镉砷复合污染条件下镉低吸收水稻品种对镉和砷的吸收和累积特征

为探索镉(Cd)、砷(As)复合污染稻田下不同水稻品种对Cd、As的吸收和累积特征,选取4个低Cd吸收品种(金优463、金优268、金优433和株两优189)和2个当地主栽品种(五丰优111和马坝油毡),在广东韶关红壤区Cd、As复合污染稻田开展大田试验,调查和测定水稻的生长状况以及对Cd、As的吸收与转运情况。结果表明,参试6个水稻品种产量存在显著差异,2个当地主栽品种产量显著高于4个低Cd吸收品种。当地主栽品种马坝油毡籽粒Cd含量显著高于其他品种且超过国家污染物限量标准值(0.2 mg·kg~(-1)),其余品种Cd含量均未超标;6个品种As含量均超过国家标准值(0.2 mg·kg~(-1)),其中金优268籽粒Cd、As含量均为最低值,分别为0.05、0.31 mg·kg~(-1)。相关分析表明,品种间对Cd、As的富集能力和各部位的转运能力存在差异,其中低Cd吸收品种体内Cd从颖壳向籽粒的转运能力较低。因此,为同时降低Cd、As复合污染土壤中水稻籽粒Cd、As含量,在开展低重金属吸收品种选择研究时,需要同时考虑低Cd和低As两种因素。     

生物炭-铁锰氧化物复合材料制备及去除水体砷（Ⅲ）的性能研究

采用浸渍法制备了4种不同的生物炭-铁锰氧化物复合材料（F₁M₁BC₁₀,F₁M₃BC₂₀,F₁M₄BC₂₅,F₃M₁BC₂₀）,采用SEM,XPS和 FTIR表征方法分析了几种复合材料与生物炭表面性质的差异,比较了4种不同配比生物炭-铁锰氧化物复合材料对砷（Ⅲ）去除性能,分析了不同投加量的吸附材料对砷（Ⅲ）去除效率及吸附量的差异。结果表明,与生物炭相比,炭、铁和锰不同配比的生物炭-铁锰氧化物复合材料比表面积明显增大,由61.0 m²·g^-1增加到208 m²·g^-1,孔径变小,由23.7 nm下降到2.76 nm;碱性官能团含量明显增加;材料表面形成了MnOx、FeOx。与生物炭相比,4种生物炭-铁锰氧化物复合材料对砷（Ⅲ）的动力学吸附量大小与去除率顺序依次为F₁M₄BC₂₅ > F₁M₃BC₂₀ > F₁M₁BC₁₀ > F₃M₁BC₂₀ > BC。F₁M₄BC₂₅（m铁∶m锰∶m炭=1∶4∶25）是去除砷（Ⅲ）最优的复合材料,在用量为0.016 g·mL^-1时,对砷（Ⅲ）的去除率可达82.6%,是生物炭去除率的2.3倍。研究表明,生物炭-铁锰氧化物复合材料是一种潜在的去除水体砷污染的炭基材料。     

腐植酸对土壤砷化学形态及生物可给性的影响

利用in vitro方法研究了腐植酸(HAs)的两种活性组分——富里酸(FA)和胡敏酸(HA)及其不同比例(HA/FA)对土壤As在胃与小肠阶段生物可给性的影响,分析了As的生物可给性与HAs影响下As形态转化的关系。结果表明:在添加量≤1%C时FA和HA均可提高交换态As的分配比例,FA能显著促进土壤As由铝型As和铁型As向残渣态As转化,且随用量的增加转化作用增强,而HA的这种作用强度较弱,在HA添加量为5%C时甚至表现出相反的作用;FA和含3%C的HA处理显著增加了土壤As胃阶段生物可给性,FA和HA均显著增加了土壤As肠阶段生物可给性;HAs添加总量为1%C时,不同HA/FA的HAs均增加了土壤As的生物可给性,HA/FA为5/5时胃肠生物可给性最大,HA/FA为7/3时肠阶段生物可给性最小;HAs对土壤As生物可给性的影响与其影响As形态分布密切相关,在胃阶段对土壤生物可给性As具有显著影响的形态是交换态As和钙型As,单位交换态As对生物可给性As的贡献比钙型As大,在肠阶段对生物可给性As影响显著的是钙型As。     

铁改性生物炭促进土壤砷形态转化抑制植物砷吸收

通过盆栽试验研究了不同砷污染水平(10、20、40和80 mg/kg)下,添加不同量(10、20和40 g/kg)改性前后的生物炭对土壤砷形态及植物吸收砷规律的影响。该文以棉花秸秆生物炭及改性生物炭(棉花秸秆生物炭与Fe Cl3?6H2O按质量比为20∶1)为试材,小白菜为供试植物。结果表明:生物炭(10~40 g/kg)和改性生物炭(10 g/kg)能促进小白菜的生长,在添加量分别为20和10 g/kg时生物量最大,其最大值分别为8.26和6.68 g/盆,改性生物炭在添加量为10 g/kg时高于对照组和等量未改性生物炭处理组。在砷质量分数为10和20 mg/kg的基础上,添加生物炭(10~40 g/kg)后,土壤中砷主要以残渣态形式存在;水溶态砷分别增加了0.22%~3.36%和0.96%~3.70%;改性生物炭添加对土壤砷质量分数为10 mg/kg时水溶态砷无明显影响,土壤砷质量分数为20 mg/kg时,添加改性生物炭(10~40 g/kg)后水溶态砷减少了0.12%~0.58%。在高浓度(40和80 mg/kg)砷土壤中,水溶态砷含量随着土壤中砷含量的增加而增大;添加生物炭(10~40 g/kg)后,土壤中水溶态砷分别增加了0.21%~1.56%和2.11%~8.94%,但砷主要以铝形砷形式存在,残渣态砷次之。各处理组小白菜可食部分和根部砷质量分数在添加10~40 g/kg生物炭后的变化规律不尽相同,等量的改性生物炭添加后,可食部分由18.28 mg/kg显著降低至2.66 mg/kg(P0.05),根部从133.99 mg/kg显著降低至20.21 mg/kg(P0.05)。改性生物炭与未改性生物炭相比,改性生物炭能降低土壤中水溶态砷的含量及对小白菜吸收砷有显著的抑制作用。因此,该研究可为改性生物炭在含砷土壤的修复应用中提供数据支撑与理论基础。     

土壤中砷含量的测定方法研究

采用微波消解法消解土壤样品后,分别以电感耦合等离子体质谱法在碰撞反应池模式和标准模式下,测定土壤中砷的含量,借以研究同量异位素对砷测定值的影响。结果表明:采用碰撞反应池模式可以有效地排除同量异位素中单元素和多原子离子对目标元素砷测定的干扰,使测定结果更加准确。     

三七种植管理方式对土壤及三七块根砷残留的影响

采用连续跟踪定点监测和室内分析相结合的方法,通过对滇东南三个不同三七种植区域分别对农户分散种植和SOP种植管理方式下三七种植土壤和三七块根As含量进行连续跟踪测定,分析研究了自然种植条件下三七种植管理方式对土壤As残留和三七安全品质的影响。结果表明:土壤砷背景值对三七的安全品质影响较大,在土壤砷背景值较高的区域种植三七,收获后的三七砷平均残留量高于在土壤值较低的区域,经过两年的三七种植管理,三七种植土壤砷含量总体表现为逐年增加的趋势,种植前土壤砷背景值相比,经过两年的三七种植,种植土壤有明显的砷残留现象,不同的管理方式砷残留量有较大的差异,SOP种植管理和农户分散种植管理方式下土壤砷平均残留量分别为7.17 mg/kg和76.38 mg/kg,两者相差10.65倍。总体来看,目前的三七种植状况不容乐观,除自然因素外,三七种植土壤砷的来源还有待对三七种植过程中每个环节及投入品进行深入的研究探讨;而要保障三七产品的安全品质,除了对种植基地的科学选择外,栽培技术的细化改进以及种植监管具有重要的现实意义。     

砷胁迫下磷对三七砷的微区及亚细胞组织分布特征的影响

通过同步辐射X射线荧光分析(μ-SRXRF)和亚细胞组分分离技术相结合,从植株各部位微区及亚细胞组分层面揭示了药用植物三七在外源磷素作用下砷吸收累积的分布特征。结果表明:三七的根部和茎部是砷的主要富集部位,添加外源磷素可以有效降低三七根部、茎部和叶片的砷含量,降低幅度分别为47%、80%和33%;三七各部位的亚细胞组分砷的累积量不同,其中细胞液是砷的主要富集组分,具有一定的区隔化作用,但不能有效地减少砷对植物细胞新陈代谢的影响和毒害;外源磷素的加入可以显著降低三七不同部位亚细胞各组分中砷的累积量,其降低幅度由高到低依次为细胞液细胞壁细胞器,但分析表明,外源磷素的添加对三七各部位的亚细胞组分砷累积量占植株总砷累积量比例的影响不大。     

贵州草海上覆水与沉积物中砷的分布特征及扩散通量估算

对草海不同区域沉积物上覆水及孔隙水、附近河流和雨水中砷的含量与分布特征进行了分析,并利用一维孔隙水扩散模型估算了砷在沉积物-水界面的扩散通量。结果表明:草海出口砷含量为1.59μg·L~(-1),明显高于流入草海的水体端元(平均值0.32μg·L~(-1))和雨水(0.37μg·L~(-1))中砷浓度;草海上覆水中砷的空间分布表现为挺水植物区(2.99~3.45μg·L~(-1))沉水植物区(1.79~2.34μg·L~(-1)),垂直分布上无明显变化,挺水植物区上覆水体中的砷以As(Ⅲ)(H_3AsO_3)形态存在,沉水植物区上覆水体中的砷以As(Ⅴ)(HAsO~(2-)_4)形态存在;而沉积物和孔隙水中总砷含量垂直方向上波动较大,规律与上覆水相似,均表现为挺水植物区沉水植物区,其中挺水植物区沉积物砷含量为19.86~36.45 mg·kg~(-1),平均值27.84 mg·kg~(-1),沉水植物区沉积物砷含量为13.05~32.32 mg·kg~(-1),平均值19.79 mg·kg~(-1);草海挺水植物区和沉水植物区三处取样点在沉积物-水界面的扩散通量分别为73.84μg·m~(-2)·d~(-1)和18.99、11.45μg·m~(-2)·d~(-1),均表现为沉积物孔隙水中的砷向上覆水释放,揭示沉积物可能是草海水体中砷重要的输入源。     

不同氮磷浓度对蛋白核小球藻砷富集和转化的影响

氮(N)、磷(P)是影响蛋白核小球藻生长的重要因素,通过改变培养液中N、P的浓度,可能实现对蛋白核小球藻富集砷(As)进行调控。为探讨N、P浓度对这种微藻吸收As的影响是否与其生长变化有关,采用室内培养实验,首先研究不同N、P浓度对蛋白核小球藻生长的影响;进而选择不影响小球藻生长的N(247、24.7 mg·L-1)、P(6、0.6 mg·L-1)浓度组合,设置0.8、8 mg·L-1的亚砷酸盐(As3+)和砷酸盐(As5+)处理3 d,研究N、P浓度对小球藻As富集和转化的影响。结果表明,当P浓度为6 mg·L-1时,N浓度降低到24.7 mg·L-1不会影响小球藻对As3+和As5+的富集及其胞内As形态的转化;而当N浓度为247 mg·L-1时,P浓度降低到0.6 mg·L-1则会显著增加小球藻对As3+和As5+的吸收和富集,藻细胞内As5+还原、甲基化和外排也显著增强。因此,在不影响小球藻细胞生长的条件下,P对其As富集和转化过程的影响比N更为显著。     

不同品种苋菜对砷的吸收能力及植株磷砷关系研究

利用水培试验方法,研究了不同品种苋菜对As(Ⅴ)的耐性、富集能力及其植株中P、As含量间的关系。结果表明,当营养液中As(Ⅴ)浓度为2 mg·L~(-1)时,As(Ⅴ)促进了花红柳叶、红柳叶苋菜的生长,但对其他品种苋菜的生长有抑制作用;当营养液中As(Ⅴ)浓度达到4 mg·L~(-1)时,As(Ⅴ)对所有品种苋菜的生长都有明显的抑制作用。两种As(Ⅴ)浓度处理下,苋菜不同品种地上部砷含量均为白圆叶苋菜≈红柳叶苋菜花红柳叶苋菜花红苋菜严选红圆叶苋菜。当营养液中As(Ⅴ)浓度为2 mg·L~(-1)时,苋菜地上部P含量与As含量有显著相关性(r=0.881),当营养液中As(Ⅴ)浓度为4 mg·L~(-1)时地上部P、As含量间的相关性不显著,但相关系数达到0.816。苋菜种子中P含量与两种As(Ⅴ)浓度处理下地上部As含量呈显著或极显著相关性(r=0.937,0.971)。