华北农田小麦-玉米轮作体系下土壤重金属积累特征研究

通过文献查阅和采样分析,建立华北农田小麦-玉米轮作体系下土壤重金属输入、输出数据库,分析不同重金属输入源所占比例;通过模型计算不同情景下土壤中不同重金属元素累积速率和累积速率的频率分布,分析土壤不同重金属的积累特征。结果表明,本轮作体系和条件下,Cu、Zn、Cd、Ni、Pb、Cr 6种重金属元素的主要输入源为畜禽粪便有机肥,其占总输入量的比例分别是:86.1%、83.8%、76.6%、72.5%、64.3%和46.3%;Hg、As的主要输入源为磷肥,其分别占总输入量的比例是52.6%和49.5%;大气沉降也是农田土壤中Hg的重要输入源之一。华北农田小麦-玉米轮作体系秸秆还田和地下水灌溉条件下土壤重金属元素累积速率的中位值分别为:Cd0.00238mg·kg^-1·a^-1,As 0.0298mg·kg^-1·a^-1,Hg 0.001 09 mg·kg^-1·a^-1,Pb 0.050 7mg·kg^-1·a^-1,Cr0.0502 mg·kg^-1·a^-1,Cu 0.110 mg·kg^-1·a^-1,Zn0.348mg·kg^-1·a^-1,Ni0.0393 mg·kg^-1·a^-1。根据我国土壤环境质量II级标准(GB 15618-1995),本体系和条件下土壤中Cd、Cr、Ni最易超标,在农田土壤重金属污染防治中应重点关注。     

昆山市土壤养分现状与变化趋势研究

2009年对昆山市土壤养分进行检测,检测结果显示:有机质35.5 g·kg^-1,全氮2.22 g·kg^-1,碱解氮162 mg·kg^-1,有效磷15.1mg·kg^-1,速效钾115 mg·kg^-1,pH值6.0。与第二次土壤普查相比,有机质和全氮含量呈上升趋势,碱解氮、有效磷、速效钾含量明显提高,pH值呈下降趋势。     

噻呋酰胺在马铃薯和土壤中检测方法及残留动态研究

建立了马铃薯果实、植株和土壤样品中噻呋酰胺的分析方法,并测定了噻呋酰胺在马铃薯田中的残留消解动态及最终残留量。样品采用丙酮提取,二氯甲烷萃取,气相色谱-电子捕获检测器(GC-ECD)检测。当样品中添加的质量分数为0.001～0.05 mg·kg^-1时,平均添加回收率为85.76%～93.53%,相对标准偏差(RSD)为1.44%～7.33%,噻呋酰胺的最低检出质量浓度(LOQ)为0.001 mg·kg^-1。2009-2010年在天津和南京两地的田间残留试验结果表明:噻呋酰胺在马铃薯植株和土壤中消解较快,半衰期分别为6.08～6.30 d和4.92～7.07 d,施药后21 d的消解率均在91%以上;240 g·L^-1噻呋酰胺悬浮剂按推荐剂量480 g·hm^-2和1.5倍推荐剂量720 g·hm^-2兑水喷雾1次,在马铃薯收获期时噻呋酰胺在马铃薯果实和土壤中的最终残留量分别为质量浓度0.076 2～0.649 6 mg·kg^-1和0.020 7～0.305 0 mg·kg^-1。根据大田试验结果,建议噻呋酰胺在马铃薯中的最大残留限量标准为1.0 mg·kg^-1。     

有机及无机肥料修复重金属污染水稻土效果差异研究

钙镁磷肥、有机肥与硅肥是良好的土壤重金属固化剂,也是常见的有机或无机肥料,非常适合修复重金属污染农田土壤.为筛选出最佳的固化剂及其添加量,对受污染农田的大面积修复提供理论依据与指引,通过室内实验,研究硅肥、钙镁磷肥和有机肥对重金属污染水稻土修复效果、修复后土壤pH值和重金属形态变化.结果表明,硅肥和钙镁磷肥能显著提高土壤pH值,分别添加16 g·kg^-1和8 g·kg^-1使土壤pH值上升2.65和2.74个单位,添加有机肥pH值上升幅度较小,添加8 g·kg^-1仅使pH值上升0.83个单位;三种固化剂对Cd、Cu、Pb和Zn赋存形态造成明显影响,其中添加8 g·kg^-1钙镁磷肥将可交换态Cd、Cu、Pb和Zn比例分别减少62.5%、69.0%、69.6%和73.0%,并将其转化为残渣态和有机结合态,修复效果优于硅肥及有机肥.     

镉对土壤秀丽隐杆线虫的毒性效应

为明确镉（Cd）对土壤无脊椎动物线虫的毒性效应及不同类型土壤中Cd的毒性差异,以生长量、生育率和繁殖量为评价终点,研究江西鹰潭红壤、江苏苏州水稻土、吉林长春黑土3种土壤中外源Cd对模式生物——秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）的毒性效应。结果表明：以3种土壤总Cd含量推导出的Cd对秀丽隐杆线虫的生长毒性的EC₅₀ （半数效应浓度）分别为54.37、197.54mg·kg^-1和287.02 mg·kg^-1,对生育毒性的EC₅₀分别为7.07、77.41 mg·kg^-1和103.09 mg·kg^-1,对繁殖毒性的EC₅₀分别为5.75、13.84 mg·kg^-1和85.94 mg·kg^-1。通过毒性阈值可知,线虫的评价终点对Cd毒性的敏感性由高到低分别为繁殖、生育、生长。相关性分析表明,土壤pH、阳离子交换量、有机质、碳酸钙和锰氧化物含量是影响土壤中Cd毒性的主要因素。基于有效态Cd含量推导得出3种土壤中的Cd毒性阈值与基于总Cd含量的毒性阈值相比差异缩小,说明有效态Cd含量能够更好地解释不同土壤中Cd毒性的差异。     

施肥与填闲种植籽粒苋对油麦菜Cd和土壤Cd的影响

为了分析评价农艺措施在叶菜类蔬菜生产过程中对阻控Cd污染方面的作用，于2017年3月至2018年10月以油麦菜为试材，在高含量Cd设施土壤上，采用随机区组田间试验，连续2年研究不同施肥及填闲种植籽粒苋对油麦菜产量、Cd吸收及土壤Cd的影响。结果表明：有机肥料和无机肥料按照1：1的比例配施，可以显著提高油麦菜的产量；单施化肥不会导致土壤中总Cd的增加，但可促进植株对Cd的吸收。有机肥的大量施入存在土壤Cd累积的风险，而填闲种植籽粒苋可以有效防控这种风险。通过连续2年种植籽粒苋，试验各处理土壤Cd被带出11 668.81~15 800.39 mg·hm^-2。各施肥处理，土壤Cd净减少量从高到低依次为：单施化肥处理（16 219.03 mg·hm^-2） > 鸡粪加化肥处理（10 800.72 mg·hm^-2） > 羊粪加化肥处理（8 684.25 mg·hm^-2） > 单施鸡粪处理（6 423.05 mg·hm^-2） > 单施羊粪处理（-3 400.11 mg·hm^-2）。研究表明，综合考量产量、植株Cd含量及土壤Cd累积等因素，在油麦菜种植过程中采用鸡粪与化肥按照1：1的比例配施并结合填闲种植籽粒苋是推荐的农艺种植措施，可实现土壤中的Cd负增长。     

青菜对三种土壤中典型抗生素的累积规律研究

为探究青菜对不同类型土壤中不同种类抗生素的吸收和累积特性,通过盆栽实验,观察了三类土壤（黄褐土、砂姜黑土、红壤）中磺胺二甲嘧啶（SM2）、磺胺甲噁唑（SMZ）、四环素（TC）、土霉素（OTC）4种典型抗生素在青菜中的累积规律。结果表明：青菜累积三类土壤中4种抗生素的含量均在第10天达到最高后逐渐下降;青菜中抗生素的含量随着土壤中抗生素初始含量（0.1~25.0 mg·kg^-1）的增大而增大,抗生素初始含量为25.0 mg·kg^-1时,青菜中累积的抗生素含量显著高于其他低浓度处理组（P<0.05）;土壤中抗生素初始含量为25.0 mg·kg^-1时,青菜从不同类型土壤中吸收同种抗生素的含量差异较大,排序为红壤（SM₂ 14 993.6μg·kg^-1、SMZ 12 199.2 μg·kg^-1、TC 646.1 μg·kg^-1、OTC 967.6 μg·kg^-1）>黄褐土（SM₂ 12 598.1 μg·kg^-1、SMZ 11 678.5 μg·kg^-1、TC463.5 μg·kg^-1、OTC 663.8 μg·kg^-1）>砂姜黑土（SM₂ 9 510.4 μg·kg^-1、SMZ 3 666.9 μg·kg^-1、TC 58.8 μg·kg^-1、OTC 90.5 μg·kg^-1）,土壤pH和有机质含量是影响青菜从土壤中累积抗生素的重要因素;在同类土壤中,青菜对不同抗生素的累积顺序为SM₂>SMZ>OTC>TC,导致青菜对不同抗生素累积差异的原因,除了土壤对四环素类抗生素（TCs）的吸附能力强于磺胺类抗生素（SAs）外,还与不同抗生素的理化性质（分子结构、形态）有关。青菜能吸收土壤中的抗生素,在移栽后第10天青菜中抗生素的含量最高,青菜易从酸性土壤（红壤）中吸收抗生素,中性土壤（黄褐土）次之,碱性土壤（砂姜黑土）最低,且青菜对SAs的累积能力强于TCs,土壤中抗生素的初始含量越高,青菜中抗生素的含量也越高。     

设施农田土壤重金属污染评价及分区阈值研究

设施农田高强度的耕作模式使土壤重金属累积日益加重，因地制宜地确定其土壤重金属目标值与筛选值对设施农田可持续生产意义重大。本文以石家庄、衡水与唐山为研究区，基于土壤重金属污染风险和生态风险评价，用熵权法得出综合风险等级并确定重金属污染分区阈值。结果表明土壤Cd、Cu、Zn污染最严重，高风险区占比达40.57%。研究区设施农田土壤Cd、Cu、Pb、Zn全量与有效态的目标值分别为0.12、40.17、19.23、116.03 mg·kg^-1与0.02、4.19、0.59、8.80 mg·kg^-1；筛选值分别为0.40、90.27、38.33、170.68 mg·kg^-1与0.11、11.77、1.55、14.24 mg·kg^-1。基于综合评价结果反推分区阈值的方法简单便捷，重金属全量与有效态的目标值及筛选值的确定为研究区设施农田重金属污染的预防提供了多方位的指导。     

黄淮海平原农区农用地土壤肥力评价及时空变化特征——以山东省博兴县为例

为研究近年来黄淮海平原耕地土壤肥力变化情况,摸清土壤肥力变化的影响因素,选取山东省博兴县2007年和2020年土壤肥力数据,运用地统计学方法与指数和法对土壤肥力进行综合评价,并探讨土壤肥力的时空变化特征。结果表明：与2007年相比,2020年博兴县土壤有机质和速效钾的含量增高,有机质由15.13 g·kg^-1增加至17.48 g·kg^-1,速效钾由164.73 mg·kg^-1增加至242.80mg·kg^-1;碱解氮和有效磷的含量降低,碱解氮由103.20 mg·kg^-1降至84.73 mg·kg^-1,有效磷由39.07 mg·kg^-1降至24.99 mg·kg^-1;土壤pH值由7.79升高至8.28;土壤肥力水平为Ⅰ级、Ⅲ级和Ⅴ级地的面积占比分别下降了13.62、4.14和0.99个百分点,Ⅱ级地的面积占比提高了17.78个百分点,Ⅳ级地的面积占比基本保持不变。总体上看,2007—2020年博兴县土壤肥力的变化受到土壤类型和人为活动因素的共同影响,今后的农业生产应在参考土壤本底值的基础上,采取有效的施肥方式和管理模式,以提高土壤肥力。     

镉污染耕地大豆安全生产模式的探究

为探索大豆在我国南方镉（Cd）污染耕地上安全可行的种植模式,本研究通过低积累品种筛选,结合钝化剂施用,在镉污染安全利用区[土壤总镉含量为（0.49±0.04）mg·kg^-1,pH为6.31]开展田间试验。结果表明：各品种大豆籽粒镉含量均未超过国家限量标准,其中浙农6号、浙鲜9号、浙鲜12号和浙鲜19号具有镉低积累性状。将上述4个品种在镉污染严格管控区[土壤总镉含量为（1.69±0.25）mg·kg^-1,pH为4.65]开展不同钝化剂施用量对大豆镉积累能力影响试验,发现1 500 kg·hm^-2钝化剂施用下,4个品种大豆籽粒镉含量下降30.4%~79.0%,其中浙鲜9号、浙鲜12号籽粒镉含量降至0.13 mg·kg^-1,符合国家食品安全限量标准（0.2mg·kg^-1）。3 000 kg·hm^-2钝化剂施用量下大豆籽粒镉积累能力与1 500 kg·hm^-2无显著差异。1 500 kg·hm^-2钝化剂处理分别使浙农6号、浙鲜9号和浙鲜12号的产量提高了14.7%、16.7%、16.1%。研究表明,施用1 500 kg·hm^-2钝化剂可使浙鲜9号与浙鲜12号大豆籽粒中镉含量降低至国家食品安全限量标准内。     

施硒对花生镉吸收与抗性及化学形态的影响

采用温室盆栽试验,研究了低镉(Cadmium,Cd)浓度与高Cd浓度条件下,施硒(Selenium,Se)对花生生长、抗逆生理、Cd吸收积累及Cd在花生植株中形态的影响。结果表明,不同Cd条件下施Se均显著影响花生生物量。施Se可以缓解细胞膜的损害,降低丙二醛的积累。Cd胁迫抑制了花生的光合作用,随Se浓度增大,花生叶片光合速率呈现先升高后降低的趋势。Cd污染条件下,随施Se浓度增大,花生叶片及根系Cd含量先降低后升高,且在Se浓度为0.25 mg·kg~(-1)时效果最显著。在低Cd处理(3 mg·kg~(-1))和高Cd处理(30 mg·kg~(-1))条件下,施加0.25 mg·kg~(-1)Se使花生地上部分及根系Cd含量分别下降了12.71%、46.13%和21.29%、36.00%。花生植株中Cd形态以氯化钠提取态(FNaCl)、醋酸提取态(FHAc)和水提取态(FW)为主要形态。施Se处理可提高花生根部FHAc和FW提取态Cd的分配比例。研究结果显示,适量施Se可有效降低花生植株体内活性态Cd的比例,减少Cd的吸收。     

施锰微肥对镉污染土壤中玉米生长及镉吸收分配的影响

为定量研究锰(Mn)对镉(Cd)污染土壤的修复效果,以低(5 mg·kg~(-1))和高(10 mg·kg~(-1))Cd污染棕壤为供试土壤,通过盆栽培养试验,研究施加不同浓度的MnSO4(20、200、2 000 mg·kg~(-1))对土壤Cd形态、玉米生长和体内Cd吸收、Cd亚细胞分布的影响。结果表明:施Mn可以显著改变土壤中Cd的赋存形态,与对照(未施加Mn)相比,土壤可交换态Cd含量降低了4.75%～30.81%,且随着Cd浓度的增加,可交换态Cd降低比例逐渐增大。适量的Mn(20、200 mg·kg~(-1))可以促进玉米根系的生长,提高玉米各部位生物量,增产11.42%～17.51%,但过量的Mn(2 000 mg·kg~(-1))则会对玉米产生一定的毒害作用,导致减产。Mn降低了土壤中Cd的生物有效性,从而抑制玉米对Cd的吸收,籽粒Cd含量在低Cd污染土壤中降低了46.15%～53.85%,在高Cd污染土壤中降低了38.37%～52.33%。同时Mn增加了细胞壁对Cd的沉积和液泡区隔化作用,促进Cd在根部的固持,从而降低其向地上部转运。研究表明,Mn的施加对低Cd污染土壤的钝化效果优于高Cd污染土壤,适量的Mn更有助于玉米的生长发育以及降低玉米体内的Cd含量。     

不同品种烟草对Cd的富集及根际有机酸的分泌特征

为探索用烟草修复Cd污染土壤的可行性,采用盆栽试验,以7种常见的烟草品种(云烟87、中烟100、粤烟96、长脖黄、K326、8326和NC628)为供试植物,研究了烟草对Cd的富集能力及根际有机酸的分泌特征。结果表明:Cd胁迫下,"长脖黄"根、茎、叶生物量均最高;"云烟87"叶Cd含量最高,为64.67 mg·kg~(-1),"长脖黄"茎Cd含量最高,为27.1 mg·kg~(-1),"8326"根Cd含量最高,为23.75 mg·kg~(-1);从Cd贮存部位看,不同烟草品种均为叶茎根;从去除率看,"长脖黄"对Cd的去除率最高,达3.48%。通过高效液相色谱法分析根际土壤有机酸含量发现,Cd胁迫下7种烟草主要分泌草酸。因此,烟草有望被用于土壤重金属污染的实际修复,其中"长脖黄"最具优势。     

广西镉地球化学异常区水稻籽粒镉含量预测模型研究

为了解广西镉地球化学异常区土壤对水稻籽粒镉含量的影响,更进一步从局部有限的土壤-水稻"点"的研究拓展到镉异常区域范围内"面"的研究,共采集土壤-水稻样品656件,采用逐步多元回归分析建立不同镉浓度等级下水稻籽粒重金属Cd含量预测模型。结果表明:研究区土壤呈中性(pH均值为6.8),属矿质土壤(OM均值为39.53 g·kg~(-1)),全量镉和有效态镉含量范围分别为0.078～7.893 mg·kg~(-1)和0.028～5.875 mg·kg~(-1);根据《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB 2762—2017),稻米Cd超标率为13.6%;不同Cd浓度等级下最佳预测模型分别为:G1(0.5 mg·kg~(-1)):lg(Cd-G)=1.561-3.782 lg(pH)+1.825 DTPA-Cd;G2(0.5～1.0mg·kg~(-1)):lg(Cd-G)=5.145-0.280 pH-2.448 lg(OM)+1.039 lg(DTPA-Cd);G3(1.0～2.0 mg·kg~(-1)):lg(Cd-G)=1.074-0.208 pH-0.029OM+0.589 DTPA-Cd;G4(2.0～3.0 mg·kg~(-1)):lg(Cd-G)=-0.897-0.026 OM+0.785 DTPA-Cd;G5(3.0 mg·kg~(-1)):lg(Cd-G)=0.791~(-1).322 lg(OM)。总体上,广西镉异常区土壤中Cd整体偏高,已经对水稻安全种植产生影响,预测模型能够较好地预测稻米中镉的累积量,为广西镉异常区内其他水稻产地的安全生产提供参考。     

稻秆炭与巨菌草联合对铜镉污染土壤的修复

通过野外小区试验施加不同用量(0、5000、10000、15000、20000 kg·hm^-2)的稻秆生物炭(稻秆炭),探究施用稻秆炭对巨菌草修复铜镉复合(Cu-Cd)污染土壤的影响,并评价稻秆炭与巨菌草联合修复重金属污染土壤的潜力和优势。结果表明,稻秆炭施用可明显提高巨菌草在Cu-Cd污染土壤中的成活率,提高其地上生物量;稻秆炭的施用降低了土壤有效态Cu、Cd和全量Cd含量,在一定程度上降低了巨菌草对Cu的富集,但同时促进了巨菌草对Cd的富集,于5000 kg·hm^-2处理下增幅最大,其根、茎、叶的Cd吸收量分别增加60.75%、230.31%和83.34%;稻秆炭施用显著增加了巨菌草地上部重金属绝对富集量,Cu最高达3741.04 g·hm^-2(用量为10000 kg·hm^-2),Cd最高达167.81 g·hm^-2(用量为5000 kg·hm^-2);各处理的修复边际效率显示,5000 kg·hm^-2稻秆炭施用量更经济、有效。研究表明,稻秆炭施用提升了巨菌草地上部对Cu、Cd的富集水平,其联合修复潜力巨大。     

土壤性质对烟叶中铅、镉含量的影响及预测模型研究

在湖南某植烟区采集代表性的土壤和烟叶样品112个,测定了土壤理化性质和样品的铅、镉含量,并通过相关性和回归分析来研究烟叶铅、镉含量与土壤因子关系。结果表明:研究区土壤Pb、Cd全量平均值为40.91、0.37 mg·kg~(-1),Pb、Cd有效态平均值分别为10.71、0.23 mg·kg~(-1),烟叶Pb、Cd含量分别为3.86、7.55 mg·kg~(-1);烟叶Pb、Cd的富集系数分别为0.094和19.84,对比富集系数可知,植烟区烟叶镉的健康风险要大于铅。相关性分析表明:烟叶中Pb与土壤Pb全量、Pb有效态含量呈正相关,与p H值呈负相关;烟叶Cd与土壤Cd全量、Cd有效态含量、有机质含量和氯离子量呈正相关,与p H值负相关。通过数据逐步回归得到的方程为lg Ytobac-Pb=0.806lg Xsoil Pb-0.314p H-0.020(R2=0.499)、lg Ytobac-Cd=0.877Xsoil Cd-0.302p H+0.465lg XOM+1.632(R2=0.561),回归方程对烟叶中Pb、Cd的预测达到极显著水平。     

长期施肥对土壤重金属积累和有效性的影响

以红壤稻田和红壤旱地长期定位施肥试验土壤为材料,对长期施肥后土壤Cu、Zn、Pb和Cd的含量及其有效性进行了研究,旨在为常规农业管理条件下农田重金属污染提供更多可靠及有用信息。结果表明:红壤稻田土壤Cu、Zn、Pb含量分别为27.2~34.4、83.8~96.1、41.0~62.0 mg·kg~(-1),不同施肥处理土壤Cu、Zn、Pb含量均未超过土壤环境质量二级标准;土壤Cd含量为0.49~1.04mg·kg~(-1),Cd含量均超过土壤环境二级标准。红壤旱地土壤Cu、Zn、Pb全量范围分别为34.6~88.3、79.4~173.7、56.7~81.1 mg·kg~(-1),其中施加有机肥处理的土壤Cu超过土壤环境二级标准,Cd为0.14~1.35 mg·kg~(-1),超标率为42.9%。通过红壤稻田和旱地各处理土壤Cd有效性比较,施用猪粪旱地(33.8%)高于稻田(23.9%),而施用化肥旱地土壤Cd有效性最高处理(NP 14.8%)低于稻田最低处理(NPK 31.2%)。从红壤稻田和红壤旱地长期施肥试验结果看出:长期施用化肥和稻草还田未见明显的重金属积累,但施用猪粪处理的土壤中Cd有显著积累。红壤稻田施用Ca肥可明显降低土壤Cd的有效性;施用猪粪在增加土壤Cd全量的同时,也提高了旱地红壤Cd的有效性。     

两种AMF对巨菌草根际土壤Cd生物可利用性以及Cd积累的影响

利用盆栽巨菌草(Pennisetum sp.)实验,研究了不同土壤镉(Cd)浓度(T0:空白;T1:5 mg·kg~(-1);T2:10 mg·kg~(-1);T3:15 mg·kg~(-1))条件下,接种两种丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)[摩西斗管囊霉(Funneliformis mosseae,Fm)和根内根孢囊霉(Rhizophagus intraradices,Ri)]后土壤中Cd的生物有效性、巨菌草生物量、巨菌草Cd积累量等的变化。结果表明:与不施加菌剂(CK)相比,接种AMF显著降低了土壤中Cd的生物可利用性,在5、10、15 mg·kg~(-1)处理下,接种Fm和Ri后可交换态Cd分别降低了18.65%、20.51%、6.53%和12.54%、16.64%、6.66%;在10、15 mg·kg~(-1)处理下,接种Fm和Ri,植物地上部分生物量分别增加了20.98%、36.94%和36.54%、43.88%,地下部分生物量增加了14.31%、21.79%和25.78%、12.83%。接种AMF显著提高了巨菌草对Cd的吸收能力,其中在5 mg·kg~(-1)处理下接种Ri,巨菌草的重金属富集系数(BCF)最高,达到0.77,由于植物地上、地下部分Cd的含量均增加,巨菌草的Cd转移系数(TF)并没有显著变化。