辽宁省设施土壤重金属Cd、Ni、As有效态含量及其影响因素的研究

为探讨不同种植年限、不同土层土壤中重金属有效态含量,采集136 个辽宁省设施土壤及其相邻露地样品,分层测定了0~20 cm和20~40 cm土壤中有效态As、Cd和Ni的含量,并分析了影响其含量的因素。结果表明,设施土壤重金属有效态含量与其相邻露地土壤相比,各土层重金属有效态的含量均有所增加,且种植年限与3种重金属有效态的平均增量呈正相关。设施土壤pH值与有效态As呈正相关,与有效态Cd和Ni呈极显著负相关;有机质与有效态As和Cd均呈极显著的正相关,而与有效态Ni仅在20~40 cm土层呈显著正相关。     

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。     

施用沼液对土壤和玉米重金属累积的影响

为研究沼液不同施用量对土壤和植物重金属累积的影响,以玉米为供试材料,设计小区试验,通过施用不同量的沼液,分析不同沼液施用量对玉米产量的影响、土壤和玉米籽粒中的Cd、Cr、Pb、As、Hg等重金属含量的影响。结果表明:(1)施用沼液及常规化肥处理均能显著增加玉米的产量,增幅为5.56%～13.19%,当沼液施用量控制在5 000～7 000kg/(667m2)的范围内时,玉米能获得较高的产量;(2)玉米种植后,土壤中Cd、Cr、Hg含量与清水对照相比略有增加,而Pb和As变化不大,但均符合GB 15618-1995《国家土壤环境质量二级标准》;(3)随着沼液施用量的增加,玉米籽粒中Cd、Cr、Pb的含量略有增加,而As含量变化不大,Hg未检测出,但均符合食品限量标准(GB 2762-2005)。表明适量沼液的添加能有效实现沼液的资源化利用,同时不会对土壤和植物造成重金属污染风险。     

重金属Cd、Zn、Cu和Pb复合污染对土壤生物活性的影响

通过野外土样采集及室内培养试验(25℃),研究了云南东川铜矿区土壤酶和微生物特征,以及模拟重金属Cd、Zn、Cu、Pb复合污染对土壤微生物和酶活性的影响。结果表明,矿区土壤(距矿口0~800 m)重金属污染严重,Pb、Cd、Zn、Cu全量和有效含量是对照土壤(距矿口10 000 m)的3.7~141.0倍和2.2~773.2倍;距矿口越近,土壤有机质、有效氮、有效磷和速效钾含量及土壤pH亦越低,土壤酶活性和土壤微生物数量、微生物生物量碳和氮受到的抑制程度也显著增强。与对照土壤相比,距矿口0~800 m的土壤蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶和脱氢酶活性分别降低25.5%~47.3%、22.6%~74.2%、30.9%~83.1%、16.7%~69.1%和34.6%~92.3%;细菌、放线菌和真菌数量分别较对照下降30.5%~80.1%、8.1%~49.9%和3.3%~8.3%。土壤酶中的酸性磷酸酶和过氧化氢酶,土壤微生物中的细菌对重金属污染较为敏感。恒温(25℃)培养试验中,低量的Cd、Zn、Cu、Pb复合污染刺激了土壤酶活性和细菌、真菌、放线菌、微生物生物量碳和氮的数量,但高量的Cu、Zn、Pb、Cd复合污染使土壤酶活性、细菌、真菌、放线菌、微生物生物量碳和氮均显著下降。重金属Cd、Zn、Cu、Pb之间存在着一定的协同或拮抗作用,Cd、Zn、Cu和Pb之间在微生物生物量碳和氮上表现出明显的协同效应,Pb与Cd、Zn、Cu对细菌数量的复合效应机制为拮抗效应,Cd、Zn、Cu和Pb对真菌数量和放线菌数量的复合效应机制表现为协同效应和拮抗效应并存。     

土壤有机质和螯合剂对龙葵富集重金属Cd的影响

采用盆栽实验研究外源添加土壤有机质和螯合剂对龙葵富集Cd含量、土壤中有效态Cd含量以及植株地上部生物量的影响。结果表明,不同有机质和螯合剂处理在相同Cd浓度下,地上、下部植株Cd含量和富集系数分别表现为有机质含量2%有机质含量4%有机质含量6%和EDTAEDDS对照,但植物地上部带走Cd量以6%有机质和EDTA处理为最高;土壤有效态Cd含量表现为2%4%6%,EDTAEDDS对照;地上部生物量以有机质6%和螯合剂对照处理为最高。随着Cd浓度的增大,相同有机质和螯合剂下,植物Cd含量、地上部带走Cd量和土壤有效态Cd含量均呈增大趋势,但富集系数逐渐降低,其中3种含量有机质土壤下地上部的Cd富集系数变化范围分别为0.43~84.44,0.42~78.74,0.41~76.06;不同螯合剂处理下地上部Cd富集系数的变化范围分别为0.46~90.83,0.57~113.70,0.54~113.28。当Cd添加浓度大于40mg/kg时,龙葵的生长开始受到抑制。     

施用禽畜粪对两种土壤As、Cu和Zn有效性的影响

在水稻土和赤红壤中分别以2%和4%(w/w)比例施入含As、Cu和Zn的鸡粪和猪粪,以不施肥为对照进行苋菜盆栽试验,研究施入粪肥对土壤As、Cu和Zn有效性的影响。结果表明,与对照相比,施用粪肥均提高苋菜生物量,但几乎均显著降低苋菜As、Cu和Zn含量。试验前,赤红壤As、Cu和Zn总含量及有效含量明显低于水稻土,但赤红壤中施用粪肥处理的苋菜As、Cu和Zn含量及As和Zn吸收量均极显著高于水稻土的。苋菜收获后,各处理的土壤As总含量和有效含量均较试验前下降,施用高量鸡粪和猪粪处理的土壤总Cu、总Zn及有效Cu、有效Zn均出现累积。与对照比较,施用粪肥提高了土壤As、Cu和Zn的总含量、有效含量及有效含量占各自总量的百分数。如以土壤重金属有效含量增量及有效百分数增加来衡量粪肥提高土壤重金属有效性作用大小,则鸡粪提高土壤As有效性的作用较猪粪大,但其提高Cu、Zn有效性的作用不如猪粪,且高量粪肥处理较低量处理作用明显,粪肥在赤红壤中提高As、Cu和Zn有效性的作用大于在水稻土中。     

有机无机肥配合施用对土壤-油菜系统重金属平衡的影响

通过田间试验研究了有机无机肥配合施用对土壤-油菜系统重金属平衡的影响。试验设置化肥（T1）、化肥＋低量有机肥（T2）、化肥＋中量有机肥（T3）、化肥＋高量有机肥（T4）等4个处理，各处理施肥量相等．重复4次。试验结果表明．在等养分条件下，有机肥比例过高会降低油菜地上部及籽粒的干重；不施有机肥和施用低量有机肥会导致锌和铜的亏缺，施用高量有机肥有可能引起土壤中镉的积累，适量有机肥与化肥配合施用既可保持微量营养元素的平衡，也能有效地降低重金属污染风险．是建立可持续农业的有效途径。     

氮肥对油菜在不同土壤中吸收积累Cd的影响

以三种不同程度Cd污染土壤为材料,通过盆栽试验研究NH_4Cl和(NH_4)_2SO_4两种氮肥对土壤Cd有效性及油菜吸收、转运Cd的影响,评价油菜对Cd的生物累积量,以期为油菜修复Cd污染土壤的优化施肥措施提供理论支撑。结果表明:施加NH_4Cl和(NH_4)_2SO_4均显著降低了土壤的pH,(NH_4)_2SO_4处理土壤pH低于施加NH_4Cl处理的土壤,施肥处理下生长期非根际土pH低于根际土,成熟期非根际土pH高于根际土。施加(NH_4)_2SO_4和NH4Cl均使土壤中有效态Cd含量增加。(NH_4)_2SO_4处理有效态Cd的浓度高于NH_4Cl处理。油菜成熟期土壤中有效态Cd的浓度低于生长期,生长期和成熟期整体表现出根际土中Cd的总量高于非根际土。施加(NH_4)_2SO_4和NH4Cl均增加油菜各部位Cd的含量,提高油菜的富集系数和转运系数,油菜从根到叶对Cd的转运系数最高。研究表明油菜作为Cd污染土壤的修复植物有一定安全保障。     

化肥施用对土壤中重金属生物有效性的影响研究

本研究综述了化学肥料施用对土壤中重金属生物有效性的影响,土壤施肥能改变土壤理化性质如pH、溶液中的离子组成、阳离子交换量等,或直接与重金属离子发生反应,影响重金属的生物有效性。故施用化肥时要考虑到所施化肥的种类和施用量可能会导致重金属的植物可利用性发生改变,从而对人体健康产生影响。     

重金属Cd、Zn、Cu、Pb复合污染对土壤微生物和酶活性的影响

通过野外土样采集及室内测定,研究了云南东川铜矿区土壤酶和微生物特征,并采用盆栽试验研究了重金属Cd、Zn、Cu、Pb复合污染对土壤微生物和酶活性的影响。结果表明,距离矿口越近,土壤有机质、有效N、P、K的含量、土壤pH值亦越低,土壤酶活性和土壤微生物数量、微生物生物量C和N受到的抑制程度也增强,其中土壤酶中的酸性磷酸酶和过氧化氢酶,土壤微生物中的细菌对重金属污染较为敏感。盆栽试验中,Cd、Zn、Cu、Pb复合污染使白菜(Brassica rapapekinensis)生物量明显下降,且随复合污染程度的增加,白菜生物量下降幅度增加。Cd与Zn、Cu、Pb,Zn与Cd、Cu、Pb,Cu与Cd、Zn、Pb的复合效应机制为协同效应,而Pb与Cd、Zn、Cu的复合效应机制为拮抗效应。重金属Cu、Zn、Pb、Cd复合污染使土壤酶活性显著降低,但低量的Cd、Zn、Cu、Pb复合污染刺激了细菌、真菌、放线菌、微生物生物量C和N。重金属Cd、Zn、Cu、Pb对土壤酶活性和土壤微生物数量及微生物生物量C和N的复合效应机制表现出协同和拮抗效应。     

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.     

MTBE和Cd复合作用对土壤酶活性和小麦吸收重金属的影响

采用盆栽试验研究不同浓度(0,5,10,50,100,200,300,400,500mg/kg)的MTBE和相同浓度系列MTBE与Cd(5 mg/kg)复合作用对土壤酶活性的影响以及复合作用对小麦吸收重金属的影响.结果表明:MTBE作用下土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性表现出先增高后降低的趋势,在MTBE浓度为50mg/kg时,3种土壤酶活性达到最高值,与对照相比分别提高了14.7％,4.2％,10.1％;复合作用下3种土壤酶活性表现出先降低然后升高再降低的趋势,在MTBE浓度为10mg/kg时与对照相比分别降低了17.2％,8.7％,14.0％;在MTBE浓度为50 mg/kg时,可以缓解重金属对3种土壤酶活性的抑制作用,但酶活性仍低于空白组;在MTBE浓度为200,300,400,500mg/kg时,2种物质的复合作用抑制了3种酶的活性;复合作用对土壤酶活性的抑制比MTBE作用要明显;复合作用下小麦中重金属含量表现出增高的趋势,这说明MTBE增加了Cd的可迁移性,从而使土壤中的Cd含量降低.     

沼肥对大豆产量、品质、养分和土壤化学性质的影响

为探讨沼肥在大豆上的合理施用技术,采用田间试验,研究沼肥对大豆产量、品质、养分吸收利用及土壤化学性质的影响。结果表明：与习惯施肥处理相比,100%沼渣、30%沼渣＋化肥、20%沼渣＋化肥处理的大豆产量分别增加1.02%,10.48%,0.16%;大豆粗脂肪含量分别增加2.31%,2.70%,5.07%;磷肥利用率分别增加5.04%,23.39%,8.60%;土壤有机质含量分别升高13.39%,3.68%,0.50%;20-80 cm土层内土壤硝态氮、铵态氮含量降低幅度分别在13.70%～61.56%,15.98%～70.10%之间。说明试验条件下,无论沼渣单施还是沼渣与化肥配施均可提高大豆粗脂肪含量、磷肥利用率、土壤有机质含量,降低氮素的流失。     

蓝藻沼肥对土壤的影响

采用不结球小白菜四季青盆栽实验,设置新鲜蓝藻(T1)、当年蓝藻发酵沼渣沼液(T2)、前一年蓝藻发酵沼渣沼液(T3)、化学肥料(T4)、空白对照(CK)5个施肥处理,研究了施用蓝藻发酵沼渣沼液对土壤的影响。实验结果表明T2和T3处理土壤全N含量相对处理前土壤(CK0)增加了49.1%和12.3%;土壤有效P含量相对CK0增加了52.3%和11.7%;土壤有机质含量相对CK0增加了33.3%和14.1%;土壤pH分别减少了0.16和0.23个单位,均有显著差异,同时植株产量和株高相对空白对照(CK)有显著提高。     

施用污水污泥土壤中重金属的形态

一般土壤或污水污泥处理过的土壤,其固相中重金属存在的化学形态是多种多样的。这些化学形态包括:正常的交换位置、专性吸附位置、包闭着的或吸附进土壤的氧化物中,生物残渣、活的有机体和被取代进     

沼肥替代化肥对设施蔬菜产量和土壤养分及重金属累积的影响

针对盲目施用沼肥可能带来的土壤环境问题,该研究采用5年8茬的设施番茄-甜椒田间轮作试验,研究不同沼肥和化肥配比对蔬菜产量、设施土壤氮磷养分及重金属累积的影响.结果表明:在等氮钾养分投入下,沼肥和化肥以不同比例配施的各处理没有影响蔬菜产量;氮素盈余和0~180cm土层土壤全氮含量随沼肥施用比例增加没有显著差异;磷素盈余随沼肥施用比例增加显著增加,完全沼肥处理0~30cm土层土壤Olsen-P及CaCl2-P含量分别达到151和8.0mg/kg,高于其他2个处理,且明显超出环境阈值.与完全沼肥处理相比,减量沼肥施用(3/5沼肥处理)明显降低了土壤氮素淋洗风险和磷素累积.与不施肥处理相比,施用沼肥后30~60、60~90、150~180cm土层土壤全Hg含量均低于不施肥处理;除30~60cm土层使用沼肥处理土壤中全As含量显著高于不施肥处理,其他土层各处理间均没有显著差异,而完全沼肥处理全Cr、全Cd、全Pb含量有所下降,且全Pb含量下降最为显著,但均没有出现重金属污染风险.沼肥替代化肥施用可有效实现废弃物中的养分资源循环利用,但增加菜田土壤磷素累积和淋失风险,本研究为设施菜田合理施用沼肥提供技术支持,为实现沼肥资源的循环利用和化肥替代模式提供理论参考.     

生物炭对不同酸化水平稻田土壤性质和重金属Cu、Cd有效性影响

针对南方稻田土壤酸化严重,导致养分流失有毒重金属活化,严重影响稻米质量安全的重大现实问题。以水稻秸秆和谷壳等农业废弃物为原料制备生物炭(分别记为RSC和RHC),研究不同原料生物炭对酸化土壤改良及其对重金属有效性的影响。设置3个生物炭用量(0,20,50 g/kg,分别记为CK、C1、C2),4种土壤酸化水平(pH 4.01,4.25,4.33,4.58,分别记为L1、L2、L3、L4),生物炭与重金属污染土壤共同培养60天后测定土壤pH、全氮、有机质、有效磷、速效钾和有效态Cu、Cd含量。结果表明:RSC对酸化土壤pH的改良效果明显优于RHC,且施炭量越高提高幅度越大,RSC的C2处理使4种酸度水平的土壤pH分别提高了0.68,0.97,1.29,1.71个单位。2种生物炭均能提高土壤的全氮、有效磷、速效钾和有机质含量,其中各施炭处理有机质显著提高,尤以速效钾的增幅最为显著,RSC对4种养分的提高均优于RHC。RHC对土壤有效态Cu含量无显著影响;RSC的C2较C1处理更能降低土壤中有效态Cu含量,使4种酸度水平的土壤分别降低了13.62%,6.57%,4.36%,7.88%。RHC处理的L3、L4土壤中有效态Cd含量显著降低,最大分别降低了13.79%,19.23%。RSC使4种酸度土壤有效态Cd含量最大分别降低了20.00%,25.81%,20.69%,19.23%。相关分析表明,土壤pH与有效态重金属含量呈显著负相关关系。水稻秸秆炭用于改良酸化土壤、降低重金属Cu和Cd有效性的效果更佳,且降低污染土壤中Cd的有效性较Cu好;生物炭对酸化程度越低的土壤pH和有效磷含量的提高以及有效态Cd含量的降低效果较好,而有效态Cu含量的降低效果则在酸化程度越高的土壤中表现更佳;土壤pH是生物炭调控重金属Cu、Cd有效性的主要影响因素。     

改良剂与油菜对土壤重金属有效态的影响

通过连续三季盆栽试验,研究利用粉煤灰、膨润土、腐殖酸3种改良剂特性及油菜的富集作用强化修复效果,阐明改良剂与油菜对土壤重金属有效态的影响。油菜收获后测定土壤重金属有效态浓度。结果表明,粉煤灰浓度为12,18g/kg时,可明显降低第1季土壤Cd有效态浓度,但对土壤有效态Cu、Zn浓度未产生明显影响,第2季浓度为6g/kg及第3季各处理可明显降低Pb有效态浓度。粉煤灰降低Cd有效态第1季效果较好,降低Pb有效态浓度第3季效果较好。只有当膨润土浓度为18g/kg时可明显降低第1季土壤Cd有效态浓度,第2季浓度为18g/kg和第2,3季浓度为6g/kg时,可降低土壤Cu有效态浓度,第2季浓度为12,18g/kg及第3季所有处理均可有效抑制Pb的活性,对Zn活性未表现出明显的抑制作用。膨润土降低土壤Cd有效态浓度的第1季效果较好,降低Cu、Pb有效态浓度第2,3季效果较好。腐殖酸浓度为2,3g/kg时可降低第2季有效态Cd浓度,第2季浓度为3g/kg及第3季浓度为2,3g/kg时土壤Cu有效态浓度明显降低,第2季浓度为3g/kg及第3季所有处理可降低Pb有效态浓度,而腐殖酸对Zn活性未起到明显的抑制作用。腐殖酸降低土壤Cd有效态浓度第2季效果较好,降低Cu、Pb有效态浓度效果第3季效果较好。3种改良剂对吸附、固定Cd、Pb、Cu、Zn的作用程度不同,粉煤灰降低土壤Cu有效态浓度、3种改良剂降低土壤Zn有效态浓度的效果不理想。因此,在生产实践中,根据实际情况适时、适量施入改良剂,可降低重金属对生产、环境带来的危害。