再生水灌溉冬小麦的铅和镉累积分布研究

再生水灌溉对作物重金属含量的影响,是再生水能否安全利用的重要基础问题。通过冬小麦的盆栽试验,研究了再生水灌溉对土壤和冬小麦植株铅、镉含量的影响。结果表明,再生水灌溉对土壤铅、镉含量没有明显的影响,而混灌和轮灌较再生水纯灌可以降低土壤铅含量,但对土壤镉含量没有明显的减低作用。再生水灌溉处理小麦各器官的镉含量分布是根〉叶〉茎〉籽粒,铅含量分布是叶〉根〉茎〉籽粒,叶片铅含量较其他器官高可能与大气铅污染有关。再生水灌溉后,小麦各器官镉含量较清水对照有一定的提高,但铅、镉含量和对照相比差异不显著。应用再生水灌溉,小麦籽粒中铅、镉含量均符合国家食用安全标准,但镉含量较清水灌溉有升高现象,在生产应用中要有所注意。     

生物炭对复合污染土壤—作物中镉砷累积和转运的影响

针对镉砷复合污染土壤中小麦籽粒重金属积累问题,采用生物模拟方法,以镉砷复合污染区土壤为研究对象,探究杏核生物炭(C1和C2分别表示3%和6%生物炭添加量)对复合污染土壤—小麦/玉米系统中镉砷累积和转运的影响。结果表明:添加生物炭(C1、C2)显著降低了小麦季根际/非根际土壤Cd、As有效性,并且小麦籽粒中Cd、As含量分别比CK平均降低19.25%和50.70%,但前者差异不显著。对玉米而言,生物炭C1、C2处理显著降低穗中Cd和As含量,降幅分别为85.67%,61.28%和98.36%,96.48%;此外,施用生物炭显著降低了小麦—玉米体系中镉砷的转运和累积,但对小麦镉由秸秆向籽粒转运及籽粒中镉累积的影响未达显著水平。总之,添加3%生物炭可降低小麦籽粒和玉米穗中镉、砷含量,且对玉米穗中重金属镉、砷降低效果更明显,综合分析生物炭对镉、砷在复合污染石灰性土壤—小麦/玉米体系中迁移和累积的阻控效应,推荐施用3%生物炭为宜。     

受污农田中农作物对重金属镉的富集特征研究

采用湿法消化法研究了浙江省不同地区农田污水灌溉后水体、土壤和多种农作物各器官的镉含量,分析了土壤污染状况及农作物对重金属镉的富集特征。结果表明：污水和受污土壤镉含量极显著相关（R^2=0．617,P〈0．01）。不同农作物对镉的吸收程度不同,富集系数为紫云英〉水稻〉大豆〉大麦〉玉米〉小麦。未受污染农作物和受污农作物根系及地上部镉含量差异明显,但镉富集系数差异不明显。同一农作物不同器官对镉的累积规律为根系〉茎叶〉果实。不同农作物果实的富集系数为紫云英〉大麦〉大豆〉水稻〉小麦〉玉米。对几种农作物富集系数和吸收系数的比较发现,玉米和小麦根系及茎叶等营养器官富集镉的能力较强,但果实富集量却很低。6种农作物对镉的转移系数为玉米〉大麦〉紫云英〉小麦〉大豆〉水稻,且转移系数介于0．50～0．95之间,说明这几种农作物均对镉有很好的耐性。     

田块尺度污染农田土壤铅、镉和砷含量的空间变异及其对土地利用的启示

为了探明铅冶炼污染区田块尺度下农田土壤重金属含量的空间变异及其对污染农田土壤安全利用的意义,在某冶炼厂附近一面积为4800 m2的农田用网格法采集120个0~20 cm土样,测定样品镉、铅和砷含量。研究表明,研究区土壤中存在砷、镉和铅的积累。从平均污染指数来看,以镉的积累程度最大,铅次之、砷最小。土壤全镉含量的变化范围为1.10~3.84 mg kg^-1,镉含量处于1.10~2.27 mg kg^-1之间的样品占97.50%。从重金属空间分布上看,镉和铅含量的空间分布有较高的一致性,均是研究区北部和南部含量较高,中间区域含量较低。相关分析表明,土壤镉和铅含量之间存在显著正相关(P <0.01)。根据土壤铅含量计算稳定铅时所用普通过磷酸钙的用量范围为0.312~0.419 kg m^-2,平均值为0.367 kg m^-2。根据其他研究者得到的土壤全镉含量与小麦籽粒镉含量的相关方程计算,不同方程得到的小麦籽粒镉含量结果有很大差异,较可信的小麦籽粒镉含量变化范围为0.095~0.814 mg kg^-1。采样区中部为小麦籽粒镉含量较低且铅稳定剂需要量较低区域。以上结果表明,研究区田块尺度下土壤镉含量存在较大的空间变异,且土壤镉含量的空间变异导致小麦籽粒镉含量可能存在较大的空间变异。     

基于背景值研究的湖北省香菇重金属风险评估

在湖北地区武汉、鄂州、黄冈等13个市的生产基地、超市/食品店、农贸市场等生产和流通环节采集126个干香菇样品,进行了重金属汞、砷、铅和镉含量检测,统计其集中趋势,并对湖北地区居民通过香菇摄入重金属进行了风险评估。结果表明,湖北地区干香菇中汞、砷、铅、镉含量呈对数正态分布,经格拉布斯准则剔除异常值后,得出干香菇汞、砷、铅、镉的背景值分别为0.013、0.091、0.076和0.104 mg/kg;其95%置信区间为汞0.001~0.017 mg/kg,砷0.070~0.119mg/kg,铅0.059~0.098 mg/kg和镉0.082~0.131 mg/kg。湖北地区香菇中重金属元素背景值含量依次为镉砷铅汞。与GB 2762-2012《食品安全国家标准食品中污染物限量》中食用菌及其制品中重金属限量标准进行比较,发现湖北地区干香菇中汞、砷、铅和镉的背景值仅为限量标准的13.0%、18.2%、7.6%和20.8%,表明湖北地区干香菇重金属含量处于相对较低水平。经暴露评估发现,湖北地区居民通过干香菇摄入汞、砷、铅、镉仅占JECFA推荐的暂定每周允许摄入量的0.04%、0.004%、0.04%和0.26%,认为湖北地区居民通过干香菇摄入汞、砷、铅、镉风险在可承受范围内,对健康不构成威胁。     

根系分泌物与重金属的化学行为研究

通过毛细管电泳测定根系分泌物的组成发现,根系在受到重金属铅、镉或铅-镉共同作用下分泌物种类与对照都有不同程度的变化;透析袋平衡透析方法则证实了根系分泌物与重金属之间存在着络合反应,络合能力的大小与重金属本身的性质有关,小麦根系分泌物对铅的络合能力大于镉。溶解试验表明,小麦分泌物对红壤中铅、镉的溶出没有显著的影响。小麦无菌根系分泌物、非无菌分泌物、非无菌过0.45m分泌物均促进红壤对铅、镉的吸附。其中铅吸附量较对照分别增加了12%,16%,21%;镉吸附量较对照分别增加了66%,102%,72%。     

上海地区畜禽粪便重金属污染特征研究

按照《有机肥料》(NY 525—2012)和台湾省有机肥标准,规模化养殖场畜禽粪便重金属超标率大小依次是锌、铜、砷、汞和镍,超标率达63.1%;不同粪便类型重金属污染情况不一样,猪粪重金属污染程度高低依次为铜、锌、砷、汞铬、镉、铅和镍,禽粪重金属污染程度高低依次为砷、锌、铜、镍、铬和汞铅镉,牛粪重金属污染程度高低依次为铜、锌、砷、镍、铬、镉和汞铅,羊粪重金属污染程度高低依次为汞、锌、铜、镍、铬、镉和砷铅。通过尼梅罗污染指数法计算,猪粪重金属污染程度最严重,其次为禽、羊和牛,猪粪重金属属重污染等级,禽粪便重金属属轻度污染等级,羊、牛粪重金属属警戒级。本文提出科学合理使用饲料添加剂、加强有机肥料科学使用指导工作和逐步建立畜禽粪便重金属、抗生素、致病微生物等有毒有害物质监控体系3项对策措施。     

连云港市水稻主产区土壤和灌溉水重金属含量分析及在稻米中的累积效应

对连云港市水稻主产区的土壤、灌溉水和稻米中重金属含量进行了测定。研究结果表明:(1)该地区水稻灌溉水所含重金属污染较轻,没有对稻米品质造成影响,完全符合无公害稻米生产要求。(2)土壤中砷、铅、镉的平均含量超过国家和江苏省背景值,砷、镉、铬、铅和汞的单项污染指数P<1,污染分担率排序为砷(42.56%)>镉(37.00%)>铬(7.78%)>铅(7.22%)>汞(5.54%),土壤主要以砷、镉污染为主;综合污染指数P综=0.59<0.7,属1级,为安全清洁水平,符合无公害农产品生产基地重金属环境质量要求。(3)稻米中4种重金属污染排序为铅>汞>镉>砷,以铅和汞污染为主;除铅外,稻米中重金属富集效应不明显,徐稻3号累积铅的能力较强,稻米中镉的含量与土壤中pH值存在着负相关关系。     

硒肥对水稻生长及其重金属累积的影响

以大田水稻作为研究对象,分析了不同硒肥量对水稻生长特性及重金属(砷、铬、镉、铅)累积的影响,探讨了通过施硒降低重金属在水稻可食部分含量的可行性。结果发现:施用不同量硒肥(30、60和120 kg/hm2)对水稻分蘖数、株高、单株干物重和产量有促进作用,但差异不显著。施用120 kg/hm2硒肥显著增加了大米中的总硒、无机硒及有机硒的含量,并使有机硒比例增加了16.6%。施用120 kg/hm2硒肥有效抑制了水稻穗部铬和镉的累积量(53%和45%),而对铅无明显抑制作用。施用硒肥促进了硒向精米、糠中转移,同时有效降低了精米中镉、铬、铅的累积量。     

长期施肥对作物铜、铅、铬、镉含量的影响

为了弄清长期施肥对作物重金属含量的影响,利用长期定位试验,研究了不同施肥措施对小麦、水稻铜、铅、铬、镉含量的影响,并对其籽粒中重金属的含量进行了安全性评价,结果表明,长期施肥影响了小麦和水稻中铜、铅、铬、镉的含量,小麦、水稻籽粒中铅、铬、镉含量长期施肥处理均明显增加,其中铅、铬含量都超过了国家食品卫生标准,施磷处理水稻籽粒中镉含量也严重超标.小麦、水稻对土壤铜和铬的富集能力较强,对铅、镉的富集能力较小;小麦对铬和铜的富集能力大于水稻,其富集系数分别是水稻的2.5倍和2.8倍.而水稻对镉的富集能力大于小麦,富集系数是小麦的2.1倍.     

漳州市农业土壤重金属现状、分析及防治

调查漳州市农业土壤重金属Hg、As、Cr、Cd、Pb背景值及污染现状,调查结果,漳州市农业土壤重金属背景值相对较低。其现状为,Hg、As、Cd、Pb含量高于背景值1~4倍(Cr除外),特别是Hg和As为高污染元素。按土壤类型划分,水稻土土类重金属含量高于赤红壤土类(Hg除外);按土地利用方式划分,水田>菜地>果园;按流域划分,九龙江流域农业土壤重金属含量高于非九龙江流域(Cr除外)。污染源以农业污染为主,工业污染相对较轻。     

Uptake of Microelements by Crops Grown on Heavy Metal–Amended Soil

Abstract

A small‐plot field experiment on microelement pollution (Aluminum (Al), Arsenic (As), Cadmium (Cd), Chromium (Cr), Copper (Cu), Mercury (Hg), Lead (Pb), Zinc (Zn)) was initiated in 1994 at Tass‐puszta Model Farm of Gyöngyös College, Hungary. The experimental plants were winter wheat (Triticum aestivum L. emend. Fiori et Pool.) in 1995, maize (Zea mays L.) in 1996, and sunflower (Helianthus annuus L.) in 1997. Plant samples were taken each year during the vegetation period at phenophases characterized by intensive nutrient uptake. The Al content of crops was not influenced by Al load of the soil. Arsenic accumulation was not considerable in the grain with the highest As load. Cadmium accumulation was significant both in vegetative and reproductive parts of crops with increasing Cd loads of the soil. The Cd content was about 10–40 times higher in treated sunflower seeds than in the control; as a result the seeds were not suitable for consumption. Cadmium can accumulate in the reproductive tissue, so it is a real risk in the food chain. In the first year, Cr(VI) had a toxic effect on wheat, but it was not mobile in the soil–plant system. Vegetative parts of winter wheat accumulated significant amounts of Hg, but maize and sunflower seeds did not accumulate Hg. Lead, Cu, and Zn showed only moderate enrichment in crops following increasing loads in the soil.     

综述巴基斯坦农田土壤污水灌溉技术

Raw sewage is widely used on agricultural soils in urban areas of developing countries to meet water shortages. Although it is a good source of plant nutrients, such sewage also increases the heavy metal load to soils, which may impact the food chain. Management options for sewage contaminated soils includes addition of nontoxic compounds such as lime, calcium sulfate and organic matter, which form insoluble metal complexes, thus reducing metal phytoavailability to plants. In this paper we review the variation in irrigation quality of sewage at different sites and its impact on the quality of soils and vegetables. Although quality of sewage was highly variable at source, yet the effluent from food industries was relatively safe for irrigation. In comparison effluent samples collected from textile, dyeing, calendaring, steel industry, hospitals and clinical laboratories, foundries and tanneries were hazardous with respect to soluble salts, sodium adsorption ratio and heavy metals like zinc, copper, iron, manganese, nickel, cobalt and cadmium. The sewage quality in main drains was better than that at the industry outlet, but was still not safe for irrigation. In general, higher accumulation of metals in fruits and vegetable roots was recorded compared to that in plant leaves. Edible parts of vegetables (fruits and/or leaves) accumulated metals more than the permissible limits despite the soils contained ammonium bicarbonate diethylenetriaminepentaacetic acid extractable metals within a safe range. In either case further scientific investigations are needed to ensure safe management strategies. Cadmium appeared to be the most threatening metal especially in leafy vegetables. It is advisable to avoid leafy vegetables cultivation in sewage irrigated areas everywhere to restrict its entry into food chain.     

Effects of Wastewater Irrigation on Physicochemical Properties of Soil and Availability of Heavy Metals in Soil and Vegetables

The present study investigated the impact of irrigation with wastewater on nutritional property and heavy‐metal concentrations in the soil and consequent accumulation in vegetables at sites having long‐term uses of wastewater for irrigation. Samples of irrigation water, soil, and root and shoot parts of palak plants were analyzed to determine the concentration of heavy metals. Wastewater irrigation led to increases in the total and phytoavailable heavy‐metal concentrations in the soil at all the sites. Heavy‐metal concentrations in soil under wastewater irrigation were negatively and positively correlated with soil hydrogen potential (pH) and organic carbon (OC), respectively. The enrichment factor and metal pollution index were higher at wastewater‐irrigated sites as compared to the clean water–irrigated ones. The study concludes that wastewater irrigation modified the physicochemical properties of the soil, leading to more availability of heavy metals in the soil and consequently to the plant.     

珠江三角洲典型区域土壤重金属污染探查研究

以珠江三角洲典型区域研究高强度经济开发下土壤环境中重金属污染的状况。测定了84份样品中铜、锌、镉、铬、铅的含量水平。土壤中镉、铬、铅、镍、铜、锌的含量分别在0.166～0.433mgkg-1、2.28～94.28mgkg-1、20.36～143.3mgkg-1、2.29～63.55mgkg-1、4.8～65.1mgkg-1、10.06～131mgkg-1之间。从分析结果可以看出,镍、铅等元素在有些地方普遍偏高,且有的极为明显,已高出背景值108.3mgkg-1。其他元素也存在不同水平的富集,普遍高出背景值。     

徐州矿区充填复垦场地作物重金属含量研究

为了了解矿区充填复垦土壤重金属污染状况和复垦场地主要作物的重金属含量情况,通过场地采样试验与室内检测相结合的方法,对不同作物不同部位的砷、镉、铬、汞、铅、铜和锌等重金属含量进行了测定,并进行了相关的分析和研究。结果表明:作物在生育阶段不同部位对不同元素的敏感性不同;复垦场地红豆幼苗受重金属的污染较轻,而小麦和水稻则较严重;复垦场地应改变耕作制度,种植红豆或者利用红豆充当先锋作物。     

石河子地区冬小麦生育期需水量变化特征及其气候成因

[目的]探究作物生育期需水量的变化趋势及其与气象因子的关系,为气候变化下农作物灌溉排水决策提供理论基础。[方法]基于联合国粮农组织(FAO)推荐的参考作物蒸散计算方法和相关作物系数,利用石河子地区1954—2012年逐日气温、降水、日照时数、风速、相对湿度等资料,计算石河子地区冬小麦近59a作物需水量和灌溉需水量,并探究其气候趋势变化的影响。[结果](1)过去50a,石河子垦区冬小麦需水量总体呈增加趋势,越冬—返青期增势最为明显(气候倾向率为2.65mm/10a);拔节—抽穗期冬小麦需水量最大,为130.23mm。(2)灌溉需水量总体呈减少趋势,其中拔节—抽穗期灌溉需水量最大(平均值为88.65mm)且减少趋势最为明显(气候倾向率为-3.11mm/10a)。(3)气象因子对冬小麦不同生育期的需水量和灌溉需水量有很强的相关性,其中冬小麦生育后期需水量与气象因子有极强的相关性;气象因子中,降水对于灌溉需水量影响最大。[结论]气候变化下,石河子地区冬小麦作物需水量呈增加趋势,但降雨量的增加趋势下,灌溉需水量总体呈减少趋势。     

微咸水灌溉对土壤水盐动态与春小麦产量的影响

为了探究合理的微咸水灌溉利用模式,分别于2007年和2008年在宁夏银北惠农引黄灌区开展微咸水灌溉试验,研究了该地区微咸水灌溉对土壤水盐动态、春小麦产量的影响。研究结果表明：表层（0～30 cm）土壤含水率和含盐量变化较大,而30 cm以下土层的含水率和含盐量变化相对较小。渠灌条件下,春小麦全生育期内土壤根区（0～90 cm）处于明显的脱盐状态,而井渠混灌处理即使在相对干旱的年份也可保持根区土壤的盐分平衡,但井灌处理根区则出现明显积盐现象。春小麦耗水量和水分利用效率均随着灌水矿化度的增加而降低。与渠灌相比,井渠混灌模式的春小麦减产较小,而井灌处理的减产为20%～30%。在银北惠农地区,采用井渠1︰1的混灌模式是春小麦的适宜微咸水灌溉利用 模式。     

华北典型区域农田耗水与节水灌溉研究

本文总结了中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心围绕华北典型地区冬小麦-夏玉米一年两熟开展的节水灌溉研究。在位于华北中北部的中国科学院栾城农业生态系统试验站的定点试验结果显示,从1980年到2017年,在充分灌溉条件下冬小麦产量增加55.7%、夏玉米产量增加59.7%。冬小麦生育期耗水(ET)从400 mm增加到465 mm;玉米耗水年平均稳定在375 mm左右;年耗水量从777.0 mm增加到834.4 mm;满足冬小麦、夏玉米生育期耗水条件下,年灌溉需水量平均300 mm,必须减少灌溉用水和田间耗水,才能解决区域地下水超采问题。研究发现在限水灌溉条件下,冬小麦拔节期1次灌溉可显著促进作物营养生长和根系生长,利于后期土壤水分高效利用,在维持作物稳产基础上,比充分灌溉年节水165.2 mm。研究发现进一步利用小定额灌溉技术,通过增加灌水频率、缩减次灌水量,可增加有限水对作物的有效性,实现作物根系、土壤水分和养分在空间上的耦合,进一步提升有限灌溉对作物的增产作用。只考虑维持播种时良好土壤水分条件、生育期不进行灌溉的最小灌溉模式,与充分灌溉模式相比,产量减少28%,但可节约灌溉水69%,田间耗水减少43%,水分利用效率提高13%,年耗水量维持在560 mm左右。相对于减熟制节约灌溉水措施,冬小麦-夏玉米一年两季最小灌溉模式总产量高于两年3作5.5%~12.0%,年耗水量低于两年3作10%~13%,可显著消减减熟制带来的休闲期土壤蒸发损失。因此,实施冬小麦、夏玉米生育期节水灌溉,如最小灌溉、关键期灌溉,可大幅度降低灌水量和作物生育期耗水量,同时又能维持一定的生产能力,是华北实施地下水限采措施下应优先考虑的技术选择。