Magnetic removal/immobilization of cadmium and zinc in contaminated soils using a magnetic microparticle solid chelator and its effect on rice cultivation

Purpose

Magnetic removal techniques using functionalized magnetic nanoparticles as adsorbents have been frequently tested for use in the removal of heavy metals in aqueous solution, but seldom in farmland soil. Here, a novel magnetic microparticle solid chelator (MSC) was employed as the adsorbent for magnetic removal and/or immobilization of Cd and Zn in a paddy soil (PS), an upland soil (US), and a paddy–upland rotation soil (RS) with different degrees of pollution.

Materials and methods

MSC was applied to 14 kg air-dried soil samples (PS, US, and RS) at the dosage of 1% (w/w), and then watered, and intermittently stirred. Finally, the MSC–metal complexes were retrieved using a magnetic device (MCR treatment) or not (MC treatment), and the removal efficiency of soil Cd and Zn in MCR treatment was evaluated. After magnetic separation of MSC–metal complexes, pot experiments were performed to investigate the impacts of the magnetic remediation process on rice growth, the phytoavailability of soil Cd and Zn, and the accumulation of Cd and Zn in rice plants.

Results and discussion

The MCR treatment exhibited recovery rates of 55.4%, 49.6%, and 19.0% for MSC–metal complexes in PS, US, and RS, respectively, which brought about removal efficiencies of 2.2–12.2% for Cd and 1.9–4.6% for Zn. The MC and MCR treatments substantially decreased the availability of soil Cd, but not soil Zn; this effect was more remarkable when using CaCl₂ instead of DTPA as the extractant for determination of bioavailable metals. Furthermore, the CaCl₂-extractable Cd and Zn had a more significant relationship with Cd and Zn concentrations in rice roots. The MC and MCR treatments led to dramatic reductions in rice grain Cd of 23.9–72.1% and 37.3–63.9%, respectively, in the three soils relative to the respective controls. The MC and MCR treatments also exhibited an inhibitory effects on rice grain Zn accumulation in US (10.6% and 4.3% decreases, respectively) and RS (9.3% and 19.5% decreases, respectively), but not in PS. Moreover, the grain yield was unaffected under the MCR treatment in the three soils, and significantly increased by 29.8% under the MC treatment in US.

Conclusions

Our study suggests that MSC-based magnetic remediation technique can effectively immobilize and/or remove Cd and Zn in farmland soils, decreasing their uptake by rice plants, with no adverse effects on grain yield.

     

宛氏拟青霉提取物对盐胁迫下水稻幼苗的生理适应性

为探讨沙棘内生菌提取物作为生物刺激素对盐胁迫下水稻幼苗生长的影响，于沙棘内生菌宛氏拟青霉（Paecilomyces variotii）中提取了生物刺激素PVE（Paecilomyces variotii extracts），并经液相色谱对PVE的活性物质进行了富集纯化。通过水稻液培试验，设无盐（CK）、添加NaCl（NS）、添加PVE和NaCl（PN1）、添加PVE纯化物和NaCl（PN2）4个处理，研究生物刺激素对水稻的耐盐效应。结果表明，施用生物刺激素能够缓解盐胁迫对水稻生长造成的严重抑制。PN1、PN2处理较NS处理提高了叶片与根系的干质量，减少了植株体内的水分流失，增加了根系的直径和吸收面积，但根长相较于CK处理无显著差异；PN2处理叶片鲜质量、叶片含水量、根系含水量较PN1处理分别增加了12.44%、1.13%和0.42%。与NS处理相比，PN1和PN2处理叶片光合速率分别提高了34.08%和40.82%，蒸腾速率分别提高了23.90%和18.86%，PN1和PN2处理还显著提高了叶片中的超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活性，使丙二醛（MDA）含量分别降低了28.36%和20.97%。PN2处理叶片和根系中的Na⁺含量较NS处理分别降低了36.31%和10.85%，从而降低了Na⁺/K⁺，保证了植株体内的离子平衡。研究表明，PVE及PVE纯化物在极低的浓度下具有较高的生理活性，并通过减少水分流失、促进根系生长、提高光合速率来减轻氧化损伤，同时以降低Na⁺流入的方式缓解盐胁迫对水稻幼苗的影响。     

再生铝企业周边农田土壤与农作物重金属含量特征分析

为探究再生铝企业群周边农田土壤及作物的污染状况,通过现场采样及室内测试,对企业周边土壤及农作物中7种重金属元素的含量进行分析,应用空间插值法对土壤重金属的空间分布特征进行研究。结果表明,研究区域土壤中Cd含量相对较高,含量范围为0.11~1.86 mg·kg^-1,其平均值超过了我国土壤污染风险筛选值标准,Cu、Cr、Zn、Pb、Cd、Ni和As 7种元素的平均值分别达到河北省背景值的1.9、1.1、1.4、1.5、4.1、0.91倍和0.39倍,Cd元素存在强生态风险。从空间分布特征来看,土壤中Cd、Pb、Cu、Zn 4种元素均表现出以企业为中心向四周逐渐递减的分布趋势,且高值分布范围相对其他金属较广。小麦籽粒中Cu、Zn、Cd、Cr和Pb 5种元素存在不同程度的超标现象,最严重的为元素Pb,其含量范围为0.02~1.06 mg·kg^-1,与食品安全国家标准相比,最大超标倍数达到5.3倍,其高值样品分布在研究区北部。玉米籽粒也发现Cr、Zn、Ni超标的现象,Cr超标较其他重金属严重,其含量范围为0.16~1.32 mg·kg^-1。研究表明,再生铝企业活动对周边农田土壤和农作物造成多种重金属污染威胁,需要引起重视。     

渤海湾外来浮游植物物种及其入侵途径分析

为了预防外来浮游植物入侵引发的渤海湾赤潮灾害，基于近20年建设项目环境影响评价报告书和相关文献资料的研究成果，收集整理了渤海湾海域已发现的外来浮游植物物种及具体物种信息，分析了物种入侵的主要途径及可能产生的赤潮灾害影响。结果表明：渤海湾海域共发现17种外来浮游植物，其中，甲藻门最多，有10种；硅藻门次之，有5种；金藻门和黄藻门最少，各有1种。研究表明：渤海湾外来浮游植物中，除中华盒形藻外，其余16种均属于赤潮生物，这些物种主要通过压载水引入、传播的方式进入渤海湾海域，应加强港口监控和管理，以防赤潮灾害。     

常州市钟楼区耕地产能空间分布与影响因素分析

耕地产能评价对于耕地资源保护及质量提升具有重要的现实意义。通过构建耕地产能评价体系，运用空间自相关及主成分回归分析法对常州市钟楼区的耕地产能进行空间分布及影响因素分析。结果表明：基于气候、自然因素和技术水平综合指标的耕地产能评价体系具有适用性和可操作性；钟楼区耕地产能等别分为6等和7等，其中6等地占比达到97.55%，等别空间分布呈现出城区内部街道低、外围地区较高的格局；耕地产能整体空间集聚性显著，各街道（乡镇）均表现出较强的空间正相关性，正相关类型（HH型和LL型）多呈现组团式，负相关类型（LH型和HL型）则分布零散；耕地自然质量和技术水平是影响钟楼区耕地产能空间分布的主要驱动因素，其中，耕作层厚度、有机质含量、障碍层距地表深度和土壤养分元素为主导因素，pH值、灌溉保证程度和排水条件为次要因素。因此，应从增强耕地自然质量、提高耕地技术水平等方面制定提高耕地产能的针对性措施。     

小麦秸秆还田条件下钾肥减量对水稻产量及养分利用的影响

利用长江中下游稻麦轮作定位试验，研究小麦秸秆还田条件下，钾肥减量施用对土壤钾素含量、水稻产量和钾素累积量以及钾肥利用率的影响，为小麦秸秆还田后水稻钾肥合理施用提供科学依据。试验共设5个处理，分别为：秸秆还田+配方施肥（K_100%），秸秆还田+配方施肥钾肥减量10%（K_90%），秸秆还田+配方施肥钾肥减量20%（K_80%），秸秆还田+配方施肥钾肥减量30%（K_70%），秸秆还田+配方施肥不施钾肥（K₀）。采集3年水稻不同生育期植株和土壤样品，分析土壤钾素动态变化和水稻钾素吸收富集规律，并统计水稻产量和经济效益。3年试验结果表明，与K_100%相比，K_90%处理的土壤全钾和速效钾含量分别提高了3.13%和6.38%，水稻钾素总累积量和净累积量平均提高1.55%和5.13%，水稻平均增产2.19%；K_80%和K_70%处理的土壤全钾和速效钾含量分别平均减少12.58%~15.31%和4.26%~10.64%，水稻钾素总累积量平均减少了7.49%~13.62%，水稻净累积量平均增加了0.48%~1.78%，K_80%处理的水稻产量平均增加2.32%，而K_70%处理的水稻产量则平均降低了6.43%。与K_100%相比，钾肥减量（K_90%、K_80%、K_70%）能够显著增加水稻钾肥农学效率（15.51%~24.53%）、偏生产力（17.96%~25.40%）和钾素吸收利用率（17.53%~55.36%）（P<0.05）。当钾肥减量大于20%时，经济效益呈下降趋势。小麦秸秆还田条件下，与配方施肥相比（K_100%），钾肥减量10%对土壤速效钾含量影响不显著，但能够提高水稻钾素累积量；钾肥减量20%~30%会降低土壤速效钾含量以及水稻钾素累积量，提高水稻钾素净累积量；钾肥减量10%~20%对水稻产量影响不显著，但可以增加钾肥农学效率、偏生产力和钾肥吸收利用率及经济效益。     

富硒鸡不同部位硒含量及脂肪酸组成研究

本文探讨通过富硒饲料饲养的富硒鸡不同部位中硒含量及脂肪酸组成。分别取富硒饲养鸡不同部位,包括皮、褐色脂肪、白色脂肪、胸肌、腿肌、肌胃、心脏、肾脏、肝脏、蛋;各样本采用微波消解法(MD)消解,然后用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)检测硒含量。以正己烷抽提样本中脂肪,经三氯化硼-甲醇甲酯化后,采用GC-MS进行脂肪酸组成进行分析。各检测部位中,硒含量依次为:肌胃>白色脂肪>皮>蛋>肾脏>肝脏>腿肌>心脏>褐色脂肪>胸肌。肌胃中硒含量最高为2639.19 ng/g,胸肌中硒含量最低为129.76 ng/g。脂肪酸组成分析结果显示,白色脂肪中饱和脂肪酸含量最高为88.07%,胸肌不饱和脂肪酸含量最高为68.44%。本次检测结果显示富硒饲料在母鸡不同部位硒含量不同,不同部位脂肪酸组成也不相同,本实验结果对富硒鸡中营养成分的利用提供参考。     

罹患口腔炎乌苏里蝮的相关生理学指标分析

口腔炎是人工养殖蛇类的常见病之一,为了深入了解和尽早做好预防工作,对罹患口腔炎的成年雄蛇乌苏里蝮(Gloydius ussuriensis)进行解剖观察,并检测了相关器官的系数、血液学指标和激素等。结果表明:整体肥满度、躯体肥满度、肾系数等数值罹患口腔炎蛇略高于健康蛇;而肝系数、精巢系数和脂肪体系数等罹患口腔炎的蛇低于健康雄蛇,且前两者呈显著性差异,后者呈极显著性差异。性激素检测结果显示罹患口腔炎的蛇血液睾酮和雌二醇含量均低于健康蛇,且均具极显著性差异。血细胞指标中,红细胞数量、红细胞分布均差、白细胞总数、淋巴细胞数量和淋巴细胞比率等均为罹患口腔炎的蛇高于健康雄蛇,且具显著性差异,但嗜中性粒细胞和淋巴细胞的比值(NLR)、中性粒细胞数量和比率、中间细胞数量及其比率均为患口腔炎的雄蛇低于健康蛇,且具显著性差异。结论:口腔炎不仅影响了主要代谢器官的器官系数的变化,而且血液多项指标和性激素水平也有明显差异。性激素含量的变化将对乌苏里蝮的正常生殖繁育产生不可忽视的影响。另外,NLR和红细胞分布宽度2个血常规指标可作为早期诊断炎症发生的首选参数。     

上海动物园游客保护教育需求及满意度调查

本研究利用问卷调查收集了上海动物园游客类型与特征、游园目的、游客游览时获得野生动物科普知识的途径、游客对现有科普活动的评价、对科普教育的需求、游客满意度、意见与建议等,并进行了研究。结果表明,大部分(66.02%)游客为本市居民和暂居本市的中青年。近9成(89.51%)游客携带孩子游览动物园,其中超过半数(52.34%)为父母与孩子共同出行。游客游园目的主要为观看动物、游玩娱乐和让孩子学习动物知识。观察动物和阅读动物科普说明牌是游客学习动物科普知识的主要途径。互动类和深度游类项目,是游客最愿意参加的活动类型。游客更希望园方从动物科普设施、饲养员讲解、志愿者讲解这3方面提升其教育功能。总体而言,游客对上海动物园感到满意,超过半数(53.81%)表示很满意。具体而言,动物说明牌的满意度最高,其次是路面状况和路标指示牌。基于研究结果,提出以下建议:提升科普活动的内涵和互动性;提升游园体验,延长游览时间;寻找迎合和引导的平衡;完善基础设施。     

蜗壳式离心泵外特性仿真与实验研究

为探索不同仿真方法的适用性,对ns=157的单级蜗壳离心泵不同工况的扬程和效率进行定常和非定常计算,并分别分析了定常计算时不同叶片夹角及非定常计算时不同时间步长的影响,通过与实验对比,得到的主要结论有:定常计算仅适用于额定工况外特性仿真,其扬程和效率计算误差分别为4.9%和2.9%,而定常多相位的计算误差分别为7.1%和3.2%;非定常仿真计算时,以4°为时间步长,并间隔20°保存一次计算数据,较好地预测出扬程曲线走势,额定工况扬程和效率计算误差约1.1%和1.8%,但小流量和大流量区间扬程计算误差达到10%左右。因此在水力优化设计时,若只关注高效点位置及其扬程和效率,可采用定常计算,若还关注扬程曲线走势,则应采用非定常计算。