滇东地质高背景区土壤镉的伴矿景天修复及其对后茬水稻的影响

云南是我国典型的重金属元素地球化学高背景区,超积累植物能否有效修复镉（Cd）地质高背景土壤,从而实现农产品安全生产,尚鲜见报道。以云南石林、富源和罗平等三地的典型Cd地质高背景农田土壤为对象,开展温室盆栽试验,探究Cd、锌（Zn）超积累植物伴矿景天对土壤Cd的吸取修复效果,及对后茬水稻生长和Cd吸收的作用。结果表明,种植三季伴矿景天使三地土壤全量Cd分别下降24.8%、30.9%和58.8%;伴矿景天在富源玄武岩风化物母质发育的土壤上长势最好,与富源土壤肥力相对最高有关;伴矿景天在罗平石灰岩风化物发育的土壤上重金属吸取修复效果最佳,与罗平土壤呈中性、酸化作用更为明显有关,这些差异由土壤母质、养分与重金属有效性等综合影响所致。经伴矿景天吸取修复三季后,全生育期淹水种稻,其糙米和秸秆Cd浓度均大幅降低,可实现糙米Cd安全生产。未经植物吸取修复,旱作处理下水稻糙米Cd存在超标风险。植物吸取修复后种植水稻,再结合水分管理措施,可进一步降低稻米中Cd浓度,实现稻米安全生产,为Cd地质高背景区土壤的农作物安全生产提供理论依据和技术支撑。     

二种钾肥对海泡石钝化修复镉污染土壤效应影响的研究

为了揭示钾肥对Cd污染土壤钝化修复效果的影响,为土壤钝化修复过程中合理施钾肥提供理论依据。本文选取不同剂量(含量以K2O计算,分别为0.1 g·kg~(-1)、0.2 g·kg~(-1)和0.3 g·kg~(-1))的KCl和K_2SO_4作为典型钾肥,以海泡石(10 g·kg~(-1))作为钝化材料,通过油菜盆栽试验,研究了两种钾肥在海泡石钝化条件下对Cd污染土壤修复效应的影响。结果表明:K_2SO_4显著增加了油菜的生物量,其增幅为6.06%~10.05%。与单施海泡石钝化相比,在海泡石钝化时施用KCl和K_2SO_4两种钾肥,油菜地上部茎叶Cd含量分别增加16.38%~60.73%和15.62%~25.19%;施用KCl和K_2SO_4对土壤p H未产生显著性影响,却显著地增加了土壤有效态Cd含量,其增幅分别为25.51%~34.65%和18.5%~24.96%。添加海泡石可使土壤的Zeta电位向负值方向移动,提高土壤对Cd的负载能力;但添加海泡石下施用KCl和K_2SO_4均能提高土壤的Zeta电位,降低土壤对Cd的负载能力。等温吸附试验同样表明,添加KCl和K_2SO_4均能降低海泡石对Cd的吸附量,在水溶液中海泡石对Cd的最大吸附量为5.30 mg·kg~(-1),添加KCl和K_2SO_4后吸附量分别降低至2.87 mg·g~(-1)和4.92 mg·g~(-1)。KCl和K_2SO_4显著改善了土壤中K、Mn、Cu和Zn等营养元素的有效态含量。从上述结果可以发现,在海泡石钝化修复Cd污染土壤过程中,施K_2SO_4对钝化效果的影响小于施KCl。     

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。     

膨润土对轻度镉污染土壤钝化修复效应研究

通过盆栽和大田小区试验,研究了膨润土对Cd污染土壤修复效应。结果表明,盆栽和大田条件下施用膨润土后土壤Cd交换态含量分别较对照降低了41.3%~86.1%和7.9%~24.6%,铁锰氧化物结合态(OX)和残渣态(RES)Cd含量则有所上升。水稻各部分Cd含量总体上随膨润土投加量的增加而降低,与对照相比,盆栽条件下根、茎、叶、糙米中Cd含量最大降幅分别达到46.0%、49.8%、54.2%和71.8%,大田小区条件下水稻各部分Cd含量最大降幅分别达到35.3%、48.8%、36.0%和40.9%。投加不同浓度膨润土后,水稻幼苗叶片SOD酶活性和可溶性蛋白含量在一定程度上有所促进,而POD酶活性和MDA含量则表现为明显的抑制效应(P0.05)。在盆栽和大田实验中,施用膨润土显著提高土壤过氧化氢酶活性(P0.05),与之相反,在盆栽实验中,土壤Cd蔗糖酶活性较对照处理显著降低(P0.05),降幅达44.3%~52.3%,而大田条件下各处理间差异不显著(P0.05);脲酶活性随膨润土施加量的增加呈现出先降低后增加的趋势。     

石灰和海泡石对镉污染土壤的修复效应与机理研究

研究了稻作和旱作两种种植制度下,施用石灰、海泡石及两种改良剂配施对镉污染土壤pH值、土壤镉形态变化及作物对镉的吸收等的影响.结果表明,施用改良剂使稻作条件下的土壤pH提高0.3～1.8个单位,旱作条件下土壤pH提高幅度为0.3～2.0个单位:两种种植制度下,作物有效性较高的酸提取态镉含量显著减少,而作物有效性较低的可还原态和残渣态镉含量显著增加,进而引起了水稻和萝卜对镉的吸收量降低.其中以石灰和海泡石配施的效果最好,单施海泡石次之,单施石灰效果最差,且各处理均随改良剂用量的增加效果增强,虽然,施用改良剂可以有效降低土壤中镉的作物有效性,但对水稻产量和生物量及镉在水稻和萝卜两种作物地上部分的分配规律均没有明显的影响.     

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。     

施用不同磷肥对海泡石钝化修复镉污染土壤影响的研究

通过油菜盆栽试验研究了添加不同剂量磷肥对重金属Cd污染土壤海泡石钝化修复效应的影响。结果表明:海泡石(S)、海泡石钝化的基础上施钙镁磷肥(S+CMP)和普钙(S+SSP)均显著降低了油菜地上部位和根部中Cd含量(P0.05),其中地上部位中Cd含量的降低率分别为74.73%、8.80%~62.63%和67.58%~70.33%;根部中Cd含量的降低率分别为84.40%、33.67%~79.37%和73.79%~92.16%,S处理和S+CMP处理均能显著的增加油菜的生物量(P0.05),但S+SSP处理对油菜生物量影响不明显。与CK相比,S、S+SSP和S+CMP处理均显著提高了土壤pH值,且显著降低了TCLP(Toxicity characteristic leaching procedure,TCLP)浸提态Cd含量(P0.05),其降低率分别为43.86%、36.84%~52.63%和26.32%~31.58%。S处理和S+CMP处理显著的增加了土壤脲酶活性,且S、S+SSP和S+CMP处理均不同程度的增加了土壤过氧化氢酶活性,在一定程度上改善了土壤环境质量。     

巯基膨润土钝化修复镉污染水稻土的研究

通过田间种植水稻试验,探究了巯基膨润土(Bent-SH)对镉污染土壤的修复效果及钝化机理.结果表明:添加Bent-SH对土壤理化性质的影响很小,土壤有效态镉含量随Bent-SH添加量的增加逐渐降低,与对照相比,其最大下降率为48.57％.添加Bent-SH降低了土壤镉的迁移能力,降低了大米、秸秆对土壤镉的吸收,其最大下...     

不同绿肥对土壤肥力及后茬水稻养分吸收的影响

为了探究不同绿肥品种之间的生长差异及其翻压后对后茬水稻养分的影响，通过选取7种不同绿肥（紫云英、白三叶草、金花菜、光叶苕子、箭筈豌豆、油菜、二月兰），以冬闲田（CK）为对照，进行大田试验，分析不同绿肥品种的生长性状、土壤肥力和水稻的产量、养分、养分累积量等指标。结果表明：不同的绿肥作物品种存在着不同的生长差异，综合来看以光叶苕子、箭筈豌豆的生物量最高，分别为46.07 t/hm2、38.74t/hm2，二者养分含量及养分累积量显著高于其他绿肥品种，适合作为苏北地区种植的绿肥品种；种植绿肥具有提高土壤肥力的潜力，促进土壤养分累积，同时对改良土壤肥力具有积极的作用。箭筈豌豆翻压后的土壤pH比CK 高出0.71%，光叶苕子翻压后有机质含量、全氮含量比CK高出1.56%、8.86%；绿肥翻压后对水稻秸秆和籽粒的氮、磷、钾含量及其累积量有了显著的增加，其中以箭筈豌豆的综合效果最好，与CK相比，箭筈豌豆翻压后水稻秸秆全氮累积量、全磷累积量分别提高15.18%、14.98%，水稻籽粒全氮累积量、全钾累积量分别提高9.98%、15.02%，水稻地上部全氮总累积量、全磷总累积量分别提高14.75%、20.42%。综上，光叶苕子、箭筈豌豆的生物量、养分累积量较高，推荐作为该地区种植的绿肥品种；光叶苕子能够对土壤肥力有一定的提高，箭筈豌豆能够促进水稻养分含量及养分累积量。研究结果可为苏北地区绿肥的利用与推广提供理论依据。     

农田土壤砷、镉协同钝化修复的研究进展

由于砷和镉的化学行为不同,为使用化学法实现农田土壤中两元素协同钝化修复增加了难度。本文综述了近几年来砷、镉协同钝化修复的材料和使用效果,其中应用较多的是复合钝化剂和改性钝化剂。复合钝化剂在施加方式上略微复杂,但制备工艺较为简单,钝化效果比单一钝化剂更胜一筹;从钝化剂的性质上看,改性钝化剂效果好且施加量少,但其制备工艺比不改性钝化剂复杂,限制其大面积推广使用,因而简化改性材料的制备流程是砷、镉协同钝化修复的一大突破口。此外,文章从吸附、化学沉淀、络合、螯合作用等方面,归纳了砷、镉协同钝化的机理,并介绍了田间砷、镉协同钝化修复的案例;最后,对目前农田土壤砷、镉协同钝化修复研究提出了5个亟待解决的科学问题——钝化剂的有效性、持久性、安全性、普适性和经济性,并对该领域今后的发展趋势如深入研究如何提高钝化修复材料的普适性,重点关注钝化剂的施用量、持久性和对土壤生态系统的风险评价以及针对不同类型污染土壤的模式化、规范化和规程化钝化修复等方面进行了展望。     

土壤、水稻籽粒镉含量相关性分析及水稻产地土壤镉临界值的研究

在全国采集8个水稻产区、不同镉(Cd)含量的水稻土,添加0~4 mg/kg外源Cd,通过盆栽试验,分析水稻土、水稻籽粒Cd含量间的相关性,基于水稻籽粒Cd含量符合食品安全国家标准污染物限值(GB 2762–2012)的前提,确定8个水稻产地土壤的Cd临界值。结果表明:水稻土中Cd含量为0.20~6.27 mg/kg时,随土壤Cd浓度增加,水稻生长没有出现Cd毒害症状。籽粒Cd含量随水稻土Cd浓度的增加而增加,Logistic方程拟合表明籽粒Cd含量和水稻土Cd浓度间相关性显著;依据食品安全国家标准中稻米Cd限量值(0.2 mg/kg),反推得到8种水稻土Cd临界值范围为0.70~4.79 mg/kg,与现行土壤环境质量标准(GB15618–1995)相比,均高于其相应限值(0.3 mg/kg、pH≤7.5,0.6 mg/kg、pH7.5);对土壤理化性质和水稻土Cd临界值间关系进行多元回归分析,发现水稻土Cd临界值与pH和土壤黏粒显著相关(R2=0.83,P0.01)。     

土壤紧实度对伴矿景天生长及镉锌吸收性的影响研究

采集黏土、壤黏土和砂质壤土,分别设置无压实、低紧实度及高紧实度3种处理,通过盆栽试验研究了土壤紧实度对Cd、Zn超积累植物伴矿景天生长和Cd、Zn吸收性的影响。结果表明,与无压实处理比较,砂质壤土、壤黏土和黏土中伴矿景天地上部生物量在低紧实度下显著下降66.8%~83.5%、59.9%~60.4%和57.9%~71.4%;高紧实度处理却显著提高了伴矿景天的根系活力(142%~241%)。高紧实度处理显著降低了壤黏土上伴矿景天地上部Cd和Zn含量,但低紧实度对砂质壤土和黏土上伴矿景天地上部Cd和Zn含量无显著影响。与无压实处理比较,低紧实度显著降低了砂质壤土、壤黏土和黏土上伴矿景天的Cd吸取量,分别下降50.4%~73.8%、61.4%~74.9%和43.4%~63.3%,Zn吸取量下降48.7%~79.5%、73.6%~79.0%和46.1%~63.5%;土壤紧实度对壤黏土上伴矿景天的镉锌吸取效率影响最明显。     

锰改性猪粪炭对水稻吸收累积土壤中汞镉的影响

为了探明KMnO4改性猪粪炭对水稻吸收累积复合污染土壤中汞镉的阻控效果，通过盆栽试验研究添加不同量的锰改性猪粪炭（MZC）对水稻中汞镉累积分布特征、根际土壤有效态汞镉含量和土壤理化性质的影响，并探讨了MZC阻控水稻籽粒吸收累积汞镉的可能机制。结果表明：与空白对照相比，添加0.5%MZC使水稻籽粒的总汞、甲基汞和总镉含量分别降低了50.4%、58.4%和79.3%，同时降低了31.1%和39.9%根际土壤有效态汞和镉的含量，但增加了70.3%根际土壤总Mn含量；且添加0.5%的原始猪粪炭对水稻籽粒中总汞、甲基汞和镉含量的降幅显著小于锰改性猪粪炭的，表明经过KMnO4改性可以显著增强猪粪炭对土壤汞镉的钝化能力。水稻籽粒、茎叶中的汞镉含量和根际土壤有效态汞镉含量都随着MZC添加量的增加呈明显的降低趋势。统计分析显示水稻籽粒和茎叶中的汞镉含量与根际土壤中有效态汞、镉呈显著正相关性，而土壤中有效态汞镉含量与土壤的pH、CEC呈负相关。添加MZC使土壤pH、CEC升高，降低了根际土壤中汞、镉的生物有效性，从而减少了水稻地上部分对汞镉的吸收累积。因此，锰改性猪粪炭是一种具有应用潜力的能保障汞镉复合污染农田水稻安全生产的土壤修复剂。     

Phytoextraction of Cd and Zn with Salix viminalis in field trials

Abstract. Use of high biomass crops such as the willow Salix viminalis to extract metals for soil remediation has been proposed as an alternative to the low biomass-producing hyperaccumulating plants. High yields compensate for the moderate heavy-metal concentrations in the shoots of such species. We report the first long-term trials using Salix viminalis to extract heavy metals from two contaminated soils, one calcareous (5 years) and one acidic (2 years). Total metals extracted by the plants were 170 g Cd ha⁻¹ and 13.4 kg Zn ha⁻¹ from the calcareous soil after 5 years, and 47 g Cd ha⁻¹ and 14.5 kg Zn ha⁻¹ from the acidic soil after 2 years; in the first year outputs were negligible. After 2 years, Salix had performed better on the acidic soil because of larger biomass production and higher metal concentrations in shoots. Addition of elemental sulphur to the soil did not yield any additional benefit in the long term, but application of an Fe chelate improved the biomass production. Cd and Zn concentrations were significantly higher in leaves than stems, highlighting the necessity to collect leaves as well as shoots. On both soils, concentration in shoots decreased with time, indicating a decrease in extraction efficiency.     

Phytoextraction of Pb and Cd from a contaminated agricultural soil using different EDTA application regimes: Laboratory versus field scale measures of efficiency

Enhanced phytoextraction of heavy metals using chelating agents and agricultural crops is widely discussed as a remediation technique for agricultural soils contaminated with low mobile heavy metals. In this study, phytoextraction efficiency of Zea mays after single and split applications of EDTA was tested on the laboratory and the field scale. EDTA effectively increased the mobility of target heavy metals (Pb and Cd) in the soil solution. Split applications provided generally lower water-soluble levels of Pb and Cd both in the pot and the field experiment. Therefore, the risk of groundwater contamination may be reduced after split applications. Higher Pb and Cd mobilisation after single applications increased plant stress, phytotoxicity and reduced plant dry above-ground biomass production compared to corresponding split doses. Single doses enhanced plant uptake of Pb and Cd and the phytoremediation efficiency compared to corresponding split doses. Results of plant dry above-ground biomass and heavy metal uptake obtained from the pot experiment could be to some extent verified in the field experiment. Plant uptake of Pb and Cd was lower and biomass production dropped after EDTA additions in the field experiment. Remediation factors in the field experiment were in general significantly lower than in the pot experiment mainly due to the much higher mass of soil per plant under field conditions. This highlights the limitations when going from the lab to the field scale. The low phytoremediation efficiency in the field and the mobilisation of high amounts of Pb and Cd down the soil profile may make the use of EDTA and Z. mays not suitable for the remediation of severely heavy metal contaminated soils in a reasonable time frame and may result in substantial groundwater pollution under used crop management.     

北方酸性水稻土上氮磷硅肥配施对水稻产量影响的研究

用盆栽的方法,采用三因素五水平D-饱和优化设计,以采自于辽宁东部的酸性水稻土为供试土壤。对氮、磷、硅肥用量与水稻产量之间的关系进行研究,建立了水稻产量函数模型;结果表明,氮、磷、硅肥均能显著地影响水稻产量,其作用大小依次为氮肥>磷肥>硅肥,获得最高产量的施肥方案N、P2O5和SiO2分别为0.248、0.129和0.0001g/kg土。     

污染土壤上水稻生长及对Pb、Cd和As的吸收

通过温室盆栽试验研究了Pb、Cd和As于中国土壤环境质量标准III级水平(Pb:400 mg/kg;Cd:1.0 mg/kg:As:40 mg/kg)时对水稻在3种不同类型土壤上的生长和吸收Pb、Cd及As的影响.结果表明:在红壤上,As处理的稻谷产量显著降低,除Cd处理对稻谷产量影响不大外,其他处理也明显降低了水稻稻谷产量,且 Pb、Cd 的存在加重了As的毒性;对稻草产量只有Pb和Pb-Cd-As两个处理与对照有显著性差异.在乌栅土上,仅As和Pb-Cd-As处理与对照相比明显降低了稻谷产量,而所有复合处理均降低了稻草产量,且对稻草产量影响要大于其对稻谷产量的影响.在青紫泥上各处理影响较小.Cd-As、Pb-Cd和Pbr-Cd-As处理红壤其稻米Cd含量较Cd单独存在时分别增加了15.7%、11.5%和25.6%;红壤上Pb处理显著增加了稻米Pb的含量.但Pb-As处理降低了稻米Pb含量.稻米中重金属含量在3种不同性质土壤上的含量大小顺序为:红壤>青紫泥>乌栅土.     

浅层施肥对水稻苗期养分吸收及土壤养分分布的影响

采用盆栽土柱试验研究不同施肥深度对水稻秧苗生物量、养分吸收及土壤养分分布的影响,以期为水稻育秧合理施肥提供理论依据。结果表明:播种后10天,各处理水稻生物量无显著差异;播种后20天,施肥深度1 cm处理生物量与其他处理相比平均显著增加80.6%;播种后40天,施肥深度1 cm和5 cm处理与10 cm处理相比分别显著增加70.9%和30.7%。养分吸收结果与生物量表现一致,播种后20天,施肥深度1 cm处理秧苗氮、磷、钾素吸收量分别平均提高86.9%、156.9%和202.7%;播种后40天,施肥深度1 cm和5 cm处理与10 cm处理相比分别增加52.3%和24.8%、23.8%和20.4%、50.5%和43.1%。随着生育进程的推进,土壤有效养分含量均逐渐下降,且有向下迁移的趋势;其中施肥深度1 cm和5 cm处理0~10 cm土层中无机氮、速效磷、速效钾含量显著高于其他处理。适宜的浅层施肥明显促进水稻秧苗的生长发育,浅层施肥方式施入的速效养分主要集中于土壤上层,利于秧苗生长对养分的吸收,提高秧苗养分含量,增加养分吸收量,有利于提高养分资源利用效率。     

镉对不同品种水稻光合作用的影响

采用盆栽土培法,以对镉相对敏感的水稻品种YZX和相对耐受的品种XY-12为材料,通过对人工添加镉后（土壤中镉浓度达到5mg·kg^-1）水稻齐穂期叶片光合速率的测定,选用直角双曲线模型、非直角双曲线模型和叶子飘新模型对光响应曲线进行拟合,探究镉对不同品种水稻叶片光响应特征的影响,并对不同光响应模型进行比较。结果表明,镉处理后,两个水稻品种净光合速率均表现为降低;镉对两水稻品种光响应曲线参数的影响存在差异,内禀量子效率、最大净光合速率、光饱和点均受到镉的影响,较不添加镉的对照降低,而镉处理后水稻剑叶光补偿点却大大增加;镉促进了品种YZX的暗呼吸作用,但对品种XY-12却表现为抑制作用;总体上,品种XY-12对土壤中镉的耐受性强于YZX;3种模型模拟的光响应曲线均能较好地反映两品种叶片光合作用的光响应特征,但光响应参数与实测值存在差异,直角双曲线模型和非直角双曲线模型拟合的最大净光合速率（P_max）远大于实测值,并且光补偿点（LCP）和暗呼吸速率（Rd）与实测值相比存在较大差异,而采用传统的线性回归方法得到的光饱和点（LSP）却远低于实测值,叶子飘模型拟合的各项参数与实测值最为接近,并很好地弥补了其它模型的缺点。因此,该模型在反映水稻在镉毒害下叶片光合作用的光响应特征等方面具有较大优势。