镉胁迫对不同基因型玉米生长和镉吸收分配的影响

为比较玉米不同类型及其基因型对重金属镉富集特性的差异,筛选出具有镉(Cd)低积累潜力的玉米品种,通过盆栽模拟试验,研究3种玉米类型(普通玉米、甜性玉米和糯性玉米)的6个基因型(掖单13、郑单-958、苏玉糯-2、沪玉糯-2、金珠蜜超甜和申甜-1)在镉中度污染胁迫(3 mg·kg^-1)与轻度污染胁迫(1 mg·kg^-1)下植株生长及镉吸收分配特征。结果表明,轻度镉胁迫(Cd1)能够促进所有玉米基因型的生长,而中度镉胁迫(Cd3)降低了掖单-13、苏玉糯-2和沪玉糯-2基因型的生物量,同一镉水平下植株的生物量表现为普通玉米>甜玉米>糯玉米。随着土壤镉含量的提高,镉在普通玉米基因型根中的分配量大于甜型玉米和糯型玉米,但同一镉水平下普通玉米茎、叶和籽粒中的镉含量显著低于甜性玉米和糯性玉米。参试6个玉米基因型中普通玉米郑单-958基因型对镉的生物富集和转运能力最小。依据我国食品中污染物限量标准(GB2762-2017)和饲料卫生标准(GB13078-2017),郑单-958基因型在土壤轻度镉污染(Cd1)下籽粒中镉含量为0.083 mg·kg^-1,未超过国家食品安全标准(≤0.1 mg·kg^-1),2个普通玉米基因型和2个甜玉米基因型籽粒中的镉含量在土壤中度(Cd3)、轻度(Cd1)镉污染下均未超过国家饲料卫生标准(≤0.5 mg·kg^-1)。本研究结果为中、轻度镉污染耕地进行玉米安全生产提供了理论依据。     

钝化材料复配对镉污染土壤中镉的固定效果

为探讨钝化材料不同复配处理对Cd污染土壤有效Cd含量的影响,利用土壤培养试验和盆栽试验,采用正交试验设计,研究生物炭、粉煤灰、汉白玉3种钝化材料不同复配处理对土壤pH值和Cd生物有效性的影响。结果表明,3种钝化材料不同复配处理均显著提高了土壤pH值,降低了土壤有效Cd含量。随着时间的延长,大部分处理土壤有效Cd含量呈先降低后逐渐达到平衡的趋势,平衡时间为7~15 d。同时,3种钝化材料的因素主次效应依次表现为汉白玉>生物炭>粉煤灰。添加钝化材料后小白菜可食部位的Cd含量显著降低,降幅为9.10%~24.39%,以小白菜可食部位Cd含量作为评价指标,1.5%生物炭+1.0%汉白玉、1.0%生物炭+1.0%粉煤灰+0.5%汉白玉、1.0%生物炭+0.5%粉煤灰+1.0%汉白玉为最优复配处理。本研究结果为Cd污染土壤钝化修复和作物的安全生产提供了理论依据。     

不同预处理玉米秸秆对猪粪厌氧发酵重金属镉钝化效果

由于养殖饲料中重金属添加剂的使用,使畜禽粪便中重金属含量增加。为减少畜禽粪便重金属的污染,该研究以猪粪为发酵原料,通过添加不同预处理(稀H2SO_4处理、Na OH处理)的玉米秸秆,在温度35℃,接种物量30%,总固体(Total Solid,TS)浓度为10%,pH值为7.0,C/N比为25的条件下进行90 d厌氧发酵试验,旨在研究添加玉米秸秆对重金属Cd钝化效果的影响。结果表明:猪粪厌氧发酵过程中添加玉米秸秆有利于重金属Cd从有效态转化为稳定态;猪粪在厌氧发酵过程中添加玉米秸秆能提高重金属Cd的钝化效果,添加碱处理玉米秸秆钝化效果最佳,为32.38%,添加稀酸处理玉米秸秆的处理钝化效果次之,为32.00%。显著性分析表明,猪粪厌氧发酵过程中添加酸碱处理玉米秸秆对重金属Cd的钝化效果显著高于猪粪单独发酵和添加不经过处理的玉米秸秆(P0.05),而添加稀酸处理秸秆与添加碱处理秸秆重金属钝化效果差异不显著(P0.05);傅立叶红外光谱法(Fourier Transform Infrared Spectrometer,FTIR)显示厌氧发酵后,沼渣中碳水化合物、蛋白质、脂肪族化合物等有机物含量减少,腐殖质含量增加,添加玉米秸秆后有机物腐殖化程度有所提高,且添加碱处理玉米秸秆时有机物腐殖化程度较好,其次是添加酸处理玉米秸秆的处理。因此在猪粪厌氧发酵过程中适量添加经过酸、碱处理的玉米秸秆,可以降低沼渣中重金属Cd的生物有效性。研究结果可为畜禽粪便厌氧发酵重金属钝化提供参考。     

镉砷复合污染土壤钝化材料研究进展

我国土壤重金属污染严重,尤以镉砷污染最为突出。镉砷复合污染土壤中各元素间表现为拮抗和协同等作用,其有效态含量受土壤pH变化和氧化还原电位等的影响,增加了镉砷复合污染土壤的修复难度,严重威胁我国粮食安全。综述了常见的镉砷复合污染土壤钝化修复材料的优缺点及其对镉砷复合污染土壤钝化修复效果和机理。常见的钝化材料有生物质炭类、磷酸盐类、金属及其氧化物类、含硅类材料、黏土矿物类、有机肥类和新型材料等。有大量研究表明生物质炭材料对镉有良好的吸附效果,为了同时钝化镉砷,通常使用改性生物质炭或与其他材料配合施用,常见的改性/配施材料有金属及其氧化物、黏土矿物、家禽粪便、复合肥等,其钝化反应机制包括离子交换、共沉淀和表面络合等;磷酸盐类主要与铁盐或铁粉配施,通过吸附和同晶替代钝化镉、点位竞争机制钝化砷;金属及其氧化物类多与生物质炭、石灰和黏土矿物等配施,通过专性吸附和共沉淀钝化镉、氧化还原和络合作用等钝化砷;铁硅肥、硅钙肥、硅钾肥等通过共沉淀钝化镉、专性吸附和点位竞争机制钝化砷;黏土矿物中多施用海泡石,主要与金属氧化物和钙镁磷肥等配施,通过离子交换、沉淀和络合反应钝化镉砷;污泥和动物粪便中含有腐殖化程度较高的有机质,主要通过吸附、氧化还原和有机络合以及微生物作用钝化镉砷;此外,富含巯基和氨基、谷聚多以及富含硫和硒的物质也可有效钝化镉砷。本文对镉砷复合污染土壤钝化修复材料进行总结,归纳了镉砷钝化材料特性,以期为镉砷复合污染土壤修复提供一定的指导。     

钙质钝化材料对四川盆地6种主要旱作土壤Cd的钝化效应

为针对性、定量化地利用钝化处理实现不同类型Cd污染土壤的安全利用,以四川盆地6种主要旱作土壤为研究对象,采用室内培养试验和土培试验探讨了6个剂量水平下,钙质钝化材料对土壤pH、CEC、有效Cd含量、Cd形态、小白菜生物量和Cd含量的影响。结果表明:(1)钙质钝化材料可提升6种土壤的pH和CEC,土壤CEC随用量的增加而持续增加,而土壤pH在提升至微碱性水平后,不再随用量的增加而增加;(2)6种土壤有效Cd含量随钝化材料用量的增加先显著降低,后趋于平稳,用量＞2.5%后均无显著变化。该添加量下,有效Cd含量降幅为典型黄壤(63.32%)＞酸性紫色土(46.65%)＞漂洗黄壤(38.51%)＞中性紫色土(34.97%)＞石灰性紫色土(18.03%)＞灰潮土(16.60%);土壤中可交换态Cd主要向碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态和残渣态形态转化;(3)除石灰性紫色土外,钙质钝化材料可显著提升其余5种污染土壤中小白菜的生物量并显著降低其可食部位Cd含量。用量为2.5%时,典型黄壤、漂洗黄壤和酸性紫色土中小白菜Cd含量降幅高达84.28%,79.90%,69.87%,显著优于中性紫色土、灰潮土和石灰性紫色土(5%用量时降幅仅为40.27%,31.13%,17.98%)。该研究揭示钙质钝化材料对6种Cd污染旱作土壤的剂量-效应差异,并在典型黄壤、漂洗黄壤和酸性紫色土中钝化效率较优,为不同土壤条件下钙质钝化材料的合理使用提供科学依据。     

不同类型水稻土上外源镉对玉米生长发育影响的研究

在3种理化性质不同的水稻土上添加不同浓度的镉，盆栽玉米，研究了镉对玉米生长发育的影响。结果表明，在镉浓度为0．05－30．0mg.kg^-1土添加范围内，当外源镉大于2．0mg.kg^-1土时，玉米明显表现出叶片失禄，植株矮化，根短小稀疏，生育期推迟，严重者减产甚至无产量，玉米籽实的含镉量随镉添加浓度的增加而增加。3种水稻土中，外源镉地河沙泥田的污染影响最大，灰泥田最小。     

生物炭对不同镉污染土壤钝化效果和小白菜镉吸收的影响

目前生物炭用量对不同镉污染水平土壤的钝化效果缺乏进一步认识,利用外源添加试验研究了不同土壤镉污染水平、不同生物炭添加量对小白菜镉吸收和土壤镉有效性的影响。结果表明,添加生物炭能降低土壤有效态镉含量和小白菜地上部镉吸收量,且随着生物炭量的增加钝化效果更明显,其中以4%的生物炭添加量的效果最佳,小白菜地上部镉含量降低了55.9%～76.0%。生物炭添加提高土壤pH值,降低了土壤有效态镉含量2.4%～62.3%,其中较低镉水平土壤有效态镉含量降幅高于较高镉水平的土壤。     

天然矿物复配腐植酸对农田镉的钝化机理研究

采用田间试验研究了改良剂(腐植酸)及由膨润土、硅藻土、氧化镁组配的钝化剂对土壤镉(Cd)的钝化效果及对土壤理化性质的影响,并借助红外光谱仪(FTIR)、扫描电镜联用能谱分析仪(SEM-EDS)和比表面分析仪(BET),分析探讨了钝化改良剂对镉的钝化机理。结果表明：不同钝化改良剂处理初始有效态镉浓度为0.0836 mg/kg的菜地土壤70 d后,镉的钝化效率由高到低依次为：1% 钝化剂 + 0.04% 改良剂>10g/kg钝化剂>5g/kg 钝化剂 + 0.4 g/kg 改良剂>5 g/kg 钝化剂>0.4 g/kg 改良剂,其中10 g/kg 钝化剂 + 0.4 g/kg 改良剂对有效态镉的钝化效率达到60.2%。表征分析显示,钝化剂表面结构疏松,其表面的Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺ 等离子可与Cd²⁺发生离子交换反应,改良剂中含有醌基、醇羟基、羧基、羰基和C=C键,能与Cd²⁺ 发生配位络合作用,化学吸附是复配钝化改良剂降低土壤镉有效性的主要原因。     

土壤调理剂对小油菜镉吸收的影响

通过盆栽试验,研究了镉(Cd)污染土壤中添加不同水平(0.25%、1%)牡蛎壳(OS)、钾长石(PF)、白云石(DM)和有机源(OM)4种土壤调理剂对小油菜吸收、转运镉的影响,同时对土壤中镉的形态进行测定,以期为轻度镉污染土壤的修复提供参考依据。结果表明,与对照相比,牡蛎壳、钾长石、白云石施用量为1%时土壤pH值分别从4.1提高到了7.5、7.1、7.1,CEC分别提高了55.9%、26.3%、15.0%;同时使土壤中交换态镉(Exch-Cd)的含量分别降低了81.1%、65.1%、63.6%,EDTA-Cd的含量分别提高了121.6%、132.0%、106.3%。另外,这3种调理剂还显著提高了小油菜的耐受指数,使小油菜镉含量分别降低了83.9%、78.9%、82.3%,生物量分别增加了9.9、6.9、8.0倍。综上,OS、DM、PF都能降低镉的有效性,降低小油菜镉吸收,其中OS效果最好。     

有机硅改性复合肥对玉米养分和镉吸收的影响

有机硅改性复合肥是一种新型肥料,具有提高肥料利用率,降低重金属吸收积累的作用,研究其对作物养分吸收和镉吸收的影响及机制对于推广新型肥料和降镉技术具有重要意义。采用大田试验研究了有机硅改性复合肥对玉米产量、养分吸收及镉含量的影响。结果表明,与普通复合肥相比,有机硅改性复合肥显著提高玉米总生物量59%～60%,提高收获系数40%～42%,提高玉米产量123%～127%;显著提高植株N、P、K积累量26%～47%、19%～21%、38%～51%,其中显著提高玉米籽粒中N、P和K积累量72%～90%、72%～82%和103%～128%。同时,与普通复合肥相比,施用有机硅改性复合肥玉米籽粒Cd含量下降11%～13%。与普通复合肥相比,施用有机硅改性复合肥提高土壤pH值0.13～0.23,土壤交换性镉下降,同时可还原态和残渣态镉增加。结果表明,施用有机硅改性复合肥促进玉米养分吸收,提高产量,同时降低镉的吸收,是一项玉米增产降镉的新技术。     

Effect of Zinc Application on Cadmium Uptake of Maize Grown in Alkaline Soil

The aim of this research is to investigate the effect of zinc (Zn) application on cadmium (Cd) uptake of maize (Zea mays L.) grown in alkaline soil. Four doses of cadmium (Cd; 0, 2.5, 5, and 10 ppm) in the form of cadmium chloride and four doses of Zn (0, 10, 20, and 40 ppm) in the form of zinc sulfate were applied to the soils. Plants were harvested at the 45th day of their developments. The Cd amounts in shoots and roots were analyzed separately. Significant differences between Cd amounts in shoots and roots are obtained with the application of different Zn doses (P < 0.01). In all Cd levels, Zn application increases Cd in both shoots and roots relative to Cd contents of plants grown in the pots that not applied Zn. It is also found that Cd content of the roots is greater than that of shoots.     

Cadmium Uptake and Distribution by Different Maize Genotypes in Maturing Stage

Abstract

A pot experiment was conducted to investigate the effects of different cadmium (Cd) concentrations of phaeozem on growth and uptake of Cd and mineral nutrient copper (Cu) and zinc (Zn) by three maize genotypes in the mature stage. The results showed that the dry‐matter accumulation of shoots was inhibited by added Cd for Jidan209 and Jitian6, but this did not influence Chunyou30. The root biomasses decreased significantly for Jitian6 and stimulated Jidan209 and Chunyou30. Yields of three genotypes of maize were decreased by increasing soil Cd concentrations. Among them, Chunyou30 had a high tolerance and Jitian6 was most sensitive to Cd. The accumulation order of Cd in different parts of plants was root > leaf > stem > grain. The percentage of absorbed Cd by roots was 70–85% of total absorbed amount. Cadmium uptake by maize in the mature stage had a significant genetic variation: Jitian6 > Jidan209 > Chunyou30 for root, stem and leaf, and Jidan209 > Jitian6 > Chunyou30 for grain, respectively. Increase of soil Cd had no significant effect on Zn concentration of leaves, but there was a significant genetic variation: Chunyou30 > Jidan209 > Jitian6 (P=0.023). Cu concentration of leaves was increased significantly with increase of soil Cd (P<0.01), but no genetic variation was observed.     

秸秆还田对镉污染农田土壤中镉生物有效性的影响

通过温室盆栽试验和土壤培养试验,研究了重金属镉污染水稻土和人为模拟镉污染土壤上不同种类和不同量的作物秸秆还田后,土壤中可提取态镉的动态变化规律以及对白菜生长和吸收重金属镉的影响。结果表明,秸秆还田显著提高了2种镉污染土壤的pH值。镉污染水稻土上还田玉米和菜豆秸秆显著提高了土壤中醋酸铵提取态镉和DTPA提取态镉含量,秸秆还田后2周时醋酸铵提取态镉含量增加了17%~33%,随时间延长,土壤中可提取态镉增加变的不明显。模拟镉污染土壤上还田玉米和菜豆秸秆对土壤中醋酸铵提取态镉和DTPA提取态镉含量影响不明显。镉污染水稻土上秸秆还田量2%时显著降低了白菜体内镉含量,还田菜豆秸秆和玉米秸秆白菜体内镉含量分别降低了18%和27%。还田玉米秸秆影响了白菜生长,降低了白菜的产量;模拟镉污染土壤上还田菜豆秸秆对白菜生长和镉含量影响不明显,但还田2%玉米秸秆降低了白菜生物量,增加了白菜镉含量。     

有机物料对污染土壤上水稻重金属吸收的调控效应

采用重金属污染水稻土开展盆栽试验,研究施用有机碳源、菜籽饼和猪粪对不同水稻(汕优63,简称“SY63”;中浙优1号,简称“ZZY1”)重金属吸收的调控效应.结果表明,在重金属污染土壤上ZZY1具有一定的耐性,相同处理时ZZY1糙米、砻糠、秸秆中重金属含量均低于SY63品种,糙米中Cd含量较SY63低57.5％ ～ 83.8％,Cu含量低37.8％ ～ 69.1％,Zn含量低0.88％ ～ 31.7％,食物链风险较SY63品种低.3种有机物料中,施用菜籽饼使两水稻品种糙米中重金属含量明显低于其他处理;与对照相比,施用菜籽饼使SY63糙米中Cd、Cu和Zn含量降低73.5％、52.6％和32.1％,ZZY1糙米Cd含量降低30.5％.在供试重金属污染土壤上可选择具有一定重金属耐性的水稻品种ZZY1进行粮食生产,同时施用适量的菜籽饼以增强其抵御重金属毒害的能力,降低糙米中Cd、Cu和Zn含量及其食物链污染风险.     

不同钝化剂和培养时间对Cd污染土壤中可交换态Cd的影响

原位化学钝化技术是修复重金属污染土壤的重要途径之一,通过施入一些钝化剂以降低土壤中重金属有效态含量,从而减少其迁移及对植物的毒害。选取羟基磷灰石（HA）、磷矿粉（PRX和PRH）、沸石、赤泥、新鲜植物残体、玉米秸秆粉末以及相应的处理共21种钝化剂,在同一培养条件和添加浓度下,比较其对人工Cd污染土壤中可交换态Cd含量的影响,并分析了其在不同培养时间对钝化效果的时间效应,试验的结果对于筛选Cd污染土壤钝化剂有着重要的意义。结果表明,纳米化赤泥、羟基磷灰石和纳米化酸洗赤泥可显著降低土壤中可交换态Cd含量,钝化比例高达35%-55%;赤泥、酸洗赤泥、沸石达15%-25%;富含巯基植物蒜苗、油菜、大葱植物残体也可达20%-25%。磷矿粉、大葱粉末、玉米秸秆和巯基化玉米秸秆的钝化效果相对较差;HA、铵型沸石、纳米赤泥、酸洗纳米赤泥、干油菜粉末、酸洗赤泥对可交换态Cd的钝化效果的时间效应不明显;赤泥、大葱残体、特别是玉米秸秆和巯基玉米秸秆随时间增长钝化效果增加显著,在8周和16周时段钝化效果较好。     

不同分子量碳源对砂姜黑土磷素有效性和玉米磷吸收的影响

为探究不同分子量碳源对土壤磷有效性的影响，以安徽省典型砂姜黑土为供试土壤，通过盆栽种植玉米试验，开展了不同碳源(果糖、蔗糖、纤维素)对土壤中磷形态转化和玉米磷吸收影响的研究。结果表明：(1)土壤Olsen-P含量随时间先增加后降低。在玉米间苗7 d后果糖处理Olsen-P含量最高，15 d后纤维素处理Olsen-P含量达最大值，90 d后，相比于对照、果糖和蔗糖处理，纤维素处理土壤Olsen-P含量显著增加了79.74%、54.03%和30.03%(P<0.05)。(2)玉米间苗90 d后，相较于对照处理，纤维素处理显著降低了Fe-P和Ca10-P含量，增加了Ca8-P含量，而对照、果糖和蔗糖处理的Ca2-P含量无显著差异。与对照处理相比较，纤维素处理显著提高了活性有机磷(LOP)和中等活性有机磷(MLOP)含量，减少了中稳定性有机磷(MROP)含量。(3)纤维素处理增加了土壤可溶性有机碳(DOC)含量和磷酸酶活性，降低了土壤p H和交换性钙含量，这是土壤磷有效性增加的重要原因；(4)与对照、果糖和蔗糖处理相比，纤维素处理下玉米磷吸收量显著增加了46.20%、19.05%和19....     

改良剂配合水分管理减少水稻吸收土壤中镉的研究

为研究减少水稻籽粒中镉的积累,选择一中度重金属污染农田,进行了4种改良剂处理(不施改良剂、生物质炭、钙镁磷肥—坡缕石—硫磺粉(比例为100∶50∶1)和石灰—沸石—硫磺粉(比例为100∶50∶1))和2种水分管理模式(深灌和浅灌)的不同组合处理,田间试验研究了改良剂配合水分管理减少水稻吸收土壤镉的效果,改良剂用量为3 t/hm~2。结果表明,施用改良剂和采取深灌均可显著减少水稻从土壤中吸收镉,并以二者配合的效果最佳。与浅灌/不施改良剂处理比较,钙镁磷肥—坡缕石—硫磺粉和石灰—沸石—硫磺粉2种复合改良剂配合深灌可分别降低籽粒中镉含量56.53%和55.53%,但施用生物质炭降低水稻吸收土壤中镉的效果相对较差。施用复合改良剂促使土壤中交换态镉转化为碳酸盐结合态、氧化物结合态及残余态镉等较为稳定的镉形态,降低了土壤中生物有效态和水溶态镉,减少了水稻吸收土壤镉;深灌有利于硫化镉的形成,并通过"稀释"作用降低水稻吸收土壤镉。研究认为改良剂配合深灌是一种较为方便、有效的技术,适用于农田土壤镉污染的控制。     

Interactive Effects of Lanthanum and Cadmium on Plant Growth and Mineral Element Uptake in Crisped-Leaf Mustard Under Hydroponic Conditions

Plant growth and mineral element accumulation in Brassica juncea var. crispifolia (crisped-leaf mustard) under exposure to lanthanum (La) and cadmium (Cd) were studied by employing a hydroponic experiment with a complete two-factorial design. Four levels of La (0.05–5.0 mg L^?1) and two levels of Cd (1.0 and 10.0 mg L^?1) were used in this experiment. Lanthanum did not improve plant growth in this experiment. Addition of La (≥ 1.0 mg L^?1) or Cd (≥ 10 mg L^?1) to the solution inhibited root elongation. Lanthanum treatments reduced accumulations of iron (Fe), manganese (Mn), and zinc (Zn) in roots, and Mn in shoots. Lanthanum at ≥ 1.0 mg L^?1 limited the Cd translocation from roots to shoots and thus decreased the accumulation of Cd in shoots. Cadmium had no influence on La accumulations in roots, but inhibited the accumulation of La in shoots. The study results suggest that applications of rare earth elements in vegetables would be potentially risky to human health.     

不同有机物料与石灰对小麦吸收镉的影响

采用盆栽试验,研究了在镉污染土壤上不同有机物料、石灰及有机物料与石灰配合施用对小麦生长和吸收重金属镉的影响。结果表明,施用猪粪能显著增加小麦产量,小麦产量随猪粪用量的增加而增加;石灰用量超过一定数值后则显著降低小麦产量;而其他处理对小麦产量的增、减作用不显著。施用高量猪粪(Z4)或石灰+低量猪粪(Z2)能显著降低小麦对镉的吸收,使籽粒的镉浓度降至国家食品镉污染限量标准(GB2762-2005)以下。所有石灰+机物料处理都比对照处理明显降低小麦籽粒和秸秆中的镉,但籽粒中的镉浓度都未达到国家食品镉污染限量标准。在受重金属Cd污染土壤上施用高量猪粪或猪粪配施石灰,表现为显著的负交互作用,对控制小麦对镉的吸收以及从秸秆向籽粒的转移,都有显著的效果。石灰与泥炭或活性炭配合施用表现为正的交互作用,会在一定程度上促进小麦对镉的吸收。