我国土壤-蔬菜作物系统重金属污染及其安全生产综合农艺调控技术

近年来,重金属污染耕地安全利用技术研究取得了突破进展,然而将这些关键技术与蔬菜传统高度集约化种植模式进行耦合的研究还比较少,大规模推广应用鲜见报道。因此,本文在查阅最新发表文献的基础上,梳理了我国土壤-蔬菜作物系统重金属污染状况,归纳了蔬菜作物重金属吸收积累特征,并总结了重金属污染蔬菜地安全生产综合农艺调控技术研究进展。当前,我国蔬菜地土壤重金属污染以中轻度为主,且区域分异明显。蔬菜作物重金属超标现象在全国各地时有发生,给蔬菜产业发展和人类健康带来了极大的危害。蔬菜作物对重金属的积累能力因种类、品种、部位而异,受基因型、土壤理化性质和外界环境条件的制约,因此调整种植布局、选用重金属低积累品种、合理轮间套作、施用土壤改良剂和钝化剂、优化水肥管理技术等农艺调控措施是目前中轻度重金属污染蔬菜地安全利用的重要技术途径。未来在进一步深入研究土壤-蔬菜系统重金属迁移转化规律的基础上,宜加强土壤-蔬菜地系统安全生产技术标准、传统种植模式与综合农艺调控措施耦合技术、长期定位试验及风险评价等方面的研究,以实现重金属中轻度污染蔬菜地的安全利用和农产品的安全生产。     

Effects of different loading rates and types of biochar on passivations of Cu and Zn via swine manure composting

Pollution of arable land caused by heavy metals in livestock and poultry manure has become a potential threaten to human health in China. Safe disposal of the contained toxic pollution with animal manure by co-composting with biochar is one of the alternative methods. Biochars from different sources (wheat straw, peanut shells and rice husks) amended with different loading rates were investigated for passivations of copper and zinc (Cu and Zn) in swine manure composting. Results showed that the passivation effects of the three types of biochar on Cu and Zn were enhanced with increasing biochar dose. Contents of Cu and Zn measured by diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA) and Community Bureau of Reference (CBR) showed that wheat straw biochar with the loading rates of 10%-13% (w/w) was superior to the other two types of biochar in this study. Compared with the control, sample from wheat straw biochar was more favorable for the bacterial growth of Proteobacteria, Firmicutes and Actinobacteria. In addition, pot experiment showed that organic fertilizer amended with wheat straw biochar could significantly improve the growth of Chinese pakchoi and enzyme activities (superoxide dismutase, peroxidase, polyphenol oxidase and catalase) as compared with the control. Cu and Zn contents of Chinese pakchoi in the organic fertilizer group containing wheat straw biochar reduced by 73.2% and 45.2%, 65.8% and 33.6%, respectively, compared with the group without loading biochar. There was no significant difference in the contents of vitamin C and reducing sugar between the groups of organic fertilizer amended with/without wheat straw biochar, however, there was significant difference compared with the heavy metal addition group. The application of organic fertilizer formed by adding biochar can effectively reduce the adverse effects of heavy metals on crops.     

硒肥与钝化材料组配对土壤Cd钝化及稻米Cd消减效果

为了探讨不同硒肥施用方式联合钝化材料对土壤镉钝化和稻米镉消减的效果,采用盆栽试验的方式,选用亚硒酸钠作为硒肥,钙镁磷肥和硅藻土作为钝化材料,设置基施硒肥+钙镁磷肥+硅藻土和叶面喷施硒肥+钙镁磷肥+硅藻土2种方式,研究其不同用量对镉污染酸性稻田土壤修复与安全利用的影响。结果表明：随着施用量的增加,稻米产量增加,基施硒肥产量略高于叶面喷施硒肥,产量差为 2.115 g/pot,与对照(CK)相比,基施0.28%钙镁磷肥+0.12%硅藻土+0.004‰硒(T3)能够提高1.68倍的稻米产量;随着施用量的增加,pH升高,有效Cd降低,有机质与CEC变化不大;基施硒肥与叶面喷施硒肥处理对土壤pH、有机质与CEC差异不显著,但基施硒肥处理有效Cd含量略低于叶面喷施硒肥处理,T3对土壤Cd的钝化效果最佳;随着基施硒肥用量的增加,稻米Cd含量降低,随着叶面喷施硒肥用量的增加,稻米Cd含量先降低后升高,基施硒肥处理对稻米Cd的消减程度强于叶面喷施硒肥处理,相差 0.021 mg/kg,与对照(CK)相比,T3处理稻米Cd降低0.063 mg/kg。可见,硒对调控稻米镉累积具有重要作用,且基施硒肥强于叶面喷施。综上所述,基施0.28%钙镁磷肥+0.12%硅藻土+0.004‰硒对土壤Cd钝化与稻米Cd消减的效果最佳,值得在镉污染稻田推广应用。     

高镁胶磷矿对重金属污染土壤的钝化修复

通过室内培养试验,采取DTPA提取法研究了高镁胶磷矿在土壤中对重金属Cd、Pb的钝化作用。结果表明,高镁胶磷矿的施入显著降低了土壤重金属Cd、Pb的有效态含量,而且土壤中的Pb和Cd有效态含量与高镁胶磷矿的施入量呈显著负相关,由此说明高镁胶磷矿可降低重金属在土壤中的生物有效性和迁移性,从而达到修复重金属污染土地的目的;同一混施浓度下,高镁胶磷矿对重金属Pb的钝化效果相当于羟基磷灰石(HAP)(P0.05),而对于重金属Cd而言,HAP钝化效果强于高镁胶磷矿,8%高镁胶磷矿对重金属Cd的钝化效果与4%HAP基本持平(P0.05)。通过综合考虑钝化剂的来源、经济成本以及中国可利用磷矿资源缺乏等多方面因素,在重金属污染土壤修复的实际应用中,胶磷矿作为磷灰石的替代品具有一定的经济和研究意义。     

生物炭对污泥-菌渣堆肥腐殖化与重金属钝化的影响

为探讨生物炭对市政污泥堆肥腐殖化和重金属钝化的影响,将市政污泥和菌渣按照湿质量比1:0.7进行混合,设置3个堆体进行好氧堆肥:处理组堆体分别添加混料干质量5%和10%的生物炭(记为BC5、BC10);对照组(CK)堆体不添加生物炭。结果表明:添加生物炭可延长高温时间,促进堆肥中富里酸向大分子胡敏酸转变,降低水溶性有机物含量,促进堆体腐熟。添加生物炭的堆体对重金属的钝化效果均优于CK组,BC5对可交换态Cu、Pb钝化效果较好,钝化率分别为78.12%、97.82%,BC10对可交换态Cr、Ni、Zn钝化效果较好,钝化率分别为66.64%、5.88%、19.76%;堆肥后Cu、Pb、Cr残渣态分配率增加量大小顺序为BC10>BC5>CK,Ni、Zn残渣态分配率增加量大小顺序为BC5>BC10>CK。Cu、Cr、Pb、Zn可交换态分配率均与水溶性有机物和富里酸呈极显著正相关(P<0.01),与胡敏酸呈极显著负相关(P<0.01)。研究表明,添加生物炭有利于堆体腐殖化和重金属钝化,且两者存在相关性。     

抑毒灵对烟草育苗期TMV的钝化作用

选用对烟草花叶病毒(tobacco mosaic virus,TMV)具有显著钝化作用的脱脂牛奶和磷酸三钠为研究对象,通过枯斑法测定脱脂牛奶和磷酸三钠两者复配制剂（称为抑毒灵）对烟草漂浮育苗过程中被TMV污染的基质及剪叶器的钝化作用,并利用透射电镜观察抑毒灵对病毒粒体的影响,同时采用实时qPCR对TMV含量以及寄主防御蛋白相对表达量进行定量检测。抑毒灵稀释液对TMV的钝化作用表现出时间和浓度依赖性,且不同处理间抑制率差异显著。抑毒灵与TMV接种液混合3 min后可完全抑制TMV对叶片的侵染。采用500倍抑毒灵消毒1 min以上时间抑制效果最佳。剪叶器具经稀释500倍的抑毒灵浸泡不少于5 min时对TMV的钝化效果可达100%。不同浓度的抑毒灵稀释液可显著钝化基质中的TMV,抑制TMV对烟苗的侵染和发病率,基质中TMV的含量下降74.09%~90.26%,相对防效达54.83%~85.45%。此外,所有抑毒灵处理中烟苗叶片表现正常,无药害发生。钝化病毒机制研究发现,经抑毒灵稀释液共孵育后的病毒粒体断裂成微小片段,外壳蛋白受损严重,螺旋结构和柱状基本消损完。与此同时,抑毒灵可提高防御酶PPO和PAL的酶活,还可显著诱导防御基因NPR1、PAL、PR1b和PR1a的表达。综上,抑毒灵可通过直接作用于病毒粒体和诱导寄主抗性起到抗病毒效果。     

炭基及硅酸盐类钝化剂对辣椒地土壤中度Cd污染效应研究

本研究旨在为黔中地区辣椒的安全生产提供理论指导以及筛选在中度镉污染地区钝化效果良好的钝化剂。选取2种炭基钝化剂（椰壳生物炭、活性炭）和2种硅酸盐类钝化剂（硅钙肥、海泡石）开展田间小区试验。试验设计选择单施钝化剂以及炭基钝化剂与硅酸盐类钝化剂混合配施,施用总量均为3000 kg/hm²。结果表明：单施硅钙肥处理下对提高土壤pH效果最显著,使土壤pH与CK相比提高了2.36个单位;混施处理下对提高土壤pH效果最显著的处理是：活+海,使土壤pH提高了2.07个单位。单施硅钙肥对降低土壤中DTPA-Cd的含量效果最好,其降低率为36.5%;混施处理下对降低土壤中DTPA-Cd的含量效果最好的处理是：椰+硅,降低率为28.5%。单施海泡石能够显著降低土壤Cd在辣椒果实中的富集系数,使辣椒果实中Cd的含量显著降低,降低率为47.4%,最大限度降低辣椒可食用部分中的安全风险。初步建议在中度Cd污染地区施用炭基钝化剂与硅酸盐类钝化剂时单独施用或者错开时间施用,不仅能有效降低土壤及作物中Cd的污染风险,还能最大限度改良土壤和提高钝化剂的钝化效率。     

钝化材料对猪粪堆肥过程中重金属（Cu、Zn）形态转化的影响及其植物毒性分析

采用三级四步连续提取法（BCR）研究生物质炭、VT-1000菌剂2种钝化材料对猪粪堆肥过程中重金属Cu、Zn含量和形态的影响,并探讨其对植物种子的毒性。结果表明：堆肥处理后,猪粪中的重金属Cu、Zn总量会出现“相对浓缩效应”,致使其浓度升高;堆肥处理能促使重金属Zn的形态向活性降低的方向转化,从而降低其生物有效性;生物质炭对猪粪堆肥处理后重金属Cu、Zn的钝化效果较好,对弱酸提取态Cu、Zn的钝化效果分别为27.23%、73.46%;经2种钝化材料处理后的猪粪堆肥对种子的发芽率、根长、发芽指数均无显著影响（P>0.05）,说明经过堆肥处理的猪粪已充分腐熟且对种子的萌发无抑制作用。研究结果提示,生物质炭是理想的降低猪粪中Cu、Zn生物有效性的钝化材料,且有利于降低猪粪堆肥土地利用中重金属污染风险。     

田间条件下施用石灰石及调理剂降低土壤镉可提取性的效应

原位钝化是镉污染稻田土壤修复的主要方法之一,钝化剂的选择对修复效果十分关键。通过3个田间试验和示范区对比调查研究了施用石灰石及主要调理剂对稻田土壤镉的钝化效应,并提出有效的技术措施。结果表明,施用足量石灰石(≥3.75 t/hm~2,试验Ⅰ)、钙镁磷肥(3.75 t/hm~2,试验III)和生物质炭(9.00 t/hm~2,试验II;7.50 t/hm~2,试验III)、石灰(3.00 t/hm~2,试验III)碱性调理剂均能显著提高土壤pH,降低土壤Cd提取率(P0.05);施用硅藻土(8.25 t/hm~2)和羟基磷灰石(3.75 t/hm~2)也能降低土壤Cd提取率。其中施用石灰石11.25 t/hm~2能使Cd提取率降低21个百分点;施用硅藻土8.25 t/hm~2(试验Ⅱ)、生物质炭9.00 t/hm~2(试验Ⅱ)可以显著降低土壤Cd提取率(P0.05),分别降低10,19个百分点。试验Ⅲ中与对照相比,施用石灰3.00 t/hm~2、钙镁磷肥3.75 t/hm~2、生物质炭7.50 t/hm~2处理的土壤pH显著提高(P0.05),石灰、钙镁磷肥、生物质炭、羟基磷灰石3.75 t/hm~2处理的土壤Cd提取率显著降低(P0.05);同时发现,石灰处理土壤pH显著高于钙镁磷肥、生物质炭、羟基磷灰石3个处理,而土壤Cd提取率则显著小于后三者。对比调查的相关性分析结果表明,Cd提取率与土壤pH呈显著负相关,与土壤有效态Cd含量呈显著正相关(P0.05)。聚类分析得出,可将不同调理剂对土壤镉的钝化效应分为5类,钝化效应较大的为石灰6.00,9.00 t/hm~2和GSA-4 6.00,9.00 t/hm~2,可优先用于实际的钝化修复,而钝化效应不显著的有海泡石4.50 t/hm~2、沸石4.50 t/hm~2、腐殖质4.50 t/hm~2和羟基磷灰3.00 t/hm~2,则不予以推荐。     

不同降镉措施降低水稻籽粒中镉积累的效果

为了解不同降镉措施对镉轻度污染农田土壤的治理及降低水稻糙米镉含量的效果,为污染农田安全利用提供技术支撑,在浙江省桐庐县江南镇和瑶琳镇各选择镉轻度污染农田开展了不同用量石灰调控pH降低水稻镉积累、施用腐殖质型土壤调理剂+钙镁磷肥降低水稻镉积累、施用等量不同土壤改良剂降低水稻镉积累、石灰与叶面阻控剂配合施用降低水稻镉积累和...