调控剂对锌镉污染土壤植物修复效率及后茬蔬菜重金属吸收的影响

采用盆栽试验,在连续12年高量施用污泥有机肥引起的Zn、Cd污染土壤上种植伴矿景天,并向土壤中添加亚氨基二琥珀酸(IDS)、乙二胺二琥珀酸三钠(EDDS)、硫磺等化学调控剂及稳定剂钙镁磷肥,研究调控剂对伴矿景天吸收Zn、Cd及施用钙镁磷肥对后茬蔬菜重金属污染风险的影响,以期探索出既可提高超积累植物重金属吸取修复效率又能降低后茬农作物重金属污染风险的植物修复模式.结果表明,施用120 mmol/kg硫粉(Sed+S)处理可显著增加伴矿景天地上部生物量,分别比未加调控剂的对照处理伴矿景天(Sed)、伴矿景天添加有机调控剂(Sed+OE)处理增加34.7％和47.9％.施用3 mmol/kg IDS则显著降低了伴矿景天地上部Cd浓度,比Sed处理降低了35.5％.施用钙镁磷肥稳定剂可有效降低后茬蔬菜苋菜体内Zn、Cd浓度,降幅为57％、63％,施用4 g/kg钙镁磷肥后土壤醋酸铵提取态Zn、Cd分别较对照降低66.1％、72.4％.可见,适当施用硫肥能促进伴矿景天的生长,添加钙镁磷肥降低土壤有效态重金属浓度,减少后茬作物污染风险.     

天然蒙脱石和沸石改良对黑麦草在铜尾矿砂上生长的影响

通过温室盆栽试验,开展了天然蒙脱石和沸石处理对黑麦草在铜矿尾矿砂上生长影响的研究。结果表明:蒙脱石和沸石改良对黑麦草的地上部生物量没有显著影响,但改变了黑麦草的根重;而施用肥料促进了黑麦草生长。蒙脱石的加入使尾矿砂的有效态锌含量显著降低,但对有效态铜的含量影响不明显;而沸石的加入均显著降低了尾矿砂的有效态铜和锌的含量;另外,矿物的加入降低了尾矿砂的pH值,但其变化与尾矿砂重金属有效态含量变化之间无相关性。矿物的加入降低了黑麦草根中的铜锌吸收,但蒙脱石增加了第一茬黑麦草地上部铜锌吸收,对第二茬黑麦草地上部铜锌吸收无影响;而沸石对两茬黑麦草地上部铜锌含量均无显著影响。不同生长期黑麦草对铜锌吸收量有差异,第二茬黑麦草的地上部锌含量明显高于第一茬,而铜含量则变化不大。     

养分调控对超积累植物伴矿景天生长及锌镉吸收性的影响

采用四因素三水平正交设计温室盆栽试验研究了N、P、K三因素不同水平对Zn、Cd超积累植物伴矿景天的生长及地上部Zn、Cd吸收性的影响。结果表明,增施N肥是伴矿景天地上部干重增加的主要因素,高N配施低P(200 mg/kg N,60 mg/kg P,不施K)处理的伴矿景天地上部干重达最大值31.2 g/盆(1.5 kg土/盆),是不施肥处理的3.15倍。增施K肥是提高伴矿景天地上部重金属尤其是Cd浓度和吸收量的主要影响因子,高量K处理比不施K处理地上部Cd浓度增加28.1%;低量施P也可提高伴矿景天的Zn吸取修复效率。综合考虑伴矿景天生物量及其对Zn、Cd的吸取效率,本试验条件下低量N、P肥配施高量K肥为最佳施肥处理(N1P1K2),种植伴矿景天一季对Zn、Cd的吸取量分别为11.2 mg/kg±0.1 mg/kg和0.12 mg/kg±0.02 mg/kg。     

香薷的重金属耐性与吸收性研究

采用温室土培盆栽试验和水培试验方法,研究了重金属复合污染条件下香薷的Cu、Zn、Cd、Pb耐性和吸收性.结果表明,土培试验中,各重金属处理条件未对香薷造成毒害,香薷均生长良好,且各处理间生物量无显著差异;香薷地上部Cu、Zn、Cd、Pb浓度最高分别为12.1、100、0.83、11.3 mg/kg.水培试验条件下,Cu 50 μmol/L、Zn 200 μmol/L+Cd 10 μmol/L及Pb 100 μmol/L处理时香薷均生长良好,且生物量与对照均无显著差异,根部Cu、Zn、Cd、Pb浓度最高为2 270、1 648、1 029、25 331 mg/kg; Cu 100 μmol/L处理时香薷生物量显著低于对照,但并未死亡,该处理下香薷叶片丙二醛、还原型谷胱甘肽、可溶性糖浓度均显著高于对照.两组试验表明,香薷对Cu、Zn、Cd、Pb有极强的耐性,是一种良好的可栽种于重金属污染土壤的经济作物.     

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。     

土壤重金属复合污染的化学固定修复研究

本文研究糠醛渣、磷矿粉、风化煤3 种修复剂对重金属复合污染土壤的化学固定修复效果.结果表明:糠醛渣、磷矿粉、风化煤3 种修复剂都可一定程度地降低复合污染土壤中的Cu、Zn、Pb、Cd含量,其中以风化煤降低土壤有效态Zn、Cu的效果较好,在风化煤添加量为80 g/kg时土壤有效态Zn的含量降低了37.22%,土壤有效态Cu的含量降低了31.22%;磷矿粉处理修复Pb的效果比糠醛渣、风化煤好,在磷矿粉添加量为80 g/kg时,土壤有效态Pb的含量降低了23.79%;3 种修复剂都能显著降低土壤有效态Cd,在磷矿粉添加量为40 g/kg时,土壤有效态Cd的含量降低最显著,较对照降低了83.09%.在本试验条件下,3 种修复剂对4 种重金属复合污染土壤的修复效果,以Cd 较好,其次是Zn,对Pb的修复效果较差.     

不同土壤中镉对大麦和多年生黑麦草毒性阈值的研究

根据不同终点、不同农田土壤的植物毒性测试可为基于生态毒理效应的土壤镉(Cd)环境质量标准值的修订提供基础数据。以大麦和黑麦草为供试植物,研究了中国14种不同农田土壤,添加多水平外源Cd对大麦根的相对伸长量和黑麦草的发芽率、地上部生物量的影响,并结合Log-Logistic分布函数模型确定不同土壤中大麦和黑麦草Cd毒性的剂量-效应关系和毒性阈值(EC50、EC10),也测定了黑麦草地上部的Cd含量。结果表明,外源Cd含量在0～200 mg/kg时,大麦根长随土壤Cd含量的增加显著降低,EC50值为7.8～61.7 mg/kg,EC10值为0.2～5.4 mg/kg,均与土壤pH显著正相关。外源Cd含量在0～500 mg/kg时,黑麦草地上部生物量随土壤中Cd含量的增加呈先上升(5 mg/kg)后下降(≥25 mg/kg)趋势,EC50值为29.7～499.7 mg/kg,EC10值为4.4～200.0 mg/kg,二者与土壤性质均无显著相关性。与对照相比,外源Cd含量为5～25 mg/kg时,外源添加Cd对黑麦草种子发芽有促进作用,当外源Cd含量为500mg/kg时,仅有5种土壤中种子发芽率明显下降。黑麦草地上部Cd含量随着外源Cd含量(0～100mg/kg)的增加而显著升高。黑麦草地上部对土壤Cd的富集程度与土壤pH极显著负相关。黑麦草具有作为草坪草中Cd污染修复植物的潜力。大麦对土壤Cd污染胁迫比黑麦草更为敏感,总体上,pH是影响土壤Cd植物毒性的重要因素。     

猪粪降解液改性膨润土应用于修复Cu污染土壤的影响因素研究

采用猪粪降解液改性钠基膨润土,以褐土、潮土为供试土壤,分别加入200 mg kg-1 Cu模拟污染土壤,从改性钠基膨润土、培养时间、施入量、施入方式、土壤水分含量、Cu迁移距离等5个方面研究其应用于钝化修复Cu污染土壤的影响。结果表明:钠基膨润土改性后对土壤中Cu有较好的钝化能力。随着其施入量的增加,褐土、潮土中DTPA-Cu含量逐渐降低,最佳施入量为土壤重量的1.5%,最佳土壤水分含量为70%左右。施入改性钠基膨润土可使褐土和潮土中黑麦草地上部的生物量分别增加55.4%～76.5%,地上部Cu含量降低9.15%～13.3%,采用包施和混施两种施入方式均能降低土壤中DTPA-Cu含量,且两者无显著差异。     

生物炭-凹凸棒土复合材料对水稻土锌镉的钝化及土壤养分和酶活性的影响研究

为了比较生物炭、凹凸棒土以及生物炭-凹凸棒土复合材料3种钝化剂对锌镉复合污染水稻土的钝化修复效果,本研究利用傅立叶红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、比表面积表征(BET)和扫描电镜(SEM)等技术手段对稻壳生物炭和凹凸棒土样品进行表征,并采用土培试验研究稻壳生物炭、凹凸棒土及生物炭-凹凸棒土复合材料对实际重金属锌(Zn)、镉(Cd)污染水稻土钝化效果及理化性质的影响。结果表明,凹凸棒土比稻壳生物炭具有更大的比表面积,且表面更不规则、更粗糙。土培试验表明,3种钝化剂均降低了水稻土中Cd和Zn的生物有效性,并在不同程度上改善了土壤理化性质。单独添加2.0%凹凸棒土和2.0%稻壳生物炭处理,分别使土壤Zn有效态含量降低了86%和51%,Cd有效态含量降低了25%和8%。2.0%生物炭-凹凸棒土复合材料施加后,土壤中Zn和Cd有效态含量分别降低了83%和23%,且土壤pH值提高至5.8,有机碳含量提高了39%。说明稻壳生物炭-凹凸棒土复合材料比单独使用凹凸棒土和生物炭更能有效地固定Cd和Zn,同时能改善复合污染水稻土的理化特性。因此,生物炭-凹凸棒土复合材料具有作为一种新型钝化材料用于土壤修复的潜力,为土壤重金属原位钝化修复提供了一种新思路。     

铜对伴矿景天生长及锌镉吸收性的影响

利用植物生长室水培试验和温室土培盆栽试验相结合,研究了Cu对Zn、Cd超积累植物伴矿景天生长及Zn、Cd吸收性的影响。水培试验结果显示,0.31～50μmol/L Cu处理14天对伴矿景天生长及对Zn、Cd吸收性没有显著影响;但100μmol/L Cu处理显著抑制植物生长,降低地上部Zn、Cd及根中Cd浓度,对根中Zn浓度变化没有显著影响。盆栽试验结果发现,在土壤Cu仅为3.61 mg/kg时伴矿景天生长不良,外加Cu显著促进其生长并随Cu浓度升高效应增加;但施用3 mmol/kgEDDS和再次外加250 mg/kg Cu处理使伴矿景天因体内Cu积累量过高而导致明显毒害,地上部Cu最高达1 068 mg/kg。可见低量Cu处理可促进伴矿景天生长,利于植物对土壤Zn、Cd的吸取修复,但土壤中Cu浓度过高将抑制Zn、Cd超积累植物的生长,降低其Zn、Cd吸收能力,在利用该Zn、Cd超积累植物修复高Cu的Zn和Cd污染土壤时应采取适当措施降低Cu毒害效应。     

绿肥和凹凸棒添加对黄河故道潮土土壤结构和碳氮含量的影响

[目的]探究绿肥秸秆和凹凸棒添加对黄河故道潮土壤结构和碳氮含量的影响,为科学评价凹凸棒对农田土壤健康的可持续发展和绿肥秸秆的资源化利用提供理论参考。[方法]设置6个处理:对照(CK)、蚕豆秸秆10 g/kg(B)、黑麦草秸秆10 g/kg(R)、凹凸棒土16 g/kg(A)、凹凸棒配施蚕豆秸秆(AB)、凹凸棒配施黑麦草秸秆(AR),采用SPSS统计、Origin整合进行数据分析。[结果]经过120 d室内培养发现:添加绿肥秸秆和凹凸棒均能改善土壤结构、增加碳氮含量,其中A,AB处理主要增加大团聚体(0.25 mm)含量,而AR处理主要增加微团聚体(0.053～0.25 mm)含量,与CK相比,A,AB,AR处理降低土壤三相结构距离50.8%～55.6%,增加了土壤持水量16.0%～19.2%。单施绿肥秸秆和单施凹凸棒对土壤有机碳、全氮的增量为0.38～1.99 g/kg和0.12～0.49 g/kg,二者配施对土壤有机碳、全氮和微生物量氮的增量比单施绿肥分别高0.86～3.23 g/kg,0.29～0.44 g/kg和0.3～21.6 mg/kg,且蚕豆配施效果优于黑麦草配施。[结论]配施可以结合秸秆易分解、养分丰富和凹凸棒土较大比表面积的优势,在改良土壤结构,缓解养分释放,增强土壤固存养分能力等方面具有较大优势,其中蚕豆秸秆10 g/kg配施凹凸棒16 g/kg对改良黄河故道土壤砂性结构,提高土壤碳氮含量效果最佳。     

外源锌对水稻植株镉的累积差异分析

通过水稻威优46盆栽种植试验,研究了外源Zn施用(0,40,80,160 mg/kg 4个水平)对Cd中度(0.72mg/kg)和重度(5.26mg/kg)污染土壤中Cd生物有效性及水稻Cd累积的差异。结果表明:施Zn对各检测指标存在影响,但土壤Cd总量仍是土壤Cd活性和水稻Cd累积差异变动的主控因素。在Cd中度污染土壤中,施Zn降低了土壤交换态Cd含量1.9%~17.0%,但水稻根表铁膜、根和糙米中Cd含量随Zn施用浓度的增大而增大,糙米Cd含量从0.09mg/kg上升到0.17mg/kg,相关分析显示糙米Cd含量与土壤交换态Zn含量显著正线性相关。在Cd重度污染土壤中,施Zn增大了土壤交换态Cd含量2.1%~4.8%,但降低了水稻各部位中Cd含量,当施Zn浓度超过80mg/kg时,糙米Cd含量可从对照组的0.45mg/kg降低到0.12mg/kg,符合国家食品污染物限量标准(GB 2762-2017)的要求,相关分析显示糙米Cd含量与土壤交换态Zn含量显著负线性相关。对2种Cd污染程度的土壤,施Zn均可增大Cd在水稻地下部的累积率,从而降低水稻地上部Cd的累积率。在Cd重度污染土壤中,可通过施Zn降低糙米Cd含量,施Zn量80mg/kg是试验中最佳施用量;但在Cd中度污染土壤中,施Zn有增大糙米Cd含量的风险。     

赤泥对污染土壤中Cd,Pb和Zn形态及水稻生长的影响

通过盆栽试验,研究了赤泥对污染土壤中Cd,Pb和Zn形态和水稻糙米中Cd,Pb和Zn含量以及水稻生长的影响。结果表明,添加赤泥可有效提高土壤pH,改变土壤中Cd,Pb和Zn的形态,显著降低土壤中交换态Cd,Pb和Zn含量以及水稻糙米中的Cd,Pb和Zn含量。当赤泥施用量为12.5 g kg-1土时,土壤中交换态Cd,Pb和Zn的含量分别比空白对照降低了40.81%、25.68%和38.48%;水稻糙米中Cd,Pb和Zn的含量分别比空白对照降低了70.45%、42.46%和29.19%。与空白对照相比,赤泥施用量为5.0 g kg-1土时,水稻株高、穗长及每盆粒重均显著提高。但当赤泥施用量超过10.0 g kg-1土时水稻生长会受到抑制。在赤泥农业应用时应考虑其施用量及潜在的环境风险,以免影响作物生长。     

丛枝菌根真菌对玉米锌、磷拮抗作用的影响

【目的】 利用丛枝菌根 (arbuscular mycorrhizal fungi,AM) 真菌与作物互利共生的关系来提高作物对锌的吸收是缓解锌、磷拮抗作用的途径之一,本试验在不同锌、磷浓度条件下,研究了接种AM真菌对玉米侵染和锌、磷吸收的影响,以期为揭示AM真菌影响锌、磷拮抗作用的机理提供理论依据。 【方法】 采用盆栽试验,设置三个施磷水平 (0、200 、400 mg/kg),两个施锌水平 (0、5 mg/kg),2个接菌水平[接菌 (+AM)和不接菌 (–AM)],共12个处理,每个处理4次重复。利用生物镝灯补充光照,在人工光照植物培养室内植株生长50天后,地上部与根部分别收获,测定其生物量、锌磷的含量和吸收量。 【结果】 施磷和接种AM真菌都显著提高了玉米植株生物量,不施锌条件下,施磷从0 mg/kg增加到400 mg/kg,玉米植株地下部和地上部生物量分别提高6.67倍、9.30倍。接种处理对玉米植株生物量的影响也有相同的趋势。在锌水平为5 mg/kg、磷水平为200 mg/kg的条件下,接种AM真菌玉米植株地下部磷的吸收量和含量分别增加了110%、55%;在同一锌、磷供给条件下,接种AM真菌显著提高了玉米对锌的吸收量,地下部和地上部分别是未接种处理的1.71倍和1.68倍。随着施磷水平的不断提高,玉米植株的锌含量会逐渐下降。不施锌条件下,施磷从0 mg/kg增加到200 mg/kg,玉米植株地上部锌含量降低36%,与之相反,接种AM真菌后地上部锌含量增加35%。但在高磷条件 (400 mg/kg) 下,接种AM真菌对玉米植株锌磷含量和吸收量影响均不显著。 【结论】 在本试验条件下,施磷抑制玉米对锌的吸收,接种AM真菌可提高玉米锌磷的含量和吸收量,有效缓解玉米锌磷拮抗作用,改善玉米的锌营养状况。      

植物吸取修复及钝化处理对后茬水稻镉吸收的影响

采集湖南湘潭县某地镉(Cd)污染酸性农田土壤及其经伴矿景天分别吸取修复两季和三季后的土壤,采用盆栽试验研究了经伴矿景天修复及钝化改良与否对土壤pH、有效态Cd、Zn以及水稻生长和稻米Cd、Zn浓度的影响。结果表明:未改良的处理,随着修复次数的增加,土壤pH显著降低,降低幅度为0.26~0.38个单位;且修复两季、三季土壤CaCl_2提取态Cd浓度较未修复土壤分别降低19.4%、24.0%;修复后土壤种植水稻品种W184,其糙米中Cd浓度显著降低,但依然超标;修复三季土壤种植低积累水稻品种IRA7190,其糙米中Cd由0.47 mg/kg降为0.03 mg/kg。施加钝化剂海泡石和石灰(10 g/kg+1 g/kg)后,修复两季、三季土壤的pH显著升高,较未施钝化剂处理土壤pH分别提高0.95、0.72;土壤CaCl_2提取态Cd浓度分别降低79.8%、79.5%;修复两季、三季土壤上水稻W184糙米的Cd浓度与未施加钝化剂相比,分别降低27.3%、44.4%,均降至国家食品安全限值0.2 mg/kg以下;无论是否添加钝化剂,伴矿景天吸取修复三季的土壤上水稻IRA7190糙米中Cd浓度均仅0.03 mg/kg。     

镉胁迫下生物炭与锌/钾叶面肥促进烟草生长降低镉富集的协同效应

[目的]生物炭和叶面肥在单独调控重金属胁迫条件下植物生长及重金属离子吸收方面的应用价值已被一些研究证实,然而它们在土壤重金属镉污染修复中的耦合效应及其机制尚不十分清楚。烟草为镉易富集植物,研究生物炭和锌/钾叶面肥单施或联合施用对烟草生长和镉富集特性的影响,为镉污染土壤的修复及烟草安全生产提供理论依据。[方法]采用盆栽模拟轻度土壤镉污染胁迫试验,供试烟草品种为‘中烟100’。设置6个试验处理:对照(CK)、土施生物炭20 g/kg(B)、喷施0.5%ZnSO4叶面肥(Zn)、喷施0.5%KH2PO4叶面肥(K)、生物炭+喷施ZnSO4叶面肥(B+Zn)、生物炭+喷施KH2PO4叶面肥(B+K),每个处理重复8次。将烟草分割为根、茎、下部叶(从下到上1~5片)、中部叶(6~10片)、上部叶(11~15片)5部分。测定株高、生物量、丙二醛含量(MAD)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性、烟株各部位的镉含量,计算了镉富集和转运系数,分析了土壤中镉形态的变化。[结果]1)单独施用叶面肥较单独施用生物炭更有利于增强镉胁迫下叶片的抗氧化性能,促进烟株生长。与B处理相比,Zn和K处理的MDA含量分别降低12.8%和15.1%,POD活性分别增加32.2%和29.9%,CAT活性分别增加25.5%和18.2%(P<0.05),Zn和K两处理之间的抗氧化酶活性无显著差异(P>0.05)。单独施用生物炭较单独施用叶面肥更有利于降低土壤中镉的生物有效性。与Zn和K处理相比,B处理的土壤弱酸提取态镉含量分别降低19.0%和19.3%,可还原态镉含量分别降低22.3%和23.9%(P<0.05)。单独喷施叶面肥对土壤镉形态无显著影响(P>0.05)。2)生物炭和叶面肥配施具有叠加效应,且B+Zn处理对促进镉胁迫下烟株生长和减少烟株镉吸收方面效果大于B+K处理。与CK、B、Zn处理相比,B+Zn处理的株高分别增加52.8%、25.9%和11.8%,地上干重分别增加146%、89.1%和45.3%,SOD活性分别增加29.8%、19.7%和11.0%,POD活性分别增加94.0%、64.1%和24.1%,CAT活性分别增加183.8%、90.9%和52.2%,烟株根镉含量分别减少53.9%、25.2%和31.6%,茎镉含量分别减少74.5%、53.9%和63.7%,上部叶镉含量分别减少63.1%、18.8%和40.1%,中部叶镉含量分别减少63.6%、27.7%和35.3%,下部叶镉含量分别减少63.8%、34.1%和46.9%,烟株镉生物富集系数分别降低64.4%、31.0%和48.4%,镉生物转运系数分别降低33.3%、20.2%和28.5%,土壤中弱酸提取态镉含量分别降低19.5%、7.5%和19.0%,土壤中还原态镉含量分别降低22.9%、2.0%和20.8%,土壤中可氧化态镉含量分别增加62.5%、5.6%和54.6%,土壤中残渣态镉含量分别增加206.9%、10.7%和174.7%。与B+K处理相比,B+Zn处理的烟株地上干重增加18.3%,上部叶、中部叶、下部叶镉含量分别减少8.4%、13.9%和16.9%,镉生物富集系数和转运系数分别降低20.8%和8.5%。[结论]在镉污染胁迫下,土施生物炭可以降低土壤中镉的生物有效性,减少烟草的吸收。叶面喷施锌、钾肥可以提高烟草植株的抗氧化性能,促进烟株生长。生物炭配合叶面肥具有明显的协同作用,降低烟草中镉的运转系数和富集系数的效果显著高于锌/钾叶面肥单独施用。在本试验条件下,生物炭配合喷施硫酸锌的效果好于生物炭配合喷施磷酸二氢钾,可作为提高烟草生产安全及土壤镉污染修复的一项有效措施。