湘北某镇农田土壤―水稻系统重金属累积和稻米食用安全研究

为研究采矿炼矿活动对农田和稻谷重金属累积的影响,评估其对人体健康的潜在风险,对湖南北部某镇一硫铁矿附近典型污染稻田土壤—水稻系统8种重金属(锰(Mn)、铜(Cu)、锌(Zn)、钴(Co)、镍(Ni)、铬(Cr)、镉(Cd)和铅(Pb))含量进行监测。结果表明:该冶炼厂附近稻田土壤Cd污染最严重,单因素污染指数达12.85,为重度污染;Cu、Zn、Co和Ni为轻度污染。土壤重金属综合污染指数达重度污染。重金属生物富集因子的研究表明:Cd和Mn极易从土壤中被水稻根系吸收,尤其Cd被水稻根系吸收的能力远超其他重金属元素;而Cu、Pb、Co、Cr、Zn和Ni相对不易被水稻根系吸收。重金属在植株组织的分配也表现出差异:Pb、Co、Cu、Cd和Cr被水稻根吸收后,主要蓄积于根部,在根部的浓度百分比分别为82.5%、70.6%、64.8%、59.4%和57.5%;Mn、Zn和Ni被根系吸收后,会迅速向地上部组织迁移。研究区稻田出产的糙米Cd污染严重,Cd的超标率达100%,"镉米"的产出率达53.3%。糙米Cu和Ni的超标率也分别达到了40%和86.7%。若居民食用研究区稻米,每人每日摄入Cd量高于FAO/WHO推荐的标准限值5.9倍,表明研究区稻米存在很大安全风险。     

不同磷肥浓度下土壤-水稻系统重金属的时空累积特征

针对磷肥是水稻田重金属污染的主要来源,采用田间试验与室内分析相结合的研究方法,在吉林省九台市饮马河老稻田区,开展5种磷肥浓度处理对土壤-水稻系统重金属Cd和Pb的时空累积、分布特征研究。结果显示,磷肥中Cd和Pb含量高于土壤背景值,但没有超出国家土壤环境质量（二级）限定范围。磷肥施入土壤后,部分滞留在土壤里,少量向地上部分迁移,水稻根部累积重金属含量较高。随水稻生育期的变化,成熟期重金属在根、叶和籽实累积量最大,茎的重金属累积量在孕穗期达到最大。重金属Cd在水稻各器官的迁移能力为根〉籽粒〉叶〉茎,Pb的迁移能力为根〉叶〉籽粒〉茎,Cd在水稻地上部分的迁移能力要明显强于Pb。磷肥施用量和重金属含量的关系可用线性回归方程来模拟,相关性检验显示重金属累积量与磷肥施用浓度均达到显著相关（P〈0.01）（除根中Cd含量与磷肥浓度达到0.05显著水平）,说明水稻栽培生产中过量使用磷肥,能产生重金属对土壤和稻米的污染,进而导致重金属对人畜健康的潜在威胁。     

干旱区绿洲土壤Cd、Pb单一与复合污染下芹菜重金属累积特征研究

通过盆栽模拟试验,研究了干旱区绿洲土壤Cd、Pb单一与复合污染下,芹菜各部位对Cd、Pb的吸收累积与迁移规律。结果表明:在Cd、Pb单一与Cd-Pb复合污染下,芹菜根部和茎叶部对重金属的吸收与累积随着土壤重金属浓度的增大而增加。在复合污染下,Pb对Cd在芹菜体内吸收与累积的影响作用不明显;而Cd抑制了芹菜根部和茎叶部对Pb的吸收与累积。芹菜茎叶部对Cd、Pb的吸收与相应处理下土壤Cd与Pb有效态含量呈显著线性关系。Pb对土壤中Cd的有效态含量没有影响,Cd降低了土壤中Pb的有效态含量。不同处理下,芹菜根部对Cd、Pb的吸收大于茎叶部,Cd比Pb更易在芹菜体内吸收与累积并向地上部分迁移。     

工业和农业污染稻田土壤重金属的赋存形态及水稻吸收运移比较

  目的  稻田土壤重金属污染是当前农产品安全生产关注的重要问题。本文比较分析工业和农业污染源稻田土壤重金属的赋存形态及水稻吸收运移,以期为稻田土壤重金属污染控制提供参考。  方法  在长江中下游地区调查选取工业源和农业源重金属污染稻田各27块,在水稻成熟期使用抖根法采集根际土壤及水稻根系和籽粒样品,采用Tessier七步提取法分析土壤中重金属赋存形态,及土壤－水稻系统重金属迁移富集。  结果  所分析的Cd、Pb、Cu和Zn土壤全量,工业源稻田均显著高于农业源稻田30%以上,特别是土壤Cd全量达到农用地土壤污染风险管控值的280%以上。土壤中重金属均以残渣态为主（占总量46.84% ~ 64.99%）。Zn、Cd和Cu的交换态占比,工业源土壤高于农业源;相反,腐殖酸结合态占比农业源土壤高于工业源;工业源土壤中Cd、Zn表现出较高的土壤-作物迁移性。工业源水稻籽粒Cd、Cu、Pb含量分别高出农业源76%、172%和298%。冗余分析表明,重金属土壤有效态含量是影响水稻根系重金属累积的主要因子,同时,工业源中水稻根系重金属的累积对土壤pH值响应较强烈,而农业源对土壤有机质的响应更加强烈。  结论  土壤重金属的赋存形态及水稻的吸收因污染途径的不同存在一定的差异,工业污染稻田中土壤重金属有效性较高,植物迁移与食物污染风险较大。     

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。     

秸秆还田对稻田渗漏液DOC含量及土壤Cd活度的影响

通过盆栽试验,研究了秸秆还田对稻田渗漏液DOC含量及重金属污染土壤Cd溶出的影响。结果表明,秸秆还田增加了稻田渗漏液的DOC含量,提高了土壤Cd的活度。稻田渗漏水DOC的浓度随秸秆还田量的增加而增大。秸秆还田增加了Cd随稻田渗漏水的流失,使得稻田土壤Cd全量、有效态Cd量均随秸秆还田量的增加而降低,部分处理降低幅度达显著水平。本试验条件下由于较多的秸秆还田影响了水稻生长,使水稻植株Cd浓度、累积量均随秸秆还田量的增加呈先上升后下降的趋势。秸秆还田0.5%处理的水稻植株Cd浓度、累积量最高,分别为45.10mg·kg-1、1858.1μg·pot-1。     

水稻对镉的吸收与转运规律研究进展

农田土壤重金属污染导致稻米重金属超标已成为我国粮食安全生产的最主要威胁,其中以镉大米超标最为严重。基于此,主要从根部吸收、木质部转运、跨维管束运输及韧皮部迁移4个方面,综述了水稻对Cd的吸收与迁移转运规律,以期为研究生理阻隔、低累积品种筛选等降Cd技术提供一些参考。     

重金属在小麦作物体中残留特征的田间试验研究

研究表明经污水灌溉后重金属铅、砷和镉在小麦植物体中的残留量因部位不同而有差异,但清水和污水灌溉对其总体残留特征无明显影响。其总的分布趋势是小麦根部的重金属累积量最大，其次是小麦的茎叶部，再其次是小麦的穗部，即小麦植株体内重金属积累量由大到小依次为根＞茎叶＞穗。因此认为根可作为一种屏障使重金属铅、砷和镉难于向上部迁移，使地上部分免受其害。     

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     

AM菌对三叶草吸收、累积重金属的影响

采用4室根箱培养系统,探讨了Cu、Zn、Pb、Cd 4种重金属复合污染土壤中,丛枝菌根菌对三叶草生长及吸收、累积重金属的作用,结果表明:重金属Cu 100mg/kg、Zn 600mg/kg、Pb 300mg/kg、Cd 10mg/kg的复合污染对三叶草生物量影响较小,但土壤重金属处理使丛枝菌根菌Glomus intraradices和Glomus caledonium对三叶草的侵染率分别降低53%和56%,菌种G.intraradice的菌丝密度降低73%;接种菌根真菌能明显减少重金属复合污染土壤中三叶草对Cu、Cd和Pb的吸收,并强化根系在限制重金属Pb和Cd向地上部运输中的作用,地上部Pb和Cd含量分别下降24.2%~55.3%和65%~97.9%,使三叶草地上部Cd和Pb含量均低于我国牧草重金属安全含量,提高了三叶草可食部分的质量;不同菌根真菌对三叶草吸收、累积及分配重金属的影响有明显差异,Glomus intraradices对减少三叶草对重金属的吸收及其在地上部可食部分的累积的作用大于Glomus caledonium。丛枝菌根菌对于强化三叶草根系对重金属的固持作用,调节生态系统中重金属的生物循环,减轻重金属对食物链的污染风险方面起着重要作用。     

Cadmium,Nickel, Chromium,and Lead Levels in Soils and Vegetables under Long‐Term Irrigation with Industrial Wastewater

Abstract: The industrial activity areas, rivers, and water sources in neighboring areas are influenced by wastewater of manufacturers. Utilizing water influenced by wastewater increased heavy metals in soils and plants. In 2004, to investigate the effects of wastewater on cadmium (Cd), nickel (Ni), chromium (Cr), and lead (Pb) content in soil and plants, wastewaters of three manufactures (chrome chemical, wood and paper, and textiles) were examined. At harvest time roots, whole shoots (rice, spinach, clover, grass), and rice grain in industrial wastewater–influenced areas and uninfluenced areas were sampled. Soil samples were also taken (0–15, 15–30 cm). Results indicated that when wastewater was discharged into the river water, the concentrations of Cd, Ni, Cr, and Pb increased in river water. Application of river water influenced by industrial wastewater for irrigation of rice and another plants enhanced, the amounts of available Cd, Ni, Cr and Pb in soil. In subsurface horizons (15–30 cm), the concentrations of heavy metals were more than in the surface horizon (0–15 cm). With increasing cation exchange capacity in the soil, the amount of available Cr increased. When the calcium carbonate content in soils was raised, the available Cd and Pb increased in the soil, but Ni and Cr decreased. Meanwhile, organic matter enhanced the concentrations of heavy metals in soil. Accumulations of heavy metals were higher in the roots of rice (control and treatment) than in shoot and rice grain. Cadmium accumulation in rice root was three times that in whole shoot, and grain was two times more than control. The concentrations of Ni, Cr, and Pb in root, whole shoot, and grain of rice were two times higher in industrial wastewater–treated areas. The concentrations of heavy metals in root and whole shoot of spinach, clover, and grass in industrial wastewater area increased about 100%, but not to a toxic level. Cadmium translocated more than other heavy metals from soil to root, whole shoot, and grain of rice, and whole shoot of spinach, clover, and grass.     

水稻子实对不同形态重金属的累积差异及其影响因素分析

在分析成都平原核心区土壤重金属(Cd、Cr、Pb、Cu、Zn)全量、各形态含量及相应点位种植的水稻子实重金属含量的基础上,通过统计分析、空间插值及线性回归方程的模拟,研究了土壤Cd、Cr、Pb、Cu、Zn全量的空间分布状况、各形态重金属含量统计特征,以及水稻子实对重金属各形态的累积差异及其影响因素。结果表明,成都平原水稻土重金属污染较轻,除Cd外,均低于国家土壤环境质量二级标准。土壤中重金属的可交换态含量均较低,Cd主要以铁锰氧化态存在,Cr、Cu、Zn、Pb主要以残渣态存在。水稻子实对5种重金属的累积效应顺序为:Cd>Zn>Cu>Pb>Cr。与水稻重金属累积关系密切的重金属活性形态(可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态和有机物结合态)主要有:Cd的碳酸盐结合态、Cr的可交换态、Pb的有机物结合态和Cu的碳酸盐结合态含量;Zn各活性形态对水稻子实含量的影响不明显。土壤理化性质对不同活性形态重金属元素的影响效应各不相同。活性态Cd主要受有机质、pH和容重的影响;活性态Cr与pH、有机质、CEC和容重密切相关;活性态Pb与有机质、容重、中细粉粒、砂粒等均有密切的关系;Cu的活性主要受粘粒、有机质含量的影响;Zn的有效性主要受pH、有机质、砂粒、容重的影响。总的看来,对土壤Cd、Cr、Pb、Cu、Zn各活性形态含量影响效应较强的是有机质、pH、容重,而与土壤吸附性能密切相关的颗粒组成、CEC的影响不甚明显。     

秸秆还田配施石灰对水田土壤铜、锌、铅、镉活性的影响

秸秆还田是我国培肥地力和增加农田土壤碳固定的重要措施,但进入农田的秸秆存在着活化土壤重金属的风险。为了解不同来源的秸秆对污染水平不同农田土壤重金属活性的影响,采取相应措施防止因秸秆还田对农田土壤重金属的激活,开展了盆栽和田间小区试验研究秸秆还田配施石灰对水田土壤铜、锌、镉、铅活性的影响。盆栽和田间试验在轻度和重度污染2种土壤上同时进行。盆栽试验中施用秸秆包括重污染水稻秸秆、轻污染水稻秸秆和轻污染油菜秸秆3种,石灰用量设对照(0 kg·hm-2)和石灰处理(750 kg·hm-2)2个处理;田间小区试验设对照(不施秸秆和石灰)、秸秆还田及秸秆还田+石灰3个处理。动态观察了试验过程中土壤有效态重金属、重金属形态及水稻籽粒中重金属积累情况。结果表明,试验初期(前20 d)秸秆还田显著增加了水田土壤中水溶性有机碳与水溶性重金属的含量;与对照处理比较,水溶性重金属含量以重度污染土壤增幅较为明显。试验后期(60 d后)秸秆还田对土壤重金属的活性的影响逐渐变得不明显。油菜秸秆还田土壤中水溶性重金属含量低于水稻秸秆还田,重污染水稻秸秆还田土壤中水溶性重金属含量高于低污染水稻秸秆还田。盆栽试验和田间试验的结果都表明,重污染水稻秸秆还田可轻微增加水稻籽粒中镉的积累,但轻度污染水稻秸秆还田与油菜秸秆还田对水稻籽粒镉积累的影响较小;3种秸秆还田对水稻籽粒铅、铜、锌积累的影响不明显。配施石灰可显著降低土壤中水溶性重金属的含量,降低水稻籽粒中重金属的积累。研究认为,在污染农田管理上应控制重污染水稻秸秆还田,在秸秆还田的同时适量配施石灰。     

衢州典型重金属污染农田镉、铅输入输出平衡分析

为定量评估区域农田土壤重金属输入输出平衡,以浙江省衢州市某典型镉(Cd)、铅(Pb)中、轻度复合污染农田为研究对象,对其主要输入源(大气沉降、灌溉、肥料和农药)的Cd、Pb输入通量以及输出通量(水稻秸秆与籽粒移出)开展了长期监测与定量平衡分析。结果表明,大气沉降通量无显著季节变化,由大气沉降导致的Cd、Pb年均输入量分别为3.18和54.46 g·hm^-2,输入量占比分别达到34.98%和34.95%;而灌溉水Cd、Pb年均输入量分别为5.76和100.62 g·hm^-2,占比分别达到63.37%和64.57%;由肥料带入的Cd、Pb年均输入量分别为0.15和0.74 g·hm^-2,占比仅为1.65%和0.47%;而农药带入的Cd、Pb输入量可忽略不计。在该地区双季稻种植模式下,通过水稻秸秆和籽粒的收获和转移,Cd、Pb年输出量分别为10.69和41.74 g·hm^-2。综上,调查区域农田土壤Cd的输入输出基本达到平衡,而土壤Pb仍为输入状态,建议对该地区灌溉水进行净化并开展长期监测,同时避免水稻秸秆直接还田。本研究强调了重金属污染区水稻秸秆移除的重要性,为农田土壤重金属污染风险管控提供了理论依据和数据支持。     

冶炼企业影响的土壤-水稻系统中重金属分布特性及污染评价

以苏南某冶炼厂原址场地附近土壤、水稻为对象,研究了土壤及水稻籽粒中重金属（Cu、Pb、Cd）污染状况及其迁移、累积特征。结果表明,研究区土壤重金属综合污染指数均大于3,污染等级超过5级,属重度污染且各重金属间污染程度呈现Cd〉Cu〉Pb的特征,水稻籽粒中重金属Pb、Cd超标严重。在迁移、累积方面,表层土壤重金属呈现出由东南向西北方向扩散的趋势,且向下迁移及在水稻籽粒中累积的趋势明显,各重金属在水稻籽粒中富集能力的大小顺序为Cu〉Cd〉Pb。     

Long-term fertilization with pig-biogas residues results in heavy metal accumulation in paddy field and rice grains in Jiaxing of China

Pig-biogas residue is widely used as organic fertilizer for rice (Oryza sativa L.) in China. To evaluate the risk of heavy metal contamination in paddy soil and rice grains caused by long-term pig-biogas residue fertilization, this study was conducted in paddy fields which had been fertilized continuously with pig-biogas residue for 8 years. We found that pig-biogas residues contained high concentrations of arsenic (As), cadmium (Cd), copper (Cu) and zinc (Zn). As a result, the concentrations of these four metals in paddy soils and rice grains sampled from biogas residue fertilized fields were significantly higher than those from control fields. In addition, in biogas residue fertilized fields, the concentrations of these four metals rapidly increased in the tillage layer compared with those in deep soil layers, and biological availability was significantly higher than in control fields. Moreover, we found that the accumulation of these four metals in paddy soils and rice grains increased in the second year compared with the first year. To reduce heavy metal accumulation in rice grains, we screened for rice genotype among 20 local rice genotypes. We found obvious genotypic differences in grains’ accumulation of heavy metals, and identified some rice genotypes which had low accumulation of multiple heavy metals. These low-accumulating genotypes predicate the possibility to reduce heavy metal accumulation in rice grains grown in pig-biogas residue fertilized fields.     

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。