土法炼锌导致Cd对土壤-农作物系统污染的研究

采用现场取样及室内分析方法,研究了贵州省赫章县的土法炼锌活动导致Cd对当地土壤-农作物系统的污染状况及规律。结果表明,炼锌污染土壤Cd含量高达5.3～144.7mg·kg-1,且Cd在土壤中的累积程度随着冶炼时间的增长而加剧。形态分析结果显示,土壤中的CaCl2和DTPA提取态Cd分别占全量的2.47%～16.80%和3.18%～10.11%,随着Cd在土壤中累积时间的加长,CaCl2和DTPA提取态Cd的百分含量均呈显著下降趋势。土壤污染导致农作物体内Cd的明显蓄积,玉米、土豆和大豆三类当地主要农作物可食部分Cd含量分别为1.8、4.8和2.0mg·kg-1,分别超过国家粮食卫生标准9、24和10倍。相关分析结果显示,CaCl2提取态Cd与农作物中Cd含量没有相关关系,而DTPA提取态Cd和全量Cd与农作物根和茎叶中Cd含量显著正相关。     

土法炼锌区土壤重金属形态及其转化

废弃地复垦成为土法炼锌区面临的主要问题,而重金属(Pb、Zn、Cd)的调控又是复垦中的首要问题.为了探索土法炼锌区废渣和污染土壤中重金属的迁移扩散和转化规律,对经过土法炼锌区河流进行了监测,以及用水浸提废渣、用HNO3和NaOH分别调控废渣和污染土壤的pH值、采用5步萃取法测定重金属化学形态、用腐殖质、EDTA、不同量的石灰等处理污染土壤后进行苗圃盆栽试验.结果发现,河流重金属主要来源于水土流失,集中在悬浮物和沉积物,防止水土流失非常必要;废渣中的重金属用水浸提溶出量很少;废渣中的重金属随pH值降低溶出量显著增大,污染土壤中的重金属随着pH值的增加溶出量减少,增加到9以后,溶出量反而增加,因而控制废渣的pH降低和适当提高污染土壤pH值可减少重金属的潜在危害;废渣中重金属可交换态含量极低(<0.1%),其他的形态含量远远高于背景土壤,污染土壤中重金属可交换态含量远远高于背景土壤和废渣;施用石灰使土壤中Pb、Zn、Cd的DTPA提取态分别降低了83.9%、23.1%和79.4%,白菜中Pb、Zn、Cd的含量分别减少97.2%、94.7%和89.4%,因而在土法炼锌区废弃地复垦中调控pH值是一种实用而有效的措施.     

贵州省白菜种植土壤镉风险管控标准研究

为制定针对具体作物的土壤Cd地方标准,以贵州省为典型区域,采集6种典型土壤开展人工Cd污染土壤盆栽试验,建立白菜可食部分Cd与土壤总Cd、HNO_3-Cd及CaCl_2-Cd之间的关系,以食品中污染物限量反推安全种植白菜的土壤Cd筛选值(RSVs50或RSVs95)和管制值(RIVs95),并进行适宜性验证。结果表明:土壤总Cd和两种有效态Cd均能与白菜可食部分Cd含量建立极显著的一元回归模型,考虑pH的多元回归模型R~2值显著提高;5.5≤pH≤8.0时,土壤总Cd的筛选值RSVs50(0.8～1.7 mg·kg~(-1))和管制值RIVs95(2.8～8.4 mg·kg~(-1))均高于现行国家标准;5.5≤pH≤8.0时,基于0.43 mol·L~(-1)HNO_3提取态Cd的土壤筛选值和管制值随pH升高而增大;基于0.01 mol·L~(-1)CaCl_2提取态的土壤Cd管控标准与土壤pH无关,筛选值RSVs95、RSVs50和管制值RIVs95分别为0.02、0.078、0.09 mg·kg~(-1);标准适宜性验证结果表明,现行土壤Cd筛选值和管制值均偏保守(保守率68%),本研究推导的土壤总量和两种有效态Cd的筛选值RSVs50合适率均较高(80%)。因此,为更好地指导农用地分类管理,有必要制定基于有效态和特定作物的地方土壤环境标准。     

不同土壤镉提取方法预测稻米富集镉性能评估

为筛选土壤镉(Cd)有效态提取方法并建立其与稻米Cd污染之间的累积模型,采用大田协同采样方式收集了土壤-水稻140对样品,分别研究了土壤Cd总量及土壤溶液Cd含量和化学浸提(醋酸HAc、复合有机酸、乙二胺四乙酸EDTA、CaCl2)、梯度扩散薄膜(DGT)技术提取的Cd含量与水稻糙米Cd含量的相关性,以评估不同提取方法预测稻米Cd累积模型的可行性。结果表明,研究区所在的长株潭地区存在较为明显的土壤及稻米Cd污染风险,EDTA提取Cd含量与土壤Cd总量显著正相关,模型拟合决定系数R2达到0.908 4,以总量预测稻米Cd污染存在37.2%~39.8%的误判率,0.01 mol·L^-1CaCl2提取的土壤Cd有效态含量存在明显的适用范围限制,在0.04~0.13 mg·kg^-1范围内,效果明显差于其他数据区域,模型决定系数R2仅为0.006。DGT技术能较好地预测稻米对Cd的吸收富集性能,且能区分土壤库供给能力差异对稻米富集Cd的影响,与传统化学浸提方法比较,DGT技术提取的土壤Cd有效态含量与稻米Cd含量具有更好的相关性(R^2=0.585 4,0.900 9),是预测稻米富集Cd较为理想的土壤有效态提取方法。     

基于薄膜扩散梯度技术的复合污染土壤镉的生物有效性研究

以两种典型的陆生植物小麦和玉米为供试材料,采用盆栽实验生物富积方式,对比研究了薄膜扩散梯度(DGT)技术与5种传统的化学提取方法评价铅(Pb)复合存在下土壤镉(Cd)的生物有效性。结果表明,Cd污染土壤中Pb的存在促进两种植物对Cd的吸收,并随Pb浓度的增加其促进作用更趋明显;DGT技术测定的土壤有效态Cd含量随土壤Pb浓度的增加而显著增加,土壤溶液中Cd的浓度和4种单一提取剂(醋酸、氯化钙、醋酸钠和乙二胺四乙酸)提取的土壤有效态Cd含量均与DGT技术表现出类似的变化趋势,从动力学和静态平衡两种角度揭示了土壤Pb的存在增强Cd的生物有效性;Pearson回归分析显示,6种方法表征的土壤有效态Cd含量均与两种植物体内Cd的含量呈显著正相关,但DGT、土壤溶液和CaCl2的相关系数明显高于其他3种化学提取方法。结果显示,DGT技术与传统方法(土壤溶液法和CaCl2提取法)均可用于预测土壤Cd的生物有效性。     

铅锌矿冶炼区农田土壤和马铃薯中Cd含量及其化学形态分布

采用化学连续提取法研究了赫章铅锌矿冶炼区农田土壤以及马铃薯根、茎、叶、果实（块茎）中Cd含量及其化学形态分布特征,以揭示该污染区Cd在土壤与植物体内的迁移转化特征。结果表明,农田土壤Cd含量介于2.53～22.30 mg/kg,且以可交换态和铁锰氧化物结合态为主,土壤p H值与土壤可交换态Cd含量呈显著负相关,与铁锰氧化物结合态Cd含量呈显著正相关。马铃薯各器官Cd含量总体表现为根、叶、茎大于果实,且主要以氯化钠提取态和去离子水提取态为主;马铃薯除果实外,根、茎、叶中Cd含量几乎全部超出国家食品安全限值,存在较高的生态风险。土壤 p H值与马铃薯根、茎中Cd含量呈显著负相关;土壤有机质含量与马铃薯叶中Cd含量呈极显著正相关;马铃薯根中Cd含量与茎中Cd含量呈显著正相关。总之,土壤p H值是影响植物吸收Cd的重要因素,其主要通过影响Cd在土壤中的形态分布来影响Cd向马铃薯体内的迁移。控制土壤p H值可有效降低土壤中Cd向植物迁移的能力和农作物中的Cd含量,保障当地农作物食品质量安全。     

不同施肥措施对休宁土壤Cd形态的影响与蔬菜富集特性的研究

[目的]研究不同施肥措施对休宁土壤Cd形态的影响与蔬菜富集特性。[方法]通过盆栽试验，研究了鸡粪、改良剂和外源Cd对体宁菜园土中重金属Cd形态的影响与蔬菜富集特性。[结果]结果表明，施入鸡粪可降低土壤中可交换态Cd和铁锰氧化态Cd的含量，增加了土壤中的碳酸盐态Cd和有机物结合态Cd含量。改良剂可提高土壤中可交换态Cd和碳酸盐态Cd的含量。外源Cd进入到土壤中主要以可交换态、碳酸盐态和铁锰氧化物结合态存在。萝卜、白菜和辣椒的可食用部分对土壤Cd的富集能力为：白菜〉萝卜≈辣椒，转移系数为白菜〉萝卜〉辣椒。[结论]在农业生产上，可在土壤中添加有机肥和无机改良剂减少蔬菜时重金属Cd的吸收积累。在重金属Cd含量高的土壤中应避免种植富集能力极强的蔬菜品种。     

污灌区土壤-蔬菜系统中镉的生物有效性及迁移特征

以北方城市污灌区——长春市季家和四间房为例,采用“五步提取法”分析了受污染土壤Cd的赋存形态与生物有效性的关系,通过计算Cd在土壤和蔬菜中的富集系数和迁移系数,探讨Cd在北方污灌区土壤-蔬菜系统中的污染和迁移特征.研究表明:污灌区土壤耕作层中Cd的形态特征为可交换态＞铁锰氧化态＞碳酸盐结合态或有机结合态＞残渣态,季家和四间房污灌区土壤Cd的迁移系数为0.367、0.651;污灌区土壤镉含量超标,蔬菜各部位镉含量分布特征呈现根＞叶＞茎＞果实的规律;季家和四间房白菜都是土壤-根富集系数＞茎-叶迁移系数,Cd主要在根部富集;季家西红柿茎-叶迁移系数最高,而四间房西红柿的土壤-根富集系数最高;四间房白菜、西红柿土壤-根的富集系数均高于季家蔬菜,这与四间房土壤活性态Cd含量较高有关,且含量越高,蔬菜吸收量越大.     

秸秆还田对镉污染农田土壤中镉生物有效性的影响

通过温室盆栽试验和土壤培养试验,研究了重金属镉污染水稻土和人为模拟镉污染土壤上不同种类和不同量的作物秸秆还田后,土壤中可提取态镉的动态变化规律以及对白菜生长和吸收重金属镉的影响.结果表明,秸秆还田显著提高了2 种镉污染土壤的pH值.镉污染水稻土上还田玉米和菜豆秸秆显著提高了土壤中醋酸铵提取态镉和DTPA 提取态镉含量,秸秆还田后2 周时醋酸铵提取态镉含量增加了17%～33%,随时间延长,土壤中可提取态镉增加变的不明显.模拟镉污染土壤上还田玉米和菜豆秸秆对土壤中醋酸铵提取态镉和DTPA 提取态镉含量影响不明显.镉污染水稻土上秸秆还田量2%时显著降低了白菜体内镉含量,还田菜豆秸秆和玉米秸秆白菜体内镉含量分别降低了18%和27%.还田玉米秸秆影响了白菜生长,降低了白菜的产量;模拟镉污染土壤上还田菜豆秸秆对白菜生长和镉含量影响不明显,但还田2%玉米秸秆降低了白菜生物量,增加了白菜镉含量.     

土法炼锌的环境危害及废弃矿区环境评价

统计已有的研究数据,分析土法炼锌区环境中重金属的污染状况与环境危害,采用单因子污染指数法和综合污染指数法,综合评价土法炼锌历史较久的赫章县妈姑镇废弃矿区环境质量状况.结果显示,矿区大气、土壤和食物中重金属元素Pb、Zn、Cd的总含量均超标;土壤污染严重,不适合种植粮食类作物,已收获的食物不能安全食用;河水中Pb、Zn、Cd的浓度符合Ⅲ类水质要求,但底泥和悬浮物中重金属总含量很高,是潜在的污染源,对河水水质和水生生物的生存构成威胁;建议对矿区弃渣和受污染土壤进行治理,采用农家肥、磷肥与碱石灰混合施用的方法可行.     

不同农业种植模式土壤-作物系统中Zn的分配与迁移

为了解不同农业种植模式土壤-作物系统中Zn的含量与变化,研究了岷江下游丘陵区3种典型农业种植模式(M1:玉米+红薯-小白菜+菠菜,M2:玉米+生姜-茎用芥菜,M3:水稻)土壤和作物中Zn的分配和迁移特征。结果发现,土壤全量Zn含量变化在M1、M2中表现为显著下降后又显著上升的特征,M3中为显著下降。作物食用器官Zn含量特征为蔬菜作物(小白菜、菠菜、茎用芥菜)>根类作物(红薯、生姜)>谷物类作物(玉米、水稻)。除小白菜外,作物非食用器官中Zn含量均显著大于食用器官。     

不同钝化剂配施硫酸锌对石灰性土壤中镉生物有效性的影响研究

为了降低轻度镉(Cd)污染土壤中Cd的生物有效性以确保农产品安全,以低吸收豆类蔬菜(豇豆)作为供试植物,通过田间试验研究了在轻度Cd污染(Cd1.5 mg·kg-1)石灰性土壤中施加赤泥、油菜秸秆、玉米秸秆、赤泥+油菜秸秆等钝化处理并配施硫酸锌肥料对土壤中Cd的生物有效性的影响.结果表明,与对照相比,不同钝化处理可显著(P＜O.05)降低豇豆豆角中Cd浓度和土壤中可溶态Cd浓度;钝化处理条件下豇豆豆角中Cd浓度降低了27％(玉米秸秆)～83％(赤泥+油菜秸秆).在施加钝化剂的基础上,配施硫酸锌肥料可进一步降低豇豆对Cd的吸收,各钝化处理在配施锌肥后,豇豆豆角中Cd平均浓度与未施锌肥相比降低了27％.对不同作物秸秆而言,富含巯基的油菜秸秆比富含纤维素的玉米秸秆钝化效果好.由此可见,在轻度Cd污染的石灰性土壤中,无机钝化剂赤泥和富含巯基的油菜秸秆复合使用是一种高效且环境友好的钝化手段.同时,合理施用锌肥可能会进一步降低作物对Cd的吸收.     

玉米和不同蔬菜间套模式对重金属Pb、Cu、Cd累积的影响研究

通过田间小区试验,研究了玉米、青花、白菜和油毛菜间作及套作马铃薯、豌豆和西葫芦对重金属Cd、Pb、Cu累积含量的影响。结果表明,玉米与油毛菜间作与单作相比较,玉米中Cd含量显著下降了72.9%,油毛菜中Cu含量显著下降了49.8%,套作西葫芦时Pb含量显著下降了56.8%;间套作条件下,显著降低了重金属Cd、Pb、Cu在玉米和蔬菜可食部分的累积含量,与单作相比平均下降了30%、37.9%和28.6%。玉米和不同蔬菜间套模式是抑制作物可食部分吸收累积重金属Pb、Cu、Cd含量的有效措施。     

基于梯度扩散薄膜技术评估稻田土壤中镉的生物有效性

为了给重金属污染农田土壤的安全性评估提供方法学指导,以稻田土壤-水稻体系为对象,通过比较化学提取法(土壤溶液法和0.01 mol·L~(-1)Ca Cl2提取法)和梯度扩散薄膜技术(DGT)所提取的有效态镉(Cd)含量与水稻谷粒中Cd含量(0.06~2.16 mg·kg~(-1))的相关关系,阐述DGT是否能更准确评估Cd的生物有效性及其作用机理。结果表明,土壤Cd全量与谷粒中Cd含量、几种有效态Cd提取量均未显示出显著相关性,不能真实反映Cd的生物有效性。DGT提取的Cd含量与谷粒Cd含量的相关性系数(R_(线性)~2=0.89和R_(曲线)~2=0.94)高于土壤溶液法(R_(线性)~2=0.87和R_(曲线)~2=0.92)和0.01 mol·L~(-1)Ca Cl2提取法(R_(线性)~2=0.80和R_(曲线)~2=0.83),R值分析表明DGT技术模拟了根部吸收土壤Cd过程中土壤固-液释放补给动态过程。因此,与传统化学提取法相比,DGT技术能更好地预测Cd污染土壤(0.31~10.64 mg·kg~(-1))中Cd的生物有效性。     

黄淮海平原小麦吸收镉与土壤可浸提镉间关系研究

土壤重金属镉浸提量与小麦吸收镉量关系是评价浸提方法以及土壤中镉有效性的重要依据,为了给黄淮海平原小麦产区土壤镉污染评价提供科技支撑。分别采用0.43 mol·L~(-1)HNO_3、0.1 mol·L~(-1)HCl、0.05 mol·L~(-1)EDTA浸提土壤镉的方法对黄淮海平原11个不同地点大田土壤样品和24个小麦植株样品进行了测定,并对3种不同浸提剂浸提的土壤有效态镉量间的相互关系,及土壤浸提镉含量与小麦镉含量间的关系进行了探讨。结果表明:不同浸提剂浸提的土壤Cd含量、全量间的相关关系均达极显著水平;3种浸提剂的Cd浸提率为58.7%(0.43 mol·L~(-1)HNO_3)53.2%(0.05 mol·L~(-1)EDTA)25.9%(0.1 mol·L~(-1)HCl),不同浸提剂浸提的土壤有效态Cd含量与小麦植株Cd含量的相关性顺序为r=0.74(0.05 mol·L~(-1)EDTA)r=0.64(0.43 mol·L~(-1)HNO_3)r=0.49(0.1 mol·L~(-1)HCl);在pH为7.71~8.59和土壤全Cd含量范围为0.107~0.212 mg·kg~(-1)条件下,以EDTA浸提的土壤Cd含量及土壤Cd全量结合土壤pH值建立的方程可以较好地预测小麦籽粒Cd含量;经推算,EDTA浸提的土壤Cd和土壤Cd全量的安全临界值可分别为0.671 mg·kg~(-1)和1.02 mg·kg~(-1)。     

Cd对叶菜生长和产量的影响及其在叶菜体内的积累

选取广东省菜薹、芥菜、叶用莴苣、蕹菜和苋菜等几种主要的叶类蔬菜,在水培条件下进行Cd在不同浓度下对叶菜生长、产量及其在叶菜体内积累的影响研究。结果表明,培养液中Cd的添加浓度为0.01、0.1、0.5mg·kg-1时,其对叶菜生长、产量及其在叶菜体内积累都有明显的影响,且因Cd浓度和叶菜种类的不同而有很大差异。随着培养液中Cd浓度的增大,各种类叶菜的受害症状加重,减产幅度增大,可食用部位Cd含量和Cd累积量都极显著增加,且它们分别与培养液中的Cd浓度呈显著或极显著的正相关(前者r=0.987￣0.999,P<0.01,N=4;后者r=0.967￣0.999,P<0.05,N=4)。各叶菜产量受影响程度的顺序为:叶用莴苣>苋菜、芥菜>菜薹>蕹菜。可食用部位富集Cd量的顺序为:苋菜>菜薹>叶用莴苣>芥菜、蕹菜。     

梯度扩散薄膜技术(DGT)的理论及其在环境中的应用Ⅲ——植物有效性评价的理论基础与应用潜力

梯度扩散薄膜技术(DGT)是一种测定环境介质中多元素植物有效性的原位分析方法。由于其能模拟植物根系,综合考虑环境多介质的动态平衡,因此近年来被广泛应用于多元素植物有效性的评价。本文简要阐述了DGT技术基于动力学过程进行有效性测定的原理;深入剖析了DGT技术涉及的动力学过程与植物吸收机制的相似性与差异性;详细评估DGT技术预测多元素植物有效性的评价效果;并基于以上内容,对DGT技术在植物有效性方面的应用进行总结和展望。     

不同污染源对水稻土及水稻籽粒的重金属污染研究

为了解不同来源的重金属对土壤的污染程度及其在水稻中的累积特点,利用3种典型的提取剂对四个不同污染源地区水稻土中As、Cd、Cu、Zn的有效态进行提取,分析不同来源重金属的生物有效性差异及其主要影响因素,进而以土壤参数和重金属有效态含量为自变量,建立各地区水稻籽实中重金属含量的最优预测方程。结果表明,工业废水和污水灌溉源地区土壤中As和Cd的有效态含量较高,矿山废渣源地区土壤中Cu、Zn有效态含量较高。水稻籽实中重金属可以用重金属有效态及土壤参数进行预测,籽实Cd含量可以用Ca Cl2溶液提取态含量进行有效预测,而籽实As和Cu的含量可以用EDTA提取态含量进行有效预测,但籽实Zn的预测性较差。四个污染源地区中,污水灌溉源和矿山废渣源地区重金属的生物累积预测性较好。     

小麦秸秆生物质炭对旱地土壤铅镉有效性及小麦、玉米吸收的影响

采用高(40 t·hm~(-2))、低(20 t·hm~(-2))两个不同施用量将小麦秸秆生物质炭施用到小麦-玉米轮作模式下的碱性旱地土壤,分析生物质炭对Pb、Cd污染土壤中小麦、玉米籽粒Pb、Cd的富集以及土壤Pb、Cd的生物有效性的影响。结果表明:旱地土壤中,小麦秸秆生物质炭在小麦、玉米两季均能有效提高土壤有机碳含量,两季最高增加量分别是对照的2.4倍和2.8倍;同时显著降低土壤Ca Cl2-Pb和Ca Cl2-Cd的含量,最大降幅分别达到53%和50%,进一步表现为小麦籽粒Pb、Cd含量的显著降低,降幅最高分别为43%和21%,但小麦籽粒Pb、Cd含量仍高于现行国家标准(Cd0.1 mg·kg~(-1),Pb0.2 mg·kg~(-1)),而对玉米籽粒Pb、Cd含量无显著影响。在对污染水平及施炭量的多因素方差分析中发现,20 t·hm~(-2)的施炭量可在短期内达到修复目的,而40 t·hm~(-2)施炭量的治理效果可至少维持两个生长季。因此,小麦秸秆生物质炭对碱性旱地土壤Pb、Cd污染的修复,主要是通过提高土壤有机碳含量以及生物质炭丰富的官能团对土壤Pb、Cd的吸附螯合及络合作用来降低土壤Pb、Cd的生物有效性,从而降低小麦籽粒的Pb、Cd富集,并且其持效性在一定生物质炭施用范围内随施用量的增加而延长。