调理剂对Cd污染农田土壤环境质量的影响及修复效果评价

近年来土壤调理剂被大量用于重金属污染农田治理修复,目前对调理剂效果的评价以农产品是否达标为主,而关于调理剂对土壤质量和农产品品质等的影响关注较少.本研究通过对土壤理化性质、土壤微生物活性等指标变化来评价施用土壤调理剂对土壤质量的影响,并结合水稻相关参数对调理剂修复Cd污染土壤的效果进行评价.结果表明,粤北Cd污染高风险...     

重金属污染农田土壤修复效果评价指标体系分析

重金属污染农田土壤经修复后,是否达到了预期的目标,是否可以复垦为农田,生产的农作物是否达到了安全水平,这些问题均需要通过对修复后的效果进行评价来给出明确的答复。然而,目前,有关重金属污染农田土壤修复效果评价指标体系方面的研究还很少。从污染农田土壤修复效果评价的实际需求出发,本着全面性、客观性、易测性、可评性的原则,提出了一套推荐评价指标体系,并给出了各指标的分析方法及评价标准,以期为重金属污染农田土壤修复效果评价体系的建立及土壤修复标准的制定等提供参考依据。     

三种观赏植物对Cd污染土壤酶活性的影响

通过盆栽实验,系统研究了含羞草、白雪姬和树马齿苋对Cd污染土壤中土壤酶的修复作用。结果表明,脲酶、过氧化氢酶和磷酸酶的活性随着Cd浓度的上升不断下降,且均与Cd浓度呈显著负相关关系。3种观赏植物生长均能提高Cd污染土壤中脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶的活性。白雪姬还能显著提高土壤蔗糖酶的活性。含羞草、白雪姬和树马齿苋对土壤酶的修复效果均表现为:脲酶>磷酸酶>过氧化氢酶>蔗糖酶,且白雪姬对土壤酶的修复效果显著高于其它两种观赏植物,说明白雪姬作为一种常见的观赏植物,在修复重金属Cd污染土壤方面具有很高的应用前景。     

添加紫云英和水稻秸秆对稻田污染土壤Cd形态的影响

为给紫云英、水稻秸秆还田综合治理重金属污染土壤提供理论支撑,采用室内培养的方法,设置不添加任何有机物料(CK)、单独添加水稻秸秆0.2 g(R2G0)、添加水稻秸秆0.15 g+紫云英0.05 g(R3G1)、添加水稻秸秆0.1 g+紫云英0.1 g(R1G1)、单独添加紫云英0.2 g(R0G2)共5个处理,研究了紫云英、水稻秸秆对重金属污染稻田土壤中有效态Cd和Cd形态分级的影响。结果表明,随着紫云英添加比例的增加,有效态Cd含量呈降低的趋势;R0G2处理土壤有效态Cd含量比R2G0处理下降34.41%,且差异显著。R0G2和R2G0的残渣态Cd含量显著高于R3G1和R1G1处理,其中R0G2的残渣态Cd比其他处理提高20.00%～51.90%。通过冗余分析(RAD)认为,土壤可溶性氮(DON)和pH均与有效态Cd和弱酸提取态Cd呈负相关关系,有机质与有效态Cd和弱酸提取态Cd呈正相关关系,且DON、有机质和pH对有效态Cd与Cd形态分级的解释量分别为64.6%、17.2%和4.1%,达到显著性相关关系。单独添加紫云英对Cd的稳定具有较好的效果,其主要通过改变土壤DON、有机质和pH影响Cd有效性和形态特征。     

硅酸盐钝化剂在土壤重金属污染修复中的研究与应用

土壤重金属污染治理是目前我国土壤污染治理的重点,黏土矿物、单硅酸盐及硅肥等硅酸盐钝化修复材料是重要的土壤重金属化学稳定剂。本文通过综述硅酸盐钝化剂的分类与特点,阐明了硅酸盐钝化剂在土壤重金属污染修复过程中的吸附、沉淀及植物-微生物作用机理与影响因素,提出将土壤重金属污染修复与农作物增产相结合,开发具有枸溶、缓释特性,对重金属具备吸附、沉淀与生物抑制功能且有利于农作物生长的长效硅酸盐土壤重金属钝化剂具有重要的实际意义。     

改良剂对重金属污染红壤的修复效果及评价

采用盆栽试验,研究了施用改良剂—石灰、有机肥、海泡石对红壤上小油菜生物产量、镉锌吸收量、pH、吸收系数的影响。结果表明,施用改良剂,连续种植3季小油菜 (Brassia campestris L.) 的生物产量都显著提高,石灰、有机肥和海泡石配施的产量是对照的15倍。改良剂能不同程度提高红壤的pH,以石灰的效果最好,土壤pH平均升高了2个单位;而且小油菜对镉锌的吸收也较低。小油菜对镉的吸收系数大于对锌的吸收系数,说明镉容易在土壤-植物体系中迁移,施用改良剂后吸收系数降低。施石灰的小油菜中锌含量达到食品卫生标准。改良剂对提高土壤pH的后效逐渐减弱,对抑制小油菜吸收锌的后效不如抑制镉的后效好。     

基于复合钝化剂施用植物轮作模式对农田土壤Cd和As污染的修复

镉(Cd)和砷(As)是土壤环境中广泛存在的重金属污染物,具有不可降解性和生物累积性的特点,应及时开展Cd和As污染的修复工作。研究以湖南中、轻度Cd和As污染农田土壤为对象,选取当地优势植物。通过田间试验,添加生物炭与纳米零价铁的复合钝化剂,利用不同植物(油菜-蚕豆、玉米-苎麻)配套种植模式,探讨基于复合钝化剂施用植物轮作模式对土壤中Cd和As污染的修复效果。结果表明：(1)间作种植模式(蚕豆-油菜、玉米-苎麻)更有利于土壤中Cd和As的固定,试验土壤中Cd和As的最佳固定效果依次为原供试土壤的45.19%和19.00%。(2)复合钝化剂可显著提升农田土壤中Cd和As的固定效果,当生物炭和纳米零价铁以53∶1的比例混合配施时,Cd和As的钝化效果最为明显。(3)在间作模式下施加复合钝化剂,可以有效促进Cd和As污染土壤的修复。研究认为此类方式更适合中、轻度Cd和As复合污染土壤的修复工程应用。复合钝化剂最佳配比及植物间作模式的使用为Cd和As复合污染土壤的修复与治理工作提供试验依据和理论支撑。     

土壤重金属污染的植物修复研究进展

随着工业的发展,重金属在土壤和水体中的含量越来越高。植物修复可部分解决这一问题正引起人们的普遍关注。     

农田土壤重金属污染的危害及修复技术

随着我国经济发展水平的显著提升,农田土壤重金属污染问题逐渐加重,不仅降低了农作物的生产质量及产量,还危及人们的身体健康,因此合理处理农田土壤重金属污染成为当前社会发展的首要任务.为确保农田土壤重金属污染能够得到有效治理,在农田土壤重金属污染处理时,应该因地制宜,结合污染的程度及来源,针对性地选择物理修复技术、化学修复技...     

酶与茶皂素组合液对重金属Cd和Pb复合污染土壤的生态修复作用

[目的]评价α-淀粉酶与茶皂素对污染土壤中的Cd,Pb洗脱效果,为重金属污染土壤的修复提供更准确的科学依据。[方法]以重金属Cd,Pb污染的耕作层土壤为研究对象,利用α-淀粉酶和茶皂素复合淋洗对Cd,Pb污染土壤进行生态修复,并测定土壤淋洗前后Cd,Pb形态的变化。[结果]在反应时间12h,pH 4.0,反应温度30℃,茶皂素溶液和酶溶液配比4∶1条件下,Cd,Pb去除率分别为88.87%,43.97%。通过对修复前后重金属的形态分析,发现酸提取态、可还原物态的重金属较容易去除,淋洗后土壤中Cd和Pb均达到土壤环境质量Ⅱ级标准。[结论]α-淀粉酶和茶皂素组合对土壤中Cd,Pb有明显的去除效果,起到协同、增强作用。表明α-淀粉酶和茶皂素组合在生态修复重金属污染的土壤方面具有一定的应用前景。     

稻田土壤和稻米中重金属潜在污染风险评估与来源解析

该文选择贵州省典型城市(都匀市)周边水稻种植区为研究区,系统采集了稻田土壤和稻米样品各110个,测定土壤和稻米中Cd、Hg、As、Pb和Cr含量,基于多元统计分析和污染风险评价等分析方法,揭示了研究区稻田土壤重金属污染的主要来源及土壤和稻米中重金属存在的潜在风险。结果表明,与贵州土壤重金属背景值相比,稻田土壤中Cd、Hg、As、Pb和Cr超标率分别为14.55%、40.00%、16.36%、22.72%和13.64%,主要以Hg污染问题最为突出。稻米中只存在3.64%Cd超标,Hg、As、Pb和Cr平均含量均低于国家食品安全标准限定值(GB 2762-2017),说明当地居民食用稻米存在最大的潜在威胁为Cd污染稻米。稻田土壤重金属来源分析结果表明,稻田土壤中Cd、Hg、As和Pb之间呈显著正相关关系,说明土壤中Cd、Hg、As和Pb具有相同的来源,主要来源于当地铅锌矿冶炼、火电厂等污染点源排放的污染物;Cr与其他元素相关性不显著,主要来源于成土母质,为自然来源元素。     

复合污染土壤中水稻根际元素特性及效应研究

【目的】以广东大宝山重金属复合污染农田为生长介质,通过研究水稻不同部位生长量、 金属含量、 对金属的富集系数,及其与根际、 非根际土金属含量、 形态变化的相关关系,探讨根际效应可能对水稻体内金属积累转运以及生物量的影响。【方法】选取了广东大宝山稻田重金属复合污染(As、 Pb、 Fe、 Cu、 Zn)土壤及当地常见的20个水稻品种进行根际袋试验,即将根际袋内的土视为根际土,根际袋外的土视为非根际土,将供试水稻品种种植于根际袋土壤中60天后收获,测定水稻各部位的生长量、 不同金属的含量,根际土和非根际土中各金属有效态的含量。【结果】Fe、 Cu、 Pb、 Zn、 As在根部的富集系数均大于其在茎叶的富集系数,各金属在茎叶和根部的富集能力排序分别为Zn Cu As ≈ Pb ≈ Fe和Fe Zn As Cu Pb。根际土和非根际土中各种金属有效态含量均为Fe Cu Pb Zn As。研究还发现,有效态Fe、 Cu和Zn浓度对整株干重的影响显著,作用强弱顺序为Cu Zn Fe,对水稻生长影响作用显著的三种有效态金属Fe、 Cu和Zn均为植物生长所必需的元素。供试土壤中有效态Cu浓度对水稻的生长所起的作用最强。根际土有效态Fe浓度对根系Fe的积累作用效果显著,有效态As浓度显著抑制了根系Fe的积累,且有效态As浓度的作用强于有效态Fe。【结论】根际土中有效态Fe对株高、 根干重、 茎叶干重和整株干重均起着抑制作用,有效态Cu对水稻生长起到了促进作用。根际土有效态As和非根际土有效态Zn对根部Fe的积累起到了抑制作用,根际土有效态Fe和非根际土有效态Cu则起到了促进作用。非根际土有效态Fe和有效态Zn对水稻根长的增加均起到了促进作用。     

水化氯铝酸钙与传统钝化剂降低土壤镉生态及健康风险的对比研究

针对红壤、棕壤、褐土、黑土4种中国典型的Cd污染土壤,应用Ca(OH)2、Ca(H2PO4)2以及层状双金属氢氧化物（Layered Double Hydroxides,LDHs）、水化氯铝酸钙（CaAl-Cl LDH）开展钝化修复,并从土壤Cd的生态风险和健康风险角度进行修复效果对比研究。分析钝化剂对土壤pH值、土壤Cd的赋存形态以及土壤Cd直接经口摄入的生物可给性的影响,并对修复机理进行深入探究。结果表明,在Ca(OH)2、Ca(H2PO4)2和CaAl-Cl LDH各自相对最优施用量下,3种钝化剂均可显著降低土壤Cd的活性系数（P<0.05）,平均降幅分别为16.1%、56.9%和29.2%,可降低土壤Cd的作物吸收量及Cd对周边生态环境的风险。此外,施用CaAl-Cl LDH能显著且更为有效地降低土壤Cd的生物可给性（P<0.05）及Cd对人体的健康风险,在胃和小肠阶段的平均降幅为19.2%和33.0%,其中胃阶段分别达到施用Ca(OH)2和Ca(H2PO4)2的3.11和1.99倍,小肠阶段为5.99和2.72倍。该研究为Cd污染土壤钝化修复剂的开发、改进和选择提供了科学依据和参考。     

米渣蛋白对镉的吸附效果及其对土壤中镉的钝化作用研究

为探究米渣蛋白对水溶液中镉的吸附效果及米渣对土壤中镉活性的钝化效果,该研究首先用米渣蛋白在水溶液中对镉进行吸附、用盐酸解吸,并用Langmuir、Freundlich等温吸附方程来拟合米渣蛋白在水溶液中对镉的吸附过程,用动力学方程研究米渣蛋白与镉结合的机理,并根据线性关系从准一级、准二级吸附动力学方程中筛选更接近吸附动力的拟合方程。其次,通过周期取样,用Tessier分步连续提取法测定并探究米渣对土壤中镉的钝化能力。研究结果表明:在不同初始质量分数的镉溶液中米渣对镉的最大吸附量13.28mg/g,用盐酸解吸各初始质量分数下结合的镉,解吸率均达到90%以上。同时,Langmuir和Freundlich等温方程均能拟合米渣蛋白在水溶液中对镉的吸附过程,且R2达到0.99以上;准一级动力学、准二级动力学方程拟合结果是,拟合出的准二级动力学方程线性更好,米渣蛋白对镉的吸附动力更符合准二级动力学方程。土壤中镉钝化试验表明:加入米渣后,28d内土壤中镉的钝化效果较好,可能是由于米渣中的蛋白改变了土壤中镉的存在状态并降低镉的活性所致。该研究结果为米渣的应用提供新的思路,可为其在废水除镉、镉污染土壤的修复等方面应用提供理论依据。     

柠檬酸活化协同伴矿景天-玉米套作对镉轻微污染土壤的修复效果

伴矿景天-玉米套作是一种原位、绿色、边生产、边修复Cd污染土壤的有效方式,土壤中添加柠檬酸可有效提高伴矿景天的修复效率。该研究通过田间微区试验,探究了柠檬酸不同添加方式协同伴矿景天-玉米套作模式对Cd轻微污染稻田土壤修复机理及修复效果。结果表明：1）同一种植模式,添加柠檬酸可提高土壤Cd有效性,显著提高伴矿景天的修复效率;5次添加柠檬酸,伴矿景天单作时修复效率提高了2.09%,套作时提高了10.54%。2）柠檬酸添加量相同时,套种与伴矿景天单种相比,修复效率提高了3.42%～4.27%,同时减少了玉米对土壤Cd的吸收。3）5次添加柠檬酸协同伴矿景天-玉米套作,伴矿景天Cd移除量可达18.59 mg/m2,该处理伴矿景天对轻微Cd污染土壤的修复效果最佳。因此,柠檬酸协同伴矿景天-玉米套作的联合修复模式可强化伴矿景天修复效率,可运用于Cd轻微污染稻田土壤的修复,并可实现边修复边生产。     

基于WorldView-3多光谱和关键环境变量的土壤镉含量反演

快速准确获取农田土壤重金属含量对区域土地质量评估和粮食安全至关重要。该研究以江西省仙槎河流域小龙钨矿周边农田土壤为研究对象,采用WorldView-3多光谱影像提取光谱反射率并进行光谱变换处理,同时考虑了地形、人类活动和土壤属性等影响农田土壤镉（Cd）含量空间分布的关键环境因子,将光谱、环境变量、光谱与环境变量分别作为模型的自变量,选取了偏最小二乘（Partial Least Squares Regression,PLSR）、支持向量机（Support Vector Machines,SVM）、BP神经网络（Back Propagation Neural Network,BPNN）和随机森林（Random Forest,RF）4种回归算法构建土壤Cd含量预测模型,并利用精度评价指标优选出最佳反演模型。结果表明：仅输入多光谱特征进行Cd含量反演的模型精度总体偏低,R2低于0.2。相比之下,单独输入环境变量的模型精度结果最为理想,最优模型（RF）精度R2可达0.782。然而,融合光谱信息与环境变量共同建模后并未显著提高模型精度,反而导致较优模型（RF）精度略微降低,R2为0.693。研究结果表明,关键环境协变量是决定研究区农田土壤重金属Cd空间分布反演的重要变量,而利用多光谱信息进行土壤重金属反演的能力有限。此外,随机森林模型是预测土壤重金属空间分布的有效手段。     

氮肥品种和用量对水稻产量和镉吸收的影响研究

采用盆栽试验,研究了Cd污染土壤上,不同氮肥品种和用量对水稻产量和Cd吸收的影响。结果表明,与磷钾配施的4个氮肥处理中,施用尿素处理水稻产量最高,其次为施(NH4)2SO4和NH4Cl处理,施NH4NO3处理水稻产量最低。与施(NH4)2SO4、NH4NO3和尿素处理相比,施NH4Cl处理可显著增加水稻对Cd的吸收,并促进Cd由秸秆向籽粒的转移;而其他3种氮肥对水稻秸秆和籽粒中Cd含量的影响效应相当。适量尿素[0.2g(N)·kg-1]处理能显著降低水稻籽粒Cd含量,而不施尿素和高量尿素处理都显著提高了水稻籽粒中的Cd含量。研究表明,在Cd污染的水稻土上,采用抗Cd污染的水稻品种和优化肥、水管理措施,可使稻米中Cd含量低于国家无公害大米的限量指标。     

土地整治中底泥质耕作层土壤的构建方法及应用效果

开展底泥质耕作层土壤的构建方法研究,是确保土地整治工程质量和效益的重要举措。该研究以河流疏浚底泥土地利用为主线,从底泥质耕作层土壤构建方法的基础理论、底泥环境肥力调查评价、底泥重金属稳定化修复、底泥改造土壤工程及底泥应用案例等方面系统地探讨了土地整治工程中底泥质耕作层土壤构建方法的基础、内容、设计方法、施工工艺、工程参数。污染底泥修复后大田种植空心菜试验表明:重金属含量可达到无公害蔬菜安全标准、Cd降低率在38.61%~85.69%,稳定化修复明显降低蔬菜重金属含量;底泥质耕层土壤适宜开展种植,可提蔬菜高产量8.7%~13%,增加土壤有机质含量0.95~2.18倍。     

阻隔主要外源输入重金属对土壤-水稻系统中镉铅累积的影响

土壤-水稻系统中重金属输入输出调控对稻田污染防治和水稻安全生产具有重要意义。该文研究稻草移除、截断大气沉降、清洁水灌溉等调控措施对稻田土壤-水稻系统中重金属Cd和Pb的累积与运移特征的影响。结果表明,稻草移除、截断大气沉降和清洁水灌溉均能明显降低污染土壤中有效态重金属含量和水稻中重金属的累积量。与稻草还田对照处理相比,除种植早稻后的土壤有效态Pb含量外,稻草移除处理下土壤中有效态Cd、Pb含量均略有降低,且在该处理下,早稻糙米中Pb含量与晚稻糙米中Cd、Pb含量显著降低,降幅分别为3.6%、10.4%和32.4%;稻草移除+截断大气沉降处理下,土壤中有效态Cd、Pb含量均不同程度地下降,种植晚稻后的土壤有效态Pb含量显著降低,除早稻的根和糙米中Cd含量外,其余早晚稻水稻各部位Cd、Pb含量均显著降低,水稻根和茎叶Cd、Pb含量平均降幅分别为32.8%、36.8%和32.2%、24.8%,晚稻糙米Cd、Pb累积量分别显著降低66.3%和22.2%;稻草移除+清洁水灌溉处理下,种植早晚稻后的土壤有效态Cd、Pb含量平均下降幅度分别为11.7%和15.9%,早晚稻各部位Cd、Pb含量降低幅度较大,早晚稻根和茎叶Cd、Pb含量平均降幅分别为38.34%、30.35%和43.4%、13.2%,晚稻糙米中Cd、Pb累积量降幅分别为39.4%、67.2%。分析水稻地上部的Cd、Pb富集与转运系数表明,稻草移除结合截断大气沉降或清洁水灌溉等控源措施可显著降低Cd、Pb在水稻地上部位的富集系数,减少地上部位重金属的累积量。上述结果表明,采用稻草移除结合截断大气沉降或清洁水灌溉措施可进一步降低土壤中有效态Cd、Pb含量和水稻中Cd、Pb富集。因此,控制区域大气污染,净化农田灌溉水等控源措施,同时施行稻草移除等输出污染农田土壤中重金属等策略,可有效实现污染农田土壤安全利用和水稻安全生产。     

生物有机肥对土壤-水稻系统中Cd形态及迁移特征的影响

[目的]探究稻田土壤中Cd形态转化与生物有机肥施用量之间的关系,及水稻植株体内各器官Cd的累积分配特征,以期为研究区提供经济安全的水稻生产指导方案。[方法]在湖南省长沙市红壤稻田进行了2 a的田间定位试验,期间设置了0,10,20,30与40 t/hm~2共5个生物有机肥施用量处理,在水稻成熟期采集土壤和水稻样品,分析了生物有机肥对Cd在土壤中形态变化、水稻器官中的分配以及持续效应的影响。[结果]①生物有机肥施用后可将土壤中酸溶态Cd钝化为可还原态Cd,降低了水稻体内Cd的累积、土壤—根系间富集系数和茎秆—籽粒间转运系数。②高施用量生物有机肥处理下2017和2018年土壤酸溶态Cd较CK均显著降低,最大减少幅度分别为22.42%和7.05%,Cd在水稻不同器官含量的分布为:根系茎秆叶片籽粒。③水稻籽粒Cd含量受土壤酸溶态Cd的直接影响,且酸溶态Cd受pH值、土壤有机质和阳离子交换量的调控。[结论]施用生物有机肥可以提高Cd污染稻田土壤肥力和稻谷产量,降低土壤酸溶态Cd的生物有效性。综合总体表现,当施用量为30 t/hm~2时,有机质含量为255.32 mg/kg的秸秆生物有机肥可以发挥出较好的修复作用。