人工湿地系统中梭鱼草和香蒲对镉积累的动态变化

为探讨人工湿地系统中挺水植物梭鱼草(Pontederia cordata)和香蒲(Typha orientalis)对镉(Cd)积累的动态变化,通过在室外表面流人工湿地采样和室内分析相结合的方法,对8-12月梭鱼草和香蒲地上部和地下部的生物量、镉含量及积累量的动态变化进行了分析。结果表明,梭鱼草根部和茎叶镉含量为0.25~0.70mg/kg和0.07~0.18mg/kg,香蒲根部和茎叶镉含量为0.16~0.39mg/kg和0.11~0.17mg/kg,根部镉含量均显著高于各自的茎叶部,两种植物各部位镉含量均在10月达到最大值,两者对镉的富集与转运能力均随着月份的变化而变化,都呈先增高、后降低的趋势;其中,梭鱼草对底泥镉的富集系数为0.76~3.13,香蒲为0.63~0.91,两者的富集系数最高值均出现在10月;两者的转运量系数分别为1.12~10.47、3.25~8.10,最大值分别出现在9月、10月。在10月之前,同一月份梭鱼草地上部的生物量和对湿地中镉积累量均极显著或显著高于香蒲。两种植物地上部分生物量和对湿地中镉积累量均极显著高于地下部分(P<0.01)。综合考虑两种植物的生物量及对镉的积累量,9月和10月分别为梭鱼草和香蒲地上部分最佳收获月份,能够最大化去除湿地系统中的镉。     

外源锌对水稻植株镉的累积差异分析

通过水稻威优46盆栽种植试验,研究了外源Zn施用(0,40,80,160 mg/kg 4个水平)对Cd中度(0.72mg/kg)和重度(5.26mg/kg)污染土壤中Cd生物有效性及水稻Cd累积的差异。结果表明:施Zn对各检测指标存在影响,但土壤Cd总量仍是土壤Cd活性和水稻Cd累积差异变动的主控因素。在Cd中度污染土壤中,施Zn降低了土壤交换态Cd含量1.9%~17.0%,但水稻根表铁膜、根和糙米中Cd含量随Zn施用浓度的增大而增大,糙米Cd含量从0.09mg/kg上升到0.17mg/kg,相关分析显示糙米Cd含量与土壤交换态Zn含量显著正线性相关。在Cd重度污染土壤中,施Zn增大了土壤交换态Cd含量2.1%~4.8%,但降低了水稻各部位中Cd含量,当施Zn浓度超过80mg/kg时,糙米Cd含量可从对照组的0.45mg/kg降低到0.12mg/kg,符合国家食品污染物限量标准(GB 2762-2017)的要求,相关分析显示糙米Cd含量与土壤交换态Zn含量显著负线性相关。对2种Cd污染程度的土壤,施Zn均可增大Cd在水稻地下部的累积率,从而降低水稻地上部Cd的累积率。在Cd重度污染土壤中,可通过施Zn降低糙米Cd含量,施Zn量80mg/kg是试验中最佳施用量;但在Cd中度污染土壤中,施Zn有增大糙米Cd含量的风险。     

象草在南方典型母质土壤中的镉修复效应

选取南方典型母质发育耕作土紫泥田和麻砂泥,通过添加不同浓度梯度的外源Cd(0,0.5,2.0,10.0,20.0mg/kg)进行盆栽试验,并结合傅里叶红外与X射线衍射等手段,研究了象草在土壤Cd胁迫下的耐受能力及修复效果。结果表明:紫泥田与麻砂泥中象草对Cd的耐性指数为0.65~0.79,均表现出较好的耐性;外源Cd浓度为0,0.5,2.0mg/kg时象草富集系数均大于1,表现出较好的Cd富集性;象草转运系数为0.60~0.84,属于非Cd超富集植物,但因地上部分生物量巨大,象草在无外源Cd添加时对土壤Cd的修复效率依然可观,且在麻砂泥中最为显著,为2.48%。另外,土壤理化性质如pH、CEC、有机官能团等不同也可导致象草对Cd的富集呈现差异。综合分析,象草更适宜于中轻度Cd污染土壤的修复,且对麻砂泥的修复效率优于紫泥田。     

生物质炭对湘南矿区轻度Pb污染土壤性质及Pb的累积转运影响

为探讨生物质炭对湘南矿区附近轻度Pb污染土壤的改良效果,通过盆栽试验,研究不同施炭条件(0、0.5%、1.0%、2.0%)对水稻土壤性质及Pb在水稻中的累积转运影响。结果表明:施用玉米秸秆炭能使土壤pH值提高0.50~0.67个单位,有机质增加6.9%~25.1%,CEC升高24.7%~41.3%,土壤Pb的毒性浸出量降低4.4%~25.9%,且Pb的毒性浸出量与有机质、CEC分别呈极显著和显著性负相关;在相同施炭条件下,上述各指标在水稻生长的幼苗期和成熟期时存在差异,土壤pH值和有机质幼苗期高于成熟期,CEC和Pb的毒性浸出量幼苗期低于成熟期。水稻各部位中,根表铁膜对Pb的累积量最多,谷壳对Pb的转运能力最大,施用玉米秸秆炭能增加水稻根表铁膜及谷壳富集Pb的能力,降低水稻根系、茎叶及糙米中Pb含量,当施炭量≥1%时,糙米中Pb含量低于0.2 mg·kg~(-1),达到国家食品污染物限量标准。研究表明,生物质炭能够有效改良湘南矿区轻度Pb污染土壤,显著降低糙米中Pb的累积。     

一株耐As细杆菌对As3+的吸附特征与机理

【目的】评价细杆菌属去除水溶液中As^3+的可行性,为As污染的微生物修复提供必要的修复材料和理论依据。【方法】从湖南某矿区筛选分离等得到了一株高耐砷菌株,经过16S rRNA序列分析初步鉴定为细杆菌属Microbacterium,命名为A4,并采用单因素试验优化菌株生长条件,正交试验优化菌株菌粉吸附As^3+的条件。通过吸附动力学与等温吸附试验研究菌株菌粉对As^3+的吸附特征,并利用SEM-EDX与FTIR分析探讨了该菌株菌粉对As^3+的吸附机理。【结果】菌株A4对As^3+的耐受阈值为53 mmol/L;菌株A4的最适生长条件为温度30℃、pH值7.0~9.0、NaCl浓度0.25 m/v、转速180 r/min。正交优化试验结果表明:菌粉吸附As^3+的最佳条件为菌粉投加量为0.02 g/L、吸附时间为2 h、pH值为8.0和温度为20℃,此条件下菌粉对As^3+的吸附量为128 mg/g。Langmuir方程与准一阶动力学方程可被较好的用于描述菌粉对As^3+的等温吸附特性与动力学特性,拟合度均达0.99,菌粉对As^3+的最大吸附量达114.6 mg/g。SEM-EDX与FTIR分析表明:吸附过程中的主要功能团-COOH、-OH、-NH、-CHO和O-P-O等与As络合,以及As^3+在菌粉表面与Mg2+发生了离子交换作用,促进了菌粉对As^3+的吸附。【结论】可为未来水体As污染微生物修复提供菌株材料与技术应用思路。     

淹水灌溉协同钝化剂对水稻Cd吸收和积累的影响

在严格管控区Cd污染稻田开展田间试验,探讨淹水灌溉协同石灰和土壤调理剂对土壤Cd的有效性,以及水稻Cd吸收和累积的影响。结果表明：淹水灌溉协同钝化修复技术可有效降低土壤Cd的有效性和水稻Cd的吸收和积累。淹水灌溉协同石灰和调理剂处理下,土壤pH值较对照显著（P<0.05）提高0.97个单位,且土壤有效态Cd含量以及水稻根、茎和叶片Cd含量较对照分别显著（P<0.05）降低36.4%、63.0%、80.3%和42.4%,糙米Cd含量降至0.15 mg·kg^-1。淹水灌溉协同石灰和调理剂处理还显著抑制Cd向糙米部位的累积。糙米Cd的富集系数和Cd累积量较对照分别显著（P<0.05）降低67.8%和62.8%。因此,淹水灌溉协同土壤钝化修复技术是一种有效实现Cd污染稻田水稻安全生产的措施。     

农田土壤重金属淋洗剂筛选与效应分析

为分析不同淋洗剂在不同淋洗条件下对重金属淋洗效果的影响,采用振荡淋洗法对比研究4种淋洗剂(柠檬酸(CA)、酒石酸(TA)、乙二胺四乙酸二钠盐(EDTA)和氨三乙酸三钠盐(NTA))不同浓度、淋洗时间、pH和固液比对重金属复合污染农田土壤中Pb、Cd、Cu和Zn的淋洗效果及单因素最佳淋洗条件下土壤淋洗前后重金属不同形态含量的变化。结果表明,CA和TA的最佳淋洗浓度为0.3mol/L,EDTA和NTA为0.05mol/L;CA和NTA的最佳淋洗时间为480min,EDTA和TA为720min;4种淋洗剂的最佳淋洗pH均为3,最佳固液比均为1∶20。单因素最佳淋洗条件下,EDTA对土壤重金属去除效果最佳,对Pb、Cd、Zn和Cu的去除率分别为67.4%,61.0%,13.8%和76.0%;NTA效果次之,去除率分别为4 1.6%,42.4%,9.9%和54.3%。土壤重金属去除率随淋洗剂pH的降低而升高,随固液比的增加而增加,随淋洗剂CA与TA浓度增大而增大。淋洗剂对土壤重金属的解吸动力学曲线符合准二级动力学模型,解吸过程为化学解吸,且解吸反应速率受土壤重金属含量与淋洗剂浓度控制。土壤重金属在淋洗剂作用下的解吸速率为CdPb≈Zn≈Cu。EDTA和NTA淋洗显著降低土壤中Pb、Cd、Zn和Cu铁锰氧化态和有机结合态的含量,CA和TA显著降低Pb、Cd、Zn和Cu铁锰氧化态的含量。淋洗剂对重金属的去除效率为EDTANTACATA。     

植物塘人工湿地系统对灌溉水Cd的生态拦截效果

为拦截灌溉水Cd,设计实施了水平潜流与表面流两种工艺组合的植物塘人工湿地系统,在水稻生育期净化处理灌溉水,结合田间水稻种植小区试验,于2017年1月至2018年12月逐月采集水样,同时多次采集水稻和土壤样品,监测分析样品Cd含量,探讨人工湿地系统对灌溉水中Cd的净化效率及对米Cd累积的影响。结果表明:连续两年监测,人工湿地系统进水Cd浓度范围为0.034～0.644μg/L,平均浓度为0.232μg/L,经过植物塘人工湿地系统处理后出水Cd浓度范围为0.001～0.189μg/L,平均浓度为0.059μg/L。一级、二级和三级人工湿地系统对灌溉水中Cd的去除率分别为50.21%、14.06%和7.81%,人工湿地系统总去除率达72.06%;与未净化灌溉水相比,经人工湿地系统净化处理后灌溉的水稻糙米Cd含量下降了10.50%～24.51%。研究表明,植物塘人工湿地系统能有效拦截去除灌溉水中的Cd,减少该途径对稻田土壤Cd输入通量,并降低糙米中Cd累积量。本结果可为典型稻田重金属污染灌溉水的净化及湿地植物的选择、减少稻田重金属输入和粮食安全生产提供理论依据和参考。     

不同马铃薯品种对Cd、Pb吸收累积的差异

采用田间试验法,以中南地区主要种植的11个马铃薯品种为研究对象,测定马铃薯植株各部位重金属Cd、Pb含量,探讨不同品种的马铃薯对Cd、Pb的吸收累积差异,为马铃薯的安全种植提供实践参考。结果表明:Cd—Pb复合污染下,马铃薯块茎鲜重、茎叶鲜重以及根、茎叶、块茎中Cd、Pb含量在品种间均表现出显著差异。11个马铃薯品种块茎Cd含量范围为0.39～0.67 mg/kg,超标率100%,块茎Pb含量为0.16～0.43 mg/kg,超标率81.8%。马铃薯各部位Cd、Pb含量均呈现根茎叶块茎的分布特点;马铃薯对Cd的富集系数为2.35～5.56,对Pb富集系数为0.11～0.22,马铃薯富集转运Cd的能力大于Pb。尽管复合重金属靶标危险系数(TTHQ)法评价显示,金湘等5种马铃薯的TTHQ值1,对人体健康风险较小,但结合块茎Cd、Pb含量,建议污染区种植的马铃薯作为工业原料使用更安全。     

不同母质土壤-水稻系统Cd吸收累积特征及差异

通过选取土壤有效态镉(Cd)含量相近、母质不同的水稻土河沙泥(河流冲积物发育)和紫泥田(紫色砂页岩母质发育),添加不同浓度的外源Cd(0,0.5,1,2,5mg/kg)模拟Cd污染稻田土壤进行盆栽试验,研究不同母质稻田土壤Cd胁迫条件下水稻不同生育期对Cd吸收累积的差异,并推算出土壤Cd环境安全临界值。结果表明,水稻生育期2种土壤有效态Cd含量均在分蘖期最高,河沙泥有效态Cd含量平均为0.47mg/kg,紫泥田平均为0.36mg/kg,同一外源Cd水平下,河沙泥土壤有效态Cd含量高于紫泥田。对河沙泥而言,随着外源Cd浓度的增加,水稻总生物量呈现先增加后下降的趋势,当外源Cd浓度为1mg/kg时达到最大生物量,为47.11g/pot;而紫泥田水稻生物量呈现逐渐增加的趋势,但各处理间差异不显著(P0.05)。2种土壤中水稻糙米、谷壳、茎叶、根Cd含量均随外源Cd浓度的增加而增加,整体分布特征为根茎叶谷壳糙米,且河沙泥高于紫泥田;河沙泥水稻平均Cd累积量为51.71μg/pot,紫泥田平均Cd累积量为42.56μg/pot,2种土壤成熟期水稻Cd累积量对比分蘖期分别增加1.45,1.07倍。回归分析表明,河沙泥和紫泥田稻米Cd超标的土壤Cd安全临界值分别为2.03,3.14mg/kg。水稻对Cd的吸收累积特征及土壤Cd安全临界值因土壤母质不同而存在显著差异。