模拟酸雨条件下铁硅材料和生物炭对土壤镉砷形态及生物有效性的影响

采用温室盆栽实验,研究了模拟酸雨条件下铁硅材料、鸡粪及其高温裂解生物炭单施或复配对土壤Cd、As形态及生物有效性的影响。结果表明:酸雨导致土壤p H值显著降低,并提高土壤有效态Cd、As含量,几种钝化剂的添加能提高土壤p H值0.41~1.34个单位,铁硅材料与生物炭组合能显著降低土壤Cd、As有效态含量。酸雨对蔬菜的生长有显著抑制作用,并促进重金属在蔬菜体内积累,且显著增加铁硅材料和生物炭单一处理蔬菜对Cd、As的吸收,而铁硅材料与生物炭复合处理可以有效抵御酸雨的不良影响。土壤重金属的化学形态分析显示,酸雨处理显著提高土壤中水溶交换态Cd(1 mol·L-1Mg Cl2提取)比例,降低有机硫化物态和残渣态Cd比例。铁硅材料与生物炭复合处理(IS+BC700)土壤中水溶交换态Cd显著降低,土壤中Cd形态主要向铁-锰氧化物结合态和有机硫化物结合态转化且土壤中残渣态Cd比例升高,从而显著降低其生物有效性。IS+BC350组合处理显著降低土壤中非专性吸附态As比例。本研究表明铁硅材料与生物炭的组合可以有效缓解酸化条件下镉砷复合污染农田土壤重金属对作物的毒害作用。     

钝化剂对土壤镉铅有效性和微生物群落多样性影响

为研究海泡石和生物炭两种钝化剂对镉铅复合污染土壤修复效果及微生物群落功能多样性的影响,以南京某蔬菜地土壤为研究对象,采用盆栽试验方法,研究海泡石和生物炭单施及配施条件下,土壤理化性质、土壤微生物群落功能多样性、土壤Cd、Pb有效态含量的变化以及萝卜和小白菜两种作物对Cd、Pb富集的影响。结果表明:海泡石和生物炭单施、混施均显著促进土壤Cd、Pb由酸溶态向残渣态转化,降低Cd、Pb生物有效性。其中,2.5%海泡石处理Cd、Pb有效态含量降幅最大,与对照相比,种植萝卜和小白菜的土壤Cd、Pb含量分别降低71.88%～75.44%和81.21%～84.52%。生物炭对土壤微生物活性影响显著,2.5%生物炭处理微生物对碳源利用能力最强,但微生物群落功能多样性未显著增加。添加海泡石和生物炭均减轻了萝卜和小白菜可食部位对Cd、Pb的富集,2.5%海泡石和1.25%海泡石与1.25%生物炭配施处理,萝卜可食部位Cd和Pb含量均满足《食品安全国家标准》(GB 2762—2017),但小白菜可食部位Pb含量超出安全标准。研究表明,从土壤环境质量和作物安全角度考虑,一般采取海泡石和生物炭配施进行重金属Cd-Pb复合污染土壤的修复,而且在中度Cd-Pb污染的菜地土壤中优先考虑种植萝卜类蔬菜。     

生物炭和海泡石复配对镉和锌复合污染土壤的钝化修复

为修复四川某垃圾填埋场周边镉(Cd)和锌(Zn)复合污染土壤，选用生物炭和海泡石2种钝化材料，研究不同复配比例(质量比分别为1∶1、1∶2、2∶1)、施加量(1%、3%)和钝化时间(45、90 d)对污染土壤中Cd和Zn的钝化效果，分析复配钝化剂施加前后对污染土壤中Cd和Zn有效性和形态分布的影响，并通过其稳定性指数(IR值)和移动性指数(MF值)探究土壤Cd和Zn稳定性和移动性的变化。结果显示，土壤中Cd和Zn的钝化效果随钝化培养时间和施加量的增加而显著升高，其中在钝化培养90 d,3%施加量下，生物炭与海泡石复配比例为2∶1时，对土壤中Cd和Zn的钝化效果最好，其钝化率分别为31.1%和23.1%。施加复配钝化剂培养后，土壤中Cd和Zn的弱酸提取态和可还原态占比降低，而可氧化态和残渣态占比上升。与对照相比，复配钝化剂的施加使土壤中Cd和Zn的稳定性增强，移动性减弱；其中在3%施加量下，生物炭与海泡石复配比例为2∶1时土壤中Cd的M_F值降低17.5%、I_R值升高9.0%，土壤中Zn的M_F值降低6.1%、I_R<...     

不同钝化剂对大白菜产量和吸收Cu、As、Cd、Pb的影响

【目的】旨在为Cu-As复合污染农田土壤安全利用和蔬菜的安全生产提供理论依据。【方法】选取生物炭、土壤调理剂、腐殖酸钾、石灰粉及其组合开展田间试验,研究不同钝化剂对大白菜(Brassica bara L.)产量、地上部吸收Cu、As、Cd、Pb与土壤有效态Cu、As、Cd、Pb的影响。【结果】除石灰处理外,施用其他3种钝化剂及其组合均能明显提高大白菜产量。4种钝化剂及其组合可升高土壤pH和有机质含量,明显降低土壤中有效态Cu、As、Cd、Pb含量,与处理CK相比,施用不同钝化剂导致土壤有效态Cu降低7.25%～33.64%,有效态As降低6.67%～17.65%,有效态Cd降低18.80%～30.83%和有效态Pb降低22.42%～33.49%,其中处理BRH(生物炭+土壤调理剂+腐殖酸钾)降低效果最明显,处理BLH(生物炭+石灰粉+腐殖酸钾)次之;不同钝化剂及其组合均能降低大白菜可食用部位对Cu、As、Cd和Pb的吸收,以处理BRH降低大白菜可食用部位Cu、As、Cd、Pb的效果最显著,较处理CK分别降低51.21%、56.89%、74.67%和78.23%。【结论】在原位钝化修复C...     

12种钝化剂在镉污染稻田上的应用效果对比

在轻度Cd污染稻田上开展12种钝化剂(硅钙镁钾肥、钙镁磷肥、过磷酸钙、海泡石、膨润土、沸石粉、木质生物质炭、果壳生物质炭、腐殖酸、商品土壤调理剂、复合改良剂1号和复合改良剂2号)的田间效果对比试验。结果表明,与不施用钝化剂的对照(CK)相比,12种钝化剂处理后,水稻糙米Cd含量降低了14%~71%,其中以钙镁磷肥和硅钙镁钾肥的效果最明显,其次为膨润土、果壳生物质炭、木质生物质炭、过磷酸钙、商品土壤调理剂、腐殖酸和复合改良剂1号,其余钝化剂的效果不明显。钝化剂主要通过降低土壤中的有效态Cd以阻控水稻吸收,过磷酸钙和硅钙镁钾肥处理的土壤有效态Cd含量较CK下降50%以上。根据12种钝化剂对水稻产量、有效态Cd含量和糙米Cd含量的综合影响,硅钙镁钾肥和钙镁磷肥能有效降低土壤中Cd的生物有效性,增加水稻产量,且稻米安全达标,在本试验条件下,在轻中度镉污染稻田上具有良好的应用效果。     

虾壳生物炭对Cd-As复合污染土壤修复效应及土壤可溶性有机碳含量的影响

为探究虾壳生物炭对Cd、As复合污染土壤的修复效果和作用机制,将小龙虾壳厌氧热解制备成生物炭,通过土壤静态培养实验,在广东酸性和新疆碱性Cd、As复合污染土壤中添加不同剂量的虾壳生物炭(质量比为0.5%、1%和3%),研究虾壳生物炭对土壤理化性质、Cd-As有效性和形态分布特征的影响,同时分析其对土壤可溶性有机碳的影响。结果表明:施加虾壳生物炭可显著提高土壤pH、有机碳、碱解氮、铵态氮、硝态氮、速效磷、速效钾、全氮和全磷含量(P0.05),增幅随生物炭添加量的增加而增大。与不加生物炭的对照相比,添加0.5%～3%虾壳生物炭可使酸性土壤有效态Cd含量显著降低15.76%～26.50%,却使有效态As含量增加11.64%～24.53%;而生物炭添加可显著降低碱性土壤中有效态As、Cd含量(P0.05),降幅分别为3.51%～8.12%和4.43%～28.90%。在土壤As、Cd形态分布上,添加虾壳生物炭增加了土壤中钙结合态As的比例,促进了土壤Cd由可交换态向残渣态转化。此外,添加虾壳生物炭显著提高了土壤可溶性有机碳含量,且土壤可溶性有机物的紫外光区吸收强度和芳香化程度有所增强。研究表明,虾壳生物炭可降低碱性土壤中Cd、As有效性,同时提高土壤养分含量,是一种绿色可持续的土壤钝化修复材料,具备碱性土壤Cd、As复合污染修复的潜在应用价值。     

不同钝化剂及其组合对玉米（Zea mays）生长和吸收Pb Cd As Zn影响研究

选取硅藻土、生物炭、沸石粉、石灰及其组合开展田间试验,研究它们对玉米(Zea mays)生长、玉米籽粒吸收Pb、Cd、As、Zn与土壤有效态Pb、Cd、As、Zn的影响。结果表明,除石灰粉外,施用其他3种钝化剂及其组合均能促进玉米生长,增加玉米株高、叶面积和生物量,显著提高玉米产量。4种钝化剂及其组合可升高土壤的p H值和降低土壤中的有效态Pb、Cd、As、Zn含量,与CK处理相比,施用不同改良剂导致土壤有效态Pb降低6.82%~20.46%,有效态Cd降低12.76%~28.28%,有效态As降低26.89%~48.74%,和有效态Zn降低13.88%~28.95%,其中BZD(生物炭+沸石粉+硅藻土)处理降低效果最明显,BLD(生物炭+石灰粉+硅藻土)处理次之;4种钝化剂及其组合都能降低玉米籽粒对Pb、Cd、As、Zn的吸收,其中BZD处理能明显降低玉米籽粒中Pb、Cd、As、Zn含量,较对照分别降低47.71%、95.00%、90.90%、31.41%。在原位钝化修复镉-砷-锌复合污染农田土壤时,BDZ组合的施用效果最佳。     

不同钝化剂对小米椒吸收和积累镉的影响

采用田间小区试验,研究石灰、生物质炭、海泡石、钙镁磷肥等单一和复合钝化剂对小米椒吸收和积累Cd的影响,结合土壤性质和养分含量变化,以期筛选出能有效降低小米椒果实中Cd含量的钝化剂类型。结果表明:供试辣椒品种艳椒425对土壤中Cd有较强的吸收积累能力,不同部位的Cd含量为茎叶>根>果实;不同处理辣椒果实的Cd含量介于0.049~0.106 mg·kg^-1,除生物质炭处理外,其他钝化剂处理辣椒果实的Cd含量显著降低,降幅在25%~54%,其中,海泡石处理降幅最高,其次为复合钝化剂。除个别处理外,各钝化剂处理有效地降低了Cd的转运系数和富集系数,降幅分别在26%~44%和23%~52%。辣椒中Cd含量的降低主要是由于钝化剂的施入提高了土壤pH值,降低了土壤中有效态Cd含量;土壤pH值与对照相比提高了0.8~2.4个单位,有效态Cd含量降低了68%~93%,其中,海泡石处理效果最佳,其次为复合钝化剂。此外,不同钝化剂一定程度上提高了土壤有机质含量和主要养分含量。总体来看,海泡石和复合钝化剂能在改善土壤性质的同时有效降低辣椒对土壤中Cd的吸收、转运和积累,有利于保障辣椒的安全生产。     

改性明矾浆对土壤中镉、铅可提取性的影响研究

为探讨不同改性明矾浆能否作为修复中、低度Cd和Pb污染土壤的重金属钝化剂,采用土培实验研究了不同改性明矾浆和系列添加浓度对污染土壤中可提取态Cd和Pb含量的影响。结果表明:土壤中可提取态Cd和Pb的含量随明矾浆添加量的增大和钝化时间的延长而降低,其中同等钝化剂添加量条件下,热碱改性明矾浆钝化土壤中Cd和Pb的能力优于其他三种明矾浆,如添加浓度为5.0%,放置时间为16周的热碱改性明矾浆处理,其可提取态Cd和Pb含量分别为1.04、19.87 mg·kg-1,与对照相比(可提取态Cd和Pb含量分别为2.12、50.8 mg·kg-1),降幅分别为51%和60.9%,均达到显著水平(P0.05)。扫描电镜和比表面积测试结果证实,原明矾浆经过热碱改性后其粒径变小,比表面积增大,增加了明矾浆与污染物的接触面积,使其与重金属的吸附固定能力有所提高,可以有效降低土壤中重金属Cd和Pb的可提取态含量,从而降低其生物有效性。     

钝化材料对农田土壤Cd形态及微生物群落的影响

为探讨钝化剂对土壤Cd生态风险和土壤微生物群落结构的影响，通过田间试验，在轻度Cd污染水稻田中施加钝化剂（海泡石、石灰、秸秆生物炭和螯合铁肥）开展相关研究。结果表明：施加钝化剂使土壤pH值提高0.17~1.29个单位，Cd的可交换态减少29.79%~64.48%。施加海泡石、石灰、秸秆生物炭使得微生物群落的多样性指数（ACE、Chao1、Shannon）增加，但螯合铁肥不利于微生物群落的生长，多样性指数均减少。土壤微生物群落随钝化剂的施加发生显著改变，变形菌门、厚壁菌门、拟杆菌门相对丰度有所增加，芽单胞菌门、绿弯菌门、螺旋体菌门相对丰度均降低。相关性分析表明，pH和Cd是影响微生物群落的关键因素，此外Cd形态也对微生物群落产生了影响。研究表明，施用钝化剂可降低土壤中重金属Cd的潜在生态风险，改变土壤微生物群落结构，使多种微生物群落得到抑制或增强。     

不同改良剂对石灰性镉污染土壤的镉形态和小白菜镉吸收的影响

采用盆栽试验,分别在正常土壤(A)、低镉含量土壤(B)、高镉含量土壤(C)三种土壤上种植小白菜,研究4种改良剂(鸡粪、腐植酸、海泡石和生物炭)对小白菜生长、镉含量及土壤各形态含量的影响。结果表明,高施用量的鸡粪能显著提高小白菜的生物量,增加42.7%~79.8%。在B土壤中,除海泡石外,鸡粪、腐植酸和生物炭均增加小白菜地上部的镉含量;在C土壤中,4种改良剂对小白菜吸收镉均有促进作用。施入不同改良剂对土壤中镉形态的影响不同,在A土壤中镉主要以交换态和铁锰氧化态形式存在,在鸡粪和腐植酸处理下,土壤中镉主要以交换态和碳酸盐结合态形式存在,海泡石则增加了土壤中残渣态和有机态的比例。相关分析表明,小白菜镉含量与土壤中交换态镉、碳酸盐结合态镉、铁锰氧化态镉和有机态镉存在极显著正相关关系(P<0.01),与土壤总镉含量的相关性最好。     

水稻秸秆生物炭对镉污染农田中番茄产量和品质的影响机制

为探究不同比例生物炭对镉污染农田中番茄产量和品质及其体内镉累积的影响,以千禧番茄（Lycopersicon esculentumMill.）为材料,设计4个处理（CK：不添加生物炭;T₁：1%生物炭;T₂：3%生物炭;T₃：5%生物炭）,采用盆栽试验研究了不同处理下番茄根系、茎部和果实中镉的累积、产量与品质和土壤理化性质与酶活性的差异。结果表明：与CK处理相比,添加生物炭显著提高了番茄的产量和品质（维生素C、番茄红素、可溶性蛋白、可溶性糖含量和糖酸比）,其中T₂处理的品质提升效果最显著,分别较CK处理提高了24.7%、114.4%、12.0%、37.4%和80.0%。添加生物炭可显著降低番茄体内（根系、茎部和果实）镉含量,其中T₃处理的效果最显著,在生长末期,T₃处理番茄根系、茎部和果实中的镉含量分别为1.31、0.33 mg·kg^-1和0.03 mg·kg^-1。此外,在番茄的整个生育期中添加生物炭可显著改善土壤理化性质（pH和腐殖质）,提高土壤养分含量（碱解氮、速效磷和速效钾）和酶活性（脲酶、过氧化氢酶、蔗糖酶和纤维素酶）,其中在生长末期,T₂处理的碱解氮、速效磷、速效钾含量和脲酶、过氧化氢酶、蔗糖酶和纤维素酶活性显著高于其余处理,依次为47.42、165.85、167.76 mg·kg^-1和6.28 mg·g^-1·d^-1、3.20 mg·g^-1·20 min^-1、1.07 mg·g^-1·d^-1和2.13 mg·g^-1·d^-1;T₃处理对pH、腐殖质含量提高效果最为明显,分别为7.15和24.56 g·kg^-1,但与T₂处理无显著差异。研究表明,添加生物炭可显著降低番茄体内镉含量,改善土壤理化性质并提高土壤养分含量,进而提高番茄的产量和品质,其中以3%生物炭处理效果最佳。同时,添加生物炭显著提高了土壤的酶活性,改善土壤的生态环境。     

小麦秸秆生物质炭对碱性土壤中油菜生长和镉吸收的影响

为探讨小麦秸秆生物质炭对镉（Cd）污染碱性土壤的修复效果,采用序批式吸附试验和Cd污染土壤盆栽试验,研究了小麦秸秆生物质炭施用（1%,m/m）对碱性土壤吸附Cd的影响,以及对Cd污染土壤中油菜生长和Cd吸收的影响。结果表明：Cd在生物质炭上的吸附等温线非线性较强,生物质炭对Cd的表面吸附起主导作用,Cd在生物质炭上的分配系数（K_d）是在土壤上的1.5~3.0倍。生物质炭施用可促进土壤对低浓度Cd的吸附,0.1 mg·L^-1平衡浓度下K_d值提高了19.5%;生物质炭施用可抑制土壤对高浓度Cd的吸附,在10 mg·L^-1条件下K_d值降低了37.2%。生物质炭施用对土壤pH值影响不显著,但缓解了Cd污染对油菜生长的抑制作用,油菜生物量最高提高了45.0%,也抑制了油菜对Cd的富集,油菜富集Cd的量最高降低了40.6%;CaCl₂、Mg（NO₃）₂、NH₄OAC、HCl、DTPA和BCR1作为提取剂提取出土壤中Cd的量与油菜地上部分吸收Cd的量相关性较强（线性回归方程决定系数R²> 0.8）,而Mg（NO₃）₂萃取出土壤中Cd的量更能预测油菜地上部分吸收Cd的量。研究表明,小麦秸秆生物质炭有利于降低碱性土壤中Cd的生物有效性,但并非通过提高土壤pH值和吸附能力来实现。     

生物炭耦合水分管理对稻田土壤As-Cd生物有效性及稻米累积的影响

选取湖南某矿区重金属Cd、As复合污染稻田土,以泰优390号为材料,通过盆栽试验研究湿润灌溉(CK)、农艺措施淹水(WF)、竹炭(ZC)、竹炭结合淹水措施(ZF)、稻壳炭(GC)、稻壳炭结合淹水措施(GF),对土壤中As、Cd生物有效性及水稻糙米中As、Cd累积效应的影响。结果表明,6种处理土壤pH值上升幅度为0.12~0.72个单位,均呈现先升高再下降,最后趋于中性的规律。相比对照,水稻全生育期5种处理Eh值均呈现下降趋势,而单一添加生物炭ZC、GC 2种处理乳熟期Eh显著高于同一生育期配施生物炭的WF、ZF、GF 3种淹水处理,并始终处于弱还原状态。各处理均能显著降低成熟期土壤Cd的有效态、酸可提取态和TCLP提取态含量,而As的有效态和TCLP提取态含量显著升高。WF、ZF、GF淹水配施生物炭处理糙米中Cd含量降低51.46%~57.28%,其中GF抑制效果最佳,与ZF呈现显著性差异;而籽粒中As的含量分别达到0.29、0.32、0.30 mg·kg-1,较CK组升高了39.74%~53.58%,三者并无显著性差异。2种仅添加生物炭的ZC、GC处理与对照相比,糙米中Cd含量降低16.50%、39.81%,糙米中As含量增加了27.24%、12.23%,但GC与CK处理并无显著性差异。因此,WF、ZF、GF及ZC处理可减少土壤中Cd的生物有效性,对重金属Cd污染稻田土壤修复具有重要意义,但会增加土壤中As溶出的风险及其生物有效性。而单一添加生物炭的GC处理可用于Cd-As复合污染农田,为稻田土壤Cd-As复合污染粮食安全生产提供理论依据。     

生物炭与氮肥配施对高粱生长及镉吸收的影响

为探讨生物炭与氮肥配施对高粱生长及镉(Cd)吸收的影响,采用盆栽试验,研究了在中、轻度Cd污染土壤(以YB1、YB2表示)上分别进行0、2%和5%3个生物炭用量(以B0、B2、B5表示)配施0、200、500 mg·kg~(-1)3个施氮水平(以N0、N200、N500表示)对土壤理化性质、有效Cd含量、高粱光合特性及其Cd吸收的影响。结果表明:两种土壤上,增加生物炭用量能提高土壤pH和有机质含量,并在5%添加量时显著降低土壤CaCl_2-Cd含量;氮肥水平仅在YB1土壤上显著影响土壤CaCl_2-Cd含量。YB1土壤上,氮肥水平对高粱净光合速率、气孔导度和蒸腾速率有显著影响,均有随施氮量增加而增加的趋势;而高粱地上部Cd含量与CaCl_2-Cd含量显著正相关,在B5N0处理中最低(3.87 mg·kg~(-1)),B0N200处理中最高(6.79 mg·kg~(-1))。YB2土壤上,生物炭用量对高粱净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率均有极显著影响,气孔导度和蒸腾速率有随生物炭用量增加而降低的趋势;高粱地上部Cd含量与气孔导度、蒸腾速率显著正相关,与生物量显著负相关,在B2N500处理中最低(3.79 mg·kg~(-1)),B0N0处理中最高(5.32 mg·kg~(-1))。研究表明,生物炭与氮肥配施能影响土壤理化性质、高粱光合特性和生长等因素,进而影响高粱地上部对Cd的吸收,不同土壤条件下影响高粱地上部Cd吸收的主要因素存在差异。     

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。     

土壤基本理化性质对外源镉蚯蚓慢性毒性的影响

为了给污染土壤生态风险评价和构建土壤生态筛选基准提供基础参考数据,参考经济合作与发展组织(OECD)颁布的蚯蚓慢性毒性试验方法,研究了镉在我国18种典型土壤中对赤子爱胜蚓(Eisenia fetida)的慢性毒性。结果表明,镉在不同类型土壤中对蚯蚓产茧量最大无影响浓度NOEC变化范围为10~100 mg·kg~(-1),半数有效抑制浓度EC_(50)变化范围为66.5~263.5 mg·kg~(-1)。土壤基本性质显著影响着镉的生物毒性,通过对EC_(50)与土壤的主要理化性质逐步多元回归分析,发现土壤pH值和有机质含量与EC_(50)呈显著正相关关系,黏粒与EC_(50)呈显著负相关关系,三种因子共同控制了EC_(50)预测回归模型变异的89.1%。同时分析不同类型土壤中蚯蚓体内镉积累量变化可知,土壤pH越高,有机质含量越高,土壤中镉生物有效性就越低。