4种矿物材料改良Cd污染土壤的研究

以钠基膨润土、膨润土、沸石、硅藻土等4种矿物为改良材料,在潮褐土中添加外源水溶性Cd化合物模拟Cd污染的土壤,以油菜为指示植物,探讨了4种矿物材料对Cd污染土壤的改良效果及存在的规律。结果表明:钠基膨润土、膨润土、沸石、硅藻土的添加量分别为20、30、50、40 g/kg时,土壤有效态Cd含量分别达到了相应最低浓度,比对照分别降低了21.40%、27.63%、27.24%、32.30%;在修复Cd污染土壤时各种矿物的施用量以30~40 g/kg为宜,至少可降低油菜Cd吸收量的15%;添加4种矿物材料均可以提高土壤的pH值,降低土壤Cd活性,并可以在不同程度上迅速降低土壤速效养分含量,从而抑制油菜对土壤Cd的吸收。     

黏土矿物与肥料对菜田土壤镉污染的钝化修复作用

研究黏土矿物海泡石、磷肥骨粉以及有机肥腐植酸的单一和复配处理对生菜生长、镉吸收的影响,对比不同钝化处理对菜地土壤镉污染的钝化修复作用。结果表明,除海泡石以外,骨粉、腐殖酸和复配处理均可显著提高生菜地上部生物量;施用钝化剂可明显降低生菜茎叶的镉含量,海泡石与骨粉或腐植酸复配处理的降低效果显著强于钝化材料单一处理,生菜茎叶镉含量最大可降低39.7%,同时低于食品安全标准的限量值;添加海泡石后土壤p H值显著升高,而添加腐植酸后土壤p H显著降低;海泡石及其复配处理显著降低土壤有效态镉含量,最大降幅可达54.12%;土壤有效态镉含量和生菜地上部镉含量有极显著的相关性。总体上来看,海泡石与骨粉复配处理的钝化修复作用最佳。     

石灰对土壤中Cd和Zn形态及对水稻有效性的影响

为了明确石灰对土壤中Cd、Zn形态的影响,探讨Cd、Zn各形态含量与水稻糙米中Cd、Zn含量之间的关系,本研究采用盆栽试验,通过BCR法提取不同化学形态的Cd、Zn。结果表明,施用石灰明显提高了土壤的p H值,减少了土壤中弱酸提取态Cd、Zn含量,增加了土壤可还原态和残渣态Cd、Zn含量。土壤p H值与弱酸提取态Cd、Zn含量之间呈极显著性负相关,而与残渣态Cd、Zn含量呈极显著性正相关,表明石灰通过提高土壤p H值促使Cd、Zn从弱酸提取态向残渣态转化,从而降低土壤中Cd、Zn的有效性。弱酸提取态Cd、Zn含量与水稻糙米中Cd、Zn含量呈显著正相关,因此,通过施用石灰降低土壤弱酸提取态Cd、Zn含量,可减少土壤中Cd、Zn在糙米中的累积。石灰的施用也降低了根表铁膜中Cd、Zn的含量,但铁膜中Cd、Zn含量与土壤弱酸提取态Cd、Zn含量、根系中Cd、Zn含量之间的关系较复杂,表明了根表铁膜对水稻吸收Cd、Zn影响的复杂性。石灰对土壤中Cd有效性的抑制程度大于Zn。     

不同钝化剂对Cd污染土壤钝化效果及油菜中Cd含量的影响

采用盆栽试验,研究施加钝化剂海泡石、膨润土和鸡粪对Cd污染土壤的钝化效果以及对油菜中Cd含量的影响。结果表明,施加鸡粪可显著提高油菜地上生物量,施加海泡石、膨润土对油菜生物量无显著影响;施加海泡石、膨润土可显著提高土壤pH值,施加鸡粪可降低土壤pH值;施加钝化剂能显著降低土壤中有效态Cd含量及油菜地上部分Cd含量,有机无机钝化剂配施效果好于单施钝化剂处理,经处理,油菜中Cd含量符合《食品安全标准》(GB 2762—2012)规定的叶菜类0.2 g/kg的Cd浓度限值。     

施用石灰石对土壤Cd及小白菜Cd吸收的影响研究

为了明确石灰石对重金属污染土壤中Cd的治理效果,进行了小白菜盆栽试验。研究结果表明,适量添加石灰石(0.5%LS)可有效增加小白菜的产量,提高酸性土壤的p H值,增加土壤氮素和速效钾含量,但减少了土壤有效磷含量;施用石灰石对Cd污染土壤的修复具有显著效果,可有效降低土壤生物有效态Cd含量和小白菜对Cd的吸收。试验推荐石灰石添加比例为0.5%(m/m)。     

2种生物炭对Pb、Cd污染土壤的修复效果

以污泥和发酵床废弃垫料热解制备的生物炭为钝化剂,采用土壤培养试验的BCR分级提取方法研究生物炭对铅(Pb)、镉(Cd)单一和复合污染土壤中重金属形态变化的影响。采用小白菜盆栽试验,研究添加2种生物炭对植株生物量和地上部重金属含量的影响。结果表明:添加生物炭可以促进重金属从弱酸提取态向可氧化态和残渣态转化并降低其生态风险;可以提高小白菜的生物量,其中垫料生物炭处理达到了显著性效果;能降低小白菜地上部Pb、Cd的含量,且在单一重金属污染土壤处理中达到显著性效果;与污泥生物炭相比,垫料生物炭钝化修复Pb、Cd污染土壤的效果更佳。     

不同用量猪粪对黏土矿物钝化修复镉污染土壤效应的影响

通过盆栽试验研究了不同用量猪粪对黏土矿物海泡石和凹土钝化修复镉污染土壤效应的影响。结果表明,海泡石钝化修复下增施猪粪导致油麦菜生物量有所降低,但凹土钝化修复增施高量猪粪(15 g/kg土)处理可使油麦菜生物量增加6.6%。钝化修复下增施猪粪除海泡石10 g/kg+猪粪15 g/kg处理使得油麦菜中亚硝酸盐含量显著下降外,其它处理油麦菜亚硝酸盐含量均无显著变化。在海泡石与凹土钝化修复下,增施猪粪后土壤p H值降低不明显;单施猪粪对土壤有效态Cd含量的影响不明显,甚至还有活化作用,导致土壤有效态Cd含量略有增加,但在黏土矿物材料钝化修复下,增施猪粪土壤有效态Cd含量略有降低,但与对照并无显著性差异。海泡石和凹土单一钝化处理可使油麦菜可食部分的Cd含量分别降低7.1%和14.3%,单施猪粪时油麦菜可食部分的Cd含量降低10.7%~25.0%;海泡石和凹土钝化修复下,增施猪粪可使油麦菜可食部分的Cd含量分别降低32.1%~35.7%和35.7%~39.3%。海泡石钝化修复下,增施猪粪可以一定程度地提高土壤氮、磷、钾有效性和作物的营养水平,但影响不明显。凹土钝化修复下,对土壤氮有效性无明显影响,但增施中、高量猪粪处理可以显著增加土壤磷有效性,增施低、中量猪粪处理可以显著增加土壤钾有效性。     

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。     

三种黏土矿物对蚕豆生长和重金属含量的影响

以云南会泽铅锌矿周边污染农田土壤为供试土壤,施加沸石、钠基膨润土、硅藻土3种黏土矿物,开展室内种植蚕豆的盆栽试验,研究黏土矿物对蚕豆光合生理、生物量、矿质营养、重金属含量和累积量的影响。结果表明:3种黏土矿物显著增强蚕豆叶片的光合作用,增加植株的生物量,其中钠基膨润土处理的增幅最大,为21.7%。黏土矿物降低土壤速效氮、磷、钾的含量,降幅为12%～48%,改变蚕豆植株氮、磷、钾的含量,其中,硅藻土显著增加蚕豆植株磷、钾和根系氮的含量,增幅为23%～83%,钠基膨润土降低蚕豆地上部氮、磷、钾的含量。3种黏土矿物均显著降低土壤有效态铅和铜的含量,降幅为14%～28%,减少蚕豆植株的锌含量、根系铅和铜的含量;沸石还显著降低土壤有效态镉、蚕豆植株镉和地上部铅的含量。相关分析发现,土壤有效态镉与蚕豆地上部镉、有效态铜与根系铜、有效态锌与植株锌的含量呈极显著或显著正相关。研究表明黏土矿物能降低污染土壤重金属的生物有效性,减少蚕豆植株的重金属含量,改善光合作用和提高生物量。     

改良剂对不同性质镉污染土壤中有效镉和小白菜镉吸收的影响

采用盆栽试验,研究了施用石灰、鸡粪、泥炭、石灰+鸡粪、石灰+泥炭处理对4种外加镉污染土壤上小白菜生物量、镉吸收量以及土壤有效镉含量和p H的影响。结果表明,各改良剂单施和有机物料+石灰配施均可以显著提高小白菜生物量,小白菜生物量较对照提高11.76%~59.38%,且改良剂配施效果优于单施;改良剂单施处理对小白菜的增产效果是鸡粪>泥炭>石灰,单施石灰能显著提高南方酸性土上小白菜生物量,对北方碱性土小白菜生物量影响不显著。与不施改良剂的对照相比,施用改良剂的处理明显降低了小白菜对镉的吸收量和土壤有效镉含量,且改良剂配施的效果好于单施,土壤有效镉含量较对照降低31.2%~67.0%;比较单施有机物料或单施石灰,在南方酸性土壤上,单施石灰效果好于单施有机物料,在北方碱性土上,单施有机物料效果则好于单施石灰。另外,在对土壤p H的影响上,单施鸡粪或石灰,鸡粪+石灰和泥炭+石灰四个处理均可以显著提高土壤p H,增幅在0.15~2.16个单位,且石灰、鸡粪+石灰和泥炭+石灰效果好于鸡粪处理,泥炭处理对南方酸性土p H影响不大,但可以降低北方碱性土的p H。     

钝化剂对土壤镉铅有效性和微生物群落多样性影响

为研究海泡石和生物炭两种钝化剂对镉铅复合污染土壤修复效果及微生物群落功能多样性的影响,以南京某蔬菜地土壤为研究对象,采用盆栽试验方法,研究海泡石和生物炭单施及配施条件下,土壤理化性质、土壤微生物群落功能多样性、土壤Cd、Pb有效态含量的变化以及萝卜和小白菜两种作物对Cd、Pb富集的影响。结果表明:海泡石和生物炭单施、混施均显著促进土壤Cd、Pb由酸溶态向残渣态转化,降低Cd、Pb生物有效性。其中,2.5%海泡石处理Cd、Pb有效态含量降幅最大,与对照相比,种植萝卜和小白菜的土壤Cd、Pb含量分别降低71.88%～75.44%和81.21%～84.52%。生物炭对土壤微生物活性影响显著,2.5%生物炭处理微生物对碳源利用能力最强,但微生物群落功能多样性未显著增加。添加海泡石和生物炭均减轻了萝卜和小白菜可食部位对Cd、Pb的富集,2.5%海泡石和1.25%海泡石与1.25%生物炭配施处理,萝卜可食部位Cd和Pb含量均满足《食品安全国家标准》(GB 2762—2017),但小白菜可食部位Pb含量超出安全标准。研究表明,从土壤环境质量和作物安全角度考虑,一般采取海泡石和生物炭配施进行重金属Cd-Pb复合污染土壤的修复,而且在中度Cd-Pb污染的菜地土壤中优先考虑种植萝卜类蔬菜。     

海泡石施加深度对水稻吸收镉的影响

为探讨海泡石施加深度对镉（Cd）污染土壤钝化修复效果的影响,选取湖南湘潭酸性水稻土,采用根际箱培养的方式,研究海泡石施加深度对土壤中Cd生物有效性、植株Cd吸收和根际环境的影响特征。结果表明,与未添加海泡石的对照相比,海泡石在施加深度为20、10 cm和5 cm的处理下,根际与非根际各层土壤pH值分别提高了1.00~1.16、0.59~1.21个单位,根际与非根际各层土壤中Cd有效态含量分别降低了0.02%~3.40%和1.00%~7.80%,且海泡石施加深度为5 cm（T2）时根际与非根际层土壤Cd有效态含量降幅最大,分别为3.40%和7.80%;海泡石不同施加深度处理水稻各部位Cd含量均有下降,且在施加深度5 cm并隔离根系向未钝化土壤延伸处理（T4）降幅最大,与对照相比根部Cd含量下降显著（P<0.05）,同时,海泡石在不同施加深度处理下水稻株高和产量均有提高,且与对照相比海泡石在T2和T4耕层深度处理下株高和产量显著提高（P<0.05）。可见,浅耕（耕层5 cm处理）施用海泡石降低土壤Cd生物有效性效果最好,且降低了水稻中Cd含量,显著提高了水稻产量。     

纳米铜对小油菜（Brassica chinensis L.）种子发芽和幼苗生理生化特性的影响

通过纸床培养,探究了不同剂量（1、2、4、6、8、10 mg·L^-1）纳米铜（Copper nanoparticles,Cu NPs）对小油菜（Brassica chinensis L.）种子发芽、幼苗Cu含量、根细胞微观特征以及幼苗生理生化特性的影响。结果表明,不同浓度Cu NPs处理对种子发芽率无显著影响（P>0.05）,小油菜根和茎伸长量均随Cu NPs浓度增加先升高后降低,当Cu NPs添加量为2~10 mg·L^-1时小油菜根伸长抑制率为10.7%~59.9%,而当Cu NPs≥4 mg·L^-1时小油菜茎长显著低于对照组（P<0.05）,降低了4.8%~15.8%。幼苗体内Cu含量随着Cu NPs浓度的增加而升高。通过透射电子显微镜可以看出,添加10 mg·L^-1 Cu NPs使根细胞出现比较普遍的质壁分离现象。与对照组比较,Cu NPs处理后小油菜幼苗体内超氧化物歧化酶活性降低了4.5%~64.0%（1 mg·L^-1除外）,过氧化物酶降低幅度达到4.4%~59.3%,而不同浓度Cu NPs处理对小油菜幼苗体内过氧化氢酶活性影响不显著（P>0.05）,因此,小油菜生理生化特性对不同剂量Cu NPs响应不同。     

钝化剂处理对玉米与伴矿景天间作下植株生长及镉累积特征的影响

为了探讨玉米与伴矿景天间作与钝化剂处理对植株Cd吸收积累特征的影响,通过盆栽试验,将6种复配钝化剂[石海剂(LS)、石磷剂(LP)、石殖酸(LH)、海磷剂(SP)、海殖酸(SH)、磷殖酸(PH)]施用在Cd污染土壤中后种植玉米,间作超富集植物伴矿景天(Sedum plumbizincicola)进行研究。结果表明,玉米与伴矿景天间作与单作相比较,玉米单株生物量显著上升了12.2%～52.4%,玉米植株Cd含量显著降低了10.0%～38.9%,玉米Cd转运系数显著降低,伴矿景天单株生物量显著上升了20.3%～73.4%;两种种植模式中,石海剂处理下的玉米单株生物量最大,玉米茎叶中Cd含量最低,符合国家饲料卫生标准,玉米Cd累积量较对照显著降低;间作模式中,石海剂和石殖酸处理下,伴矿景天单株生物量和Cd累积量最大。石海剂+玉米与伴矿景天间作的联合修复模式可以运用在Cd污染农田土壤修复中达到边修复边生产的目的。     

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。     

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。     

不同土壤调理剂对镉污染水稻田控镉效应研究

选用森美思纳米陶瓷材料、楚戈、袁梦牌土壤调理剂、土调1号、改性海泡石五种土壤重金属调理剂,分别在湖南湘潭、湖北大冶、广东韶关、广西河池受重金属镉(Cd)污染水稻田开展大田控镉试验,探讨五种调理剂对不同类型土壤中Cd有效态含量、土壤p H值及稻米Cd含量的影响,结果表明:Cd污染稻田土加入不同土壤调理剂后,土壤p H值提高了0.54~2.06个单位,土壤有效态Cd含量显著降低(P0.05),与对照处理相比,有效态Cd含量下降11.4%~31.8%;施用土壤调理剂,可有效降低稻米Cd含量,与对照相比,森美思纳米陶瓷材料处理中稻米Cd降低了17.1%~44.2%,楚戈处理中降低了14.3%~66.1%,袁梦牌土壤调理剂处理中降低了43.6%~76.8%,土调1号处理中降低了18.2%~80.8%,改性海泡石处理中降低了72.2%~82.7%;施用五种土壤调理剂后水稻产量均未显著减少。     

秸秆还田配施无机改良剂对稻田土壤镉赋存形态及生物有效性的影响

以成都平原德阳市旌阳区Cd污染稻田土为研究对象,通过大田试验研究了秸秆还田下配施无机改良剂对污染稻田土壤Cd形态分布特征及水稻生物有效性的影响。结果表明,秸秆(油菜秆、小麦秆)配合改良剂(海泡石、石灰、钙镁磷肥)施用均显著降低水稻糙米Cd含量,其中油菜秸秆配合海泡石效果较优,降低幅度为36.75%;油菜秸秆配合改良剂(海泡石、石灰、钙镁磷肥)施用提升了茎秆Cd含量(31.46%~140.73%),可能会影响秸秆还田利用。对土壤可交换态Cd含量影响表现为:水稻分蘖期,小麦秸秆配合石灰处理降低50.47%,效果较佳;水稻成熟期,小麦秸秆配合钙镁磷肥处理降低58%,效果较优。回归分析结果表明,土壤Cd形态由有效性较高的形态(可交换态)向有效性较低的形态(铁锰氧化物结合态、有机结合态等)转化,有助于减少水稻根系对Cd的吸收,降低糙米Cd的累积。综上,在抑制土壤活性态Cd,降低水稻Cd积累方面,油菜秸秆还田配合海泡石和小麦秸秆还田配合石灰效果均较优。     

生物炭与肥料复配对土壤重金属镉污染钝化修复效应

通过田间实验,研究了生物炭与有机肥及氮磷钾复合肥复配施用对菜地土壤重金属镉污染钝化修复效应,并探讨了作用机制。结果表明,菜地土壤添加不同钝化材料可显著降低油麦菜地上可食部位Cd的累积量,降幅可达32.6%~54.8%,各钝化处理的菜地土壤有效态Cd含量均出现显著降低,降幅可达7.04%~21.85%,施用生物炭可以显著提高菜地土壤pH值,有利于促进对土壤重金属Cd活性的钝化作用;而施用鸡粪却明显降低菜地土壤pH值,不利于菜地土壤重金属Cd的钝化作用。土壤pH值与油麦菜根部Cd累积量间呈显著的正相关性,但与油麦菜地上可食部位Cd累积量间的相关性并未达到显著性水平。该项研究可为生物炭与有机肥及氮磷钾复合肥复配修复污灌菜地土壤重金属镉污染提供一定的理论基础。