不同改良剂对镉污染土壤中小白菜吸收镉的影响

采用盆栽试验, 研究了施用石灰、钙镁磷肥、泥炭、碱渣4种土壤改良剂对外加镉污染的赤红壤上小白菜产量、镉吸收量、土壤有效态镉及pH的影响。结果表明: 外加1 mg·kg^-1和5 mg·kg^-1镉对小白菜生物量无显著影响, 且1 mg·kg^-1镉对小白菜生长有一定的促进作用; 施用改良剂对镉污染土壤上小白菜无显著增产效果。施用4种改良剂均能降低小白菜地上部镉含量, 作用效果为石灰≈泥炭>碱渣>钙镁磷肥。不同改良剂对小白菜根部镉含量影响不同, 泥炭和石灰在所有镉浓度下、钙镁磷肥在0和1 mg·kg^-1镉浓度下可显著降低根部镉含量, 而碱渣无明显作用, 种植两茬规律一致。土壤有效态镉含量与pH呈显著负相关; 施用石灰、碱渣、钙镁磷肥使土壤pH显著升高, 有效态镉含量显著降低, 从而降低小白菜对镉的吸收; 泥炭可显著提高土壤pH, 虽降低土壤有效态镉作用效果不显著, 但显著降低小白菜体内镉含量, 这可能与土壤中形成难以被植物吸收的镉有机结合物有关。两茬蔬菜种植结果显示, 施用后期改良剂对镉污染的抑制效果也较明显。     

生物质炭对土壤-水稻系统中Cd迁移累积的影响

探究生物质炭添加对Cd污染土壤中Cd形态、植株对Cd的吸收分配及土壤肥力的影响,为污染稻田粮食安全提供科学依据。在湖南省长沙市Cd污染稻田进行田间定位试验,设置5个生物质炭添加量处理(0,10,20,30,40t/hm^2),分析生物质炭对Cd在土壤中形态转化和水稻器官中分配的影响。结果表明:生物质炭通过将土壤中酸溶态Cd钝化为可还原态Cd以减少在水稻器官中的累积,钝化量随着生物质炭增加而增加,土壤酸溶态Cd较CK降低3.83%～19.08%;且茎对根和糙米对茎的转运系数随生物质炭的添加分别降低4.23%～9.30%和1.39%～8.33%;土壤酸溶态Cd含量直接影响糙米中Cd含量,且受土壤pH和土壤有机碳的调控。Cd污染稻田添加生物质炭可以提高土壤肥力,降低土壤Cd生物有效性,20t/hm^2生物质炭添加量可以作为研究区周边Cd污染稻田修复的参考标准。     

不同改良剂对铅镉污染稻田的改良效应研究

试验于１９９９年在湖南省郴州市苏仙区白露塘镇的铅、镉中度污染稻田进行。设４种改良剂,３种用量水平外加空白对照计１３个处理,研究不同改良剂处理对水稻生长发育和产量以及糙米和土壤中铅、镉含量的影响,并分析了土壤铅、镉的形态变化。结果表明,除中、高量石灰处理外,其他各处理均能改善水稻的生长发育,促进干物质生产,提高产量;所有处理均可在一定程度上降低土壤和糙米中有效铅、镉含量;施用改良剂对土壤铅、镉形态变     

褐煤基改良剂对石灰性土壤复合体镉赋存形态的影响

为筛选和评估褐煤基材料对镉污染的修复效果,降低通过垂直入渗进入地下水或通过地面径流污染更大面积水土的镉通量,通过将3％各种材料均匀混入污染土壤并培养120 d,提取其胶散分组复合体并测定镉化学形态变化.结果表明:1)各改良剂处理的离子交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态镉质量分数在复合体中分布均为G0＞G1＞G2,而弱有机态、强有机态质量分数分布的顺序相反.残渣态镉质量分数具有G0组复合体低于G1组和G2组复合体内镉质量分数的趋势,除钙化处理,其他处理3组复合体中残渣态之间均无显著差异.2)施用褐煤基材料普遍提高土壤中弱有机结合态镉质量分数,主要提高水稳性复合体中弱有机态镉,G0、G1和G2中施用材料的比对照分别提高5.27％、20.74％和17.82％.褐煤、硝化褐煤、腐植酸显著提高水稳性复合体强有机态镉质量分数,平均分别提高27.26％、23.90％和40.05％,显著降低交换态镉质量分数和水稳性复合体碳酸盐态镉质量分数,平均降低幅度分别为14.63％～22.79％和14.31％ ～ 34.56％.硝化褐煤和腐植酸显著降低G1和G2中铁锰氧化物结合态镉的质量分数.3)褐煤改性后多数提高了交换态镉和碳酸盐态镉质量分数,以碱化、钙化、去矿化和活性炭在改性后提高交换态镉质量分数的幅度较大,较褐煤提高幅度最大值分别是29.41％、34.03％、33.82％和43.32％.改性后所有材料普遍降低土壤弱有机结合态镉的质量分数,除腐植酸外,强有机态镉质量分数均比改性前降低.残渣态镉质量分数有向易利用态转化的趋势.总之,非水稳性复合体主要由离子交换态和碳酸盐结合态等易效性镉赋存,水稳性复合体中主要由有机态和残渣态等难效性镉赋存.褐煤、硝化、腐植酸处理显著降低污染土复合体中离子交换态、碳酸盐态、铁锰氧化物态镉质量分数,显著提高水稳性G1和G2复合体强有机态镉质量分数,腐植酸还提高残渣态镉质量分数,起到对镉的钝化作用,但改性后多数是削弱了钝化效果.     

复合改良剂对镉砷化学形态及在水稻中累积转运的调控

为治理镉砷污染农田土壤,选取湘南某矿区镉砷复合污染稻田土壤,以水稻盆栽实验研究了复合改良剂HZB(羟基磷灰石+沸石+改性秸秆炭)对土壤中镉(Cd)、砷(As)赋存形态以及水稻累积转运Cd和As的影响。结果表明,施用HZB能提高土壤p H 0.19~0.79个单位,阳离子交换量增加22.1%~60.4%;施用HZB使活性较大的酸提取态Cd含量降低了6.5%~22.9%,促进了Cd向难溶态的转变,可使有机结合态Cd增加2.5%~56.5%;施用HZB促进活性As向难溶型的钙型As转化,钙型As含量增加2.8%~53.3%,也可使交换态As含量降低7.0%~39.5%,但当施用量超过4.0 g kg-1时则会增加交换态As含量。水稻根系对Cd的富集系数在0.65~1.21之间,对As的富集系数在0.033~0.049之间,富集Cd的能力大于As;谷壳对Cd的转运能力最大,而根系对As的转运能力最大;施用HZB有降低水稻根系富集Cd和As的能力。施用0.5~2.0 g kg-1的HZB能降低水稻地上各部位中Cd和As含量;在2 g kg-1施用水平,水稻糙米中Cd和As含量均低于0.2 mg kg-1,达到国家食品污染物限量标准。     

不同改良剂对叶用莴苣吸收Cd的影响

该文以叶用叶用莴苣为试验材料,种植在人工配制的Cd污染土壤上,采用温室盆栽土培的试验方法,用粉煤灰、草炭、鸡粪、硅肥、过磷酸钙、钙镁磷肥作为改良剂,观测改良剂对栽植于Cd污染土壤上叶用莴苣Cd吸收的影响,目的是探寻切实可行的改良剂及实施方案。研究结果表明：复合改良剂对叶用莴苣生物量、可食用部分Cd质量分数的改良效果明显大于对应的单一改良剂;Cd污染土壤改良剂效果由大到小排序为：粉煤灰＋过磷酸钙>过磷酸钙>粉煤灰＋鸡粪>钙镁磷肥>粉煤灰＋草炭>硅肥>鸡粪>粉煤灰>草炭。不同改良剂对叶用莴苣生物量和Cd质量分数有显著影响,而施加量对叶用莴苣生物量和Cd质量分数无显著影响。改良剂种类和施加数量对土壤pH值均无显著影响。粉煤灰与过磷酸钙质量比值为5∶1时改良效果最好。     

改良剂对滴灌棉田镉分布及迁移特征的影响

通过田间桶栽试验研究了高浓度镉(40mg/kg)条件下,4种改良剂(有机—无机复合稳定剂、无机高分子复配材料、聚丙烯酸盐复配材料、有机高分子复配材料)对棉田土壤剖面中土壤pH、阳离子交换量(CEC)、镉含量及其形态分布迁移的影响。结果表明:(1)4种改良剂均显著提高了棉田土壤剖面各层的pH和CEC,无机高分子复配材料在0—20cm土层效果最好,分别增加了0.43个单位和4.43cmol/kg;(2)改良剂促进土壤可交换态镉向其余4种形态的转化,相关分析表明碳酸盐结合态与可交换态镉含量呈极显著负相关(P0.01),在0—20cm和20—40cm土层中效果尤为突出,以无机高分子复配材料对土壤可交换态镉的降低效果最好,降低了3.61mg/kg;(3)各土层中的pH和CEC均与可交换态镉呈负相关,与其他形态呈正相关。即改良剂通过改变土壤pH和CEC,影响土壤镉的分布及迁移,从而降低镉的有效性,达到改善土壤环境的目的。     

磷灰石等改良剂对重金属铜镉污染土壤的田间修复研究

通过田间小区试验,研究了磷灰石、石灰、木炭、猪粪、铁粉5种改良剂对Cu、Cd复合污染土壤的改良效果。结果表明,石灰、磷灰石、木炭、猪粪降低了土壤溶液中重金属Cu、Cd的含量,提高了土壤溶液的pH,但改良效果随着时间的推移不断降低。磷灰石、石灰、木炭的加入显著降低了有效态Cu含量,但对有效态Cd含量影响较小。与猪粪相比,磷灰石、石灰、木炭显著增加了黑麦草生物量,提高了对重金属Cu、Cd的吸收能力,对该污染土壤的修复具有实践应用价值。     

Growth,Cadmium and Zinc Accumulation of Ornamental Sunflower(Helianthus annuus L.)in Contaminated Soil with Different Amendments

Use of ornamental plants for phytoremediation of metal-contaminated soil is a new option. A pot experiment was carried out to assess the effect of application of amendments, i.e., swine manure, salicylic acid (SA) and potassium chloride (KCl), on the growth, uptake and translocation of cadmium (Cd) and zinc (Zn) of ornamental sunflower (Helianthus annuus L.) grown on a contaminated soil. The three amendments increased sunflower height, flower diameter, and biomass. Manure significantly decreased Cd and Zn concentrations in sunflower, and thus decreased the bioaccumulation coeffcient (BCF) of Cd and Zn. However, using of KCl markedly increased Cd concentrations in sunflower and the BCF of Cd. Additionally, both swine manure and KCl application increased Cd and Zn translocation from root to aboveground part. Swine manure and salicylic acid reduced the Cd/Zn ratios in flower of sunflower, while KCl significantly increased the Cd/Zn ratios. Correlation analysis demonstrated that the Cd/Zn ratio in the root of sunflower was affected by K/Na ratio in root and soil available potassium (K) concentration. Ornamental sunflower could be grown as an alternative plant in the Cd- and Zn-contaminated soil with KCl application to get the balance between environmental and economic interests.     

A Meta-Analysis on Phenotypic Variation in Cadmium Accumulation of Rice and Wheat: Implications for Food Cadmium Risk Control

In some densely-populated countries, farmland has been widely cadmium (Cd) contaminated, and the utilization of the contaminated farmland for crop production is currently unavoidable. This necessitates the use of low-Cd crops (i.e., pollution-safe cultivars, the crop varieties with the ability to accumulate a low level of Cd in their edible parts when grown on polluted soil) in these areas and highlights the importance of knowledge on phenotypic variation in crop Cd accumulation for food Cd risk control. Studies on phenotypic variation in heavy metal accumulation started decades ago for a wide range of crops, and synthesis of the scattered experimental results in the literature is in need. We built a Low-Cd Crops Database based on literature research, and relevant meta-analysis was performed to quantitatively explore the phenotypic variation in Cd uptake and translocation of rice and wheat. Considerable variability existed among rice (median grain Cd bioconcentration factor (BCF) of 0.10) and wheat (median grain Cd BCF of 0.21) phenotypes in grain Cd accumulation, and this variability was labile to soil pH and the level of Cd stress. Wheat statistically had a higher root-to-shoot Cd-translocating ability than rice, highlighting potential food Cd risks and the importance of growing low-Cd wheat in slightly Cd-contaminated regions. Meanwhile, no correlations were detected among soil-to-root, root-to-shoot, and shoot-to-grain translocation factors, implying that Cd uptake and internal translocation in crops were probably controlled by different underlying genetic mechanisms. Root-to-shoot Cd transport could be a favorable target trait for selecting and breeding low-Cd rice and wheat. In all, this review provides a comprehensive low-Cd crop list for remediation practice and a systematic meta-analysis inferring food Cd risks based on plant capacity for Cd accumulation and desired traits for low-Cd crop breeding.     

Influence of Cadmium Toxicity on Growth and Antioxidant Enzyme Activity in Rice Cultivars with Different Grain Cadmium Accumulation

Abstract

The effect of cadmium (Cd) toxicity on growth, lipid peroxidation, and antioxidant enzymes was studied using two rice cultivars, Bing 97252 with low and Xiushui 63 with high grain Cd accumulation. Plants were exposed to 0–5 μ M Cd in hydroponic culture. Cadmium stress inhibited plant height and chlorophyll content and altered melondialdehyde (MDA) content and the activities of superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), and peroxidase (POD). Roots and shoots responded differently to Cd in terms of antioxidant enzyme activity. Generally, the activities of SOD, POD, and CAT decreased with increase in Cd level, while the activity of MDA increased with increase in Cd level. With the increase in Cd concentration in nutrient solution, MDA content in shoots and roots of Xiushui 63 increased at a much higher rate than did that of Bing 97252 at both growth stages. At booting stage, a decrease of 46%–52% in SOD activity was noted in plant roots grown under 5 μ M Cd, while at tillering stage the decrease was 13%–19% compared with the control. A significant decrease in chlorophyll content and plant height was noted under higher Cd treatment (1.0 and 5.0 μ mol) at two stages. The higher MDA and lower chlorophyll content in the cultivar Xiushui 63 showed that it is more sensitive to Cd than the cultivar Bing 97252.     

不同基因型番茄幼苗对镉胁迫的生理响应及镉吸收差异

采用盆栽试验,通过研究不同浓度镉（1、5、10mg·kg-1）胁迫下4种基因型番茄圣粉1号、东圣1号、农城906和宝冠1号幼苗地上部及根部生物量、镉吸收量、活性氧含量（ROS）及其他生理指标,筛选出镉低积累基因型番茄品种。结果表明,不同基因型番茄对镉胁迫响应存在差异。随镉处理浓度增加,4个品种番茄幼苗地上部生物量显著下降（P〈0.05）。地上部Cd吸收量呈增加趋势,在中浓度（5mg·kg-1）镉处理下达到峰值,品种间为宝冠1号〉圣粉1号、农城906〉东圣1号。4个品种番茄幼苗Cd转移率随镉处理浓度增加显著降低,其中东圣1号Cd转移率较低,根部Cd滞留较多,向地上部转移较少。4个品种番茄幼苗生理活性存在差异,宝冠1号番茄幼苗ROS含量及抗氧化酶（POD,CAT）活性随镉处理浓度增加变化幅度较大,东圣1号变化幅度相对较小。综合各项指标,4个基因型番茄中东圣1号为镉低积累品种。     

生物炭对复合污染土壤—作物中镉砷累积和转运的影响

针对镉砷复合污染土壤中小麦籽粒重金属积累问题,采用生物模拟方法,以镉砷复合污染区土壤为研究对象,探究杏核生物炭(C1和C2分别表示3%和6%生物炭添加量)对复合污染土壤—小麦/玉米系统中镉砷累积和转运的影响。结果表明：添加生物炭(C1、C2)显著降低了小麦季根际/非根际土壤Cd、As有效性,并且小麦籽粒中Cd、As含量分别比CK平均降低19.25%和50.70%,但前者差异不显著。对玉米而言,生物炭C1、C2处理显著降低穗中Cd和As含量,降幅分别为85.67%,61.28%和98.36%,96.48%;此外,施用生物炭显著降低了小麦—玉米体系中镉砷的转运和累积,但对小麦镉由秸秆向籽粒转运及籽粒中镉累积的影响未达显著水平。总之,添加3%生物炭可降低小麦籽粒和玉米穗中镉、砷含量,且对玉米穗中重金属镉、砷降低效果更明显,综合分析生物炭对镉、砷在复合污染石灰性土壤—小麦/玉米体系中迁移和累积的阻控效应,推荐施用3%生物炭为宜。     

胶质芽孢杆菌对印度芥菜富集土壤Cd的效果

通过灭菌土培试验研究分别接种0,12.5,25,37.5,50,62.5ml/盆活菌浓度为1×109 cfu/ml的胶质芽孢杆菌,对印度芥菜修复Cd污染土壤的作用效果。结果表明,接入胶质芽孢杆菌菌液25ml/盆时,植物地上、地下部分对Cd的提取量分别为其他接种量的1.10～1.48倍,1.32～1.77倍。以不种印度芥菜作为对照,种印度芥菜处理的土壤Cd随着时间的变化去除效果有所不同,接菌后14d左右土壤Cd含量最低,收获时土壤Cd去除率可达到20%,显著提高其植物修复效果。同时,不同浓度的胶质芽孢杆菌均可以促进富集植物的生长,印度芥菜地上、地下部分生物量分别提高3%～16%,4%～61%。综上,胶质芽孢杆菌不但可以提高污染土壤中Cd的生物有效性,而且可明显促进超富集植物生长。     

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。     

土壤镉污染对不同品种杨树生长状况的影响

采用室外盆栽方法,以生长于辽宁省的5种不同杨树品种(分别为辽育1号、938-18、盖杨、辽育3号、小胡杨)为研究对象,通过研究不同杨树品种在土壤Cd胁迫条件下速生杨树品种对重金属Cd的反应,为Cd污染土壤的树木修复提供依据,并借以推动我国污染土壤树木修复工作的开展.研究结果表明,每一树种各处理之间的苗高、地径并没有显著差异.938-18、盖杨及小胡杨的生物量无显著差异,辽育系列苗木的生物量明显受镉污染的影响,低浓度的Cd污染刺激了苗木生长,高浓度的Cd污染对苗木造成了一定程度的伤害,抑制了苗木的生长.土壤中的Cd污染没有对938-18与小胡杨插穗生根数量造成影响.土壤中的Cd2 在一定程度上刺激了盖杨及辽育3号的生根数量.     

菜籽饼堆肥对水稻土壤Cd有效性及Cd在水稻全生育期转运与累积的影响

为研究菜籽饼堆肥对土壤Cd有效性和在水稻体内迁移转运与累积的影响,在Cd污染(Cd=0.72 mg/kg)土壤中施用不同添加量(0.75%,1.5%,3.0%)的菜籽饼堆肥,以未添加菜籽饼堆肥为对照(CK),并进行水稻盆栽种植试验。结果表明:(1)菜籽饼堆肥进入稻田土壤后会显著降低土壤中TCLP提取态Cd含量,在熟化期施用0.75%～3.0%的菜籽饼堆肥,与对照相比土壤TCLP提取态Cd含量下降了45.1%～68.7%。但水稻的种植会影响菜籽饼堆肥对土壤中TCLP提取态Cd含量的降低效果,使其含量随着水稻生育期的延长逐渐上升,但仍低于同时期的对照土壤。(2)施用菜籽饼堆肥能显著提高水稻产量,但同时也增加水稻糙米中Cd含量。与对照相比,施用0.75%～3.0%的菜籽饼堆肥,水稻糙米中Cd含量为0.04～0.14 mg/kg,低于国家食品中污染物限量标准(GB 2762—2012, Cd<0.2 mg/kg)。同时,每株水稻产量分别增加3.6～4.3 g/株,约为1 620～1 935 kg/hm^2。(3)施用菜籽饼堆肥会提高Cd在水稻体内的转运能力,同时显著提高水稻成熟期各部位Cd累积量,特别是地上部分。总体来说,施用菜籽饼堆肥增加水稻糙米中Cd含量,但依然保持在较低水平,满足中轻度Cd污染地区水稻的安全生产。但在Cd污染程度更高或者土壤Cd活性更强的土壤中施用菜籽饼堆肥,种植水稻糙米Cd含量可能高于国家食品中污染物限量标准。因此,在保证稻米安全的前提下对Cd污染稻田应该谨慎施用菜籽饼堆肥。