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。     

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。     

人工浮岛种植水生植物对包头南海湿地水质净化效果研究

【目的】解决包头南海湿地氮磷等营养元素富集的问题,提升包头南海湿地的水质。【方法】于2017年7—9月,在包头南海湿地构筑了一段由3种水生植物单独或混合种植的人工浮岛,并对浮岛的水质进行跟踪监测。【结果】经过92 d的试验处理,风车草对TN的去除效果最好,去除率为36.02%,可以使水体中TN质量浓度提高到地表水Ⅴ类标准;风车草+水葱+千屈菜对TP的去除效果最好,去除率为41.61%,可以使水体中TP质量浓度从地表水Ⅴ类标准提高到Ⅳ类标准;对CODcr去除效果最好的是风车草+水葱+千屈菜,去除率为27.01%。对浮游藻类抑制效果最好的是风车草,可以有效抑制水华束丝藻。【结论】混合植物人工浮岛比单一型人工浮岛去除氮磷等有机物的效果要好,尤以风车草、水葱、千屈菜3种植物混合组成的人工浮岛对氮磷等有机物的效果最好。风车草、水葱、千屈菜可以作为包头南海湿地水体富营养化防治的浮岛栽培植物来进行推广应用。     

外源物质对镉胁迫下不同品种冬小麦苗期镉吸收特征的影响

【目的】分析不同外源物质对不同品种冬小麦苗期Cd吸收和迁移特征的影响及其差异性。【方法】通过向含不同质量浓度Cd(10、30 mg/L)的营养液中添加不同质量浓度的Si(28、56 mg/L)、Ca(50、100 mg/L)、Mg(50、100 mg/L)和腐殖酸(5、15 mg/L),在水培条件下研究了籽粒Cd高积累百农419和低积累百农418小麦苗期植株Cd吸收和转运特征、植株对Ca和Mg的吸收以及根系形态指标的变化。【结果】不同品种冬小麦对Cd的吸收存在差异。随着营养液中Cd质量浓度的升高,不同品种冬小麦根系生长受抑制程度更严重。与百农418相比,百农419是喜Ca品种。在低Cd质量浓度时,与CK相比,低Si添加改善百农419根系生长和降低植株Cd量的效果最好,但其他物质添加抑制了其根系生长且高质量浓度腐殖酸处理增加了根系中Cd的累积,同时所有外源物质添加均降低了其根系Ca量;对于百农418来说,加Si和Ca可以促进根系生长且低Si效果最明显,加Mg和腐殖酸对根系生长影响不明显,加Si显著降低了根系和茎叶Cd量,加Ca和Mg只显著降低了根系Cd量,加腐殖酸对植株Cd量无显著影响。在高Cd质量浓度时,添加Si可以促进2种小麦根系生长并降低根系和茎叶Cd量,其中低Si和高Si分别对百农419和418根系生长促进效果更好;而其他外源物质添加对Cd毒害基本无明显缓解效果。与其他处理相比,低质量浓度Cd条件下高Si显著增加了2种小麦的Cd转运系数,高质量浓度Cd条件下高Si显著增加了百农419的Cd转运系数。【结论】相比其他外源物质,添加Si对冬小麦Cd毒害缓解效果最明显,且品种、Cd质量浓度和Si质量浓度交互作用明显。     

固定化微生物技术原位削减河道黑臭底泥的中试研究

【目的】解决城市污水处理厂尾水排入河道引发的水体黑臭问题。【方法】在西安市某河道湿地内构建一封闭试验场,采用固定化微生物技术消除河道黑臭底泥和改善水质,为后续水生植物的修复和水质提升创造有利条件。【结果】经过3个月试验后,试验场内水体中CODCr、NH4+-N、TN、TP质量浓度基本可维持在22.0、5.0、11.5、1.7 mg/L左右,底泥的厚度减少50%左右,底泥颜色从黑色变成土黄色,底泥的生化降解能力增强。【结论】采用Ⅰ型和Ⅱ型固定化微生物协同技术可有效解决黑臭水体问题。     

再生水灌溉土壤Cd累积的模拟和预测

假定灌溉用再生水是土壤中重金属污染主要来源,并且土壤中重金属主要通过作物收获离开土壤,对北京东南郊再生水灌溉小麦土壤中Cd的累积进行模拟和预测。以土壤中Cd的质量分量为预测变量,作物茎叶和籽粒中Cd的质量分量为响应变量,分别进行拟合,结果表明,随着作物收获而离开土壤的重金属Cd量相对于灌溉水带入土壤的量非常小,但土壤中Cd含量较低时,随作物收获离开土壤的Cd量相对较大。预测结果显示,如果按当前实测数据污水处理厂二级出水Cd含量10mg/m3、土壤Cd的质量分量背景值0.1333mg/kg计,土壤中Cd含量将在40年后超过国家土壤环境质量标准。如果假定灌溉水Cd含量降到5mg/m3,土壤中Cd含量将在100年后达到国家土壤环境质量标准的临界值。     

三峡库区干流沉积物重金属质量分数及污染评价

【目的】全面了解三峡库区干流沉积物重金属质量分数及污染情况,更好地为库区重金属污染的预防与治理提供依据。【方法】于2015年6月在三峡库区干流采集表层沉积物,总数为37个,使用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测定了重金属元素的质量分数,采用地积累指数法和潜在生态风险评价方法评价了重金属的污染情况。【结果】三峡库区干流沉积物中重金属元素Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb、Hg的平均质量分数分别为106.14、42.44、60.54、151.21、12.15、0.92、54.39、0.12 mg/kg,相对于长江沉积物背景值,各元素质量分数的平均值均偏高。Ni、Cu、Pb、As元素质量分数整体呈沿程增加趋势;Zn、Cd、Hg元素质量分数源头较高,沿程呈先减小后增加趋势;Cr元素质量分数整体呈不明显增加趋势,在某些特殊位置有极值出现。Cd元素在库区干流上、下游段已达到中等污染水平;Pb元素整体处于轻度污染水平;Cu和Zn元素容易通过积累在下游产生轻度污染;Cr、As、Ni元素只有极个别断面产生污染。【结论】总体而言,Cd元素污染应该引起重视。     

不同有机酸对重金属镉形态及生物有效性的影响

为了探求根系分泌有机酸对重金属Cd2+存在形态及生物有效性的影响,研究了不同质量摩尔浓度酒石酸、草酸、苹果酸、柠檬酸、乙酸和EDTA对重金属Cd2+各个形态的影响。研究得出,EDTA最有利于重金属Cd2+活性的增强,其次为柠檬酸和乙酸,苹果酸的效果最差。质量摩尔浓度为1、3mmol/kg的乙酸和柠檬酸以及5、6、7mmol/kg的EDTA最有利于重金属Cd2+生物有效性系数的提高。     

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。     

鄱阳湖流域典型湿地植物需水规律研究

湿地植被需水量是维持湿地生态系统生态平衡和湿地植被正常生长,保障湿地系统生态功能正常发挥所需的水量。选取鄱阳湖流域8种典型湿地植物:藜蒿、菖蒲、美人蕉、茭白、高秆灯芯草、西伯利亚鸢尾、白莲、莲藕,于2013年在江西省灌溉试验中心站人工湿地试验场开展试验,分析了不同湿地植物全生育期需水量及其生育阶段和日变化规律,得到不同湿地植物的作物系数。结果表明,在湿地植物需水高峰期的5-10月,8种湿地植被日均需水量变化范围为4.3~6.1mm,其中菖蒲最高为6.1mm,白莲最低为4.3mm。经测定,湿地日均渗漏量为1.3mm;全生育期湿地植被需水量变化范围为800~1 125.6mm,是平均值的0.86倍至1.21倍;8种湿地植物全生育期作物系数变化范围为1.8~2.4,其中菖蒲最高为2.4,白莲和莲藕最低为1.8,而藜蒿、高杆灯芯草和西伯利亚鸢尾的全生育期作物系数为2.0左右,对照处理作物系数保持在1.7。本文研究结果为鄱阳湖流域不同湿地植物需水规律分析及其计算提供了依据。     

小桐子修复镉污染土壤的水分调控效应

通过温室盆栽试验研究了小桐子幼树在不同灌水上限(W1:30%FC,W2:50%FC,W3:70%FC,W4:90%FC)和镉质量比(Cd0:0 mg/kg,Cd1:50 mg/kg,Cd2:100 mg/kg,Cd3:200 mg/kg)下的生长状况、灌溉水利用效率(WUE)及小桐子富集镉的特征.结果表明:小桐子体内镉的富集量随着镉质量比的增加而增大(P<0.01),而小桐子的生长、土壤镉转移系数(TF)、生物富集系数(BF)和灌溉水利用效率均随着镉质量比的增加而下降(P<0.05).小桐子体内镉的富集量,TF,BF均随着灌水量的增加呈现出先增大后减小的趋势,其各器官富集镉的能力由高到低依次为根系、茎杆、叶片.在本研究条件下,有利于小桐子修复镉污染土壤的最佳灌水量和镉质量比组合为W3Cd1.     

拱棚辣椒水肥一体化技术试验研究

【目的】制定拱棚辣椒水肥一体化施肥制度。【方法】设置3个施肥量和3个灌水量,按生育期进行调整,完全随机设计试验,旨在研究不同灌水量与施肥量对拱棚辣椒土壤酶活性、土壤硝酸盐量、果实品质等指标的影响。【结果】苗期—开花期灌水量和施肥量分别为201 m3/hm2和60 kg/hm2,开花—果实膨大期灌水量和施肥量226.5m3/hm2和119.7 kg/hm2,果实膨大期—拉秧期灌水量和施肥量分别为300 m3/hm2和180.0 kg/hm2,辣椒植株根系活力最强,为18.905μg/h;土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶、纤维素酶活性最强,分别为182.59、874.1 mg/(g·24h)、7.5 mg/(g·min)、0.15 mg/(g·72h);土壤硝态氮量最低,为5.91 mg/kg;辣椒根干质量、根冠比最大,为20.2 g、0.22;辣椒可溶性蛋白量、可溶性糖量、维生素C量最高,分别为32.24、37.9、130.42 mg/g。【结论】苗期—开花期、开花—果实膨大期、果实膨大期—拉秧期3个时期,灌水量是201、226.5、300 m3/hm2,施肥量是60、119.7、180 kg/hm2,拱棚辣椒土壤酶活性,辣椒品质均比其他处理高。     

引黄灌渠泥沙迁移特性与渠道挟沙力模型试验研究

【目的】探索灌渠泥沙迁移特性及泥沙级配的沿程变化规律,找出减少渠道泥沙淤积的方法,保障灌区正常运行。【方法】通过对尊村灌区典型干渠高含沙水流实时监测采样,分析了悬移质泥沙沿程含沙量变化及级配特征,并根据实测数据带入4个典型挟沙力公式,筛选出适合尊村灌区的挟沙力公式,进一步改进得到尊村灌区渠道挟沙力计算公式.同时,通过一干渠改造段实测数据,推求出一干渠冲淤平衡比降计算公式。【结果】不同粒径泥沙的输移特性不同,总干渠悬移质含沙量随来水含沙量的增加而增加,渠道淤积主要与粉粒和砂粒量有关,其中砂粒对来水含沙量的变化表现得最为敏感,而黏粒更多的被水流带走,渠道由非平衡输沙经冲刷、淤积达到冲淤平衡输沙的过程比较缓慢。同时沉沙池能有效地减小引水中砂粒量。二干渠末清淤修缮段依旧存在泥沙淤积问题,一干渠剩余未改造部分,在条件允许的情况下,建议增大比降。【结论】含沙量在2 kg/m3内时,一级站来水量在8 m3/s左右,渠道基本实现冲淤平衡。     

滴灌方式对南疆沙区成龄红枣土壤水分的影响

【目的】确定南疆沙区红枣适宜的滴灌制度和滴灌方式。【方法】以7 a生矮化密植骏枣树为材料,设置枣树根部1个滴头灌水和多点滴灌灌水2种滴灌方式,每种方式设置3个灌水量(900、1 050、1 200 mm),进行了田间小区试验。【结果】多点滴灌方式下,不同灌水量土壤剖面水分分布有显著规律,表现为50 cm以上土层同层水平距离20 cm土壤含水率小于水平距离40 cm,50 cm以下土层则相反。110 cm土层以下单点滴灌土壤水分显著高于多点滴灌,110 cm以上土层单点滴灌土壤水分显著低于多点滴灌。受灌水量和滴灌方式的影响,同一处理不同土层土壤水分随时间推移其变化规律并不一致。【结论】单点滴灌与多点滴灌土壤水分分布规律差异显著,但耗水量无显著差异。     

不同施氮条件下再生水灌溉对土壤理化性质及脲酶活性的影响

[目的]探讨不同施氮条件下再生水灌溉对土壤理化性质和脲酶活性的影响.[方法]采用盆栽试验种植上海青,以清水灌溉为对照,上海青出苗后灌水4次,每次1L,研究了不同施氮条件下(0、120、150、180 mg/L)再生水灌溉对土壤氮素分布和脲酶活性的影响.[结果]与清水灌溉相比,再生水灌溉降低了土壤pH值,对有机质量、全氮...     

广利灌区总干渠水质及氮磷污染初步评价

【目的】针对灌区绿色发展面临严峻挑战和水环境不断恶化等问题,探究广利灌区总干渠水质及氮磷污染现状及其对灌区水环境的影响,进一步提出灌区水环境问题解决建议。【方法】于2019年6—12月,在灌区内总干渠中选取具有代表性的6个断面,进行了6次水质监测,测定水体中的总氮(TN)、总磷(TP)、COD_Cr和BOD₅等反映水质和氮磷污染的基本指标。采用适用于我国河流水质综合评价的综合水质标识指数法和富营养化评价的对数型幂函数普适指数公式对河流水质及富营养化情况进行评价。【结果】①广利灌区86%的水体水质能满足Ⅴ类农业水域功能区的用水要求,且综合水质标识指数随时间和空间变化显著,7月66.7%水体处于劣Ⅴ类水标准,在三号闸和补源进水口取样点出现了黑臭水体。②广利灌区水体富营养化严重,灌区内水体100%处于富营养状态,富营养化评价综合指数(EI)峰值出现在7月补源进水口处(80.5),且41.6%的水体处于重富营养化状态。③TN平均质量浓度为5.30 mg/L,为地表水Ⅴ类水标准的2.65倍,TP平均质量浓度为0.156 mg/L,氮、磷比为33.97∶1,适宜藻类生长。【结论】广利灌区总体水质可满足农业功能区用水要求,但富营养化水平较高,尤其是氮污染严重,灌区内的原生态土渠和水生植物使河流具有良好的自净能力,能发挥其生态功能作用。因此,建议加强灌区内入河水体的污染控制尤其是氮磷污染的监测;同时渠道衬砌要考虑生态环境、配比生态衬砌和原生态土渠、河道搭配水生植物,进而对河水中的氮磷等污染物进行吸附,以改善灌区水环境。     

膜下咸水滴灌水肥盐调控对棉花盐离子、养分吸收及干物质分配的影响

[目的]探索南疆地区膜下咸水滴灌条件下水肥盐调控管理模式.[方法]设置不同淡咸水混合比例(1 ∶ 0、4 ∶ 1和2 ∶ 3)和不同施氮量(400、300kg/hm2和200kg/hm2)组合方案,其中淡咸水混合比例1∶0、施氮量300 kg/hm2为对照,研究了膜下咸水滴灌水肥盐调控对棉花盐离子、养分吸收及干物质分配...     

滴灌施肥下水氮供应对夏玉米产量、硝态氮和水氮利用效率的影响

【目的】寻找滴灌夏玉米最佳施氮量。【方法】本试验在测坑-防雨棚设施条件下进行,试验设置2个灌水定额,分别为50 mm(WH为充分灌溉)25 mm(WL为限水灌溉);4个氮肥水平,即0、90、180、270 kg/hm~2,分别以N0、N1、N2和N3表示。采用完全区组设计,共计8个处理,3次重复。研究了滴灌施肥条件下,灌水定额和氮肥互作对土壤水分消耗、NO3--N运移积累以及夏玉米产量和水氮利用效率的影响。【结果】灌水、氮肥及其交互作用均显著影响夏玉米地上部干物质量、籽粒产量和水氮利用效率。限水灌溉条件下,玉米拔节期—灌浆初期发生中轻度水分亏缺,对后期产量形成产生显著影响,但限水灌溉显著提高了土壤贮水的消耗量和水分利用效率。在2种灌溉水平下,施氮量与产量均成抛物线关系,充分灌溉条件下施氮量264.3 kg/hm~2时为转折点,限水灌溉条件下施氮量176.9 kg/hm2为转折点。充分灌溉条件下,随着施氮量的增加氮肥农学利用率呈增加趋势;但在限水灌溉条件下,随着施氮量的增加氮肥农学利用率表现出降低的趋势。随着施氮量增加,各土层土壤硝态氮量显著增加,且60～100 cm土层硝态氮累积所占比例增加。与充分灌溉相比,限水灌溉作物吸氮量降低,各生育期土壤中硝态氮残留增加。【结论】玉米产量对氮素的响应与供水量相关,水分亏缺下,产生最大产量需要的氮素用量随之降低。因此,生产中应根据土壤含水率调整施氮量,以实现最高产量和水肥利用效率。