施用钾肥对稻田土镉污染钝化修复效应影响研究

【目的】在Cd污染农田钝化修复中科学、合理施用钾肥。【方法】采用盆栽试验的方法种植水稻,研究了施用不同量氯化钾和硫酸钾对Cd污染稻田土海泡石钝化修复效应的影响。钾肥分别为氯化钾和硫酸钾,试验中施用的氯化钾和硫酸钾分别设置高、中和低3个添加量,钝化剂为海泡石。【结果】海泡石(S)钝化修复可以增加糙米生物量,施用低量(K1L)、中量(K1M)和高量(K1H)KCl后水稻糙米生物量分别降低7.35%、11.47%和4.66%,但与CK相比无显著差异。施用低量硫酸钾(K2L)可使糙米生物量提高2.69%,施用中量硫酸钾(K2M)可使糙米生物量降低1.10%,但与CK无显著性差异,而施用高量硫酸钾(K2H)可使糙米生物量降低14.97%,且与CK差异显著。在Cd污染水稻土钝化修复下,土壤中Cd有效性随KCl施用量的增加而显著增加,与S处理相比增加幅度可达41.67%～58.33%,施用K_2SO_4同样可以增加土壤中有效态Cd质量分数,增加幅度为16.67%～33.33%,但相比KCl对土壤钝化的活化作用要弱。与S处理相比,SK1L、SK1M和SK1H处理可使糙米Cd质量分数分别增加53.38%、46.15%和200.00%;SK2L、SK2M和SK2H处理可使糙米Cd质量分数分别增加7.69%、38.46%和23.08%。在海泡石钝化修复下,KCl对水稻吸收累积土壤Cd的促进作用比K_2SO_4显著得多。【结论】在Cd污染水稻土钝化处理下,土壤中Cd有效性随KCl施用量升高而显著增加,施用KCl对水稻糙米Cd吸收累积具有明显的促进作用,特别是在施用高量KCl时,但施用低量K_2SO_4可以降低水稻根部的Cd累积量,对水稻糙米Cd吸收累积无明显影响,在施用中高量K_2SO_4时,虽然可以在一定程度上促进水稻根系对土壤中有效态Cd的吸收,但与KCl相比效果低很多。     

水分管理对镉轻度污染农田水稻镉积累的影响

【目的】研究镉轻度污染农田水稻适宜的水分管理模式。【方法】采用盆栽试验,分别设置水稻全生育期湿润灌溉(CK)、全生育期淹水(T1)、拔节期(T2)、孕穗期(T3)、抽穗扬花期(T4)、灌浆乳熟期(T5)、蜡熟期(T6)开始淹水7个处理,对水稻不同器官镉积累差异以及土壤氧化还原电位、根际土壤溶液水溶性镉质量分数变化进行研究。【结果】土壤氧化还原电位与水溶性Cd呈极显著正相关(p<0.01),淹水后土壤的氧化还原电位(Eh)显著降低,土壤还原性增强,淹水时间越长氧化还原电位越低,其中T1处理最低可降至-159.78mV,淹水后根际土壤溶液中水溶性Cd也迅速下降,T3处理下降最多,为75.0%。不同水分管理模式下水稻糙米含镉量均未超过食品安全国家标准规定的限量值(GB2762—2017)。与CK相比,T1处理降低稻米含镉量达76.9%,而水稻产量明显下降,减产19.2%;T6处理明显抑制镉从水稻根系向地上部分转移,增加根系镉质量占比15.2%;T6处理降低水稻茎秆的镉积累,降低茎秆镉质量占比13.0%;淹水通过抑制镉从水稻叶片向谷物的转移来降低稻米镉积累,与CK相比,T5处理叶片镉质量占比增加5.0%,T3处理谷物镉质量占比降低4.3%。【结论】综合考虑水稻产量、稻米含镉量和田间农事操作习惯,镉轻度污染稻田推荐的水分调控方式为抽穗扬花期淹水至收获前1周。     

含镉水灌溉对盆栽土壤镉及其在水稻中累积分布的影响

为研究含Cd水灌溉是否会对已受重金属Cd污染的土壤及污染土壤中种植的水稻各器官中Cd的累积产生影响,采用盆栽试验,种植中稻,设2个处理C1、C2,灌溉水中Cd~(2+)质量浓度分别为0.01、0.05 mg/L,同时以含Cd~(2+)极低的自来水灌溉作对照(CK),全生育期淹水培养。结果表明,含Cd水灌溉增加了土壤总Cd量、Cd有效态量、Cd毒性浸出量,且随着灌溉水中Cd~(2+)的升高而增加。与CK相比,C1和C2处理使水稻根、茎叶、壳、糙米中Cd的累积量分别增加1.11和3.02倍、1.84和2.57倍、0.15和1.48倍、0.15和1.53倍,糙米中Cd量均超过《食品安全国家标准》(GB2762-2012)(0.2 mg/kg)。含Cd水灌溉提高了水稻Cd累积量,应严格控制灌溉水中Cd进入土壤-水稻系统。     

灌溉水净化系统对水体中Cd去除及对稻米降镉效果研究

【目的】降低灌溉水中的Cd量,降低稻米和土壤中Cd量。【方法】本研究建立了"植物塘+吸附池"为主体的净化模式,研究其对湖南2种典型矿区(工矿污染、煤矿污染)灌溉水Cd污染的净化效果以及降低稻米Cd积累效果。【结果】监测期间,ST试点(工矿污染)进水全量Cd平均质量浓度为6.86μg/L,出水全量Cd平均质量浓度为0.81μg/L,平均去除率为88.19%。DX试点(煤矿污染)进水全量Cd平均质量浓度为4.56μg/L,出水全量Cd平均质量浓度为1.33μg/L。平均去除率为70.76%。经过湿地系统处理后,ST灌溉水净化区糙米中的Cd量较未净化灌溉区的水稻相比降低37%,DX灌溉水净化区糙米中的Cd量较未净化灌溉区的水稻相比降低58%。【结论】本研究建立的"植物塘+吸附池"为主体的净化模式可有效去除污染灌溉水中的Cd,并且降低糙米Cd量。     

旱涝交替胁迫对拔节期水稻生长和土壤氧化还原电位的影响

【目的】系统研究不同胁迫组合对水稻生长和土壤氧化还原状况的影响。【方法】通过盆栽试验,设置了2个旱涝交替胁迫处理(T1:轻旱-轻涝-轻旱,T2:重旱-轻涝-重旱)和1个对照处理(CK:常规灌溉),测定了拔节期水稻株高、干物质量、叶片叶绿素和土壤氧化还原电位值(Eh)。【结果】拔节期旱涝交替胁迫处理抑制水稻株高的生长,直至成熟期,T1和T2处理株高仍较CK显著降低了8.54%和13.16%(p0.05);旱涝交替胁迫可以降低水稻叶片叶绿素量,但复水后旱涝交替胁迫处理的水稻叶片叶绿素量逐渐增加,到生育后期,T1和T2处理的水稻叶片中叶绿素量较CK显著增加了26.65%和34.41%(p0.05);收获时,T1和T2处理根质量显著高于CK,T2处理总干质量显著低于T1处理和CK,T1和T2处理的水稻根冠比分别达到了CK的1.40倍和1.67倍(p0.05);拔节期旱涝交替胁迫可以增加Eh,胁迫结束时,T1和T2处理的Eh分别达到了CK的3.31倍和3.23倍(p0.05)。【结论】拔节期旱涝交替胁迫可以降低水稻株高,复水后可以延缓水稻叶片衰老,增加水稻根冠比以及可以改善水稻土的氧化还原状况,但T1和T2处理降低了水稻产量。     

不同水稻品种在陕北盐碱地的适宜性

陕北定边县部分盐碱地培育和筛选适宜盐碱地种植的水稻品种,对于盐碱地的利用和生态环境的改善有着重要意义.在定边县堆子梁镇营盘梁村开展大田试验,设置4个处理T1,T2,T3和T4,分别为隆优619、宁靖28、东稻4号、水稻FL478,均采用井水作为灌溉水源,以研究不同品种水稻种植对盐碱土壤理化性质、养分、土壤离子变化、水稻生长状况以及产量的影响.结果表明:与种植水稻前相比,各处理土壤pH值和全盐质量比均有不同程度降低(P<0.05,P<0.01).种植水稻后,各处理促进了土壤黏粒含量的降低、粉粒含量的提高,而砂粒含量均有所降低.各处理土壤有机质质量比和全氮质量比均有不同程度提高(P<0.01),但有效磷和速效钾质量比显著降低(P<0.05).处理T1,T2,T3和T4的土壤耕作层有机质质量比较种植水稻前分别提高219.87%,398.34%,218.91%和277.53%;全氮质量比分别提高150.00%,300.00%,160.71%和29.23%.各处理Ca²⁺,Mg²⁺,Cl^-,SO^2-₄,HCO^-₃质量比分别较本底值降低46.76%,63.78%,33.91%,63.78%以及43.18%,种植水稻对土壤脱盐效果显著.各处理与水稻株高生长和每m²穗数之间具有统计学意义(P<0.05);与盐碱地种植水稻百粒质量和产量之间具有统计学意义(P<0.01),处理T1分别较T2,T3和T4提高了4.96%,42.78%和161.64%.种植隆优619、宁靖28水稻产量较高,是较为适宜在陕北盐碱地种植的水稻品种,可在陕北地区进行推广.     

不同菌糠肥料对污灌区玉米生长、土壤Cu形态及酶活性的影响

采用盆栽试验,研究了不同配施菌糠肥料对玉米生长状况及收获后土壤中不同形态Cu的质量分数及酶活性的影响。结果表明,与未配施菌糠处理相比,施用不同配方菌糠肥料后玉米株高、干物质量都有所增加,土壤中全Cu的质量分数降低了7.35%~11.56%,土壤中可交换态Cu质量分数平均增长了25.41%,碳结合态Cu质量分数平均升高了8.03%,有机结合态Cu质量分数有所升高,残渣态Cu质量分数有所降低,铁锰氧化态Cu质量分数变化不明显;与未配施菌糠处理相比,施用菌糠肥料后土壤中蔗糖酶活性变化显著,最大增幅96.25%,脲酶活性增幅最大为54.50%,过氧化氢酶活性平均增幅31.67%。说明不同配施菌糠肥料可有效改善Cu污染土壤环境,改善土壤微生物状况,促进玉米生长。     

极性交换电场辅助植物修复稻田土壤镉污染研究

通过盆栽试验,采用太阳能供电方式,探究在干湿交替的水分条件下,水稻种植过程中极性交换电场辅助植物修复(EKPR)土壤重金属镉(Cd)污染的可行性。控制灌溉条件下,两电极板附近的土壤区域种植水稻作物,中间土壤区域种植水葱作富集植物。结果表明,交换电极使电解水反应产生的氢离子(H⁺)和氢氧根离子(OH^-)不断被中和,有效避免了土壤pH值极化。土壤电流变化范围为0.08～0.36 A,说明极性交换和较高的土壤含水率有效确保土壤中的可迁移离子数量和离子流动性,能够驱动重金属迁移。与对照处理(CK)相比,EKPR处理水葱根部干物质量显著增加34.93%;水稻根部和稻谷干物质量显著降低17.21%～30.16%、16.18%～22.28%,叶片和茎部干物质量分别提高3.82%～13.17%、7.59%～30.91%。EKPR处理水葱根部、地上部Cd含量分别提高15.49%～22.45%、33.30%～35.45%;水稻根部、稻谷Cd含量分别降低14.48%～35.06%、39.04%～57.43%。极性交换电场辅助植物修复技术可提高水葱对Cd的富集量,同...     

改性纳米碳黑对钝化修复Cd污染土壤中速效氮的影响

采用盆栽试验,在Cd模拟污染土壤中施入硝酸-高锰酸钾改性纳米碳黑(MBC)钝化重金属,分别种植重金属耐受植物黑麦草(Lolium Perenne L.)和重金属超积累植物红叶菾菜(Beta vulgaris L.var.cicla L.),研究了MBC在钝化修复Cd污染土壤过程中对土壤速效氮的影响。结果表明,MBC在土壤中能够有效降低土壤中DTPA-Cd质量分数,且植物和MBC联合作用更能有效地降低其质量分数。MBC能够明显增加土壤中速效氮量,更稳定地为植物生长提供营养物质。黑麦草和红叶菾菜对土壤速效氮量影响效果差异不显著,MBC可应用于有植物种植的轻污染土壤修复中,不会影响土壤中速效氮养分的量。MBC添加到土壤中会减缓土壤速效氮量的下降速率,有利于土壤养分的保持。研究结果可以为重金属原位钝化技术提供理论支持,为改性纳米碳黑成功地应用于重金属轻微、轻度污染农田土壤修复提供科学依据。     

沼液施用对土壤Cd形态及水稻吸收Cd的影响

为探讨不同沼液施用量对土壤镉的修复效果,文章采用盆栽试验,以中重度Cd污染水稻土为研究对象,探讨了不同量沼液施用下土壤镉形态分布的变化及对水稻镉积累的影响。结果表明:1)施用不同沼液施用量后,土壤中重金属Cd发生变化,含量降低了53.16%,51.57%,48.88%,61.57%,63.16%,说明一定量的沼液施入能减少土壤中的Cd含量;2)施用沼液能改变土壤重金属Cd的存在形态;3)随着沼液量的增加,糙米中Cd含量呈减少的趋势,均小于常规化肥组的Cd含量;4)采用Hakanson的潜在生态风险指数法对种植后土壤的重金属Cd生态风险进行了评价,与原土相比,沼液的施用不会增加土壤的潜在生态风险。综上,与施用化肥相比,在中重度Cd污染的土壤上施加适量沼液能增加土壤养分,降低土壤中的Cd含量,使土壤Cd形态由生物有效性向非生物有效性转化,降低了Cd在水稻中的积累量。     

VIP控制技术降低稻米镉含量试验

为探明镉污染稻田农艺措施修复和降低稻米镉含量的效果,开展了镉污染VIP控制技术小区试验,对试验区域水稻产量、土壤pH值、土壤和稻米镉含量进行比较分析。结果表明:通过VIP控制技术,水稻产量有不同程度的增减,土壤pH值显著增加18.18％～21.18%,土壤镉含量减少0.033～0.041 mg/kg,稻米镉含量显著降低,降幅在43.7%～64.1%。“低镉品种+优化水分管理+施用生石灰”控镉技术为降低重金属镉污染稻田稻米镉含量的最佳推广模式,经济、实用、环保又有效。      

基于EPR数据挖掘方法的稻田土壤重金属镉向水相析出特征

以湘中矿区典型重金属镉超标水稻田为研究对象进行原位实验,分析稻田淹水期土壤重金属镉向水相析出特征。基于统计及遗传编程方法的EPR数据挖掘技术,建立镉析出质量浓度与温度影响因子关系方程。结果表明,温度是镉向水相析出质量浓度的重要影响因子,相比传统的统计方法建立的线性及非线性方程,EPR具有一定的预测优势。稻田淹水期水温达到30℃时,溶解态镉质量浓度接近生活饮用水标准的限值,是地表饮用水水质安全的潜在威胁。     

炭肥混施下土壤养分缓释特征与芥菜镉富集响应模拟

土壤养分有效性是影响重金属富集植物的重要因素,为研究炭肥混施下土壤养分缓释特征及芥菜镉富集趋势,试验设置施肥比例(分别为基准施肥量的0、20%、40%、70%、100%,基准施肥量为N 350 kg/hm^2、P_2O5180 kg/hm^2、K_2O 180 kg/hm^2)以及施炭比例(炭肥质量比0、3%、9%)完全组合设计。结果表明:基于Logistic曲线模型模拟炭肥混施下土壤养分缓释特征及镉富集趋势效果较好,均方根误差占实测平均值的3. 29%～8. 37%且R2不小于0. 957 0。炭肥混施下土壤养分高效缓释的施肥比例区间为0. 99%～55. 18%,相比未施炭的有效氮、有效磷最大缓释效率值分别提升49. 17%～90. 00%、13. 25%～37. 35%,高效缓释下土壤养分含量提高17. 38%～40. 93%。镉富集下芥菜生物量通过土壤养分高效缓释增长119. 65%～263. 36%,且地上部相比根部的生物量高效累积最大效率值提高166. 67%～300. 00%,有效氮、有效磷响应区间分别扩大150. 00%、12. 51%,为镉由根部向地上部的转运提供动力基础;芥菜镉含量、富集系数在土壤养分高效缓释区间增长97. 79%～201. 96%。为满足芥菜镉高效富集并兼顾肥料节约,通过模型反算得炭肥混施策略优化为:9%施炭下有效氮、有效磷和有效钾肥的比例分别为60. 58%、61. 32%、21. 48%。     

镉低积累小麦品种的筛选研究

低吸收重金属作物品种的筛选已经成为重金属污染农田的主要修复方式之一。【目的】筛选镉低积累冬小麦品种。【方法】针对华北平原种植结构,于2017年10月15日在河南省北部某地区进行田间小区试验,采用人工拉沟点播方式播种。研究了47个不同品种冬小麦对重金属镉吸收的差异性。【结果】重金属镉在不同品种冬小麦各部位的量的顺序均为根>茎叶>籽粒,且镉的转运系数和富集系数均小于1,转运系数介于0.10～0.60之间,富集系数介于0.002～0.060之间。不同品种冬小麦籽粒中重金属含镉量介于0.004～0.130之间,相差35.28倍。筛选出籽粒含镉量符合国家标准(GB2715—2016,≤0.10 mg/kg)的品种42个,占所有品种的89.36%,有5个品种籽粒含镉量超过国家标准。冬小麦不同品种间对镉的吸收显示出巨大的差异性。【结论】在重金属镉轻度污染碱性土壤条件下,多数冬小麦品种籽粒含镉量并未超标。     

不同土壤调理剂对水稻吸收重金属强度影响

为研讨土壤调理剂对水稻吸收重金属的影响，探索适宜大田推广的耕地生产障碍修复治理方法，提高受污染耕地质量，实现“边生产，边修复”的目的。在贵州省麻江县开展不同土壤调理剂对水稻吸收重金属强度影响的试验，选用楚戈土壤调理剂、富力邦土壤调理剂、土沃宝土壤调理剂、改性天然矿物材料等4种土壤调理剂，采用空白作对照。试验检测结果为：土壤调理剂处理后，土壤pH值提升率达0.65%～12.03%，土壤中有效镉含量降低10.64%～14.83%，土壤重金属砷含量降低0.4～1.8mg/kg；稻谷中镉含量降低了7.80%～44.07%，硒含量增加为0.004～0.017mg/kg；对水稻产量影响不明显。试验说明在受污染的酸性耕地中施用碱性土壤调理剂，可以提高土壤pH值，降低土壤中重金属砷含量和重金属有效镉的含量，也能减少稻谷对重金属镉的吸收。     

水炭运筹对寒地黑土区稻田土壤肥料氮素残留的影响

为揭示水炭运筹下肥料氮素在稻田土壤中的残留情况,采用田间小区试验与微区试验相结合的方法,应用15N示踪技术,以传统淹水灌溉作为对比,研究水分管理模式和生物炭施用量二因素全面试验构成的不同水炭运筹模式下水稻收获后基肥、蘖肥、穗肥和肥料整体在稻田土壤中的残留情况,以及各阶段施用的肥料氮素残留在不同深度土层的分布规律。试验结果表明,稻作浅湿干灌溉模式不同生物炭施用水平下施用的氮肥在稻田土壤中的总残留率为28.16%~34.42%,其中基肥、蘖肥和穗肥氮素的残留率分别为27.53%~41.35%、34.32%~43.50%和11.58%~25.67%。当生物炭施加量在0~12.5 t/hm^2时,水稻收获后两种灌溉模式下基肥和蘖肥氮素在土壤中的残留量均随着生物炭施入量的增加而增大,而穗肥氮素在土壤中的残留量随生物炭施入量的增加而减小,相同生物炭施用水平下稻作浅湿干灌溉模式各阶段肥料氮素在土壤中的残留率显著高于传统淹水灌溉(P<0.05),且两种灌溉模式肥料氮素在相同土层深度中的残留量差异显著(P<0.05),不同生物炭施用水平下稻作浅湿干灌溉模式各阶段施用的氮肥在稻田0~20 cm土层中的残留量均高于传统淹水灌溉,而在40~60 cm土层的残留量均低于传统淹水灌溉;施加25 t/hm^2生物炭时,对稻作浅湿干灌溉模式的基肥、蘖肥和穗肥氮素在稻田土壤中的残留产生负效应。合理的水炭运筹模式能够增加耕层土壤(0~20 cm)肥料氮素残留量,减少肥料氮素损失,抑制肥料氮素向深层土壤运移,降低残留在土壤中的肥料氮素对稻田生态环境造成污染的风险。     

不同水氮管理模式下黑土稻田碳固定与碳减排效应分析

为探寻不同水氮管理模式对黑土稻田碳固定与碳减排效应的影响,进行了田间试验研究。设置常规淹灌(F)与控制灌溉(C)两种灌溉模式,选用110 kg/hm²(N)、99 kg/hm²(N1,减氮10%)、88 kg/hm²(N2,减氮20%)3种施氮量,测定了6种水氮管理模式下的水稻土壤呼吸CO₂排放强度和CH₄排放强度,水稻收获后各器官干物质量、碳含量及固碳量,并计算了净土壤碳收支情况。结果表明,不同水氮管理模式下,各处理土壤呼吸CO₂排放量呈现单峰值变化,并在分蘖期达到峰值;各处理甲烷排放量呈现双峰值变化且在分蘖期与穗肥施入后达到峰值。相同灌溉方式下,随着施氮量的减少,土壤呼吸CO₂排放强度与甲烷排放强度也显著减少(P<0.05)。相同施氮量下,控制灌溉相比常规淹灌有效地降低了甲烷排放强度,但提高了土壤呼吸CO₂排放强度。不同水氮管理模式下,水稻收获后总固碳量为319.37～489.00 g/m^2<...     

中国水稻土酸化时空变化特征及其对氮素盈余的响应

针对水稻土酸化造成作物减产和严重污染环境的问题,收集了1979—1985年全国第二次土壤普查成果和2015—2017年水稻土质量等级调查成果,结合2005—2015年全国测土配方施肥数据,采用空间分析和统计分析方法,分析了1979—2017年,39年间中国水稻土pH值空间分布的变化;计算了39年间不同水稻土pH值分级和区域的水稻土酸化速率,探讨了39年间氮肥投入变化量和土壤理化性质与水稻土酸化速率的关系;估算了2015—2017年水稻土单位面积氮素盈余量,并进一步量化了氮素盈余量与水稻土pH值变化量的关系。结果表明:39年间水稻土受土壤酸胁迫程度加剧,特别是水稻土由酸性(pH值为5.5~6.5)转变成强酸性(pH值小于等于5.5)的面积比例增加,这主要集中在长江中下游中部、南部和华南区中部、南部。39年间水稻土平均pH值下降了0.26,其中,东北区、长江中下游区、华南区平均pH值分别下降了0.34、0.29和0.58,西南区平均上升了0.14。39年间水稻土酸化速率从大到小依次为碱性水稻土、中性水稻土、酸性水稻土、强酸性水稻土,区域上水稻土酸化速率从大到小依次为东北区、华南区、长江中下游区、西南区。39年间,氮肥投入量和土壤容重变化量与水稻土酸化速率存在极显著的正相关关系,有机质含量和耕层厚度变化量与水稻土酸化速率存在极显著的负相关关系。2015—2017年,氮素盈余量与水稻土pH值变化量呈显著的负相关关系,氮素盈余量增加会造成水稻土酸化加剧。划定了3类水稻土治理分区,提出“治酸、防酸、控酸”的总体策略,并分区域制定了治理措施,可为水稻土酸化阻控和地力提升提供参考。