大气沉降对土壤养分系统的影响

大气沉降是大气圈物质下沉或降落到达地表的过程或现象。大气沉降除以降水向土壤输入化学组分外,还以酸沉降向土壤输入化学组分,危害土壤养分系统。基于此,通过阐述酸沉降和金属颗粒物作用于土壤养分系统的机理,提出大气沉降对土壤养分影响研究中存在的问题。     

大型铜冶炼厂周边农田区大气重金属沉降特征研究

为探索铜冶炼厂周边农田区大气重金属沉降的时空变异特征,以冶炼厂为中心,四周等距离均匀分设8个监测点,于2012年5月至2013年4月,根据酸沉降检测技术规范,采收大气干湿沉降混合样品,利用原子吸收分光光度法分析样品中Cu、Cd、Pb、Zn、Cr含量,计算各监测点所代表区域各类重金属沉降通量。结果显示,研究区重金属Cu、Cd、Pb、Zn、Cr的年沉降通量分别为638、6.56、70.0、225、22.7 mg·m-2·a-1。五种重金属沉降量具有一定的时间变化特征,其中Cd、Zn和Cr的月际间变化显著(P0.05,n=96),Pb、Zn、Cr季节间变化显著(P0.05,n=32),而Cu无显著的月间或季间变化。空间上,Cu、Cd、Pb年沉降通量有极显著性差异(P0.01,n=8),以铜冶炼厂西南方向的九牛岗监测点最高,而Zn和Cr则无显著性差异。     

模拟大气镉沉降量对空心菜种子发芽的影响

大气镉沉降严重威胁蔬菜安全生产,揭示其对种子发芽的影响能够为相关防控政策的制定提供依据。本研究以南京市场6个主流空心菜品种（白骨大叶、白骨柳叶、柳叶、双机竹叶、特选泰国和正宗三叉）为研究对象,设置3个大气镉沉降梯度（3.0、9.0、18.0 mg·m^-2）进行了7 d种子发芽实验。结果表明：大气镉沉降量使白骨大叶和双机竹叶的发芽峰值日提早1 d,分别显著降低白骨大叶的发芽势和白骨大叶、白骨柳叶、特选泰国空心菜种子的根长及后两者的根长活力指数,而显著提高柳叶的发芽势、发芽指数、根长和鲜质量两种活力指数及双机竹叶的活力指数。相关性分析发现,大气镉沉降量与白骨柳叶种子的根长活力指数显著负相关,与柳叶种子的根长活力指数呈显著正相关,与白骨大叶和双机竹叶种子的烂根率呈显著负相关。白骨柳叶和柳叶种子的发芽受大气镉沉降量的影响较大,主要是种子根发育受到大气镉沉降量的影响,且适量的大气镉沉降可以缓解白骨大叶和双机竹叶种子的烂根状况;特选泰国和正宗三叉品种的发芽情况受大气镉沉降量的影响不明显。     

河北省农田土壤镉污染研究

本文选择了四个涉嫌镉污染的小区,研究了农田土壤的镉含量及化学形态分布,测定了相应的小麦含镉量,对污染状况作了对比评价,并针对镉的形态分布特征提出原则性对策。本工作以国家标准物质GBW08303、GBW08503、GBW07401、GBW07405进行了检验,结果可靠。     

大气沉降及土壤扬尘对天津城郊蔬菜重金属含量的影响

为探究土壤重金属污染对蔬菜中重金属含量的影响,并分析蔬菜中重金属的主要来源,以天津城郊存在土壤重金属镉(Cd)超标风险的蔬菜基地为对象,施用特制含锌(Zn)、含锰(Mn)商品有机肥,对土壤和当地常见叶菜类蔬菜(油菜、芹菜、大白菜、生菜、葱)中重金属含量进行了测定.结果显示,该蔬菜基地土壤重金属有效性低,蔬菜中重金属含量均符合国家食品安全标准,施用含Zn、含Mn有机肥对蔬菜重金属含量无显著影响.针对蔬菜基地可能的重金属污染来源,监测了蔬菜基地周边大气沉降物重金属含量,对比监测清洗蔬菜与未清洗蔬菜的重金属含量,并通过计算蔬菜样品中重金属含量与钛(Ti)含量的比值关系,估算大气沉降和土壤扬尘对蔬菜样品重金属含量的贡献.结果表明,大气沉降和土壤扬尘对蔬菜中镉(Cd)、砷(As)、铅(Pb)、铬(Cr)的贡献率分别达到33.7%、83.7％、72.8％和71.0％,该地区蔬菜中的As、Pb、Cr主要来自吸附于表面的大气沉降和土壤扬尘,食用前仔细清洗能有效减少蔬菜中重金属含量.由此可见,从控制蔬菜重金属污染源头的角度分析,当地应优先监控大气沉降带来的蔬菜重金属污染风险.     

不同温度下镉在典型农田土壤中的吸附动力学特征

吸附反应是重金属进入土壤后发生的重要过程,其直接影响着重金属的生物有效性。以我国12种典型农田土壤为实验材料,采用批次平衡法研究了镉在土壤中的吸附动力学特征,并采用动力学方程进行拟合。结果表明,在高、低两个温度条件下,镉在土壤中的吸附均存在两个不同的反应阶段,即快速吸附反应和慢速吸附反应阶段。25℃时,反应开始5min内的吸附量可达最大吸附量的72.69%以上,至0.5h时可达83.76%以上;40℃时分别可达最大吸附量的77.50%和87.02%。其中,快速吸附反应以化学吸附为主,慢速吸附反应则以物理吸附为主,以化学吸附为主的快速反应又主导着整个反应过程。不同类型农田土壤对镉的吸附动力学模型以Elovich模型较优。碱性土壤吸附速率和吸附量都高于酸性土壤,温度的升高也会促进土壤对镉的吸附速率和吸附量。pH是影响镉吸附速率的主要因子。     

模拟氮沉降对农田大型土壤动物的影响

采用喷施氮肥模拟氮沉降的方法,分对照(CK,不施氮)、低氮(T50,50 kg.hm-2.a-1)、中氮(T100,100 kg.hm-2.a-1)、高氮(T150,150 kg.hm-2.a-1)4个梯度对温郁金农田生态系统进行氮沉降处理,5个月后调查其田间大型土壤动物分布情况。结果表明:①调查共获得大型土壤动物19类485只,优势类群2类、常见类群8类、稀有类群9类;类群数和个体数均以0<土壤深度h≤5 cm层最高。②氮沉降改变了土壤动物个体数的表聚特征,在高浓度氮处理下土壤动物表现出向深层趋避;氮沉降降低了大型土壤动物的个体数,0T100>T150。③氮沉降对土壤动物类群数的垂直分布无明显影响,但能够减少土壤动物的类群数,0T100>T150。④各处理下的大型土壤动物的Shannon-W e iner多样性指数H′、P ielou均匀性指数J和S inpson优势度指数C基本一致,表现为T100>T50>CK>T150,表明低氮处理对大型土壤动物多样性有促进作用,而在高氮处理时表现为抑制,存在阈值作用。⑤大型土壤动物多样性与杂草地上部分鲜质量显示出较好的正相关(r=0.74),而杂草地上部分鲜质量与农作物温郁金地上部分鲜质量显示较好的负相关(r=-0.79),土壤动物对氮沉降的响应受到杂草和农作物的影响,可能是一个更为复杂的过程。     

天津农田土壤镉和汞污染及有效态提取剂筛选

采集天津3条排污河污灌区重金属污染农田的22个土壤及油麦菜样品,测定镉(Cd)和汞(Hg)的浓度,筛选两种重金属生物有效性的最佳提取剂,并分析了混合提取剂(M3)及DTPA对两种重金属生物有效性的预测能力.结果表明,22个土壤采样点中有9个样点Cd超标,7个样点Hg超标,60％以上的油麦菜受到Cd的污染,但大部分处于轻污染级别,且M3、DTPA都能够很好地表征油麦菜中Cd的生物有效性,相关系数分别为:RM3=0.92(P＜0.000 1),RDTPA=0.88(P＜0.000 1),其中M3预测能力强,提取用时短,可推广应用;100％的油麦菜都受到Hg污染,且都处于重污染级别,油麦菜中Hg与M3、DTPA提取结果具有显著负相关,相关系数分别为:RM3=-0.82(P＜0.000 1),RDTPA=-0.47(P＜O.05),这可能是因为可提取态Hg的增加对植物吸收产生负面影响.     

不同地区农田土壤多环芳烃污染特征与来源解析

通过对农田土壤多环芳烃（Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs）的分布特征、污染程度及成因解析,深入了解工业活动引发的土壤污染问题,实现工业园区周边农田土壤的污染预警和科学合理利用。在黄河三角洲石油开采区和西南铅锌冶炼区附近的农田分别采集89个和148个土壤样品,采用气相色谱-质谱仪（GC-MS）分析美国环境保护署（Environmental protection agency,EPA）优控的土壤中PAHs组成与含量,运用主成分分析（Principal component analysis,PCA）和正定矩阵因子法（Positive matrix factorization,PMF）模型比较两个区域农田土壤中PAHs的来源。结果表明,石油开采区农田土壤中16种PAHs总含量（以干质量计）平均值为149.8 μg·kg^-1（含量范围31.5~1 399 μg·kg^-1）,铅锌冶炼区农田土壤PAHs总含量平均值为267.6 μg·kg^-1（含量范围8.99~2 231 μg·kg^-1）,两个地区主要以4~6环PAHs为主。聚类分析、PCA和PMF 3种源解析方法对两个区域的PAHs来源进行比较,石油开采区农田土壤中PAHs主要来源及其贡献率分别为燃煤9.1%、生物质燃烧和石油源60.7%、化石燃烧24.1%以及柴油燃烧6.2%,铅锌冶炼区分别为生物质燃烧和石油源31.6%、汽油及重油的燃烧28.3%、煤燃烧40.1%。铅锌冶炼区周边农田土壤PAHs污染程度相对较高。     

大气沉降对我国土壤中污染分布及元素循环的影响

大气沉降是污染物进入土壤的重要途径,也是土壤中污染物的主要来源。同时,大气沉降和土壤元素循环息息相关。本文综述了大气沉降对我国土壤中污染物分布以及元素循环的影响。结果表明,重金属沉降依赖于长期的干湿混合沉降,有机污染物沉降依赖于干沉降,氮硫磷等元素的沉降依赖于湿沉降。同时,季风和人为活动会影响大气污染物的迁移和沉降。本文的结论为污染物大气沉降的防控和土壤污染治理提供了思路。     

吐纳麝香与Cd污染对土壤微生物数量及酶活性的影响

吐纳麝香（AHTN）为药品与个人护理品（PPCPs）类新型污染物之一,其能够与重金属镉（Cd）通过污水灌溉和污泥利用进入到土壤环境。本研究采用平板菌落计数、荧光qPCR、土壤酶活性测定以及联合效应分析,探究AHTN和Cd污染对土壤中微生物数量和酶活性的影响。结果表明：AHTN与Cd单一、复合污染对土壤中细菌均表现为显著抑制作用;随着AHTN浓度增加,对土壤真菌由促进作用转变抑制作用,对土壤中放线菌表现为显著抑制作用,可将放线菌作为AHTN污染的早期预警指标。AHTN单一及与Cd复合污染对土壤脲酶活性均表现为显著抑制作用（第1天除外）;随着AHTN浓度增加,对酸性磷酸酶活性从促进作用转变为抑制作用;在第1天对蔗糖酶表现为促进作用,之后均转为抑制作用。AHTN与Cd复合污染联合毒性效应,对土壤细菌和放线菌数量表现为拮抗作用;对真菌数量随着AHTN浓度升高表现为拮抗-协同-拮抗现象;随着暴露时间延长,对土壤脲酶活性由拮抗转为协同作用,对酸性磷酸酶活性和蔗糖酶由协同转为拮抗作用。     

氮素营养对重金属超积累植物东南景天吸收积累锌和镉的影响

以重金属锌、镉超积累植物东南景天Sedum alfredii为研究材料,采用营养液培养法研究了氮素营养对东南景天生长及对重金属锌、镉吸收、积累和转运能力的影响。结果表明：适当的氮素营养能够促进东南景天的生长,提高东南景天地上部富集重金属的能力,在供氮2.50 ~ 5.00 mmol·L^－1时,东南景天地上部生长和重金属吸收、积累最佳,锌和镉质量分数分别达12.00 g·kg^－1和2.00 g·kg^－1。在应用东南景天重金属超积累植物进行土壤重金属污染修复时需要合理施用氮肥,从而提高植物修复土壤重金属污染的效率。图1表4参15     

外源硫化钠对土壤-水稻体系中镉迁移积累的影响

研究外源硫化钠对土壤-水稻系统中镉(Cd)形态变化及迁移积累影响,为硫素固定土壤活性Cd、降低稻米Cd积累的应用提供依据。本实验采用室内土壤培养和盆栽种植试验方法,研究不同硫化钠用量对水稻-土壤系统中Cd的迁移积累变化的影响。结果表明:施用0.1 g·kg~(-1)硫化钠,水稻根系及稻谷生物量相比空白对照组增加59%,同时有效降低水稻器官组织中Cd的积累;0.5g·kg~(-1)硫化钠处理下水稻根系、茎叶中Cd的积累分别下降76%、70%;稻谷中Cd的含量随着硫化钠施用量的增加呈现显著降低趋势,当施用量为0.3 g·kg~(-1)时,稻米Cd降幅最大(降低68%),继续增加硫化钠用量,稻米Cd降幅无显著差异;适量施用硫化钠能有效降低土壤中离子态Cd含量,最高降幅为55%;DTPA提取态Cd降幅约为17%。同时S~(2-)在土壤溶液中发生氧化还原反应,形成的硫酸盐在一定程度上缓解了土壤pH的增加。研究表明增施硫化钠0.3 g·kg~(-1)能提高作物产量和降低Cd在土壤-水稻系统中的迁移效率,有效降低籽粒中Cd的积累。     

生物有机肥对土壤镉形态及玉米镉积累的影响

为探究生物有机肥治理镉污染土壤的可行性及对土壤重金属污染修复的效果,采集河南省淅川县2种镉污染土壤,分别设置6种施肥处理:CK(不施用任何物料)、NPK(常规施NPK肥)、NPK+0.5%OF(常规施肥+0.5%商品有机肥)、NPK+1%OF(NPK+1%商品有机肥)、NPK+0.5%BF(NPK+0.5%生物有机肥)和NPK+1%BF(NPK+1%生物有机肥),测定种植前后土壤全镉含量、土壤各化学形态镉、玉米植株根系及籽粒镉含量.结果显示,以添加1%生物有机肥的治理效果最佳,NPK+1%BF处理下2种土壤有效态镉含量相较于NPK+1%OF降幅分别为19.74%、7.09%;施用有机物料降低土壤弱酸提取态镉含量,提高残渣态镉含量,NPK+1.0%BF弱酸提取态镉含量相比CK下降11%、残渣态镉上升16%;施用有机物料各处理玉米植株根系、籽粒镉含量显著降低,以NPK+1.0%BF处理效果最佳,相比NPK处理,土壤Ⅰ的玉米根系、籽粒镉含量降幅达34.41%、31.59%.综上,在镉污染土壤中施用生物有机肥,可显著降低土壤有效态镉含量,促进土壤弱酸提取态镉向残渣态镉转化,降低镉危害;玉米根系及籽粒镉含量均显著下降,综合治理效果表现为生物有机肥优于商品有机肥.     

镉铅超标农田养蚕试验分析

湖南耕地镉铅等重金属污染比较严重,研究有效治理耕地重金属污染方式和替代产业调整模式,已成为湖南省农业可持续发展和生态系统安全的关键。该项实验在岳阳市某工矿区选择典型的镉铅超标农田栽桑养蚕,桑树生长发育良好。结果表明,通过镉铅超标农田养蚕的经济性状及效益比较,在工矿区镉铅超标农田以栽植农桑14号品种较好,密度为每667m2栽植1 000~2 000株;并证实了镉铅污染农田栽桑养蚕的可行性,为镉铅等重金属污染耕地安全、经济、高效生态利用和污染区产业结构调整进行了有益的探索。     

镉胁迫下旱柳无性系耐镉性变异及生理变化

以10个旱柳Salix matsudana无性系为试验材料,研究了水溶液中镉胁迫时旱柳耐镉性性状的遗传特性、耐镉性强弱及叶片生理性状变化。结果表明：水溶液中镉质量浓度为30～60mg·L^-1时,旱柳地上部镉质量分数、地上部生物量、根系生物量、地上部镉积累量、根系镉积累量和叶绿素质量分数等6个性状的耐镉性遗传力较高。在此条件下,10个旱柳无性系耐镉性强弱顺序为13号〉8号〉16号≈18号≈9号〉2号≈4号〉10号〉3号〉5号。镉胁迫下,旱柳叶片生理性状变化表现为：叶绿素和可溶性蛋白质量分数降低、膜透性减少、丙二醛质量分数增加、脯氨酸质量分数变化无一致规律。     

镉抗性细菌的筛选及其生物矿化硫化镉去除溶液中的镉离子

水体重金属污染中,镉[Cd（Ⅱ）]因其高毒性成为最受关注的对象之一。生物矿化是通过生物作用影响金属形态,把有毒重金属转化为不相容的危害较小的化合物,成为环境污染治理领域的研究热点。本研究从重金属污染土壤中筛选出一株镉抗性细菌N1905,基于16S rRNA序列分析鉴定为Enterobacter ludwigii N1905。研究其对多种重金属抗性和不同镉浓度下生长情况,结果表明菌株N1905具有多种重金属耐受性,在LB液体培养基中对Cd（Ⅱ）的最小抑制浓度（MIC）为8 μmol·L^-1,高浓度的Cd（Ⅱ）抑制其生长代谢。同时研究发现,细菌N1905以L-半胱氨酸为特异性底物产硫化氢;在细菌N1905、1 μmol·L^-1硝酸镉和2 μmol·L^-1 L-半胱氨酸共存培养过程中,通过细胞外沉淀硫化镉可以100%去除水溶液中的Cd（Ⅱ）。此外,细菌N1905对消除多种复杂水溶液中Cd（Ⅱ）污染有较好应用潜力。XRD、SEM-EDS及光谱学分析表明细菌N1905可生物合成具有光学特性的硫化镉纳米颗粒。     

砂柱中铁锰的淋溶淀积及其对Pb（Ⅱ）和Cd（Ⅱ）的吸附特征

以不同浓度(0~0.04 mol·L-1)的FeSO4和MnCl2溶液淋溶白云石砂柱50次,形成砂粒表面铁锰氧化物胶膜,分析其中铁锰氧化物的淀积以及胶膜对Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)的等温吸附特征。研究结果表明:(1)当淋溶液的铁浓度为0.04 mol·L-1时,随着淋溶液中锰浓度的增加,砂粒表面胶膜的游离锰和非晶形锰含量呈增加趋势,而游离铁和非晶形铁含量的变化规律不明显;原子吸收光谱(AAS)和能谱(EDS)分析表明,砂粒表面游离铁和非晶形铁的淀积量均显著高于锰氧化物的。(2)扫描电镜(SEM)图像表明,铁锰在砂粒表面呈球形或板状淀积,分布不规则。(3)砂粒表面铁锰胶膜对Pb(Ⅱ)拟合的最大吸附量远大于对Cd(Ⅱ)的,最大时为Cd(Ⅱ)的8.43倍。(4)Cd(Ⅱ)的最大吸附量与砂粒表面游离铁和非晶形铁的含量呈显著正相关,说明铁的淀积对重金属Cd(Ⅱ)的吸附起了重要作用;但Pb(Ⅱ)的最大吸附量与游离和非晶形铁锰都没有显著的相关性。     

叶面喷施蔗糖降低水稻幼苗镉含量机制

为降低镉（Cd）在水稻中的累积,本研究利用水培实验探讨了叶面喷施蔗糖调控水稻幼苗Cd吸收和转运的潜在机制。结果表明：连续喷施3次浓度为1.0 g·L^-1蔗糖后幼苗地上部和根部Cd含量分别显著降低26.7%和22.0%,丙酮酸含量分别显著增加11.8%、23.6%,α-酮戊二酸含量分别显著增加27.5%和35.3%,谷氨酸含量分别显著增加165.3%和40.3%,难溶态Cd分别显著增加63.7%和33.0%。幼苗根部与Cd吸收、转运相关的基因OsNRAMP1、OsNRAMP5、OsHMA2分别显著下调19.0%、78.8%、16.3%。此外,喷施蔗糖后水稻幼苗地上部SOD、CAT、POD活性分别显著提高66.9%、21.4%和23.6%。研究表明,喷施蔗糖促进了幼苗地上部和根部丙酮酸和α-酮戊二酸的生物合成,增加了谷氨酸生物含量。谷氨酸与根部和茎叶中Cd螯合增加了幼苗中难溶态Cd含量,减少了Cd从根部向地上部转运,缓解了Cd胁迫。