物的变化趋势有所差异；对Cu的形态与农作物Cu含量的相关性分析表明，碳酸盐态Cu的植物有效性较大。研究表明，种植作物并没有改变根际土壤Cu的基本赋存状态。     

重金属污染土壤植物修复机理研究

土壤重金属污染的植物修复技术是近年来广泛引起关注的一种成本低廉、对环境友好的修复方法。目前,国内外学者对寻找和培育超积累植物及植物修复土壤重金属的机理进行了大量研究。阐述了植物修复的生理学、分子生物学机制,包括超积累植物根分泌物对根际土壤中重金属的生态效应,超量积累植物对土壤重金属的吸收及其解毒机理,并就该领域的存在问题和今后的研究方向进行了探讨。     

土壤重金属污染的危害及修复

土壤重金属污染问题是当今主要的环境问题。重金属难降解、易积累、毒性大,因此在未来很长时间内重金属污染仍将是我国乃至世界所面临的重要环境问题之一。重金属通过淋溶可以污染水体;影响作物的生长、产量和品质;它还能够被作物吸收进入食物链,从而危害人体健康的潜在威胁。文章介绍了我国土壤重金属污染现状及其危害,土壤重金属植物修复的类型和机理。     

植物分子遗传学在挖掘作物重金属积累相关基因中的作用

随着我国农田土壤重金属污染问题日益严重,导致农产品重金属超标时常发生。如何阻控重金属在作物可食部位的积累,保证农产品安全和重金属中、低污染农田的安全利用,已成为我国农业生产急需解决的问题。培育重金属低积累作物品种,实现作物可食部位重金属含量达标,是解决重金属中低污染农田安全利用的经济而有效的手段之一。培育作物重金属低积累品种需要克隆控制重金属积累的相关基因,并阐明其分子遗传机理。以Os NRAMP5、Os HMA3和CAL1三个控制水稻镉吸收、转运和分配的基因为实例,介绍植物分子遗传学在挖掘作物重金属积累相关基因中的作用,包括基于正向遗传学和反向遗传学的方法,克隆控制镉在作物中积累的基因,并阐述这些功能基因控制重金属积累的分子遗传机理,同时展望这些基因在培育重金属低积累品种中的应用前景。     

无公害蔬菜基地栽培因子对土壤重金属离子的影响

对秦王川高新技术园区土壤重金属状况进行了分析研究.结果表明,各种重金属含量依次为Cr＞Pb＞As＞Cd＞Hg.肥料种类影响土壤中重金属离子含量,应选择羊粪、牛粪等肥料进行无公害生产;种植的作物种类影响土壤中重金属离子含量,可选择红叶小檗等作物降低土壤中重金属离子含量;栽培环境对土壤中重金属离子含量的影响受其他因素的制约.     

模拟酸雨强度与小白菜体内Zn含量的正相关性研究

通过盆栽试验,模拟酸雨条件下重金属Zn 对小白菜的生长部位和生理指标的影响。结果发现,随模拟酸雨强度的增加,小白菜根部对土壤中有效态Zn 吸收量有所增加,使得小白菜根、茎、叶部分积累的Zn 含量均有增加趋势,且酸度越高袁Zn 积累量相应越大,小白菜根、茎部分积累的Zn 含量直接受酸雨pH 值的显著性影响。本研究结果表明,酸雨增加了作物尤其是根部吸收重金属Zn 的风险,将进一步加重Zn污染地区的农产品安全问题。     

生菜对灰潮土重金属Cd Pb污染的反应与矿质元素吸收

以武汉市灰潮土为供试对象，研究了生菜对重金属Cd、Pb污染的反应和对矿质元素的吸收。结果表明：（1）Cd、Pb等重金属污染降低生菜的生物产量、可溶性糖和VC含量，且Cd影响更为明显；（2）生菜根和叶中含Cd、Pb的量均与污染土壤中Cd、Pb含量成正相关，Pb元素的存在能促进生菜对Cd的吸收，Pb主要积累在根部，Cd大部分积累在叶片中，且Pb促进Cd向地上部转移；（3）叶片鲜重与其Cd含量呈负相关；（4）Cd、Pb对其他矿质元素吸收存在不同程度的影响，且在作物不同部位影响的主要元素也不尽相同。     

大宝山矿区重金属污染对作物的生态毒性研究

由重金属污染引起的生态风险及对人类健康的潜在影响可以通过重金属对植物毒性来反应。本研究选取了矿区三种典型的污染土壤（农耕废弃土壤，尾矿坝污染土壤及矿山剥离土），研究了污染土壤及土壤浸提液对植物的毒性影响。研究结果表明，几种污染土壤对植物毒性表现为：矿山剥离土壤>尾矿坝土壤>农耕废弃土壤。单一金属对豌豆根伸长的毒性实验结果显示，Pb、Cd、Cu、Zn的EC50（半数有效浓度）分别为35.7、4.4、11.6、33.5 mg·kg-1。大宝山复合污染重金属类型中对植物毒性Cu起到了决定性的作用，其次是Zn。重金属对植物根伸长抑制作用显著于对芽的抑制。几种作物对污染土壤毒性敏感度不同，供试作物中甜玉米耐性最强，豌豆居中，水稻和黄瓜比较敏感。     

猪粪-秸秆还田对土壤、作物重金属铜锌积累及环境容量影响研究

为评价畜禽养殖废弃物和种植业废弃物还田对土壤、作物安全性的影响,通过水稻-小麦轮作田间试验,设置不同猪粪-秸秆还田处理,研究土壤、作物重金属Cu、Zn的含量变化,开展污染评价和农田土壤重金属静态环境容量及猪粪最高施用量研究,以期为养殖业与种植业废弃物的农田利用和农业安全生产提供合理建议。结果表明:在猪粪-秸秆还田下,稻麦两季表层土壤重金属Cu、Zn含量略有升高,但处理间的差异性不显著(P0.05),且均在土壤环境质量一级标准范围内,土壤地累积指数Igeo均小于0;稻麦籽粒重金属Cu、Zn含量均在食品安全国家标准食品中污染物限量之内,单因子污染指数PI均小于1。因此,猪粪-秸秆还田对土壤、作物的Cu、Zn污染影响不显著。稻麦轮作后,土壤Cu、Zn静态环境容量均降低,最小静态环境容量分别为11.32、135.06 kg·hm-2。综合考虑土壤铜锌的污染安全问题,在稻麦轮作后建议猪粪还田的最高施用量为1 028.77 t·hm-2。     

长期定位施肥下设施土壤重金属积累及生态风险的研究

为了了解在长期不同施肥处理下改良设施土壤的同时,设施土壤中重金属的含量与污染状况,本文以长期定位施肥的设施土壤(建于2009年)为供试土样,研究了不同施肥处理对设施土壤中重金属(Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn)积累的影响,并对其进行重金属污染及潜在生态风险评价。结果表明,不同施肥处理下,土壤中除Cd以外的其他5种重金属在土壤中的含量均未达到污染水平。Cd、Cr、Zn在鸡粪、秸秆、K_2SO_4、生石灰与复合肥共同施入时积累速率最大,Cu、Ni、Pb在鸡粪、秸秆与复合肥同时施入时积累速率最大。目前,Cd仅在CK处理下无污染,其他处理均产生污染,其中在鸡粪、秸秆、K_2SO_4、生石灰与复合肥5者共同施入时污染最严重,且20年后污染将加剧。同时该处理下的土壤Zn将于近20年后超标,造成污染。该处理下土壤的综合污染状况也最为严重。而不同施肥处理均可增加土壤重金属生态风险,其中5者同时施入时生态风险最强。研究表明,鸡粪、秸秆、K_2SO_4、生石灰与复合肥不同组合的长期施入可导致设施土壤重金属不同程度的积累,产生污染,增加其生态风险。     

长期不同施肥对钙质紫色水稻土重金属累积及有效性的影响

为探讨长期不同施肥对石灰性紫色水稻土重金属累积及有效性的影响,以四川省农业科学院土壤肥料研究所长期定位试验为依托,研究了8种不同施肥条件下[不施肥(CK)、氮肥(N)、氮磷肥(NP)、氮磷钾肥(NPK)、有机肥(M)、有机肥+氮肥(M+N)、有机肥+氮磷肥(M+NP)和有机肥+氮磷钾肥(M+NPK)]土壤理化性质、重金属全量及有效量的变化。结果表明:长期施用氮磷、氮磷钾肥会降低土壤pH、CEC含量,提高土壤有机质、碱解氮及速效磷含量,改善土壤肥力,且与有机肥配施效果更优。长期施用化肥,土壤Fe、Mn、Cu、Zn、Pb和Cd含量变化不明显,有机肥及其与化肥配施后土壤Fe、Mn、Pb含量变化也不明显,Cd略有增加,Cu、Zn含量显著提高,但均低于我国农用地土壤环境质量风险筛选值(GB 15618—2018)。化肥对Cu、Zn、Pb和Cd的有效量影响不明显,磷肥可显著提高有效Fe含量,降低有效Mn含量,而有机肥提高Cu、Pb、Cd有效量,对其有活化效应。相关分析结果表明,土壤重金属有效量与理化性质、元素总量间的相关性因元素的不同而异。研究表明,长期施用化肥及有机肥不会造成石灰性紫色水稻土重金属含量超标的风险。     

南宁市郊伊岭岩农业生态示范园规划区土壤重金属污染程度评价

通过对南宁市郊伊岭岩农业生态示范园规划区土壤中重金属Cu、Zn、Cd、Pb、As、Hg含量进行测定分析,并采用模糊综合评判法对土壤重金属污染情况进行评价。结果表明:伊岭岩农业生态示范园规划区土壤不同程度受到Cu、Zn、Cd、Pb、As、Hg的污染,污染程度依次是:Cd>Cu=As>Pb=Zn=Hg;10个样本污染程度依次为:n10>n9>n1=n2=n7=n8>n5>n6=n3=n4,其中样本3、4、5、6所代表的4个区域属尚清洁,样本1、2、7、8、9、10所代表的6个区域为轻污染。该园区土壤重金属含量较高,可能与其常年大量施用磷肥有关。因此,为了减少重金属积累量,提高该园生态环境和生产能力,需减少磷肥的施用,注意各种肥料的合理搭配。     

氮肥类型对东南景天生长及重金属积累的影响

【目的】研究氮肥类型对东南景天套种玉米模式下生长特性及重金属锌、镉积累的影响,为植物修复实践过程中合理使用氮肥、减少修复成本和环境污染奠定基础。【方法】通过大田试验,在重金属污染的矿区采用东南景天套种玉米模式,施用同氮素水平下有机肥（鸡粪）、硫酸铵和尿素3种类型氮肥,测定土壤pH、有机质含量、重金属有效态、东南景天和玉米地上部生物量及重金属锌、镉含量的变化。【结果】施用有机肥增加土壤有机质含量,提高土壤镉的生物有效性,对土壤pH和锌的生物有效性则无影响;施用硫酸铵和尿素均降低土壤pH和土壤镉的生物有效性,提高了土壤有机质含量和土壤锌的生物有效性。氮肥类型对东南景天中锌、镉以及玉米镉积累影响不显著,但两种化学氮肥均显著增加了玉米锌的累积量;不同类型氮肥对东南景天和玉米生长均有显著促进作用,有机肥处理两种作物的地上部生物量均显著高于其他处理（P〈0．05）。【结论】有机肥对东南景天修复土壤重金属污染效率的促进作用优于硫酸铵和尿素。     

南京地区典型农业试验基地土壤肥力、环境质量调查与评价

以位于南京市东郊的江苏省农业科学院(简称省农科院)本部试验地和城市边缘带的六合、溧水农业试验基地为研究区,采集土壤样品并进行分析,阐明研究区土壤肥力、重金属污染状况并加以评价。结果表明:①省农科院院本部研究区土壤肥力质量属中等水平,其主要限制因子是pH值和有机质,偏施化学肥料和有机肥施用较少是研究区土壤酸化现象严重及土壤有机质含量偏低的主要原因;六合、溧水试验基地土壤肥力质量属差级水平,其限制因子是有机质、速效磷和速效钾,这与该研究区偏施氮肥而磷钾肥及有机肥整体投入量不足有关。②院本部试验地零星分布的重金属污染影响该研究区土壤整体评价,但从所测6种重金属的单因子环境质量指数和综合质量指数来看,正常情况下不会引起该研究区的土壤污染;六合、溧水试验基地则未发生所测6种重金属的污染。     

生物炭与不同肥料配施对镉胁迫下烟叶和土壤中镉含量的影响

为探索生物炭与肥料配施降低烟叶对重金属镉的吸收和土壤中镉含量的可行性,采用盆栽试验,研究了镉胁迫下生物炭与不同肥料配施对生育期内烟叶生物量、烟草各部位镉含量、植烟土壤中镉含量和土壤p H的影响。结果表明:生物炭与肥料配施能够促进烟叶生物量的增加,烟叶生物量依次为有机肥+无机肥+生物炭无机肥+生物炭有机肥+无机肥无机肥未施肥;生物炭与不同肥料配施时烟叶各叶位镉含量较低,生育期内生物炭与有机肥+无机肥配施下烟叶镉含量较有机肥和无机肥配施降低了52.57%,根茎中降低的镉含量最高达59.69%;各处理土壤中的有效态镉含量均有不同程度降低,降幅顺序为有机肥+无机肥+生物炭无机肥+生物炭有机肥+无机肥无机肥未施肥。上述结果表明生物炭与有机肥和无机肥配施既能促进烟叶生长,也能降低土壤有效态镉的相对含量,减少烟叶中镉的吸收积累,进而降低烟叶中镉含量,适合在重金属污染烟田施用。     

典型北方菜田常用肥料中重金属含量分析及污染风险评价

为了解北方菜田典型肥料中重金属的含量情况,以有机肥、水溶性肥料、微生物肥料、生物有机肥和复混肥料等5种北方菜田常用肥料作为研究对象,采集了268个代表性肥料样品,检测分析了肥料中As、Cd、Pb、Cr、Hg 5种重金属的含量情况,同时采用单因子污染指数法与综合污染指数法评价了重金属污染程度。结果显示,所有肥料中均检测出5种重金属。其中,有机肥中Pb的平均含量最高,为28.16 mg·kg~(-1),其次为CrAsCdHg。对比我国肥料重金属限定标准发现,尽管样品中Cd含量普遍较低,但是依然有0.63%的有机肥样品超标。其余4种肥料中,Cd含量最高的为水溶性肥,As、Pb、Cr和Hg含量最高的为生物有机肥;同时,生物有机肥中As、Pb、Cd的超标率分别为40%、20%和10%,Cr、Hg未发现超标。单因子污染指数和综合污染指数表明,所有肥料中重金属污染均属于清洁水平,但Pb和Cd的综合污染指数已分别达到了0.62和0.53,存在一定的污染风险,其安全性应该特别关注。     

稳定化处理对底泥利用后土壤重金属形态及蔬菜重金属含量的影响

采用小区试验,研究了石灰+钙镁磷肥、海泡石+磷酸二氢钙以及钙镁磷肥3种不同稳定剂对底泥利用带来的重金属污染农田土壤的稳定化效果,以及对空心菜、苦瓜、柿子椒和长豆角4种蔬菜吸收重金属的影响。结果表明,3种稳定剂均能有效降低重金属在土壤中的迁移性和生物有效性,减少蔬菜对重金属的吸收。处理后土壤中的Cd、Pb、Cu、Ni、Zn的弱酸提取态含量均显著降低,最大减少率分别为40.95%、83.87%、67.22%、65.32%和71.61%,Cd稳定化效果最好的处理是LP(石灰+钙镁磷肥),而综合所有元素稳定化效果最优的处理是MP(钙镁磷肥)。处理组蔬菜可食部分中重金属含量均低于《食品中污染物限量》的相关限值,重金属含量的最大减少率分别为85.69%(Cd)、100.00%(Pb)、77.91%(Cu)、64.97%(Ni)、70.93%(Zn),空心菜重金属含量减少最大的处理是LP(石灰+钙镁磷肥),3种处理之间对减少苦瓜、柿子椒和长豆角重金属吸收的差异不显著。空心菜对重金属的平均富集系数大于苦瓜、柿子椒和长豆角。总体来讲,稳定剂可以有效修复底泥利用带来的土壤重金属轻度污染,确保种植蔬菜的食品安全性。重金属轻微污染或稳定化处理后的农田可以根据重金属种类、含量和有效性,种植不同富集能力的蔬菜,以保证其食品安全性。     

有机物料输入对土壤及玉米籽粒重金属来源解析及风险评估

在黄泛冲积区添加不同有机物料可以提升土壤肥力,但是否对土壤环境及作物带来潜在的重金属污染风险尚未知。本研究开展了连续2 a的大田环境监测试验,在玉麦轮作条件下采用随机区组设计,分别为CK(对照,不施有机物料)、M1(有机肥用量6 t·hm~(-2))、M2(有机肥用量12 t·hm~(-2))、M3(有机肥用量18 t·hm~(-2))、S1(秸秆质菇渣用量6 t·hm~(-2))、S2(秸秆质菇渣用量12 t·hm~(-2))、S3(秸秆质菇渣用量18 t·hm~(-2))、B1(木质菇渣用量6 t·hm~(-2))、B2(木质菇渣用量12 t·hm~(-2))、B3(木质菇渣用量18 t·hm~(-2))。通过测定各处理0～20 cm土层土壤以及玉米籽粒重金属含量变化,运用Pearson相关分析和聚类分析探究土壤重金属来源和作物品质与不同有机物料的关系,应用潜在生态风险评价法以及污染负荷指数法对土壤进行污染评价。结果表明:以上不同有机物料投入的综合潜在生态风险危害程度均为中等风险,重金属Cd为主要生态危害贡献因子。等量不同有机物中,施用有机肥处理对玉米产量的影响最显著,但对土壤重金属含量的影响也最大;施用木质菇渣处理提升土壤有机质含量的效果最好,且对籽粒重金属含量影响效果最小。同种物料添加下,土壤及籽粒重金属的含量随着施用量的增加而增加,其中M2、M3、S3处理下玉米籽粒中重金属Pb含量超标(0.2～0.295 mg·kg-1),其超标率为35%。应用污染负荷指数法分析结果表明所有处理土壤单因子Cd污染等级属于重污染等级,但除Cd以外的其他重金属含量都远低于我国农用地土壤污染风险管控最低标准,因此土壤重金属含量整体而言仍属于安全等级。研究表明,目前所有处理的土壤重金属含量属于安全等级,但存在潜在的中等生态风险,部分处理玉米籽粒出现轻微Pb超标现象,从快速提高土壤肥力及最大限度减少土壤重金属和农产品污染风险角度,应减少商品有机肥及秸秆质菇渣的高量施入,提倡施用木质菇渣更有利于土壤环境和农产品健康的可持续发展。     

Cadmium pollution from phosphate fertilizers in arable soils and crops: an overview

The application of mineral and organic phosphorus fertilizers to arable land has greatly increased crop yield to meet the world food demand. On the other hand, impurities in these fertilizers, such as heavy metals, are being added to agricultural soils, resulting both from the raw materials themselves and the processes used to obtain the final product. Cadmium, a non-essential and toxic heavy metal, has been found in relatively high amounts in common P fertilizers obtained from sediments. This metal poses a high risk for soil fertility, crop cultivation, and plants in general. Furthermore, human health might be compromised by the cadmium concentrations in agricultural and livestock products, due to the bioaccumulation effect in the food web. The accumulation in the different matrixes is the result of the high mobility and flexible availability of this harmful metal. This review summarizes risks to human health, the factors influencing cadmium movement in soils and crop uptake, as well as common plant responses to its toxicity. In addition, it summarizes cadmium balances in soils, trends, long-term experiments, and further studies. Cadmium inputs and outputs in arable soil, together with their calculated concentrations, are compared between two different regions: the European countries (in particular Germany) and China. The comparison appears useful because of the different proportions in the inputs and outputs of cadmium, and the diverse geographical, environmental and social factors. Moreover, these variables and their influences on cadmium contamination improve the understanding of the pollution from phosphate fertilizers and will help to establish future mitigation policies.