热改性坡缕石对土壤Cd污染的钝化修复研究

为探讨不同热解温度下的坡缕石对土壤中重金属Cd的钝化效果,将坡缕石颗粒分别在250、300、350、400、450℃条件下热解2.5 h,将其施用于重金属Cd污染土壤中,进行钝化试验和盆栽试验来判断对Cd污染土壤的钝化效果。结果表明:添加不同温度的热改性坡缕石均不同程度地提高了土壤pH、EC和CEC,使DTPA和TCLP提取态Cd含量显著降低,在添加350℃的热改性坡缕石钝化土壤时,两种提取态Cd含量降幅最大,分别为39.7%和32.6%。添加350℃的热改性坡缕石可以促进Cd由活性高的酸溶态向活性低的残渣态转化,从而有效降低Cd的迁移能力。添加热改性坡缕石有助于玉米植株的生长,与对照相比,玉米植株的根长、株高、鲜质量和干质量都有显著的增高,同时Cd从土壤到地上部分的富集和地下部分到地上部分的转运有了明显的降低。因此,热改性坡缕石可作为钝化修复重金属污染土壤的环保材料。     

生物质电厂灰与硅肥组配对水稻Cd吸收的影响

以生物质电厂灰和硅肥为供试肥料,在常规施肥基础上研究了单施生物质电厂灰（BFA）、单施硅肥（Si）、生物质电厂灰与硅肥组配施用（A–Si）对水稻各部位镉（Cd）含量以及各部位对重金属Cd的生物富集系数和转运系数。结果表明：与空白对照（常规施肥,不施生物质电厂灰和硅肥）相比,A–Si处理的稻米Cd含量下降了59.5%;同时,A–Si处理下稻米和叶片对Cd的富集系数最低,根对Cd的富集系数最高;而且,该组配处理能有效降低Cd从茎秆向稻米的转运,从而有效减少Cd在稻米中的累积;而单独施用生物质电厂灰不利于稻米Cd的降低和稻草Cd的富集,对Cd的阻控效果不佳。     

不同生物质炭和矿物钝化材料对镉污染稻田土壤的修复研究

选择常见的3种秸秆生物质炭(水稻生物质炭、小麦生物质炭和玉米生物质炭)和3种矿物钝化材料(钙镁磷肥、磷矿粉和硅肥),在田间开展不同施用量对Cd污染稻田土壤的钝化修复试验,比较不同材料的修复效果,并对其使用成本进行评估。结果表明,除高用量硅肥处理降低了水稻产量外,其他钝化材料对水稻产量没有显著影响;玉米生物质炭和钙镁磷肥处理的土壤pH升高幅度和对土壤有效态Cd含量的降低幅度均大于其他钝化材料;钙镁磷肥降低糙米Cd含量的效果最好,中、高施用量处理糙米Cd含量分别降低至0.179 mg/kg和0.137 mg/kg,下降幅度达45.9%和58.5%;3种生物质炭材料中仅高施用量水稻生物质炭可显著降低糙米Cd含量;从钝化材料的使用成本来看,生物质炭类材料明显高于矿物钝化材料,综合不同钝化材料的修复效果和使用成本,钙镁磷肥是一种值得推荐的钝化修复材料。     

土壤钝化剂对磷石膏污染土壤中Cd的钝化修复效应

为了解钝化剂对磷石膏污染土壤的钝化修复效应,采用盆栽试验,研究施加不同组合钝化剂[废铁屑(I,I1、I5分别表示含量为1%、5%)、粉煤灰(F,F1、F5分别表示含量为1%、5%)和过磷酸钙(S,S1、S5分别表示含量为1%、5%)]对磷石膏污染土壤中Cd的钝化效果以及对玉米幼苗生长和Cd含量的影响。结果表明,除了I5+F1+S1和I5+F5两种处理对玉米幼苗生长有抑制作用外,其他处理对玉米幼苗的生长影响不显著。各处理均能提高磷石膏污染土壤电导率,此外,I1+F5、I5+F1+S1和I5+F5这3种处理可显著提高磷石膏污染土壤pH。各处理均可降低磷石膏污染土壤有效态Cd含量,I5+S5、I5+F1+S1和I5+F5这3种处理的降幅最大,分别为39.13%、45.65%和41.30%。各处理均可降低玉米幼苗地上部分Cd含量,I5+S5、I5+F1+S1和I5+F5这3种处理与对照相比具有显著性差异,降幅分别为29.47%、21.95%和31.71%。各处理均能有效降低磷石膏污染土壤中Cd的活性,其中I5+S5处理在不影响玉米幼苗生长的同时,还能减少其对Cd的吸收。     

钝化材料对农田土壤Cd形态及微生物群落的影响

为探讨钝化剂对土壤Cd生态风险和土壤微生物群落结构的影响,通过田间试验,在轻度Cd污染水稻田中施加钝化剂（海泡石、石灰、秸秆生物炭和螯合铁肥）开展相关研究。结果表明：施加钝化剂使土壤pH值提高0.17~1.29个单位,Cd的可交换态减少29.79%~64.48%。施加海泡石、石灰、秸秆生物炭使得微生物群落的多样性指数（ACE、Chao1、Shannon）增加,但螯合铁肥不利于微生物群落的生长,多样性指数均减少。土壤微生物群落随钝化剂的施加发生显著改变,变形菌门、厚壁菌门、拟杆菌门相对丰度有所增加,芽单胞菌门、绿弯菌门、螺旋体菌门相对丰度均降低。相关性分析表明,pH和Cd是影响微生物群落的关键因素,此外Cd形态也对微生物群落产生了影响。研究表明,施用钝化剂可降低土壤中重金属Cd的潜在生态风险,改变土壤微生物群落结构,使多种微生物群落得到抑制或增强。     

不同钝化处理与叶面阻控剂对Cd污染稻田的修复效果

在湖北省荆州市松滋市纸厂河镇受Cd污染地区开展大田试验,分析不同钝化处理与叶面阻控剂对土壤中pH、有效Cd及糙米中Cd含量的影响。结果表明,不同处理能够在一定程度上提高土壤pH(0.16%～6.06%),降低土壤中有效Cd含量,与对照相比,土壤有效Cd含量降低了3.57%～33.33%。叶面阻控剂对土壤pH和有效Cd含量无显著影响,但能有效抑制Cd在水稻植株内的转运,降低糙米中Cd含量。土壤调理剂、重金属钝化剂能够适当调节土壤pH,降低土壤有效Cd含量,进而降低水稻对Cd的吸收。3 750 mL/hm²叶面阻控剂+1 200 kg/hm²土壤调理剂+1 200 kg/hm²重金属钝化剂处理效果最好,糙米中Cd含量最低,土壤中有效Cd和糙米中Cd含量分别下降了33.33%、44.95%。     

Cd污染土壤景观修复植物筛选研究

在温室条件下,研究了香樟、圆柏、侧柏、夹竹桃、珊瑚树、四季桂、红花檵木、金边黄杨、金叶女贞和海栀子10种常见景观植物对污染土壤中Cd的耐受能力和富集特征。试验设置的三个处理分别为不添加外源Cd的CK处理(土壤中Cd本底值为3.6mg·kg~(-1))和添加外源Cd的T_1、T_2处理(土壤中Cd含量分别为9.6、24.6 mg·kg~(-1))。结果表明,在T_1和T_2处理下,圆柏、侧柏和四季桂的根、茎、叶和整株生物量与CK处理无显著差异(P0.05)。当土壤中Cd含量范围为3.6~24.6 mg·kg~(-1)时,侧柏、珊瑚树、四季桂和金边黄杨光合作用正常;T1和T2处理下香樟、侧柏、珊瑚树、四季桂、红花檵木、金边黄杨和金叶女贞叶片中丙二醛含量与CK处理无显著差异(P0.05)。珊瑚树对土壤中Cd有一定的富集能力,而香樟对Cd具有较强的转运能力。供试植物Cd富集系数的聚类分析表明,圆柏、夹竹桃和珊瑚树可用于Cd污染土壤修复与景观美化,红花檵木、金边黄杨、香樟、四季桂、侧柏和金叶女贞可用于Cd重污染土壤中Cd的稳定。     

土壤改良剂对Cd污染土壤的修复效果研究

[目的]探究试配的土壤改良剂对Cd污染土壤的修复效果及最佳施用比例。[方法]利用盆栽试验向Cd污染土壤中添加不同比例的土壤改良剂,通过指示植物小麦的发芽率、株高及小麦植株SOD活性、MDA含量、Cd富集量等统计学指标,分析不同土壤改良剂对Cd污染土壤种植小麦的影响;通过土壤中不同形态Cd含量的变化,分析不同土壤改良剂对土壤重金属Cd的钝化效果的影响。[结果]随土壤改良剂添加比例的增加,小麦发芽率呈先增后减的趋势;随土壤改良剂添加比例的增加,小麦株高呈先升高后下降的趋势,添加比例为5%时最高;小麦植株内SOD活性、MDA含量和Cd富集量呈先下降后升高的趋势,在添加比例为5%时最低;添加5%土壤改良剂1(泥炭∶膨润土∶生物炭∶微生物=14∶7∶10∶1)的处理组中小麦植株Cd富集量较对照组降低了30.24%;土壤改良剂的添加显著降低了Cd污染土壤中酸溶态Cd的含量,使Cd的迁移性减弱,其中添加5%土壤改良剂1的处理组效果最佳,90 d土壤中酸溶态Cd含量由31.40%降低至9.72%,相较于空白对照组降低了65.43%。[结论]5%土壤改良剂1的施加可有效修复重金属Cd污染土壤。     

生物炭固定化微生物对U、Cd污染土壤的原位钝化修复

为考察固定化微生物对铀(U)、镉(Cd)污染土壤的钝化效果,研究筛选出对U、Cd都有较高去除率的微生物组合,以生物炭为固定化载体,通过吸附和包埋两种固定方法制作成复合钝化剂,探究施加两种复合钝化剂和单独施加生物炭3种处理对土壤理化性质和可提取态U、Cd的影响。研究结果表明:四种微生物组合对U、Cd都有去除作用,综合考虑枯草芽孢杆菌、柠檬酸杆菌和蜡样芽胞杆菌等比组合的去除率最优,用于进一步研究。各钝化处理后,土壤的pH值升高,且随着钝化剂添加量的增加,pH呈上升趋势。各钝化处理组中土壤阳离子交换量与有机质含量均有所升高,其中,生物炭处理组对土壤阳离子交换量的提高效果最为显著。3个处理组相比,生物炭处理组和吸附固定微生物生物炭处理组中有机质增加较包埋固定微生物生物炭处理组效果显著。各钝化处理后,土壤中可提取态的U、Cd含量均有所下降,且随着钝化时间的延长,可提取态的U、Cd含量持续降低。3种钝化剂的钝化效果有所差异,即吸附固定微生物生物炭处理组生物炭处理组包埋固定微生物生物炭处理组,随着添加量的增加,钝化效果显著。该研究结果表明,固定化微生物方法在修复土壤重金属污染方面有着很大的潜在应用价值。     

小白菜富集Cd能力及对土壤Cd污染修复的能力研究

采用盆栽土培试验方法,以小白菜为供试材料,研究了其吸收积累Cd能力的品种差异,探讨了小白菜对土壤Cd的净化能力。结果表明,所选4个品种中,植株Cd含量随Cd浓度增大而显著增加,吸Cd量也迅速增加。小白菜“翠宝”有相对较强的富Cd能力,呈现出相对较强的耐受性。相关分析显示,小白菜总吸Cd量与DTPA-Cd呈显著正相关。土壤Cd分析显示,种植小白菜可以减缓土壤Cd的固定,“翠宝”和其余供试品种间差异达到了显著水平,其对土壤Cd的净化率最高。     

低温改性粉煤灰对土壤镉的钝化修复研究

粉煤灰(FA)通过低温碱改性制备中间体(IP)和沸石(ZE)。利用扫描电镜-能谱仪(SEM-EDS)、X射线荧光分析(XRF)、比表面积(BET)、零点电荷(pHzpc)等对FA、IP和ZE 3种钝化剂进行表征,通过盆栽试验研究不同投加梯度下3种钝化剂对土壤pH和有效态镉(Cd)含量、印度芥菜(Brassica juncea)生物量及各部位Cd含量的影响,探究3种钝化剂对土壤Cd的钝化机理。结果表明:3种钝化剂均能显著降低土壤中有效态Cd含量和印度芥菜地上部Cd含量,1.5%添加用量IP和ZE可使有效态Cd含量降低48.35%和46.19%、印度芥菜地上部Cd含量降低37.51%和41.06%。施入1.5%的IP和ZE使土壤pH显著提高0.59和0.62个单位、印度芥菜生物量提高20%。由此可见,IP和ZE均可有效降低污染土壤中有效态Cd含量并促进作物生长。从经济角度考虑,IP的制备对FA的长期利用更有一定的经济价值。     

施用凹凸棒石对Cd污染农田土壤养分的影响

为研究凹凸棒石黏土矿物对Cd污染农田土壤的影响,以及对植物吸收Cd的阻控作用,通过大田试验,以凹凸棒石作为化学修复剂,以Cd污染土壤为研究对象,研究了凹凸棒石修复Cd污染土壤的效果以及对作物吸收Cd的影响。结果表明:适量添加凹凸棒石对土壤速效养分无显著影响,但过量施用时(1.25 kg·m~(-2)),导致土壤碱解氮、有效磷含量分别降低6.76 mg·kg~(-1)和7.34mg·kg~(-1);添加凹凸棒石会显著提高土壤pH和CEC含量,凹凸棒石添加1.25 kg·m~(-2)时,土壤pH最高可增加0.51个单位、CEC升高6.29 cmol·kg~(-1);添加凹凸棒石会显著降低土壤有效态Cd含量,随其添加量的增加有效态Cd含量最高可降低27.66%(添加量1.25kg·m~(-2));添加凹凸棒石能显著降低作物籽粒中Cd含量,添加量为1.25 kg·m-2时,油菜籽粒中Cd含量可降低35.19%,小麦籽粒中Cd含量可降低37.29%。由于凹凸棒石的过量施用会导致土壤肥力下降,因此,在耕种农田上利用凹凸棒石进行Cd污染的化学修复,一定要控制施用量和施用频次,在修复的同时尽量不要使土壤肥力水平降低。     

金属氧化物改性生物炭对镉污染土壤菠菜生长和镉积累的影响

对重金属具有良好吸附能力的金属氧化物改性生物炭材料是近年来热门的土壤修复材料,然而关于不同金属氧化物改性生物炭对土壤中Cd钝化的研究较少。本研究采用Cd污染农田土壤开展菠菜盆栽试验,研究了铁氧体改性生物炭、磁铁矿改性生物炭和水滑石改性生物炭对菠菜生长和Cd积累的影响。结果表明：在施用量均为5 g·kg^-1的条件下,金属氧化物改性生物炭处理可显著提高土壤pH和有机质含量。与对照相比,铁氧体改性生物炭、磁铁矿改性生物炭和水滑石改性生物炭使土壤DTPA-Cd含量分别降低了23.4%、24.8%和37.1%,生物富集系数降低了4.00%、13.3%和65.0%。此外,水滑石改性生物炭使植株干质量增加4.27倍,显著降低了Cd积累量（59.5%）。金属氧化物改性生物炭能提高土壤pH,增加土壤有机质含量,降低土壤Cd的有效性和移动性,提高土壤质量,进而促进菠菜的生长和抑制菠菜对Cd的积累。研究表明,水滑石改性生物炭在促进菠菜生长和钝化土壤Cd方面具有较大优势。     

生物质灰渣等对红壤性状的影响

为评估生物质灰渣等改良剂对红壤酸度的改良效果,通过土壤培养实验研究了生物质灰渣、磷灰石和石灰3种改良剂对红壤酸度的改良效应。结果表明,3种改良剂均能提高土壤p H和降低土壤交换性Al3+含量,其中,生物质灰渣在培养前期表现差异明显,随着培养时间延长,实验设定的生物质灰渣用量对土壤p H的影响差异不明显;石灰和磷灰石用量对土壤p H和土壤交换性Al3+含量影响显著。培养期间,添加改良剂后土壤p H保持上升趋势,且p H增幅随改良剂用量增加而增加。3种改良剂的施用均可提高土壤CEC和土壤交换性钙含量,用量为4500 kg·hm-2时达到最大值,生物质灰渣处理土壤CEC提高0.90 cmol·kg-1,土壤交换性钙提高1.11 cmol·kg-1;磷灰石处理土壤CEC提高2.17 cmol·kg-1,土壤交换性钙提高0.78 cmol·kg-1;石灰处理土壤CEC提高1.85 cmol·kg-1,土壤交换性钙提高3.47cmol·kg-1。生物质灰渣施用提高土壤速效磷和速效钾含量显著,4500 kg·hm-2用量时达到最大值,分别为19.49和225.00mg·kg-1;磷灰石施用提高土壤速效磷含量且随磷灰石用量增加而增加;石灰施用提高土壤速效磷和碱解氮含量。     

几种矿物材料对Cd污染土壤中Cd形态分布及植物有效性的影响

采用盆栽试验,研究了海泡石、钙基膨润土、钠基膨润土、汉白玉和石灰5种矿物材料不同添加量对Cd污染土壤p H、有效Cd、Cd形态分布及小白菜生物量、Cd含量的影响。结果表明:几种矿物材料均可显著提高土壤p H,并显著降低土壤有效态Cd含量,且降低幅度随添加量的增加而增大。与对照相比,添加矿物材料后土壤p H提高0.1~0.7个单位,有效Cd含量降低9.19%~18.92%。几种矿物材料对土壤Cd形态的影响均以酸提取态和残渣态的变化较为明显,酸提取态Cd比例降低3.27%~8.68%,残渣态Cd比例升高1.35%~4.75%,添加海泡石和钠基膨润土处理的变化更为突出。小白菜地上部和根部Cd含量随矿物材料用量的增加而降低,分别较对照降低16.03%~42.95%和20.69%~50.34%,海泡石、钠基膨润土和石灰的降低效果更好。值得注意的是,除海泡石和钙基膨润土外,施用钠基膨润土、汉白玉和石灰在降低小白菜Cd含量的同时亦可造成其地上部生物量的显著降低。     

不同土壤调理剂对Cd污染稻田修复效果

为验证不同土壤调理剂在轻度Cd污染稻田的修复效果,本研究于2021年和2022年在湖北大冶连续开展田间小区试验,研究了20种土壤调理剂对水稻产量、糙米Cd含量、土壤pH、土壤有效态Cd含量的影响,并选取2021年试验中具有代表性的4种调理剂（有机类：P3、P4,无机类：P11、P12）,探究其对Cd在土壤-植株中转运累积和在土壤中5种赋存形态转化的影响。两年的结果表明：与对照组相比,各调理剂处理后水稻产量变化幅度为-9.80%~20.09%,糙米 Cd 降幅为 8.05%~79.57%,土壤 pH 提高了-0.01~1.13个单位,有效态Cd含量降低了4.79%~25.00%,且连续两年土壤pH值与有效态Cd含量均呈显著负相关关系。2021年试验中4种调理剂处理均能显著降低Cd从土壤到水稻根系的转运系数,且无机类调理剂（P11、P12）效果显著优于有机类（P3、P4）;各类调理剂（P3、P4、P11、P12）处理使土壤中可交换态Cd和碳酸盐结合态Cd占比分别降低5.91~17.77个百分点和6.33~8.88个百分点;使土壤中Fe-Mn结合态Cd、有机结合态Cd和残渣态Cd占比分别增加3.47~16.31、0.80~6.50个百分点和4.82~7.05个百分点。有机类调理剂（P3、P4）倾向于将土壤中Cd向有机结合态Cd转化,无机类调理剂（P11、P12）则更倾向将土壤中Cd向Fe-Mn结合态Cd转化。研究表明,选取适宜的调理剂能够实现Cd污染耕地安全利用,推荐无机类P12调理剂（主要成分CaO≥28%）作为湖北大冶轻度Cd污染修复调理剂。     

土壤改良剂研究现状及其在南方旱坡地的应用前景

综述了土壤改良剂的研发概况以及土壤改良剂的分类、机理、应用效果及使用技术,并分析了土壤改良剂在南方旱坡耕地上的应用前景,指出施用土壤改良剂可明显改善南方旱坡耕地普遍存在的酸、毒、瘠、漏、板、蚀等多种障碍因素,可望成为提高旱坡耕地生产力的重要手段.     

粉煤灰和石灰对突发性污染土壤中重金属化学形态的影响

利用石灰和粉煤灰对突发性污染土壤中重金属进行修复,采用TCLP法和Tessier浸提法对修复后土壤进行评价。结果表明,当石灰用量为土重的0.1%时,培养1个月,突发性污染土壤中Cu、Cd浸提量(TCLP法)比对照分别下降68.13%和76.67%;当粉煤灰用量为土重的8%时,土壤Cu、Cd浸提量比对照分别下降61.58%和71.67%。两种土壤经修复后,Cu、Cd浸提量均降至国际标准值以下,原因是施用粉煤灰和石灰后,土壤中Cu、Cd的形态由交换态向碳酸态和铁锰态发生转化。     

黄土高原退耕地复垦对土壤理化性状及空间变异特征的影响

【目的】明确复垦措施对黄土高原退耕地土壤理化性质的影响,并揭示其空间变异特征,为评价退耕地复垦对当地生态环境的影响提供帮助,并为相关政府决策提供参考。【方法】在实地调查和取样分析的基础上,使用经典统计学和地统计学相结合的方法,以山西省广灵县退耕6年后复垦的典型坡耕地为对象,对比研究了复垦前(2007-04)和复垦2年后（2009-05）表层(0～15 cm)土壤理化性质的差异及空间变异特征。【结果】与复垦前相比,复垦2年后表层土壤有机质、全氮、全磷以及碱解氮、速效磷和速效钾含量分别降低了38%,11%,15%,24%,81%和8%,而体积质量则降低了7%;研究区土壤养分属中等变异,而土壤体积质量属弱变异;复垦前土壤性质的合理采样数依次为有机质>速效磷>碱解氮>速效钾>全氮>全磷>体积质量,复垦后略有变化;土壤养分和体积质量的变化主要是随机性因素（人为活动）作用的结果,且复垦措施可使土壤理化性质的空间相关性减弱并朝均一化方向发展,从而明显影响土壤养分和体积质量的空间分布特征。【结论】退耕地复垦可使土壤理化性状迅速恶化,使其空间相关性减弱和朝均一化方向发展,因此应予以避免。     

黄土高原退耕地复垦对土壤理化性状及空间变异特征的影响

【目的】明确复垦措施对黄土高原退耕地土壤理化性质的影响,并揭示其空间变异特征,为评价退耕地复垦对当地生态环境的影响提供帮助,并为相关政府决策提供参考。【方法】在实地调查和取样分析的基础上,使用经典统计学和地统计学相结合的方法,以山西省广灵县退耕6年后复垦的典型坡耕地为对象,对比研究了复垦前(2007-04)和复垦2年后(2009-05)表层(0~15 cm)土壤理化性质的差异及空间变异特征。【结果】与复垦前相比,复垦2年后表层土壤有机质、全氮、全磷以及碱解氮、速效磷和速效钾含量分别降低了38%,11%,15%,24%,81%和8%,而体积质量则降低了7%;研究区土壤养分属中等变异,而土壤体积质量属弱变异;复垦前土壤性质的合理采样数依次为有机质>速效磷>碱解氮>速效钾>全氮>全磷>体积质量,复垦后略有变化;土壤养分和体积质量的变化主要是随机性因素(人为活动)作用的结果,且复垦措施可使土壤理化性质的空间相关性减弱并朝均一化方向发展,从而明显影响土壤养分和体积质量的空间分布特征。【结论】退耕地复垦可使土壤理化性状迅速恶化,使其空间相关性减弱和朝均一化方向发展,因此应予以避免。