缺Fe预处理对Fe、Cd根际吸附与水稻吸收和转运的影响

采用蛭石-营养液联合培养试验,测定并比较了缺Fe预处理和正常Fe营养供应下水稻根际pH值、Eh、根际蛭石和根表吸附的Fe、Cd数量,及根系分泌的低分子量有机酸(LMWOAs)种类与数量,探讨了缺Fe预处理下的根际性状和LMWOAs对根际Fe、Cd吸附与水稻吸收转运的影响。结果表明,缺Fe预处理后水稻根际酸度增加,根际还原性增强,稻根分泌的低分子量有机酸降低;根际蛭石表面吸附的Fe变化不大,而稻根表面吸附沉积的Fe减少,根际蛭石非结晶态Cd含量增加,根表Fe膜中的Cd含量升高但不显著,水稻根系Cd含量和积累量上升,说明缺Fe减少了两种元素在根际和根表吸附位点的竞争,但由于Fe膜对Cd的阻挡作用有限,促进了水稻对Cd的吸收。不过,缺Fe导致水稻根部向地上部转运的Cd、Fe下降,可能与根内低分子量有机酸载体数量的下降有关。     

磁性HAP/Fe3O4材料去除水土环境中Cd的效果研究

为探究磁性羟基磷灰石/四氧化三铁(HAP/Fe₃O₄)纳米材料对水土环境中Cd的去除效果,以米糠为原料,采用水热法制备纳米材料,通过水中吸附实验和土壤培养实验对Cd去除效果进行研究。结果表明:pH为8时,HAP/Fe₃O₄对Cd的吸附更符合伪二阶动力学模型,吸附过程以化学吸附为主。溶液为酸性时,HAP/Fe₃O₄对Cd²⁺的吸附机制可能为表面吸附和生成沉淀,溶液为中碱性时,对Cd²⁺的去除以表面吸附以及离子交换为主。此外,HAP/Fe₃O₄在5次循环后吸附能力仍保持在较高水平,说明其作为吸附剂具有较高的可重复利用性。在土壤实验中,土壤pH随培养时间的延长和HAP/Fe₃O₄投加量的增加,总体呈上升趋势。与对照组相比,HAP/Fe₃O₄添加量为0.5%的处理显著降低了土壤CaCl₂提取态Cd含量,降幅为62%;浸出实验证明HAP/Fe₃O₄增强了土壤中重金属的滞留能力。HAP/Fe₃O₄纳米材料作为一种原料价格低廉且环境友好的吸附剂在处理水污染和修复土壤方面应用前景广阔。     

施用玉米秸秆生物炭对镉生物有效性及其胁迫下生菜生长的影响

为明确施用玉米秸秆生物炭对重金属镉（Cd）生物有效性及其产生的植株生长胁迫效应的影响,本研究向模拟土壤溶液中加入0%和2%（m/V）的玉米秸秆生物炭,在不同pH值（4.3和7.0）条件下,通过等温吸附实验分析了Cd²⁺在生物炭上的吸附行为,并结合生菜（Lactuca sativa var.longifolia）幼苗植株的生长、根毒性及其Cd积累量的研究,探讨了生物质炭影响下Cd生物有效性与其环境行为之间的关系。结果表明,生物炭表面负电荷量随溶液pH值的增大而增加,玉米秸秆生物炭能够通过静电效应吸附Cd²⁺;Langmuir方程能够较好地拟合Cd²⁺在玉米秸秆生物炭上的吸附行为,且方程表征的Cd²⁺最大吸附量参数Q_m随pH值的增大而增加。生菜幼苗的根长和干质量均随生物炭的施加而增大,而根中Cd积累量则随生物炭的施加而降低;与模拟土壤溶液中Cd总量（Cd_total）和根中Cd积累量相比,溶液中Cd²⁺浓度指标能够更好地预测幼苗根伸长抑制率RRE（r²=0.80,P<0.001）和根中Cd积累量（r²=0.88,P<0.001）。上述研究结果表明,施加玉米秸秆生物炭能够有效降低重金属污染物的生物有效性及其生态环境风险。     

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NH₄Cl和（NH₄）₂SO₄两种氮肥对土壤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NH₄Cl和（NH₄）₂SO₄均显著降低了土壤的pH,（NH₄）₂SO₄处理土壤pH低于施加NH₄Cl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（NH₄）₂SO₄和NH₄Cl均使土壤中有效态Cd含量增加。（NH₄）₂SO₄处理有效态Cd的浓度高于NH₄Cl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（NH₄）₂SO₄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。     

不同钙质钝化剂对稻田土壤溶液中Cd浓度的影响

为探讨不同钙质钝化剂对稻田土壤溶液中Cd浓度的影响,以一种Cd严重污染的农田土壤和两个水稻品种(台粳8号、Ⅱ优3301)为试验材料,采用盆栽试验法研究了三种钙质钝化剂(石灰石粉、白云石粉和消石灰)对土壤溶液Cd浓度以及相应的土壤Eh值和土壤溶液pH、Fe、Mn、TOC浓度动态变化的影响进行研究,并探讨了钙质钝化剂降低植稻土壤Cd有效性的机理。结果表明,在植稻期间,三种钝化剂均显著提高了土壤溶液的pH值,降低了土壤溶液中Cd、TOC、Fe和Mn的浓度和土壤的Eh值,降低了根表铁膜数量、铁膜Cd含量和水稻根系Cd含量。统计分析表明,土壤溶液Cd浓度与土壤Eh值、土壤溶液的TOC、Fe、Mn浓度之间均呈显著正相关,与土壤溶液pH值呈显著负相关,表明在酸性Cd污染的植稻土壤上,钙质钝化剂通过提高土壤pH值、促进土壤的还原、抑制Fe/Mn氧化物的还原溶解、减少水溶态有机物的形成等途径降低了土壤Cd的溶解性。钙质钝化剂抑制了水稻根表铁膜的形成、降低了铁膜对Cd的富集,从而也降低了水稻根系对Cd的吸收。在钝化剂种类、移栽时间和水稻品种三个外部因素中,水稻品种对土壤溶液中Cd的影响较大。在pH、Eh、TOC、水溶性Fe和Mn浓度等土壤因素中,水溶性Fe浓度成为影响水溶性Cd的主要因素(成熟期)。研究表明,三种钙质钝化剂对土壤溶液中Cd浓度的影响无显著差异,对根系Cd含量的降低效果因水稻品种而变。在提高土壤溶液pH方面,白云石粉的效果总体强于石灰石粉和消石灰。     

生物炭对水稻根际微域土壤Cd生物有效性及水稻Cd含量的影响

采用根际箱培养的方式,研究了在Cd污染土壤中施用生物炭对根际和非根际土壤pH值、Cd生物有效性及Cd在水稻植株不同部位累积量的影响。结果表明:土壤pH值随着输入生物炭比例增加有上升趋势。在不同用量生物炭添加下,根际和非根际土壤Cd有效态含量均有下降,其中,根际土壤在中用量(50 g·kg~(-1))生物炭处理下降幅最大,达13.9%;非根际第一、二层土壤在高用量(100 g·kg~(-1))生物炭处理下达显著差异(P0.05),分别下降了27.4%和22.9%,而第三层土壤Cd有效态含量在中用量(50 g·kg~(-1))处理下效果最明显,下降了29.2%。施加生物炭均降低水稻各部位Cd含量,且与对照相比,水稻根和糙米中Cd的含量在中用量(50g·kg~(-1))生物炭处理下达显著性差异(P0.05),分别下降了49.8%和81.2%;茎叶和稻壳分别在高用量(100 g·kg~(-1))和中用量(50 g·kg~(-1))处理下降幅最大,分别下降了28.2%和47.1%。由此可见,在Cd污染土壤中添加一定量的生物炭能提高土壤的pH值,降低土壤中Cd的生物有效性并抑制水稻对Cd的吸收。     

赤铁矿与巯基坡缕石复配对砷镉复合污染土壤修复效应研究

为探讨巯基坡缕石（MPAL）和赤铁矿（Fe₂O₃）对土壤重金属污染钝化阻控效应,以江西某农田Cd-As复合污染水稻土为供试土壤,采用盆栽试验研究了巯基坡缕石、赤铁矿单一以及复配处理下土壤pH值、Cd-As有效态与形态分布及水稻生物量和Cd、As、Fe含量。结果表明：施加不同材料后水稻籽粒生物量较对照显著增加了2.37~2.45倍,土壤中DTPA-Cd含量显著降低16.94%~22.57%（P<0.05）。土壤连续浸提形态分析显示,MPAL和Fe₂O₃复配处理提高了土壤中无定形态铁氧化物结合态Cd、As含量。MPAL和Fe₂O₃复配处理下水稻根系Cd和As含量降幅分别达7.14%、25.13%,不同处理下稻米Cd含量降幅为40.00%~60.00%,但籽粒As含量处理间差异不显著。研究表明,巯基坡缕石和赤铁矿复配材料可以有效降低土壤中Cd和As含量,减少水稻对Cd和As的吸收,具备Cd-As复合污染农田修复和安全利用的潜在应用价值。     

镉在水稻根际的生物有效性

综合介绍了水稻根际土壤中的 pH值、Eh值、有机质和微生物、其它金属元素及根分泌物等因素同镉的生物有效性之间的关系。提出水稻根系具有泌氧能力 ,使其根际微环境呈氧化状态。因而 ,土壤溶液中一些还原性物质被氧化 ,如Fe2 、Mn2 形成的氧化物在根表沉积成胶膜。胶膜及其根际环境对水稻吸收镉都有一定的影响。     

1-site/2-pKa表面络合模型预测土壤中Cd2+的吸附及生物有效性

土壤中重金属的生物有效性与其在土壤中的吸附行为密切相关,本研究选取我国9个不同类型的非石灰性土壤,探究了Cd²⁺在土壤中的吸附过程。通过电位滴定获得土壤表面酸碱性质（pK_a1和pK_a2）,基于1-site/2-pK_a模型,使用ECOSAT和FIT拟合得到土壤与Cd²⁺的络合常数（lg K _{（SOCd⁺）}）,结果显示该模型能很好地描述Cd²⁺在土壤中的吸附过程。为了进一步探究土壤性质对Cd吸附固定的影响,通过逐步回归分析了pK_a1、pK_a2、lg K _{（SOCd⁺）}与土壤性质间的关系,发现土壤pH和CEC是pK_a1的主控因子,土壤pH同时也是pK_a2、lg K _{（SOCd⁺）}的主控因子。为了验证模型的可靠性,结合历史文献,基于土壤pH和CEC预测了历史文献中土壤表面酸碱性质和lg K _{（SOCd⁺）},利用得到的参数预测了Cd的吸附过程,发现预测值与实测值之间有很好的相关性,该模型能解释86%的变异。此外,利用回归模型得到的结合常数预测了历史文献中土壤溶液中的Cd含量,发现模型预测的Cd含量与蚯蚓体内Cd含量同样具有很好的相关性,能解释83%的变异。本研究基于Cd²⁺在不同性质土壤中的吸附行为,使用广义复合法建立的表面络合模型可以描述Cd²⁺在非石灰性土壤中的吸附与分配过程。     

不同类型土壤淹水对pH、Eh、Fe及有效态Cd含量的影响

基于数据收集整理,分析了南方不同酸碱性土壤淹水后,土壤pH值、Eh值、Fe[Fe(Ⅱ)和无定型氧化铁]含量、有效态Cd含量和不同有机质土壤淹水后有效态Cd含量变化趋势,同时分析了pH、Eh、Fe变化趋势对有效态Cd含量的影响。结果表明:不同酸碱性土壤长时间淹水后,pH均趋于中性、Eh下降、Fe含量增加;有效态Cd含量在酸性和中性土壤中呈持续下降趋势,分别降低了42%和38%;在碱性土壤中降低了27%,其中淹水前15 d呈增加趋势,淹水15 d后逐渐减少。不同有机质含量土壤淹水后,有效态Cd含量在中高(≥20 g·kg~(-1))有机质土壤中降低78%,且为持续降低趋势;在中低(≤20 g·kg~(-1))有机质土壤中降低了52%,在淹水15~30 d增加,且淹水15 d有效态Cd含量要低于淹水60 d有效态Cd含量。土壤有效态Cd含量随着pH值增大而降低,且变化速率一致,即pH值增加速率大时,有效态Cd含量降低速率也大,反之亦然;土壤有效态Cd含量在淹水前15 d随Fe含量的增加而增加,淹水15 d后随着Fe含量增加而降低;整个淹水期间,土壤有效态Cd含量随着Eh值降低而降低。综上,酸性土壤和中高有机质土壤淹水后可有效降低土壤有效态Cd含量,碱性土壤淹水时间不低于30 d、中低有机质土壤淹水不超过15 d才能达到有效降低土壤有效态Cd含量之目的。     

氧化铁/水界面Cd吸附研究:CD-MUSIC模型模拟

以针铁矿和赤铁矿为研究对象,研究p H、Cd浓度等对不同类型氧化铁Cd吸附行为的影响,构建氧化铁Cd吸附的CD-MUSIC模型,并分析氧化铁表面Cd的形态分布特征。结果表明:氧化铁表面Cd吸附量和吸附密度均随p H升高、Cd浓度增大而增大。针铁矿对Cd的吸附量和吸附密度显著高于赤铁矿。CD-MUSIC模型能准确模拟Cd在氧化铁/水界面的吸附特征,拟合结果表明Cd主要以(Fe OH)2Cd+1、(Fe OH)2Cd OH0两种形态吸附在氧化铁表面,其在针铁矿和赤铁矿表面亲和常数(lg KCd)分别是7.3、12.8和6.1、11.0。Cd的形态分布受p H的影响显著,但几乎不受Cd浓度的影响。p H 5.0和7.0时,针铁矿的Cd形态分布与赤铁矿相似,(Fe OH)2Cd+1是主要吸附形态。p H 9.0时,针铁矿上超过80%的Cd以(Fe OH)2Cd OH0形态存在。赤铁矿上,Cd浓度较低时,(Fe OH)2Cd+1是主要吸附形态;随Cd浓度增大,(Fe OH)2Cd+1和(Fe OH)2Cd OH0所占比例均逐渐接近50%。     

Removal of Cd and Pb with biochar made from dairy manure at low temperature

Biochar(BC) derived from waste products is a cost-effective sorbent for remediation of metal-contaminated soils.We studied the kinetics and adsorption mechanisms for removal of metal ions,such as lead(Pb~(2+)) and cadmium(Cd~(2+)) with biochar.The adsorption capacities of BC for Pb~(2+) and Cd~(2+) increased after alkaline treatment.The highest sorption capacities were 175.53 and 68.08 mg g~(–1),for Pb and Cd,respectively.The Langmuir adsorption isotherm and pseudo second kinetic equation could well fit the adsorption processes,revealing that the sorption mechanisms of Pb~(2+) and Cd~(2+) by BC are complex and predominantly controlled by chemisorption.BC has a higher affinity for Pb than Cd,due to easy hydrolysis of Pb at low pH.Furthermore,precipitation as carbonate minerals(2PbCO_3·Pb(OH)_2 and CdCO_3) and complexation with functional groups(carboxyl and hydroxyl) were also important for adsorption of Pb and Cd by BC.     

不同钝化剂对稻田镉污染修复和迁移的影响

通过对镉污染稻田的原位修复治理试验,对比研究了改性电厂灰（BFA）、生石灰（CaO）、石灰石（CaCO₃）、稻壳生物炭（BC）、硫酸亚铁（FeSO₄）和零价铁粉（Fe）对镉污染稻田土壤钝化修复效果及Cd在土壤—水稻体系迁移的影响。结果表明：6种钝化材料处理对土壤总Cd及有效态Cd降低率变化范围分别为0.519～6.25 mg·kg^-1（-5.31%～14.5%）、0.290～0.330 mg·kg^-1（-3.13%～12.5%）,但处理之间无显著性差异。在200～600 kg·acre^-1施加量下CaO和CaCO₃处理可以使土壤pH值分别提高0.38～0.80、0.25～0.48个单位,施加改性电厂灰能够使土壤pH提升0.21～0.28个单位,生物质炭和铁粉处理对土壤pH无明显影响。与对照组相比,6种材料可使水稻产量增幅-6.20%～32.2%,籽粒Cd含量降低3.35%～61.0%,其中400 kg·acre^-1 CaO、600 kg·acre^-1 FeSO₄、600 kg·acre^-1 BFA处理对水稻籽粒中Cd含量降幅最大,分别达到61.0%、55.4%、44.2%;在土壤-水稻体系中,水稻不同部位对Cd的富集表现为根>茎叶>籽粒,其中400 kg·acre^-1 CaO、600 kg·acre^-1 FeSO₄、600 kg·acre^-1BFA处理均可降低水稻各部位对Cd的富集系数。     

黑麦草与丛枝菌根对番茄Cd质量分数及根际Cd形态的影响

采用大田试验研究在重金属Cd(5.943mg/kg)污染下,黑麦草和丛枝菌根对2个品种番茄("德福mm-8"和"洛贝琪")产量,Cd质量分数以及对根际Cd形态的影响.结果表明,黑麦草和丛枝菌根单一或复合处理使2个品种番茄果实、叶、茎、根及植株总干质量不同程度增加,增幅达2.67%~38.42%;同时显著降低2个番茄品种的果实、叶、茎及根部的Cd质量分数,降幅达4.59%~42.45%.番茄叶、根和茎为Cd主要积累部位,果实中Cd积累较少."洛贝琪"表现出Cd低积累特性,其果实Cd质量分数、积累量及植株Cd总积累量均低于"德福mm-8".在Cd污染土壤上,种植番茄的同时套种黑麦草或接种丛枝菌根,可减少土壤中可交换态(EXC-Cd),碳酸盐态(CABCd),铁锰氧化态(Fe-Mn-Cd)及Cd全量,其中土壤Cd全量降幅达8.65%~23.21%("德福mm-8")和15.89%~27.52%("洛贝琪").番茄果实Cd质量分数与土壤可交换态Cd,铁锰氧化态Cd质量分数之间呈显著正相关性关系(p0.05).接种丛枝菌根能促进黑麦草的生长及其对Cd的吸收,黑麦草地上部及总生物量、黑麦草Cd质量分数及Cd积累量均显著增加,分析番茄Cd质量分数与黑麦草Cd质量分数,二者呈显著负相关性(p0.05).     

全生育期淹水联合钝化材料对重度Cd污染下水稻生长和镉富集的影响

为解决中重度污染农田利用问题,本研究采集Cd含量为3.41 mg·kg~(-1)的污染土壤,应用盆栽试验方法,研究了全生育期淹水条件下,赤泥、海泡石、凹凸棒石和腐植酸四种钝化材料16个单一及复合配方对水稻产量、净光合速率、精米和米糠中Cd含量、铁膜Fe和Mn含量、土壤pH值和土壤有效态Cd含量的影响,以期为联合调控的效果提供数据支持。结果表明,四种钝化材料单施及复配均能不同程度增加稻米的产量和叶片的净光合速率,稻米产量与净光合速率呈显著正相关。所有钝化处理均显著降低了精米和米糠中Cd含量,0.5%赤泥、1.0%赤泥、1.0%海泡石、0.5%海泡石+0.5%赤泥、1.0%海泡石+1.0%赤泥、1.0%凹凸棒石+1%赤泥、0.5%海泡石+0.5%赤泥+0.5%腐植酸、1.0%海泡石+1.0%赤泥+1.0%腐植酸等9个处理均能使精米中Cd含量达食品中污染物限量标准(GB 2762—2017)(0.2 mg·kg~(-1)),其中0.5%海泡石+0.5%赤泥处理不仅对稻米Cd含量的降幅最大,而且投入量和经济成本较低。除单施腐植酸外,其他14个钝化处理均提高了土壤的pH值,显著降低了土壤有效态Cd的含量。土壤有效态Cd含量与土壤pH呈显著负相关。精米Cd含量与土壤pH呈负相关,与土壤有效态Cd含量呈正相关。所有钝化材料显著降低了水稻根系铁膜上Fe、Mn和Cd的含量,且精米Cd含量与铁膜Fe、Mn和Cd含量呈正相关,铁膜Cd含量与Fe含量呈显著正相关。这说明,16种钝化处理均能促进水稻的光合作用,进而增加水稻的产量;均能通过提高pH,降低土壤Cd有效态含量来减少水稻籽粒对Cd的富集(除单施腐植酸外);均能通过减少铁膜上Fe和Mn的含量,阻止铁膜对Cd的吸收,进而减少水稻对Cd的吸收和富集。0.5%海泡石+0.5%赤泥处理最佳。     

不同外源镉对水稻生长和富集镉的影响研究

为了探究不同来源镉对水稻富集镉的影响,通过盆栽种植水稻实验,以外源添加镉方式分别模拟土壤镉污染源、灌溉水镉污染源和大气降水镉污染源,对水稻的生长及其镉的含量和分布特征进行分析。结果表明:与对照相比,三种不同污染源中镉的含量对水稻株高以及稻谷的重量无显著影响(P0.05)。水稻植株各部位的镉含量随着污染源中镉浓度的升高而显著增加(P0.05),其中土壤污染和灌溉水污染处理下水稻植株中镉含量分布为根茎叶谷壳糙米,叶面污染为叶根茎谷壳糙米。无论是在同一污染源不同镉浓度还是不同单一污染源下,糙米中镉的含量与叶面中镉的含量呈显著线性关系(P0.05)。三种污染源对糙米富集镉的贡献顺序为叶面污染源灌溉水污染源土壤污染源。     

矿物调理剂对稻田土壤镉形态和水稻镉吸收的影响

【目的】探索施用调理剂对稻田土壤镉形态和水稻镉吸收的影响,为调理剂的田间应用提供指导。【方法】选取一种碱性矿物源复合材料作为供试调理剂,采用水稻盆栽试验动态取样方法,研究调理剂对不同生育时期稻田土壤镉形态及镉在植株体内迁移的影响。【结果】矿物调理剂有效提高土壤pH,降低土壤有效态镉（DTPA-Cd）含量,促进土壤镉的可利用态持续向难利用态或残渣态转化。矿物调理剂显著降低水稻根系、茎叶、谷壳和糙米镉含量,且其用量分别与水稻根系、茎叶、谷壳、糙米镉含量呈显著负相关。水稻各部位镉含量与土壤DTPA-Cd、返青期土壤可交换态镉和孕穗期土壤可交换态镉呈极显著正相关,与返青期土壤可氧化态镉和孕穗期土壤可还原态镉呈极显著负相关。不同生育时期水稻根系和茎叶中镉含量的显著不同,对照处理（CK）不同生育时期根系镉含量的大小顺序为：成熟期≈返青期＞拔节期＞分蘖期＞孕穗期;茎叶镉含量的大小顺序为：返青期＞成熟期＞分蘖期＞拔节期＞孕穗期;成熟期时,与对照相比,矿物调理剂对水稻根系、茎叶、谷壳和糙米镉含量的最大降幅依次为92.0%、94.1%、86.3%、80.6%;当调理剂用量达到5 g·kg^-1土时,糙米镉含量低于食品安全国家标准（0.2 mg·kg^-1）。水稻各部位镉含量顺序为根系＞＞茎叶＞＞糙米＞谷壳。由不同生育时期镉从根系向茎叶的转运系数可知,矿物调理剂对水稻生育前期镉的阻控效果优于生育后期。【结论】该调理剂可促进土壤中高活性镉向低活性转化,抑制水稻各器官对镉的吸收富集。