钝化剂对酸性高镉土壤钝化效果及水稻镉吸收的影响

以海泡石、磷酸二氢钾、钙镁磷肥、钢渣、生石灰及生物炭为重金属镉钝化材料,研究钝化剂对湖南省酸性高镉(Cd)稻田土壤及水稻中Cd含量的影响。以土壤pH值和有效态镉作为评价指标,筛选出三种效果较优的钝化剂,通过正交试验进行复配,选择最优的钝化剂配方进行田间验证。结果表明,海泡石、钙镁磷肥、钢渣在施用比例为1%时均可显著提高土壤pH,pH的提升效果排序为钢渣钙镁磷肥海泡石;除钢渣外,其余钝化剂在施用比例为1%时均可不同程度降低土壤有效态Cd含量,钝化效果排序为磷酸二氢钾钙镁磷肥生物炭海泡石生石灰。选取海泡石、钙镁磷肥和磷酸二氢钾复配钝化剂,依据正交试验结果并综合考虑钝化效果、成本及材料易得性,确定钝化剂的最优施用量组合为海泡石500 mg kg-1、钙镁磷肥500 mg kg-1、磷酸二氢钾170 mg kg-1。大田试验结果表明,施用钝化剂后,土壤pH值提高0.5个单位,土壤有效Cd含量降低34.00%,糙米中Cd含量降低19.44%,水稻各器官Cd的富集与迁移系数明显降低,水稻产量明显升高。     

三种钝化剂对镉-砷复合污染水稻土修复效果研究

【目的】本研究目的为寻求高效、经济的钝化剂用于修复镉-砷(Cd-As)复合污染农田土壤,为保障粮食安全及人类健康发挥重要作用。【方法】本研究以Cd-As复合污染水稻土为研究对象,开展土培试验,以无添加空白为对照(CK),通过外源添加CaCO₃(CA)、水稻秸秆(JG)、水稻秸秆生物炭(SW)对比三种钝化剂对Cd、As的钝化效果,同时关注不同钝化剂对土壤肥力指标及土壤酶活性的影响,以期筛选出能在有效钝化Cd-As的同时还可提高农田土壤生态功能的钝化剂。【结果】结果表明,与CK相比,CA、JG和SW处理下Cd毒性浸出率分别降低了6.13%、8.97%和12.3%,As毒性浸出率分别降低了9.02%、4.24%和5.42%;同时,CA和SW处理下残渣态Cd分别增加了12.2%和12.1%,残渣态As分别增加了28.7%和15.1%。与CK相比,三种处理下土壤pH、有机质、全氮、全磷含量均显著增加,其中SW处理下土壤有机质、全氮、全磷最高,与CK相比分别提升了7.51%、9.14%和15.6%。此外,与CK相比,SW处理下土壤碱性磷酸酶活性、蛋白酶活性显著增加,分别增加了...     

钝化剂-锌肥降低烟草镉含量长期效果研究

采用田间小区试验,通过外源添加1.5 mg kg-1镉(Cd)模拟轻度Cd污染土壤,研究赤泥、油菜秸秆、玉米秸秆及其组合并配施硫酸锌降低土壤Cd有效性和烟草各部位Cd含量的长期效果。结果表明,施用钝化剂后,烟叶产量增加了7.0%~32.1%,中上等烟叶比例提高了2.9%~20.2%,烟草经济效益提高了6.6%~31.3%。钝化剂处理土壤有效态Cd含量降低显著,2012年和2013年降幅分别为18.6%~47.4%、16.0%~27.0%。烟草各部位Cd含量排序为下部叶中部叶、上部叶茎秆,且均与土壤有效态Cd含量呈极显著正相关关系。2011—2013年钝化剂处理烟草叶片Cd平均含量较对照分别降低了28.3%、28.1%、15.2%,烟草各部位Cd含量年变化幅度下部叶最大,茎秆最小,叶位间Cd含量差异随钝化时间延长逐渐缩小。钝化剂降低土壤-烟草系统Cd生物有效性效果稳定持久,其中油菜秸秆优于玉米秸秆,有机无机复合钝化剂效果最好。配施锌肥后,2011—2013年烟草叶片Cd含量较对照分别降低了19.1%、23.3%、17.9%,且下部和中部叶片降低效果达到显著水平;中部和上部叶Cd、Zn含量呈显著负相关关系。因此,在轻度Cd污染土壤上,赤泥油菜秸秆复合钝化剂配施锌肥是降低烟叶镉含量兼顾高产的最佳生产措施。     

钝化剂种类对镉铅污染土壤的修复效果

采用室内模拟培养的方式,研究油菜秸秆生物炭、重捕剂TMT、含氢硫基与硫化钠混合钝化剂在不同培养时间及不同添加量条件下对土壤中Cd、Pb含量及土壤理化性质的影响,以期筛选钝化效果较好的材料。试验结果显示：(1)3种钝化剂对土壤pH值的影响主要表现培养前15 d,培养后期pH值趋于稳定,重捕剂对土壤pH值提升了1.61个单位,效果最好。(2)3种钝化剂对Cd和Pb均有显著的钝化效果,其中混合钝化剂对有效态Cd和Pb的钝化效果最明显,钝化率分别达到44.9%和29.0%。(3)土壤有效态Cd、Pb含量与土壤pH值密切相关,呈负相关关系。(4)生物炭和重捕剂仅对土壤有机质、有效磷含量有显著的提升作用;而混合钝化剂对土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量均有显著的提升作用,改善效果最佳。结果表明,混合钝化剂能显著降低污染土壤中有效态Cd和Pb含量,改善土壤各理化性质,修复钝化效果最好。     

水分调控和钝化剂处理对水稻土镉的钝化效应及其机理

采用盆栽试验,研究了水分管理和钝化剂处理对红壤性水稻土重金属镉的钝化效应及其作用机理。结果表明,在土壤镉含量为0．75mg·kg。下,添加海泡石复配磷肥可以显著提高土壤pH值,长期淹水、常规管理水分条件下,土壤交换态cd分别降低了20．4％和15．7％,碳酸盐结合态cd分别下降了15．5％和14．1％,糙米cd分别降低了52．3％和46．O％。未添加钝化剂条件下,长期淹水处理的根表Fe（Ⅱ）含量比常规处理增加了1．2倍,根表cd含量则是常规处理的82．6％。土壤经钝化处理后,长期淹水和常规管理水分条件下,根表Fe（Ⅱ）分别增加了40．1％和70．0％,而根表cd分别降低了35．3％和42．4％。糙米cd含量与根表Fe（Ⅱ）含量呈显著负相关,与根表cd含量呈显著正相关。土壤Fe“和cd“对水稻根表吸附点位的竞争以及土壤镉较低的生物有效性是钝化处理组糙米镉含量下降的主要原因。     

镉胁迫下钝化剂对菠菜镉吸收累积及土壤微生物群落结构的影响

为了探究镉（Cd）胁迫下不同钝化剂对菠菜Cd吸收转运及根际微生物群落结构的影响,设置不施钝化剂（CK）、单施纳米羟基磷灰石（nHAP）、单施巯基生物炭（TMB）、配施纳米羟基磷灰石+巯基生物炭（HPTB）4个处理,比较各处理的土壤微生物群落结构、土壤化学性质与菠菜生物量及Cd含量。结果表明,各钝化剂处理下菠菜生物量均增加,Cd含量均降低;不同钝化剂对土壤主要优势菌群的组成没有显著影响,但会改变细菌和真菌的相对丰度。主成分分析表明,nHAP对细菌群落结构影响较大,对真菌群落结构影响较小。冗余分析发现,pH是影响细菌群落结构的主要因子,全磷含量是影响真菌群落结构的主要因子。综上所述,单施nHAP能够促进菠菜生长,降低Cd含量,且对微生物群落结构的影响较小。     

不同钝化剂配施硫酸锌对石灰性土壤中镉生物有效性的影响研究

为了降低轻度镉（Cd）污染土壤中Cd的生物有效性以确保农产品安全,以低吸收豆类蔬菜（豇豆）作为供试植物,通过田间试验研究了在轻度Cd污染（Cd1.5mg·kg-1）石灰性土壤中施加赤泥、油菜秸秆、玉米秸秆、赤泥＋油菜秸秆等钝化处理并配施硫酸锌肥料对土壤中Cd的生物有效性的影响。结果表明,与对照相比,不同钝化处理可显著（P〈0.05）降低豇豆豆角中Cd浓度和土壤中可溶态Cd浓度;钝化处理条件下豇豆豆角中Cd浓度降低了27%（玉米秸秆）~83%（赤泥＋油菜秸秆）。在施加钝化剂的基础上,配施硫酸锌肥料可进一步降低豇豆对Cd的吸收,各钝化处理在配施锌肥后,豇豆豆角中Cd平均浓度与未施锌肥相比降低了27%。对不同作物秸秆而言,富含巯基的油菜秸秆比富含纤维素的玉米秸秆钝化效果好。由此可见,在轻度Cd污染的石灰性土壤中,无机钝化剂赤泥和富含巯基的油菜秸秆复合使用是一种高效且环境友好的钝化手段。同时,合理施用锌肥可能会进一步降低作物对Cd的吸收。     

生物炭-凹凸棒土复合材料对水稻土锌镉的钝化及土壤养分和酶活性的影响研究

为了比较生物炭、凹凸棒土以及生物炭-凹凸棒土复合材料3种钝化剂对锌镉复合污染水稻土的钝化修复效果,本研究利用傅立叶红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、比表面积表征(BET)和扫描电镜(SEM)等技术手段对稻壳生物炭和凹凸棒土样品进行表征,并采用土培试验研究稻壳生物炭、凹凸棒土及生物炭-凹凸棒土复合材料对实际重...     

红壤性水稻土对镉吸附研究初报

红壤性水稻土及其用石灰和有机物处理样本对镉的吸附。结果表明：样本对镉吸附在２５±１℃恒温下搅拌２小时吸附基本平衡。吸附等温式可用Ｌａｎｇｍｕｉｒ和Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ方程式来描述。施用石灰和有机物处理，均可增加镉的吸附量和固定量。土壤ＰＨ增加，镉的吸附量亦随之加。各处理量与土壤镉吸附量呈极显正相关。     

钝化剂对猪粪厌氧发酵沼渣中As的钝化效果及工艺优化

由于饲料添加剂的使用,规模化养殖场猪粪中重金属残留加剧。为了减少重金属污染,阐明钝化剂对发酵过程中As在沼渣中的含量及其形态转化的影响,为沼渣沼液的安全合理利用提供科学依据,该文以重金属As为研究对象,猪粪为发酵原料,采用厌氧发酵技术,通过正交试验,选取3个因素,每个因素3个水平,采用BCR提取法分析重金属形态。研究不同种类钝化剂(粉煤灰、硅藻土、活性炭),钝化剂的不同添加比例(2.5%,5%,7.5%)及不同发酵温度(25,30,35℃)对猪粪中重金属钝化效果的影响,结果表明:1)猪粪经厌氧发酵后重金属As大多数存留在沼渣中,在沼渣中质量分数范围在5.50~6.56 mg/kg之间;发酵前猪粪中残渣态质量分数为3.38 mg/kg,猪粪厌氧发酵后残渣态含量升高,说明添加钝化剂可以降低重金属As的生物活性,从而有效减少重金属的危害;2)影响重金属As有效态钝化效果的因素主次顺序为钝化剂种类,钝化剂的添加比例及发酵温度;钝化剂种类对As有效态钝化效果有显著的影响,而钝化剂添加比例及发酵温度对有效态钝化效果影响不显著;3)重金属As有效态的钝化效果最好的是添加7.5%的活性炭,发酵温度为30℃的试验处理,其钝化效果可达到62.34%。猪粪厌氧发酵中添加适量的重金属钝化剂,可以在一定程度上降低沼渣中重金属的有效性以及沼渣利用中重金属污染的风险。     

不同施用量石灰和生物炭对稻田镉污染钝化的延续效应

为筛选适用于西南地区稻田土壤及农作物Cd污染的修复技术,采用田间小区试验比较了单施石灰、生物炭以及复合施用石灰+生物炭及其不同用量对Cd污染稻田的土壤基本理化性质、稻米Cd含量及其水稻各部位富集转运的影响。结果表明:第1年修复试验中,单施石灰和生物炭以及复合施用均可降低稻米Cd含量以及水稻各部位富集和转运系数,且随着施加量的增加稻米Cd含量呈降低趋势,土壤至水稻根系Cd富集系数呈先降低后增加趋势,复合施用(石灰(1.5 t/hm^2)+生物炭)效果优于单施石灰和生物炭,与对照相比,稻米Cd含量降低57.14%~88.57%,土壤至水稻根系富集系数降低22.06%~32.96%;施用石灰可显著提高土壤pH和降低土壤有效态Cd含量。第2年修复剂施用延续效应试验中,石灰在短时间内降低土壤有效Cd和稻米Cd的效果较好,但其长效性和稳定性不及生物炭,与对照相比,单施石灰和生物炭以及复合施用土壤有效Cd分别降低2.97%~25.19%,13.94%~23.41%,1.93%~21.41%,稻米Cd含量分别降低0.72%~34.87%,12.11%~49.14%,36.55%~51.71%。总体来看,设定试验条件下,复合施用(石灰(1.5 t/hm^2)+生物炭(3.0 t/hm^2)),效果最优。     

水稻土镉污染与水稻镉含量相关性研究

采用盆栽试验的方法,考察了水稻土中重金属镉（Cd）的浓度对水稻生长及Cd富集的影响以及Cd在水稻植株的分布情况,并进一步研究了糙米（可食部位）对Cd的富集量与土壤中Cd总量的关系。结果表明,在各个浓度Cd胁迫下,根、茎叶、稻壳、糙米相比,2个品种水稻都是根累积的Cd含量要高于茎叶和稻壳、糙米,即根〉茎叶〉稻壳〉糙米;在水稻的茎叶细胞中,Cd主要分布在细胞壁,细胞可溶性成分,细胞器Cd的分布量较少,即细胞壁〉可溶性部分〉细胞器及膜部分;随Cd浓度增加,茎叶中的Cd积累量极显著增加,各细胞组分中的Cd含量均显著增加;根据国标GB 2762—2005对大米中Cd的限量标准（≤0.2 mg.kg^-1）,水稻土土壤总Cd临界值分别为2.0 mg.kg^-（1博优225）、3.1 mg.kg^-（1矮糯）。因此,在污染土壤上宜选种食用部位重金属积累低的水稻品种,以减少人类吸收重金属的风险。     

Short-Term Impacts of Pecan Waste By-Products on Soil Quality in Texturally Different Arid Soils

Three arid soils (clay loam (CL), sandy clay (SC), and sandy loam (SL)) were amended with pecan waste products (ground pecan shells (PSHs), ground pecan husks (PHUs), and ground pecan shell biochar (PSB)), at a rate of 45 Mg/ha, packed inside cylindrical rings and kept in a humid chamber for 4 weeks. Measurements taken included volumetric moisture content as the soil dried out for 7 days, wet aggregate stability (WAS), permanganate oxidizable carbon (POXC), nitrate-nitrogen, extractable phosphorus (Olsen-P), and water-extractable potassium (K). Significant effects of soil texture, soil amendment, and their interaction were observed for all measurements. Generally, the amendments led to significant improvement in Olsen-P, K, POXC, and WAS, while amendments’ impacts on soils of different textures varied. Short-term moisture retention was dependent on soil texture, with PHU and PSB treatments having higher soil moisture retention in SL and CL soils but not in SC soil.     

不同磷酸盐对污染土壤中镉生物有效性的影响

采用盆栽试验,在镉二级和三级污染的红壤和褐土上添加不同磷酸盐（磷酸二氢铵、磷酸二氢钾、磷酸二氢钙）后种植小油菜40d,测定植株生物量、镉吸收量、土壤有效态镉含量、pH值,分析不同磷酸盐对污染土壤中镉生物有效性的影响。结果表明,3种磷酸盐使污染红壤和褐土上小油菜生物量分别提高了18.7%～291.1%和31.5%～991.2%,在红壤上提高顺序为磷酸二氢钙〉磷酸二氢钾〉磷酸二氢铵,而在褐土上则表现为磷酸二氢钙≈磷酸二氢钾〉磷酸二氢铵。3种磷酸盐影响下小油菜吸收镉量,在镉二级污染水平的红壤上表现为显著提高8.3%～60.6%,而在镉三级污染水平的红壤上则表现为显著降低了4.6%～58.4%。污染红壤有效态镉含量在加入3种磷酸盐后提高了17.0%～122.7%,提高顺序为磷酸二氢钙〉磷酸二氢钾〉磷酸二氢铵;而磷酸二氢铵使污染褐土有效态镉含量降低了2.4%～13.4%。3种磷酸盐使红壤pH值提高了0.24～0.99。可见,不同土壤类型、不同镉污染水平下,3种磷酸盐对土壤镉的生物有效性的影响存在差异,其机制有待进一步研究。     

海泡石对典型水稻土镉吸附能力的影响

通过吸附解吸实验研究了添加海泡石后典型水稻土对Cd的吸附解吸特性及其对吸附溶液pH值变化的响应。结果表明,Freundlich方程可以较好地拟合红黄泥、黄泥田和红沙泥3种典型水稻土对Cd的等温吸附过程（R2〉0.962）。在溶液初始Cd浓度相同的情况下,添加海泡石可使3种水稻土对Cd的吸附量增加20%以上,增强土壤对Cd的吸附强度,有效降低吸附Cd的解吸率,其效果随海泡石添加量的增大而增强。3种水稻土吸附Cd的解吸率均高于70%,而且都随吸附量的增加而上升。溶液的pH值是影响土壤吸附Cd的一个重要因素,在低pH值的条件下（pH〈4）,随着溶液pH值的降低,土壤对Cd的吸附量迅速降低,当溶液pH值高于5时,pH值的变化对吸附量的影响较小。在溶液初始pH值2-8范围内,添加海泡石均能有效提高3种水稻土对Cd的吸附能力。     

镉砷复合污染水稻土原位钝化修复技术研究进展

随着工农业的发展,稻田土壤正面临严重的重金属污染问题,水稻作为南亚和东南亚的主要粮食作物,稻米安全问题显得尤为突出。镉和砷两者在生物地球化学循环上有明显差异,因此镉和砷复合污染水稻土的修复一直是一个棘手的问题。综述了镉砷复合污染水稻土原位钝化技术的研究现状,将钝化技术梳理为氧化还原型、微生物转化累积型、材料型和耦合钝化技术四类。氧化还原型钝化技术重点指出稻田水分调控驱动的氧化还原电位Eh和pH变化、不同元素的生物地球化学循环、有机质等对镉和砷的迁移转化机制;微生物转化累积型钝化技术重点阐明功能微生物对砷和镉的吸收、转化、区室化、菌表吸附等作用机制;材料型钝化技术重点分析现有钝化材料的分类及其与镉和砷的固定化机制;耦合型钝化技术重点总结上述三种技术综合体系下,镉和砷的协同钝化应用。同时对未来镉砷复合污染水稻土的原位钝化修复提出展望,进一步探讨了镉砷在稻田土壤生物地球化学循环过程涉及的新型机制研究方向、修复钝化技术的创新延展趋势;期望在稳产、增产的基础上,寻求一种深度融合现代农业生产模式、保障稻田安全利用的土壤钝化改良技术体系或模式。     

Plant Availability of Cadmium in Soils: I. Extractable Cadmium in Newly and Long-Term Cultivated Soils

Abstract

Effects of long-term use of phosphate fertilizers on extractable soil Cd in relation to its concentrations in plants were investigated. “Paired” soil samples were collected from newly and long-term cultivated fields and analyzed for Cd by extraction with NH₄OAc, DTPA, NH₄OAc-EDTA, NH₄NO₃, HCl and CaCl₂. Plant samples were also collected and analyzed for Cd. Significant differences in extractable Cd by all the extractants except NH₄NO₃ were observed between the newly and long-term cultivated soils. The Cd concentrations in plants were not increased by the elevated extractable Cd. Although significant relationships were observed between plant Cd and extractable soil Cd, none of the extractants used alone gave a good assessment of plant-available Cd for all the samples used in this study.     

Plant Availability of Cadmium in Soils: II. Factors Related to the Extractability and Plant Uptake of Cadmium in Cultivated Soils

Abstract

Eighty four soil samples collected from southeastern Norway were analyzed for Cd by extraction with NH₄OAc, DTPA, NH₄OAc-EDTA, NH₄NO₃, HCl and CaCl₂. The total Cd, pH, exchangeable K and Ca, dithionite-extractable Mn, available P and fine sand (0.2–0.02 mm) contents were the principal factors related to the extractable Cd, with some inter-extractant variations. Cadmium extracted by NH₄NO₃, NH₄OAc, HCl and CaCl₂ decreased with increasing soil pH, but the Cd extracted by all the extractants increased with increasing total Cd, exchangeable K and Ca, available P, and Mn-oxide contents in the soils. The Cd concentrations in plants were significantly related to the extractable Cd, exchangeable Ca and Mg, pH, Mn-oxides and organic matter content.     

矾浆在水稻土上的固磷效果及对水稻生长和产量的影响

为研发一种安全有效的农田土壤固磷技术,利用纯土培和盆栽试验方法研究了不同粒径(5、2、0.25和0.15 mm)以及不同施用量(0、0.01%、0.1%、1%、5%和10%)下矾浆对富磷(P)水稻土OlsenP、可溶性铝(Al)、有效硅(Si)、速效钾(K)含量,土壤酶活,水稻地上部K、Si含量及产量的影响。结果表明,矾浆颗粒直径0.5~10μm,比表面积8.73 m~2·g~(-1),富含Al、Si、K等元素。0.25 mm、p H值6.8的矾浆对土壤P素固定能力最优。施入矾浆使土壤Olsen-P含量下降,速效K、有效Si和交换态Al含量增加,且随着矾浆施入量的增加,变幅加大。与对照相比,0.1%的矾浆处理显著提高了水稻地上部Si和K含量,促进了水稻的生长及产量。但5%和10%矾浆处理对土壤酶活、水稻生长及产量均产生不良影响,其原因可能与高量施用使土壤交换态Al含量急剧上升,造成Al毒有关。综上所述,施用0.01%~0.1%矾浆兼具土壤固P和土壤改良效应。本研究为有效控制农田土壤P素流失提供了技术支持。