柠檬酸活化协同伴矿景天-玉米套作对镉轻微污染土壤的修复效果

伴矿景天-玉米套作是一种原位、绿色、边生产、边修复Cd污染土壤的有效方式,土壤中添加柠檬酸可有效提高伴矿景天的修复效率。该研究通过田间微区试验,探究了柠檬酸不同添加方式协同伴矿景天-玉米套作模式对Cd轻微污染稻田土壤修复机理及修复效果。结果表明：1）同一种植模式,添加柠檬酸可提高土壤Cd有效性,显著提高伴矿景天的修复效率;5次添加柠檬酸,伴矿景天单作时修复效率提高了2.09%,套作时提高了10.54%。2）柠檬酸添加量相同时,套种与伴矿景天单种相比,修复效率提高了3.42%～4.27%,同时减少了玉米对土壤Cd的吸收。3）5次添加柠檬酸协同伴矿景天-玉米套作,伴矿景天Cd移除量可达18.59 mg/m2,该处理伴矿景天对轻微Cd污染土壤的修复效果最佳。因此,柠檬酸协同伴矿景天-玉米套作的联合修复模式可强化伴矿景天修复效率,可运用于Cd轻微污染稻田土壤的修复,并可实现边修复边生产。     

外源有机酸对红蛋植物吸收和转运镉的影响

采用溶液培养试验,研究了外源草酸和柠檬酸对镉富集植物红蛋吸收及转运镉的影响。结果表明,外源草酸或柠檬酸的加入均不同程度地增加了红蛋对Cd的耐性,表现在生物量增加,根部的镉含量提高,影响大小依次为草酸>1/2(草酸+柠檬酸)>柠檬酸,其中草酸处理效果最明显,地下部镉含量比未加有机酸处理增加了67.20%。有机酸的加入也促进了植株地上部镉的累积,除了柠檬酸处理外,植株地上部Cd含量比未加有机酸处理降低了27.83%。草酸或/和柠檬酸的加入虽未提高红蛋体内镉的迁移系数,但却增加了各处理植株地上部重金属迁移总量,从而提高了修复重金属污染地的效率。可见,草酸或/和柠檬酸的添加能够促进红蛋对重金属镉的吸收和累积,且植株的重金属迁移总量相当可观,可作为一种潜力植物用以修复镉污染土壤或水体     

镉污染土壤伴矿景天的萃取强化-螯合剂和植物激素的叶面调控

为提高Cd超富集植物伴矿景天(Sedum plumbizicola)的植物萃取能力,采用盆栽试验研究螯合剂乙二胺四乙酸(EDTA)和植物激素脱落酸(ABA)单独和联合作用的叶面调控对伴矿景天生长和Cd吸收转运的影响,并通过大田试验进行验证。结果表明:盆栽试验叶面喷施EDTA、ABA均能提高伴矿景天对Cd的转运,地下部至地上部的Cd转运系数为EDTA＞ABA,但叶面EDTA处理对生长旺盛期伴矿景天的生长有抑制。伴矿景天各部位Cd富集浓度差异很大,呈现新叶＞地下部＞茎＞老叶,新叶中Cd浓度是老叶的3.6~5.4倍,且主要富集在细胞壁和细胞器中,占总富集量的88%~94%。EDTA处理新叶细胞器中Cd浓度剧增,ABA处理新叶细胞壁中Cd浓度增加,ABA和EDTA联合使用可以缓解EDTA对生长的抑制,且更有利于Cd从根系向地上部转运。大田小区试验叶面诱导强化伴矿景天Cd萃取是可行的,ABA和EDTA联合处理显著增加伴矿景天总Cd积累量,增幅达到37.87%。研究结果为伴矿景天修复Cd污染土壤提供理论指导。     

酸性土壤上伴矿景天铝毒的缓解技术研究

酸性土壤上易产生铝（Al）毒害作用，缓解Al毒对于污染土壤上超积累植物的生长及重金属有效削减具有重要意义。本研究比较了不同措施对镉（Cd）超积累植物伴矿景天的Al胁迫缓解作用，结果发现：① 在水培条件下，锌添加可促进了Al胁迫下伴矿景天根表Cd2+吸收速率，而添加氯化钙或柠檬酸没有显著的缓解作用；② 在盆栽试验条件下，添加石灰处理显著提高了土壤pH，促进了伴矿景天生长和地上部对Cd的吸收，但添加生物质炭或柠檬酸没有显著缓解Al毒对伴矿景天生长和Cd吸收的抑制，添加柠檬酸反而加剧了土壤酸化，提高了土壤Al的活性；③在伴矿景天与荞麦间作条件下，其一定程度上降低了土壤的Al活性，在合适的种植密度下并未显著影响伴矿景天单株地上部Cd吸收量。综上，酸性土壤上耐Al作物与修复植物间作、结合添加改良剂调控Al毒，能够不显著降低土壤Cd的有效性和修复植物的Cd吸收，进而实现污染土壤的边生产边修复。     

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.     

水分特征对伴矿景天生长和重金属吸收性的影响

利用盆栽试验研究了水分特征对伴矿景天生长和重金属吸收性的影响.结果表明:在70% 土壤最大田间持水量(70%WHC)处理下,伴矿景天生长最好,其地上部鲜重显著高于其他处理;70%WHC处理伴矿景天对重金属吸收能力最强,其茎中Zn的浓度显著高于其他处理,茎中Cd的浓度分别比35%WHC、100%WHC、淹水处理高27.1%、29.0%、63.1%;叶中的Zn浓度表现出与茎中相同趋势,叶中Cd的浓度与茎中不同,以100%WHC处理最高.70%WHC处理下,植物提取Zn、Cd的效率最高,其修复效率均显著高于其他处理.这些结果表明,土壤水分状况在土壤重金属污染伴矿景天植物吸取修复中起着重要作用.     

里氏木霉FS10-C对伴矿景天吸取修复镉污染土壤的强化作用

为提高伴矿景天对Cd污染土壤的修复效果,通过盆栽模拟试验,研究了木霉(Trichoderma)对伴矿景天生和Cd修复效率的影响.结果表明:Cd的加入抑制了伴矿景天的生长;伴矿景天在Cd含量为5 mg/kg模拟污染土壤中对Cd提取效率最高.在不同Cd污染水平下,里氏木霉(T.reesei)FS10-C使伴矿景天地上部干重比对照组增加了17.1％ ～42.5％,显著提高伴矿景天地上部对Cd的积累;在15 mg/kg Cd处理下,里氏木霉FS10-C处理组植物地上部Cd积累量高于对照组46.2％但对于土壤中NH4OAc提取态Cd含量影响不显著.说明里氏木霉FS10-C能提高伴矿景天对Cd的抗性,增加其生物量,从提高其修复效率.因此,里氏木霉FS10-C具有强化伴矿景天修复Cd污染土壤的应用潜力.     

有机酸淋洗对土壤Cd纵向迁移及有效性的影响

针对保定市污灌区土壤重金属污染现状,采用土柱模拟淋洗试验,以自然Cd污染土壤为对象,研究了EDTA、柠檬酸、草酸3种淋洗剂对污染土壤中镉纵向迁移的影响,以及有效态镉在表层污染土壤中(0-20cm)的变化规律。结果表明:淋洗后表层污染土壤中Cd含量均随着有机酸添加量的增加而降低,随着EDTA添加量增加各处理较对照分别降低了4.72%,8.96%,19.38%,30.46%;不同柠檬酸添加量处理较对照分别降低了0.42%,1.14%,16.9%,27.9%;不同草酸处理较对照分别降低了4.23%,5.70%,14.01%,17.75%。随着有机酸添加量的增加,底层全镉(20-50cm)迁移深度增加,最大迁移深度可达到40cm,含量随着深度的增加而减少,3种有机酸对污染土壤镉迁移能力顺序为EDTA>柠檬酸>草酸。除低柠檬酸添加量处理下(<75kg/667m2)表层污染土壤有效镉含量较对照略有降低外,土壤有效态镉的含量均随着各有机酸添加量的增加而增加,且两者之间呈显著的线性正相关。     

添加螯合剂诱导－栽培红叶菾菜（Beta vulgaris var. cicla L.）修复铅和镉污染土壤效果的研究

以雄安新区安新县重金属污染农田土壤为供试土壤,以Cd超积累植物红叶菾菜（Beta vulgaris var. cicla L.）为供试植物,设置不同浓度EDTA和柠檬酸（0,2.5,5,7.5,10 mmol kg?1）处理进行盆栽试验,探究螯合诱导－红叶菾菜修复Cd、Pb污染土壤的可行性。结果表明:（1）与对照相比,添加EDTA螯合剂使红叶菾菜生长及生物量均受到抑制,一定浓度柠檬酸处理能显著促进植物生长,5 mmol kg?1柠檬酸处理对植物株高、茎粗及生物量与对照相比的上升比例分别为4.52%、44.07%和50%;（2）添加EDTA螯合剂后土壤中Cd、Pb有效态含量相比对照分别提高了108.61% ~ 235.39%、67.98% ~ 224.16%,柠檬酸处理后土壤Cd、Pb有效态含量最大提高了180.07%、186.01%,EDTA对土壤重金属的活化效率显著高于柠檬酸;（3）通过对红叶菾菜地上部Cd、Pb含量及富集系数比较发现,EDTA更能促进红叶菾菜对Pb的吸收,柠檬酸更能促进红叶菾菜对Cd的吸收;（4）螯合剂处理后土壤中铵态氮、有效磷、速效钾含量显著增加。就本文试验条件、供试材料而言,螯合诱导－红叶菾菜修复铅镉复合污染土壤是可行的。     

光照强度对伴矿景天生长和锌镉吸收性的影响

伴矿景天(Sedum plumbizincicola)是生长于浙江铅锌矿地区的一种景天科植物新种,具有超富集锌和镉的特性,是一种多年生草本植物,无性繁殖为主,与其他修复植物相比具有生长速率快、生物量较大的特点[1-2],可用来修复重金属污染土壤[3]。但对伴矿景天的生长习性鲜有研究,限制了其大规模的推广应用。因此,本文以Zn、Cd超积累植物伴矿景天为对象,探讨光照强度对其生物量与Zn、Cd浓度的影响,及可能的光合作用响应机制,旨在探明伴矿景天生长的适宜光照环境,为重金属污染土壤植物修复的农艺调控提供依据。1材料与方法1·1供试材料供试伴矿景天苗采自浙江淳安,将野外植株移至温室生长繁殖,通过株芽     

土壤紧实度对伴矿景天生长及镉锌吸收性的影响研究

采集黏土、壤黏土和砂质壤土,分别设置无压实、低紧实度及高紧实度3种处理,通过盆栽试验研究了土壤紧实度对Cd、Zn超积累植物伴矿景天生长和Cd、Zn吸收性的影响。结果表明,与无压实处理比较,砂质壤土、壤黏土和黏土中伴矿景天地上部生物量在低紧实度下显著下降66.8%~83.5%、59.9%~60.4%和57.9%~71.4%;高紧实度处理却显著提高了伴矿景天的根系活力(142%~241%)。高紧实度处理显著降低了壤黏土上伴矿景天地上部Cd和Zn含量,但低紧实度对砂质壤土和黏土上伴矿景天地上部Cd和Zn含量无显著影响。与无压实处理比较,低紧实度显著降低了砂质壤土、壤黏土和黏土上伴矿景天的Cd吸取量,分别下降50.4%~73.8%、61.4%~74.9%和43.4%~63.3%,Zn吸取量下降48.7%~79.5%、73.6%~79.0%和46.1%~63.5%;土壤紧实度对壤黏土上伴矿景天的镉锌吸取效率影响最明显。     

Bioavailability and Accumulation of Cadmium and Zinc by Sedum plumbizincicola after Liming of an Agricultural Soil Subjected to Acid Mine Drainage

A glasshouse pot experiment was conducted to study the effects of liming on plant growth and zinc (Zn) and cadmium (Cd) accumulation by Sedum plumbizincicola in a heavy-metal-contaminated acidified paddy soil. Lime application significantly increased the soil pH, which reached a maximum of 5.53 after addition of 4.0 g kg^?1 lime to soil, about 1.4 units more than that of the control. Sedum plumbizincicola grew larger after lime application but aboveground biomass did not increase significantly with increasing soil pH. Liming significantly reduced shoot Zn and Cd concentrations and uptake except at the lowest lime application rate (0.5 g kg^?1 lime to soil). This indicates that S. plumbizincicola can grow well in acidic soil at a soil pH of 4.15, and application of lime did not increase plant heavy-metal extraction. Consequently, it is promising to use this plant for Cd and Zn phytoextraction from agricultural soils polluted with acid and metals.     

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。     

青葙修复镉污染土壤的田间试验研究

为探索氯化铵与柠檬酸和青葙(Celosia argentea L.)联合修复重金属Cd污染土壤的方法,通过田间试验,研究了氯化铵与柠檬酸对青葙生长和吸收富集Cd的影响、根际土与非根际土之间的差异,以及对土壤Cd含量和形态的影响。结果表明,种植青葙并施加氯化铵(C+AC)处理能显著促进青葙地上部干重的提高,比只种植青葙(C)处理增产53.03%;种植青葙并施加柠檬酸(C+CA)处理能提高青葙对Cd的吸收富集能力,地上部Cd含量比C处理提高16.64%;而C+AC处理对青葙地上部Cd积累量的促进效果最佳,比C处理提高69.49%;青葙的种植均显著降低根际土Cd的酸溶态含量,C、C+AC和C+CA处理的降低幅度分别为10.31%,15.00%和12.67%,显著大于非根际土;C+CA处理的土壤Cd含量降率最大,为5.33%,而不种植青葙,不施加药剂(CK)处理为1.43%,只有C+CA处理的26.83%。因此,青葙植物提取对Cd的降低仍起关键作用,且施加柠檬酸对表层土壤Cd的修复性能最好。     

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。     

Effects of multiple heavy metal contamination and repeated phytoextraction by Sedum plumbizincicola on soil microbial properties

The threat of heavy metal contamination to food and human health in south and east China has become a public concern as industrial development continues. The aims of this study were to investigate the influence of repeated phytoextraction over a two-year period by successive crops of the Zn and Cd hyperaccumulator Sedum plumbizincicola on multiple metal contaminated soils and to assess recovery of soil quality. Total and NH₄OAc-extractable Zn and Cd concentrations were significantly reduced in planted soils compared to unplanted soils. Microbial biomass C (C_mic), basal respiration and microbial quotient (qM) were significantly and positively correlated and soil metabolic quotient (qCO₂) was negatively correlated with heavy metal concentrations in unplanted soils (P < 0.05). However, C_mic, basal respiration and qM values increased significantly after phytoremediation by five crops over two years compared to unplanted soil. Urease, β-glucosidase, neutral phosphatase and arylsulfatase activities also increased significantly with decreasing heavy metal contents and hydrolase activity was enhanced in planted soil (P < 0.05) compared to the unplanted control. The data indicate the capacity of S. plumbizincicola to extract Zn and Cd from contaminated soil and also that phytoremediation had beneficial effects on soil microbial and hydrolase activities, with the metal phytoextraction procedure restoring soil quality.     

土壤主要理化性质对湘粤污染农田镉稳定效果的影响

利用盆栽试验研究了稳定剂(石灰、海泡石联合施用)对湖南、广东两省区不同性质土壤上生长的小青菜(Brassica chinensis L.)生物量、重金属吸收以及土壤pH和重金属提取态含量的影响,探讨了影响镉(Cd)稳定修复效果的土壤性质参数。结果表明:施加稳定剂对增加酸性土壤上小青菜生物量效果显著,土壤pH、有机质(OM)、全量Cd和黏粒是影响小青菜生物量变化的主要因素;土壤pH、阳离子交换量(CEC)、OM、黏粒是影响小青菜Cd含量变化的主要因素;土壤pH、CEC、全量Cd和黏粒是影响土壤提取态Cd含量变化的主要因素。     

谷氨酸N,N-二乙酸及液体肥联合强化对东南景天修复重金属污染土壤的影响

化学强化可提高超富集植物对土壤重金属的提取效果。采用盆栽试验,研究了可生物降解螯合剂谷氨酸N,N-二乙酸(GLDA)、液体肥的不同用量及复配使用对超富集植物东南景天吸收土壤重金属Cd、Zn的影响,并探讨了其渗滤液对环境的风险。结果表明:单一使用GLDA或者液体肥均能提高东南景天对土壤Cd、Zn的提取效率,其中1.25 mmol/kg GLDA处理的Cd、Zn提取量分别是空白处理的1.36,1.46倍,0.5 g/kg液体肥处理的Cd、Zn提取量分别是空白处理的1.40,1.43倍,这2种低用量单独使用的处理对Cd提取效率最高,达到41%～42%,且对应的渗滤液重金属含量均比空白处理要低,其环境风险较小。GLDA与较高用量(2 g/kg土)液体肥复配时,其东南景天对土壤Cd、Zn的提取量与空白处理相比有所下降。结果表明,GLDA和液体肥在强化植物修复方面有明显潜力,而且以低剂量单独使用强化效果较佳,值得进一步的田间试验核实。