钝化剂对污染土壤汞钝化效果及辣椒吸收汞的影响

  目的  探究三种钝化剂（碳酸钙、氧化钙和硅酸钙）对污染土壤汞（Hg）的钝化效果及辣椒吸收汞的影响。  方法  以贵州万山汞矿区汞污染耕地土壤为研究对象,以碳酸钙、氧化钙和硅酸钙为钝化材料,采用盆栽试验方法,研究三种钝化剂对土壤pH、汞化学形态和有效汞变化的影响,同时考查在外源钝化剂的驱动下,辣椒植株汞含量和汞转运系数的变化特征。  结果  碳酸钙、氧化钙和硅酸钙的施用分别使土壤pH提高0.74 ~ 2.28、2.11 ~ 5.24和1.79 ~ 2.62个单位,土壤活性态汞含量显著降低,残渣态汞含量显著升高,有效汞含量显著降低,且施加0.1%的氧化钙对土壤有效汞降低效果最佳。三种钝化剂均可使辣椒根、茎和果实汞含量降低,且随着钝化剂施加量的增加而降低,其中氧化钙对辣椒根部汞含量降低效果最好。三种钝化剂对辣椒植株各组织汞转运的影响存在差异,施用三种钝化剂均可促进辣椒根中汞向茎和叶中转运,但抑制辣椒根中汞向果实转运。  结论  三种钝化剂均可作为汞污染土壤的钝化修复材料,且均显著抑制辣椒吸收汞,其中,0.1%的氧化钙对土壤汞的钝化修复效果更好,值得推广应用。     

生物炭与叶面硒肥联合施用对生菜吸收镉及土壤镉形态的影响

  目的  为探明生菜吸收富集镉的能力对生物炭与叶面硒肥的响应程度,抑制有毒有害元素镉的吸收。  方法  通过盆栽试验,以生菜为研究对象,在镉污染土壤中添加生物炭,并在生菜叶片上喷硒处理,探索了生物炭与叶面喷硒的联合施用对镉污染土壤理化指标（pH和有机碳）和土壤不同形态镉含量以及对生菜镉吸收累积的影响。  结果  ① 土壤中添加生物炭与叶面硒肥都可以有效降低生菜可食部镉含量,其中喷施低浓度硒的效果更好。当生物炭添加量为30 g kg?1,叶面喷硒浓度为1 mg L?1时,生菜地上部镉含量由0.314 mg kg?1降至0.049 mg kg?1,低于国家食品安全标准（GB 2762—2017）中规定的叶菜类镉限量值0.20 mg kg?1。② 镉胁迫下,添加生物炭与叶面硒肥的交互作用对生菜镉含量和镉富集与转运能力均产生了显著性的影响,相对于生菜根部镉含量,添加生物炭的效应高于叶面硒肥的效应,而对于地上部镉含量,叶面硒肥的效应高于添加生物炭的效应。③ 生物炭添加可通过改善土壤pH和有机碳含量降低酸可提取态、可还原态、可氧化态镉的比例,增加残渣态镉的比例,从而有效地降低生菜对土壤中镉的吸收累积,减少生菜中镉含量。  结论  综合来看,生物炭与叶面硒肥联合施用可以降低生菜镉含量,其效果明显高于两者单独施用的效果,为无公害蔬菜的种植提供理论指导。     

氧化钙改性坡缕石对水稻土中Cd污染的钝化效果研究

在钝化实验和盆栽实验中利用土壤理化性质、Cd形态分布、有效态Cd、以及玉米幼苗生长等因素来分析5种比例氧化钙改性坡缕石（1∶1、2∶1、3∶1、4∶1和5∶1,质量比）的施加对水稻土中Cd污染的钝化效果。结果表明:氧化钙改性坡缕石可以显著提高土壤pH、阳离子交换量和电导率。与对照相比,5种氧化钙改性坡缕石使DTPA提取态、TCLP提取态、酸溶态Cd含量分别降低了3.44% ~ 23.3%、4.12% ~ 30.7%、2.30% ~ 21.8%。添加氧化钙改性坡缕石对玉米的生长起到了明显的促进作用,玉米的茎长、根长、鲜重和干重分别升高了2.04% ~ 17.7%、4.66% ~ 25.1%、7.62% ~ 39.4%和0.70% ~ 26.1%;玉米地上部分和地下部分Cd的含量分别降低了5.17% ~ 27.3%和4.62% ~ 22.7%。可见,氧化钙改性坡缕石钝化材料对Cd的钝化效果优于未改性坡缕石材料,其中以坡缕石与氧化钙的添加量为3∶1时效果最佳。     

生物炭对不同镉污染土壤钝化效果和小白菜镉吸收的影响

目前生物炭用量对不同镉污染水平土壤的钝化效果缺乏进一步认识,利用外源添加试验研究了不同土壤镉污染水平、不同生物炭添加量对小白菜镉吸收和土壤镉有效性的影响。结果表明,添加生物炭能降低土壤有效态镉含量和小白菜地上部镉吸收量,且随着生物炭量的增加钝化效果更明显,其中以4%的生物炭添加量的效果最佳,小白菜地上部镉含量降低了55.9%～76.0%。生物炭添加提高土壤pH值,降低了土壤有效态镉含量2.4%～62.3%,其中较低镉水平土壤有效态镉含量降幅高于较高镉水平的土壤。     

油枯对镉污染土壤的钝化研究

为了研究油枯对镉(Cd)污染土壤的钝化效果,以油枯为外源添加物(质量比:1%、2%、3%、4%、5%),模拟田间条件在塑料桶中进行为期45 d的培养,对镉污染土壤中Cd形态分布特征、DTPA提取态Cd(DTPA-Cd)含量、pH、有机质含量进行分析。结果表明,添加油枯可显著降低镉污染土壤中可交换态镉(Ex-Cd)的比例,提高碳酸盐结合态镉(Cb-Cd)、铁锰氧化物结合态镉(Fe-Mnb-Cd)以及有机质及硫化物晶格态镉(OMb-Cd)的比例,而残渣晶格结合态镉(RLb-Cd)变化不明显。添加油枯显著降低镉污染土壤中DTPA-Cd含量,降幅最高可达49%。镉污染土壤p H值维持在6.0左右,1%~4%添加处理中土壤pH波动幅度较大;而5%添加处理的土壤pH波动幅度小。添加油枯均能显著提高镉污染土壤中有机质含量。由此可见,油枯对镉污染土壤有较好的钝化效果,这为重金属污染土壤的修复和农业废弃物的循环利用提供了参考。     

纳米矿物基土壤调理剂对水稻富集镉的影响

将纳米矿物基土壤调理剂应用于镉污染耕地水稻种植,施用土壤调理剂对水稻产量无显著影响,但可显著降低稻米中的镉含量,也可以有效降低土壤中有效态镉的含量。施用该土壤调理剂1 500~4 500 kg/hm2,土壤有效态镉含量下降25.00%~35.71%,稻米镉含量则下降20.31%~50.00%,降镉效果随调理剂用量的增加而提高。同时,对纳米矿物基土壤调理剂的降镉机理进行了探讨,对材料应用的经济效益进行了简要分析。     

膨润土和沸石在镉污染土壤治理中的应用

采用通过盆栽试验,研究了膨润土和沸石对镉污染土壤的治理效果。结果表明,施加膨润土后不同污染程度土壤的交换态、碳酸盐结合态镉的质量分数都有所下降,铁锰氧化物结合态、有机结合态和残渣态镉的质量分数则有所上升。沸石和膨润土对轻度、中度镉污染土壤都表现出钝化作用,对重度镉污染土壤,膨润土对镉的钝化效果明显,而沸石却起到了激活镉的作用。在不同程度镉污染土壤上,膨润土可增加乌塌菜的生物量,并可抑制其对镉的吸收,降低乌塌菜植株体内镉的浓度,对乌塌菜的生长具有显著的促进作用。沸石对轻度和中度镉污染土壤均可降低乌塌菜植株体内镉的浓度,促进乌塌菜的生长并增加其生物量;对重度镉污染土壤,沸石对乌塌菜的生长影响较小,乌塌菜植株体内镉的积累显著增加。     

膨润土和沸石在镉污染土壤治理中的应用

采用通过盆栽试验,研究了膨润土和沸石对镉污染土壤的治理效果。结果表明,施加膨润土后不同污染程度土壤的交换态、碳酸盐结合态镉的质量分数都有所下降,铁锰氧化物结合态、有机结合态和残渣态镉的质量分数则有所上升。沸石和膨润土对轻度、中度镉污染土壤都表现出钝化作用,对重度镉污染土壤,膨润土对镉的钝化效果明显,而沸石却起到了激活镉的作用。在不同程度镉污染土壤上,膨润土可增加乌塌菜的生物量,并可抑制其对镉的吸收,降低乌塌菜植株体内镉的浓度,对乌塌菜的生长具有显著的促进作用。沸石对轻度和中度镉污染土壤均可降低乌塌菜植株体内镉的浓度,促进乌塌菜的生长并增加其生物量;对重度镉污染土壤,沸石对乌塌菜的生长影响较小,乌塌菜植株体内镉的积累显著增加。     

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。     

水分管理对水稻籽粒硒积累及根际土壤细菌群落多样性的影响

采用盆栽试验方法,研究不同水分管理方式对水稻根际土壤硒组分、籽粒硒积累以及根际土壤细菌群落多样性的影响。结果表明：在水稻的各生育期,好氧和干湿交替较淹水灌溉一定程度上提高了土壤pH和氧化还原电位（Eh）,土壤可溶性和可交换态硒含量增加,从而提高了土壤硒的有效性。水稻成熟后,不同部位的含硒量由高到低依次为根（1.38~2.22 mg·kg^-1）、叶（0.55~0.85 mg·kg^-1）、茎（0.53~0.61 mg·kg^-1）和籽粒（0.15~0.53 mg·kg^-1）。水稻籽粒含硒量以干湿交替灌溉最高,淹水灌溉最低,二者含硒量差异达显著水平。干湿交替灌溉的水稻产量显著高于常规淹水灌溉,且较淹水灌溉提高了7.83%,较好氧灌溉提高13.51%。水稻根际土壤优势菌为变形菌门、绿弯菌门、拟杆菌门、酸杆菌门、Patescibacteria和芽单胞菌门,变形菌门是不同水分管理方式下水稻根际土壤中丰度最高的细菌,水分管理措施显著影响其丰富度,干湿交替和好氧灌溉中变形菌门的丰富度明显高于淹水灌溉。从纲水平看,Gammaproteobacteria的丰度与土壤有效硒含量呈正相关,故Gammaproteobacteria丰度的增加可能是土壤硒生物有效性增加的另一个重要原因。综上,干湿交替灌溉不但能提高水稻产量和稻米硒含量,且较正常淹水管理节约用水,在水稻生产中,是一种优先推荐的水分管理方法。     

Evaluation of palygorskite for remediation of Cd-polluted soil with different water conditions

Purpose

The study aimed at comparing the effects of different water managements on soil Cd immobilization using palygorskite, which was significant for the selection of reasonable water condition.

Materials and methods

Field experiment was taken to discuss the in situ remediation effects of palygorskite on Cd-polluted paddy soils, under different water managements, using a series of variables, including pH and extractable Cd in soils, plant Cd, enzyme activity, and microorganism number in soils.

Results and discussion

In control group, the pH in continuous flooding was the highest under three water conditions, and compared to conventional irrigation, continuous flooding reduced brown rice Cd by 37.9%, and brown rice Cd in wetting irrigation increased by 31.0%. In palygorskite treated soils, at concentrations of 5, 10, and 15 g kg^?1, brown rice Cd reduced by 16.7, 44.4, and 55.6%; 13.8, 34.5, and 44.8%; and 13.1, 36.8, and 47.3% under continuous flooding, conventional irrigation, and wetting irrigation (p < 0.05), respectively. The enzyme activity and microbial number increased after applying palygorskite to paddy soils.

Conclusions

Continuous flooding was a good candidate as water management for soil Cd stabilization using palygorskite. Rise in soil enzyme activity and microbial number proved that ecological function regained after palygorskite application.

     

Two-year fluctuation of Cd bioavailability in a remediated rice field under different water managements

Purpose

Based on two consecutive years of field-scale trials, under different water managements, we illustrated the persistence of remediation effect of palygorskite on a Cd-polluted rice field.

Materials and methods

The Cd uptake by a plant, pH and Cd chemical extractability, available P/K, and extractable Zn/Cu in paddy soils were used to evaluate the influence of palygorskite on Cd immobilization and soil fertility index.

Results and discussion

In contrast to the 1st year, at 0–1.5% palygorskite applied dose in soils, 0.025 M HCl–extractable Cd in continuous flooding reduced by 12.1–19.0%, and that in wetting irrigation increased by 10.9–18.9% in the 2nd year (p?<?0.05). The toxicity characteristic leaching procedure Cd reduction of 3.0–11.4% and increase of 8.9–12.0% were obtained under above-mentioned water managements (p?<?0.05). Compared with the 1st year, at different clay additional concentrations, grain Cd in continuous flooding reduced by 7.0–11.3%, and that in wetting irrigation increased by 6.5–10.8% in the 2nd year (p?<?0.05). Although trace elements in clay treated soils declined, they had no influence on the grain yield due to a minimum value higher than the critical value of 1.5 mg kg^?1 for Zn and 2.0 mg kg^?1 for Cu. The available P in continuous flooding took on a maximum increase of 8.2% in the 2nd year (p?<?0.05).

Conclusions

Two consecutive years of field-scale in situ demonstration tests revealed that continuous flooding was a preferable water management regime for Cd immobilization using palygorskite in the rice field. There were no remarkable differences in extractable Zn/Cu between 2 years.

     

水分管理和施用石灰对水稻镉吸收与运移的影响

通过田间试验,研究了间歇灌溉和全生育期淹水2种水分管理结合水稻分蘖期施用石灰对不同水稻生育期的土壤和水稻各组织中Cd分布与运移的影响。研究结果表明,全生育淹水和施用石灰均能升高土壤p H值,降低土壤中有效态Cd含量;施用石灰能降低土壤中酸可提取态Cd所占比例而残渣态所占比例增加。在全生育期淹水条件下施用石灰有利于改善土壤性状并提高土壤中Fe质量百分含量。与不施用石灰相比,在间歇灌溉条件下,施用石灰处理的糙米中Cd质量分数从0.86 mg/kg降低到0.56 mg/kg,而在全生育期淹水条件下,施用石灰处理的糙米中Cd质量分数从0.77 mg/kg降低到0.34 mg/kg;无论间歇灌溉还是全淹水处理条件下,施用石灰均增加了水稻总生物量。施用石灰后,在灌浆期,水稻茎叶中Cd的富集系数显著降低(P0.05);在成熟期,根和稻米中Cd的富集系数显著降低(P0.05);在全生育期淹水条件下,成熟期水稻根到茎叶转运系数和茎叶到米中转运系数均显著降低(P0.05)。水稻糙米中Cd含量与土壤中有效态Cd含量、水稻地上部Cd累积量呈显著正相关,与土壤p H值呈显著负相关。上述研究结果表明,施用石灰能够显著降低稻田土壤中Cd的生物有效性;采用全生育期淹水结合在分蘖期施用石灰是降低稻米中Cd含量有效措施且不会导致水稻减产。     

水分状况对水田土壤N2O排放的影响

通过室内培养试验,研究了不同水分含量下水稻土的Ｎ２Ｏ排放,结果表明,在水分含量相当于田间持水量时,土壤具有最大的Ｎ２Ｏ排放速率,当水分含量在田间持水量之上时,反硝化作用是Ｎ２Ｏ的主要来源。水分含量在田间持水量之下时,尽管硝倾作用强烈,但Ｎ２Ｏ排放量较小。通过温室盆栽试验研究了不同水分管理措施下,水稻土Ｎ２Ｏ和ＣＨ４的排放,同常规水分管理方式相比,长期淹水显著增加ＣＨ４的排放而减少了Ｎ２Ｏ的排放。相反,湿润灌溉的处理在整个水稻生长期内没有明显的ＣＨ４排放,但其Ｎ２Ｏ排放对水分状况敏感,出现数次峰值,从而总排放量远高于其它两处理。     

阻隔主要外源输入重金属对土壤-水稻系统中镉铅累积的影响

土壤-水稻系统中重金属输入输出调控对稻田污染防治和水稻安全生产具有重要意义。该文研究稻草移除、截断大气沉降、清洁水灌溉等调控措施对稻田土壤-水稻系统中重金属Cd和Pb的累积与运移特征的影响。结果表明,稻草移除、截断大气沉降和清洁水灌溉均能明显降低污染土壤中有效态重金属含量和水稻中重金属的累积量。与稻草还田对照处理相比,除种植早稻后的土壤有效态Pb含量外,稻草移除处理下土壤中有效态Cd、Pb含量均略有降低,且在该处理下,早稻糙米中Pb含量与晚稻糙米中Cd、Pb含量显著降低,降幅分别为3.6%、10.4%和32.4%;稻草移除+截断大气沉降处理下,土壤中有效态Cd、Pb含量均不同程度地下降,种植晚稻后的土壤有效态Pb含量显著降低,除早稻的根和糙米中Cd含量外,其余早晚稻水稻各部位Cd、Pb含量均显著降低,水稻根和茎叶Cd、Pb含量平均降幅分别为32.8%、36.8%和32.2%、24.8%,晚稻糙米Cd、Pb累积量分别显著降低66.3%和22.2%;稻草移除+清洁水灌溉处理下,种植早晚稻后的土壤有效态Cd、Pb含量平均下降幅度分别为11.7%和15.9%,早晚稻各部位Cd、Pb含量降低幅度较大,早晚稻根和茎叶Cd、Pb含量平均降幅分别为38.34%、30.35%和43.4%、13.2%,晚稻糙米中Cd、Pb累积量降幅分别为39.4%、67.2%。分析水稻地上部的Cd、Pb富集与转运系数表明,稻草移除结合截断大气沉降或清洁水灌溉等控源措施可显著降低Cd、Pb在水稻地上部位的富集系数,减少地上部位重金属的累积量。上述结果表明,采用稻草移除结合截断大气沉降或清洁水灌溉措施可进一步降低土壤中有效态Cd、Pb含量和水稻中Cd、Pb富集。因此,控制区域大气污染,净化农田灌溉水等控源措施,同时施行稻草移除等输出污染农田土壤中重金属等策略,可有效实现污染农田土壤安全利用和水稻安全生产。     

干湿交替灌溉下水氮耦合对沸石处理稻田产量和水氮利用的影响

为了明确斜发沸石在干湿交替稻田中的应用潜力,运用离心机法测定不同斜发沸石处理下稻田土壤水分特征曲线,分析了斜发沸石对土壤持水性能的影响;运用自动遮雨棚蒸渗仪进行了灌溉-施氮-沸石的综合水稻栽培试验,明确了斜发沸石和氮肥对干湿交替稻田阳离子交换量、产量、水氮利用率及稻米蛋白质含量的影响及机理。结果表明:稻田土壤基质势在-35~0 k Pa范围内,增施斜发沸石可明显提高土壤持水性能,改善土壤水分状况,在持续淹灌和干湿交替灌溉条件下均能提高水分生产率,且后者更为明显;增施斜发沸石可增强土壤阳离子交换量,从而提高保肥能力和氮肥利用率,尤其是10~15 t/hm2的斜发沸石同105 kg/hm2的氮肥混施可显著提高氮肥农艺利用率和稻米蛋白质含量;增施斜发沸石可增产4.7%~16.8%,且可优化水肥耦合,避免在高氮水平下干湿交替灌溉增产效果低于持续淹灌的现象。与常规施氮的淹灌稻田相比,干湿交替灌溉稻田施用10 t/hm2斜发沸石和105 kg/hm2的氮肥,可减少27.8%的耗水量和33.3%的施氮量,增产10.6%,进而显著提高氮肥利用效率(89.2%)和水分生产率(52.5%),且这些正效应至少可持续2年。     

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.     

硅酸盐调控抑制水稻对富硒水稻土中Cd吸收

研究目的:通过水稻盆栽试验,探讨了海泡石(SP)、硅钙复合矿物(CS)和水溶性叶面硅肥(YS)3种硅酸盐不同复配处理对富Se水稻土中Cd的迁移和转运和Se的生物有效性的调控效果,以及对糙米中矿质元素吸收的影响。结果表明,海泡石(SP)、海泡石-硅钙复合矿物(SPC)和海泡石-硅钙复合矿物-水溶硅肥(SCY)处理水稻根际土pH值增加0.15～0.31个单位,使土壤Cd由可交换态向碳酸盐结合态和有机结合态转变,而土壤Se由残渣态向生物可利用态转变。与对照(CK)相比,SP、SPC和SCY处理水稻根际土CaCl2-Cd含量降低了19.5%～34.0%,而土壤有效态Se的含量增加了17.8%～36.8%。且SPC和SCY处理糙米中的Cd含量显著降低,比食品安全国家标准(0.2mg/kg)降低了25.0%～90.0%。各处理在降低糙米中Cd的同时,对糙米中Se含量和各矿质元素(Cu、Fe、Zn、Mg和Mn)无显著影响。该研究可为进一步利用SP有效修复富Se水稻土中Cd污染和提高土壤Se的生物有效性提供了有益途径。