磷灰石等改良剂对重金属铜镉污染土壤的田间修复研究

通过田间小区试验,研究了磷灰石、石灰、木炭、猪粪、铁粉5种改良剂对Cu、Cd复合污染土壤的改良效果。结果表明,石灰、磷灰石、木炭、猪粪降低了土壤溶液中重金属Cu、Cd的含量,提高了土壤溶液的pH,但改良效果随着时间的推移不断降低。磷灰石、石灰、木炭的加入显著降低了有效态Cu含量,但对有效态Cd含量影响较小。与猪粪相比,磷灰石、石灰、木炭显著增加了黑麦草生物量,提高了对重金属Cu、Cd的吸收能力,对该污染土壤的修复具有实践应用价值。     

纳米羟基磷灰石对重金属污染土壤Cu/Cd形态分布及土壤酶活性影响

通过室内培养实验,研究了纳米羟基磷灰石对重金属污染土壤Cu/Cd形态分布及土壤酶活性的影响。结果表明,施加纳米羟基磷灰石显著提高了土壤pH,其中3%和5%添加剂量处理60 d后使土壤pH分别提高了1.23个和1.35个单位;纳米羟基磷灰石显著减少了毒性较强的离子交换态Cu/Cd的含量,增加了毒性中等的碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态及毒性最低的残留态Cu/Cd含量,使Cu/Cd由植物可利用态向潜在可利用态转变;纳米羟基磷灰石不同程度地提高了土壤过氧化氢酶、脲酶和酸性磷酸酶活性。3种酶活性与Cu/Cd形态分布的相关性表明,过氧化氢酶和酸性磷酸酶对土壤重金属Cu/Cd活性变化比较敏感,可以作为重金属Cu/Cd污染土壤的评价指标。     

磷灰石联合黑麦修复铜污染土壤研究

通过田间试验研究了不同剂量磷灰石(10、20、30、50 g/kg,编号分别为LH1、LH2、LH3和LH4)与黑麦联合作用对Cu污染土壤的修复效果,重点考察了磷灰石对黑麦生物量及Cu吸收、土壤pH及Cu形态转化、土壤酶活性、植物生理指标等的影响。试验结果表明,磷灰石显著提高了土壤pH、黑麦生物量及其Cu吸收量,显著降低了黑麦地上部分及根系Cu含量,其中LH3处理黑麦Cu吸收量最高,达到对照处理的33.38倍;与对照相比,LH1、LH2、LH3和LH4处理土壤可交换态Cu含量显著降低了37.0%、58.9%、89.0%和83.3%,碳酸盐结合态Cu含量显著增加了46.6%、63.1%、78.0%和93.3%;与对照相比,LH2、LH3和LH4处理显著提高了土壤磷酸酶、过氧化氢酶和脲酶活性,显著提高了黑麦SOD和POD酶活性,显著降低了黑麦MDA含量。综合而言,施用30 g/kg的磷灰石并种植黑麦能够很好地修复Cu污染土壤。     

四种改良剂对铜和镉复合污染土壤的田间原位修复研究

研究了石灰、磷灰石、蒙脱石和凹凸棒石对冶炼厂周边Cu、Cd污染土壤的原位修复效果。以黑麦草(Lolium perenne L.)作为田间修复植物,采用植物重金属吸收性、土壤重金属化学提取性及土壤溶液重金属浓度变化等作指标来评价修复效果,并研究了黑麦草对Cu、Cd的吸收与土壤、土壤溶液中Cu、Cd含量的相关性。结果表明,石灰高添加剂量(石灰占污染土壤耕作层质量的0.4%)处理黑麦草对重金属的富集效果最好,显著降低了重金属毒性,促进了黑麦草的生长及其对重金属的富集;石灰和磷灰石各添加剂量均显著降低了污染土壤交换态Cu含量;石灰、磷灰石和蒙脱石各添加剂量均显著提高了土壤溶液pH并显著降低了其Cu、Cd浓度。黑麦草地上部、根中Cu浓度与土壤交换态Cu及土壤溶液Cu浓度呈显著或极显著正相关关系。     

大棚辣椒连作土壤微生物数量、酶活性与土壤肥力的关系

选取不同连作年限的辣椒大棚土壤和相邻露地小麦-辣椒轮作土壤(对照),研究了大棚辣椒连作土壤微生物数量、酶活性与土壤肥力的关系。结果表明,连作土壤养分含量显著高于对照,而pH值显著低于对照;土壤细菌,放线菌数量随连作年限延长呈先增加后降低的趋势并高于对照,而真菌数量不断增加;连作土壤酶活性含量均显著高于对照。土壤细菌数量与土壤有机质、全磷呈显著相关性,真菌数量与土壤养分无显著相关性,放线菌数量、过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶活性与pH值呈显著负相关性,与养分呈显著相关性。土壤全磷、全氮、pH值对微生物数量的影响较大,而全氮、pH值对土壤酶活性的影响较大。     

磷灰石和石灰稳定化修复对污染土壤铜和镉垂直迁移的影响

大量改良材料被用于重金属污染土壤的稳定化修复,但是不同用量的改良材料长期田间修复后重金属总量和有效态在不同土层的垂直分布特征鲜有研究涉及。本研究采集不同剂量的磷灰石和石灰稳定化修复的0~13、13~30和30~50 cm土层污染土壤,考察铜和镉总量及有效态含量在不同土层的分布特征。结果表明:随着磷灰石和石灰用量的增加,显著降低了0~13 cm土层土壤交换性酸和交换性铝,增加了土壤全钙的含量,且磷灰石处理提高了土壤全磷和速效磷含量。0~13 cm土层土壤pH、总铜和总镉含量均随着磷灰石和石灰用量的增加而逐渐增加,但是降低了13~30和30~50 cm土层土壤总铜和总镉含量。3个土层中铜和镉有效态含量均随着磷灰石和石灰用量的增加而显著降低,其中23.2 g/kg磷灰石处理和4 g/kg石灰处理土壤有效态铜含量降低85.1%和92.0%,有效态镉降低18.8%和23.5%。相关性分析表明,土壤pH和铜镉总量是影响铜镉有效性的主要因素。可见,磷灰石和石灰的应用使铜和镉较好地固定在土壤表层,减少铜和镉向下层土壤的淋溶,降低了铜和镉的有效性。     

重金属Cd、Zn、Cu和Pb复合污染对土壤生物活性的影响

通过野外土样采集及室内培养试验(25℃),研究了云南东川铜矿区土壤酶和微生物特征,以及模拟重金属Cd、Zn、Cu、Pb复合污染对土壤微生物和酶活性的影响。结果表明,矿区土壤(距矿口0~800 m)重金属污染严重,Pb、Cd、Zn、Cu全量和有效含量是对照土壤(距矿口10 000 m)的3.7~141.0倍和2.2~773.2倍;距矿口越近,土壤有机质、有效氮、有效磷和速效钾含量及土壤pH亦越低,土壤酶活性和土壤微生物数量、微生物生物量碳和氮受到的抑制程度也显著增强。与对照土壤相比,距矿口0~800 m的土壤蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶和脱氢酶活性分别降低25.5%~47.3%、22.6%~74.2%、30.9%~83.1%、16.7%~69.1%和34.6%~92.3%;细菌、放线菌和真菌数量分别较对照下降30.5%~80.1%、8.1%~49.9%和3.3%~8.3%。土壤酶中的酸性磷酸酶和过氧化氢酶,土壤微生物中的细菌对重金属污染较为敏感。恒温(25℃)培养试验中,低量的Cd、Zn、Cu、Pb复合污染刺激了土壤酶活性和细菌、真菌、放线菌、微生物生物量碳和氮的数量,但高量的Cu、Zn、Pb、Cd复合污染使土壤酶活性、细菌、真菌、放线菌、微生物生物量碳和氮均显著下降。重金属Cd、Zn、Cu、Pb之间存在着一定的协同或拮抗作用,Cd、Zn、Cu和Pb之间在微生物生物量碳和氮上表现出明显的协同效应,Pb与Cd、Zn、Cu对细菌数量的复合效应机制为拮抗效应,Cd、Zn、Cu和Pb对真菌数量和放线菌数量的复合效应机制表现为协同效应和拮抗效应并存。     

羟基磷灰石–植物联合修复对Cu/Cd污染植物根际 土壤微生物群落的影响

针对江西贵溪Cu、Cd重金属污染土壤,通过田间试验,比较无机生物材料羟基磷灰石及3种植物(海州香薷、巨菌草、伴矿景天)与羟基磷灰石联合修复对土壤总Cu、Cd的吸收及对活性Cu、Cd的钝化吸收能力差异。采用磷脂脂肪酸(PLFA)分析法,比较不同修复模式对土壤微生物群落结构的影响,以评估土壤微生态环境对不同修复措施的响应。研究结果表明:羟基磷灰石的施加可显著提高土壤pH,并有效钝化土壤活性Cu、Cd含量,但对土壤总Cu、Cd的含量影响较小。植物与羟基磷灰石的联合修复在显著降低土壤活性Cu、Cd(P0.05)的同时,减少了植物根际土壤总Cu、Cd的含量(P0.05)。不同修复措施对土壤微生物群落组成影响差异明显。单独施加羟基磷灰石与土壤真菌群落呈显著正相关,使土壤真菌生物量提高,从而引起真菌/细菌(F/B)的升高。植物与羟基磷灰石的联合修复可有效缓解土壤真菌化的趋势,其中巨菌草与羟基磷灰石的联合修复可有效提高土壤革兰氏阳性、革兰氏阴性细菌生物量及多样性,降低F/B值,从而降低土壤真菌病害的风险。不同植物根系活性代谢引起有机质的积累促进植物与羟基磷灰石处理中根际有机碳含量显著提高。聚类增强树(Aggregated boosted tree,ABT)分析结果表明:不同修复模式是影响土壤微生物群落的重要因素,其次土壤pH和Cu的含量及活性也是改变重金属污染区域微生物群落的因子。该研究从微生物群落结构角度解释了植物与羟基磷灰石联合修复对土壤微生态体系的作用,为开展Cu、Cd等重金属污染地植物与无机生物材料的联合修复方式的筛选及实施提供可靠的理论依据。     

施用生物炭和石灰对土壤镉形态转化的影响

通过室内培养试验,比较石灰、生物炭及生物炭和石灰配施3种改良剂作用下镉污染草甸土中土壤镉各形态转化以及pH的影响。结果表明,土壤添加生物炭培养60d,土壤pH呈随时间增加逐渐增加的趋势,而添加石灰和生物炭与石灰配施处理,土壤pH呈现先增加至最大值而后缓缓降低趋于稳定的趋势,但均显著高于对照。各改良剂的施用均显著降低土壤可交换态Cd含量,与CK处理相比,添加生物炭、石灰和生物炭石灰混合改良剂后,土壤可交换态Cd含量分别降低8.6%~13.7%,17.8%~21.7%和18.4%~23.3%。相关分析结果表明,土壤可交换态Cd含量与土壤pH之间均存在极显著的负相关关系(R2=0.74)。土壤添加改良剂后,显著降低土壤可交换态Cd比例,增加碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态和残渣态Cd比例,从而降低土壤重金属的生物有效性。     

重金属Cd、Zn、Cu、Pb复合污染对土壤微生物和酶活性的影响

通过野外土样采集及室内测定,研究了云南东川铜矿区土壤酶和微生物特征,并采用盆栽试验研究了重金属Cd、Zn、Cu、Pb复合污染对土壤微生物和酶活性的影响。结果表明,距离矿口越近,土壤有机质、有效N、P、K的含量、土壤pH值亦越低,土壤酶活性和土壤微生物数量、微生物生物量C和N受到的抑制程度也增强,其中土壤酶中的酸性磷酸酶和过氧化氢酶,土壤微生物中的细菌对重金属污染较为敏感。盆栽试验中,Cd、Zn、Cu、Pb复合污染使白菜(Brassica rapapekinensis)生物量明显下降,且随复合污染程度的增加,白菜生物量下降幅度增加。Cd与Zn、Cu、Pb,Zn与Cd、Cu、Pb,Cu与Cd、Zn、Pb的复合效应机制为协同效应,而Pb与Cd、Zn、Cu的复合效应机制为拮抗效应。重金属Cu、Zn、Pb、Cd复合污染使土壤酶活性显著降低,但低量的Cd、Zn、Cu、Pb复合污染刺激了细菌、真菌、放线菌、微生物生物量C和N。重金属Cd、Zn、Cu、Pb对土壤酶活性和土壤微生物数量及微生物生物量C和N的复合效应机制表现出协同和拮抗效应。     

生物炭对铜矿区污染土壤微生物活性及香根草富集铜、镉、铅的影响

矿区土壤易发生重金属污染,是土地资源利用和维护的一大难题。以铜矿区污染土壤为研究对象,按质量比添加0,1%,2%,4%,10% (w/w)的生物炭,进行香根草室内盆栽试验。研究添加生物炭对土壤pH和微生物活性、香根草富集与转运重金属的影响,探明重金属形态含量与生物炭、微生物活性的相关性,旨在为生物炭与香根草联合修复矿区重金属污染土壤提供理论参考。结果表明:生物炭的添加能提高土壤pH,显著提高土壤FDA水解酶、蔗糖酶和脲酶活性,显著促进土壤基础呼吸,但对土壤微生物量碳无显著影响;生物炭的添加使香根草生物量显著增大,降低土壤Cu和Pb的有效态占比,Cd的变化与此相反;添加生物炭促进香根草对Cd和Pb的富集,降低香根草对Cu的富集,减少Cu、Cd和Pb在香根草体内的转运,因此香根草可作为Cu、Cd和Pb的稳定化植物。土壤蔗糖酶活性与香根草叶片Cu、Cd和Pb含量、有效态和残渣态Cu含量呈显著正相关,土壤基础呼吸与叶片Cu、Cd和Pb含量、有效态Cu、Pb含量呈显著负相关,而与有效态Cd含量呈显著正相关。总之,生物炭可减弱矿区土壤重金属对香根草生长的毒害作用,并促进香根草对重金属的富集,两者结合可改善铜矿区污染土壤的理化性质和微生物活性,有利于重金属污染土壤修复,改善土壤质量。     

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。     

施肥结构对冷浸田土壤肥力及水稻生长的影响

冷浸田因长期受冷泉水浸渍,土体封闭,难以通气与氧化,土壤溶液Eh下降,有效养分低,水稻产量低。本研究通过田间小区试验和动态取样与室内测定,探求了单质化肥、稳定性肥、复合肥配施生鸡粪和熟鸡粪等施肥方式对冷浸田土壤肥力及水稻生长的影响。结果表明:与单质化肥处理比较,复合肥与熟鸡粪配施处理土壤松结态腐殖质占重组腐殖质的比例提高10.8%,紧结态腐殖质占重组腐殖质的比例降低15.5%,土壤有机质和活性有机质含量分别提高8.9%和4.0%,土壤阳离子交换量提高10.2%,早稻土壤细菌数和微生物活性分别提高390.0%和13.0%;同时土壤磷酸铝盐和磷酸钙盐含量分别提高40.0%和28.0%,且磷酸铝盐和磷酸钙盐占无机磷总量的比例提高,闭蓄态磷占无机磷总量的比例降低,促使土壤中难溶性磷向易溶性磷转化,提高土壤有效磷含量;最终早稻磷、钾吸收量分别提高14.0%和127.0%,早、晚稻产量分别增加11.0%和8.0%。由此得出,有机无机平衡施肥是适合于冷浸田土壤培肥、水稻增产的施肥方式。     

Copper fungicide residues in Australian vineyard soils

Copper (Cu) concentrations were measured in Australian vineyard soils to assess the extent and magnitude of Cu accumulation resulting from the use of Cu-based fungicides and to indicate the likely risks to long-term soil fertility. Soil samples were collected from 98 vineyards across 10 grape-growing regions of Australia and analyzed for total Cu concentrations. Ninety-six percent of vineyards surveyed had elevated Cu concentrations in soil compared to the background Cu concentrations in nearby soil in its native state. Concentrations of total B, Co, Cr, Pb, and Zn were similar to background concentrations and below reported toxicity guideline values. Cu concentrations in Australian vineyard soils were generally much lower (6-150 mg kg (-1)) than those reported in the soils of vineyards in parts of Europe (i.e., 130-1280 mg kg (-1)). Concentrations of total Cu were generally below those concentrations reported to cause lethal effects to soil invertebrates; however, Cu exceeded concentrations known to cause sublethal effects (i.e., inhibit growth, affect reproduction, induce avoidance behavior) to those (or related) invertebrates.     

Copper-Use Efficiency in Dry Bean Genotypes

Copper (Cu) is an essential micronutrients and its deficiency has been reported in many crops including dry bean. A greenhouse experiment was conducted to evaluate thirty dry bean genotypes (G) for Cu-use efficiency. The Cu levels used were low (natural soil level) and adequate [10 mg Cu kg^?1 soil, applied with copper sulfate (24 percent Cu)]. Straw yield, seed yield, number of pods per plant, seed per pod, seed harvest index (SHI), maximum root length (MRL), and root dry weight (RDW) were significantly affected by Cu and genotype treatments. The Cu × G interactions were also significant for these traits, indicating variation in genotype responses with the variation in Cu levels. Based on seed yield efficiency index (SYEI), genotypes were grouped in three classes: Cu efficient, moderately Cu efficient, and Cu inefficient. Fifty-three percent of the genotypes were classified as efficient, 40 percent were classified as moderately efficient, and 7 percent were classified as inefficient in Cu-use efficiency.     

Accumulation and distribution of copper and zinc in soils following the application of pig slurry for three to thirty years in a microwatershed of southern Brazil

The application of pig slurry to soil can result in the accumulation of soil Cu and Zn, alter soil Cu and Zn fractions, and result in soil, surface water, and subsurface water contamination. This study evaluated the accumulation and distribution of Cu and Zn in soil profiles from 10 areas treated with pig slurry for 3–30 yr. A microwatershed within the municipality of Braço do Norte in the state of Santa Catarina and in the southern region of Brazil was studied. Hapludalf soil samples were collected at depths of 0.0–0.05, 0.05–0.10, 0.10–0.20, 0.20–0.30, and 0.30–0.40 m from 10 areas where pig slurry had been applied for 3–30 yr. The soil samples were dried, prepared, and analyzed to determine their chemical characteristics, particularly to quantify their Cu and Zn fractions. Although long-term pig slurry application resulted in greater available Cu and Zn concentrations in the surface soil layer, the migration of available Cu in the soil profile only occurred in areas that were subjected to more than 17 yr of slurry application. The application of pig slurry increased the available Cu and Zn contents in the surface soil layer; however, the available Cu in the soil profile increased in the areas with more than 17 yr of slurry application. Cu accumulation mainly occurred in the organic and mineral soil fractions, and Zn accumulation mainly occurred in the mineral fraction. Overall, Cu posed a greater risk for surface water contamination than Zn, especially in areas with more than 17 yr of pig slurry application.     

生物质炭与氮肥配施降低水稻重金属含量的盆栽试验

针对重金属污染严重的土壤,探索施用氮肥和生物质炭减少水稻重金属吸收的可行性。该研究采用盆栽试验,选用生物质炭、硫硝铵氮肥(简称普通氮肥)和含硝化抑制剂3,4-二甲基吡唑磷酸盐的硫硝铵氮肥(简称3,4-dimethylpyrazolephosphate,DMPP氮肥),设置了5种处理包括对照即未添加氮肥和生物质炭、普通氮肥添加、DMPP氮肥添加、生物质炭+普通氮肥添加和生物质炭+DMPP氮肥添加,研究了不同处理对水稻华航丝苗(Oryza sativa L.)生长和重金属Cu、Zn和Cd吸收特性的影响。结果表明,不配施生物质炭时,DMPP氮肥对水稻籽粒产量无显著(P0.05)影响;生物质炭与普通氮肥或DMPP氮肥配施均能增加水稻籽粒产量:与单施普通氮肥相比,生物质炭与普通氮肥配施水稻籽粒产量显著(P0.05)增加20.3%;与单施DMPP氮肥相比,生物质炭与DMPP氮肥配施水稻籽粒产量显著(P0.05)增加49.3%。与不施肥对照相比,生物质炭与DMPP氮肥配施能降低籽粒Cu、Zn和Cd含量,其籽粒Cu、Zn和Cd质量分数分别显著降低20.0%、21.4%和11.6%。未配施生物质炭时DMPP促进Cu从秸秆向籽粒的转移,配施生物质炭时DMPP促进Cu和Cd从根向秸秆的转移;生物质炭与不同氮肥配施对水稻籽粒/秸秆和秸秆/根Cu、Zn和Cd转运系数的影响因配施氮肥品种不同而存在差异。综上,生物质炭与DMPP氮肥配施可降低籽粒中重金属Cu、Zn和Cd质量分数,促进水稻生长,增加水稻籽粒产量,适宜在多重金属污染稻田施用。     

Cd Pb污染土壤中蛋白酶酸性磷酸酶脱氢酶活性的变化

通过现场采样及室内分析方法,研究了Cd、Pb严重污染的土壤中蛋白酶、酸性磷酸酶和脱氢酶活性的变化及其与土壤Cd、Cu、Pb、Zn含量和土壤基本性质之间的关系。通径分析表明,影响蛋白酶活性主要直接因素为土壤有效Cd、土壤有效Zn、砂粒和黏粒,其中土壤有效Zn刺激了酶活性而土壤有效Cd抑制了酶活性;影响酸性磷酸酶活性主要直接因素为碱解氮、速效磷、pH值,土壤有效Cu、土壤有效Cd、土壤有效Pb、土壤有效Zn对酸性磷酸酶的直接影响较小;影响脱氢酶活性主要直接因素为土壤有效Cd、土壤有效Zn、土壤速效钾,其中土壤有效Cd抑制了酶活性而土壤有效Zn刺激了酶活性。总体而言,4种重金属有效态对酶活性毒性大小依次为：Cd〉Cu〉Pb〉Zn。综合简单相关分析结果可知,总体上Cu、Cd、Pb、Zn复合污染刺激了蛋白酶活性,抑制了脱氢酶活性,对酸性磷酸酶活性影响不大,脱氢酶可作为上述土壤重金属复合污染的指标。3种土壤酶活性变化是重金属与土壤理化性质综合作用的结果。     

长期施肥对菜田土壤微量元素有效性的影响

利用田间试验研究了长期定位施用有机肥和氮、磷、钾化肥对菜田土壤重要微量元素有效性的影响。结果表明,长期施用氮肥会提高土壤有效态铁、锰、锌、铜含量,随着氮肥用量增加,土壤酸化程度加重,土壤中铁、锰、锌、铜有效性亦随之增强。磷、钾化肥能够提高土壤有效铁、锰含量,对土壤锌有效性不会产生明显影响,在一定范围内可以提高土壤有效性铜含量,但效果不明显。长期施用有机肥对土壤微量元素的影响与配施的化肥种类有关。土壤有效铁、锰、铜含量与土壤pH呈极显著负相关,而有效锌含量与pH相关性不明显,而且关系比较复杂。总之,影响微量元素有效性的首要因素是土壤酸碱度。