土壤环境质量指导值与标准研究 Ⅴ.镉在土壤-作物系统中的富集规律与农产品质量安全

通过查阅国内现有镉污染农田土壤和作物中镉含量的相关资料,包括近30年来公开发表文献、国家"七五"科技攻关环保项目"土壤环境容量研究"等科研成果,结合本实验室在长江三角洲、珠江三角洲典型地区污染农田调查数据,经筛选后从88组研究中共收集到镉污染农田土壤和作物中镉含量对应数据509对。根据镉盐来源,将收集的数据分为污染农田调查数据和添加镉盐试验数据;根据作物不同,分为水稻、小麦、茎/叶类蔬菜、根菜和果菜地调查数据。采用富集系数和一元回归模型的方法基于土壤镉含量预测作物可食部分镉含量;采用多元回归模型的方法基于土壤镉含量和土壤pH预测作物可食部分镉含量。结果表明,回归模型对作物可食部分镉含量的预测效果明显优于富集系数中位值;回归模型95%预测上限对作物可食部分镉含量的保守预测优于富集系数90分位值。土壤pH显著影响作物对镉的吸收。影响模型回归效果和预测能力的主要因素是数据分布不均和数据量不足。模型对比后选用多元回归模型的95%预测上限推导稻田和茎/叶类蔬菜用地基于农产品质量安全的土壤镉含量环境基准。     

不同蔬菜对土壤Cd、Pb的累积能力研究

采用盆钵实验法,研究不同蔬菜对土壤Cd、Pb的吸收能力差异。结果表明蔬菜对土壤Cd、Pb吸收能力的种间差异十分显著。不同作物可食部分对镉的富集能力为:青菜>萝卜>莴苣>四季豆>黄瓜>番茄;不同作物可食部分对Pb的富集能力为:青菜>四季豆、萝卜>黄瓜>番茄、莴笋。作物的Cd、Pb吸收量与土壤浓度正相关;随着土壤含量的增加,青菜和萝卜的Cd、Pb累积系数显著提高,而黄瓜和四季豆的Pb累积系数则大幅降低;铅镉交互作用对作物的铅吸收无显著影响,但对镉吸收有显著影响,尤其是萝卜的Cd吸收量随土壤Pb的增加而明显降低。与其他作物相比,番茄Cd、Pb富集能力均较小,在轻度铅镉污染的农田中种植其食品安全的风险性较低。     

蔬菜对土壤镉铜锌富集能力的研究

调查了福建部分污染严重地区不同蔬菜对镉、锌、铜的富集能力。结果表明蔬菜对镉的平均富集系数为0.017，锌的平均富集系数为0.116，铜的平均富集系数为0.014。蔬菜对镉的富集系数的品种间差异最大，达315倍，远高于锌和铜的富集系数的品种间差异。茭白、豇豆和莲藕对镉的富集能力较低，可作为镉污染土壤优先选种的蔬菜品种，而青包菜、白包菜、芥菜、空心菜、芋头等对镉的富集系数较高，不宜在镉污染土壤上栽培。     

无瓣蔊菜对镉的积累特性研究

为从农田杂草中筛选出镉超富集植物用于镉污染农田的修复,本研究以无瓣蔊菜为试验材料,通过模拟不同浓度镉胁迫条件,探究不同镉浓度处理对无瓣蔊菜生长量、光合色素含量以及镉富集特性的影响,揭示无瓣蔊菜对镉污染土壤的修复能力。结果表明,随着土壤镉浓度的增加,无瓣蔊菜的生长受到抑制但无毒害症状,当土壤镉浓度≤75 mg·kg-1时,无瓣蔊菜的叶绿素含量有所降低,但与对照间无显著性差异;当土壤镉浓度达到75 mg·kg-1时,无瓣蔊菜地上部分镉含量为112.77 mg·kg-1,根系镉含量为69.87 mg·kg-1,且植株根系和地上部分对镉的富集系数(BCF)和转运系数(TF)均大于1,说明无瓣蔊菜是一种镉富集植物。转运量系数(TAF)以及镉积累量与土壤镉浓度的回归分析表明,镉在无瓣蔊菜中的分布规律为地上部分根系。当土壤镉浓度≤50mg·kg-1时,镉元素从根系到地上部分的转运能力增强,有利于无瓣蔊菜富集镉。综上所述,无瓣蔊菜对镉有很强的耐性,可吸收土壤中的镉,并转运积累到地上部分,收获后将其迁移出土壤,以达到修复镉污染的目的。无瓣蔊菜适用于镉污染浓度在75 mg·kg-1以内的农田修复。本研究为筛选优良超镉富集植物材料提供了相关的科学依据。     

大豆和小麦对土壤中镉的吸收与富集研究

在温室条件下,采用盆栽方法研究了大豆和小麦在全镉含量为0.211~2.011 mg/kg的土壤中生长状况以及对镉的吸收与富集特征。结果表明,试验所设土壤镉含量对两种作物的株高和单盆籽粒数没有影响。随土壤镉含量的增加,两者单盆产量呈先增加后降低的趋势。大豆籽粒在土壤全镉含量为0.211~0.811 mg/kg时,小麦籽粒在土壤全镉含量为1.411~2.011 mg/kg时更容易积累镉。添加镉能明显增加两种作物植株各部分镉含量。外源添加镉对大豆的转移系数影响不明显,但能增加小麦的转移系数。两种作物的富集系数基本表现为根>茎叶>籽粒。在土壤全镉含量低于0.511 mg/kg时,大豆根和茎的富集系数接近或大于1.0,对镉的吸收较强。在土壤全镉含量高于0.811 mg/kg时,小麦茎叶的富集系数接近或大于1.0,对镉的吸收较强。小麦根的富集系数均高于大豆,且大于1.0,前者具有更高的镉富集能力。     

复合污染土壤上几种叶类蔬菜对Cd和As的富集效应

[目的]不同蔬菜镉、砷富集系数各异,对镉和砷污染土壤的响应也不同。研究复合污染土壤上不同叶类蔬菜对Cd和As的积累效应,为轻度中度Cd和As污染土壤的合理与安全利用提供适宜的蔬菜种类。[方法]采集了西安市12个污染程度不同的菜地耕层土壤,于2015年3月6日5月26日在西北农林科技大学资源环境学院遮雨大棚内进行了盆栽试验。供试7种叶菜,包括菠菜、油菜、生菜、油麦菜、苋菜、空心菜和茼蒿。蔬菜收获后,测量了蔬菜产量、Cd和As含量与吸收累积量,计算了蔬菜对Cd和As的富集系数等,并用线性回归模型研究了不同蔬菜栽培的土壤Cd和As安全临界值。[结果]镉污染土壤(0.6~2.4 mg/kg)对大多数蔬菜生物量有抑制效应,中、低浓度镉砷复合污染(Cd 1.0~2.4 mg/kg,As 24.9~26.8 mg/kg)对供试蔬菜生长没有叠加效应。镉污染土壤上,菠菜、油菜、苋菜叶、生菜可食部Cd含量均超出食品安全限量标准(0.2 mg/kg),其中菠菜和油菜Cd最高超标4倍以上;而茼蒿和空心菜茎秆Cd未超标。虽然供试蔬菜砷含量随着土壤砷含量增加有升高趋势,但叶菜As含量没有超标。7种蔬菜Cd富集系数为0.083~0.491,高低顺序为油菜、菠菜、生菜和苋菜叶>油麦菜、苋菜茎和空心菜叶>空心菜茎和茼蒿。菠菜、油菜、生菜、油麦菜、苋菜、空心菜和茼蒿土壤Cd安全临界值分别为0.33、0.38、0.46、1.15、0.59~1.79、1.49~8.16和8.98~17.11 mg/kg,其中菠菜、油菜和生菜阈值与现行标准(0.3~0.6 mg/kg)相当,而油麦菜、苋菜、空心菜和茼蒿均大于土壤重金属污染限量值。As富集系数为0.002~0.006,空心菜叶和茼蒿叶片As富集系数显著高于其他蔬菜。7种蔬菜的土壤As临界阈值分别为62.31、70.35、70.21、67.41、67.86~90.43、57.21~75.70和72.43~105.06 mg/kg,均高于现行标准(25 mg/kg)。[结论]中等程度的Cd和As复合污染土壤上,Cd对蔬菜的生长有显著的抑制,As与Cd没有叠加作用。不同蔬菜的产量、污染程度和安全阈值等有显著差异,因此选择低富集、抗污染蔬菜品种是利用中低重金属污染土壤的一条可行途径。空心菜和茼蒿对Cd富集系数低,可推荐在中、低污染土壤上种植。     

土壤施用富集植物秸秆对荠菜镉积累的影响

通过在镉污染土壤中施用镉富集植物碎米荠、旱莲草、豆瓣菜和小飞蓬秸秆,研究了四种镉富集植物秸秆施入土壤对荠菜镉积累的影响。结果表明:四种镉富集植物秸秆施入土壤均提高了荠菜地上部分生物量、总生物量和抗性系数,同时也提高了荠菜叶片SPAD值(绿色度)。土壤施用旱莲草秸秆提高了荠菜茎、叶片及地上部分的镉含量,分别比各自对照提高了23.81%、1.51%和10.95%,同时也提高了土样有效态镉含量,其余三种处理均低于各自对照。土壤施用旱莲草秸秆的荠菜整株镉积累量显著高于未施用,为43.82μg plant-1,比未施用提高了17.35%,而其余三种处理的荠菜整株镉积累量均低于未施用。因此,土壤施用旱莲草秸秆能够提高荠菜对土壤镉的吸收与积累,有利于提高荠菜对镉污染土壤的修复。     

磷肥杂质对土壤生态环境的影响

阐述了磷肥中有毒有害成分重金属镉(Cd)、放射性元素和三氯乙醛对土壤生态环境的影响,论述了施用磷肥对土壤和作物产品重金属含量的影响;讨论了土壤、作物和肥料Cd含量标准的制定;指出一般农田短期内不存在Cd污染,但对长期大量施用磷肥的地区和特定作物(如根叶类蔬菜)施用磷肥须谨慎.在现有施肥水平下,磷肥中放射性杂质不会导致土壤放射性污染.废酸磷肥中的三氯乙醛含量必须控制在作物临界剂量以下,并应采取适当施肥方法.     

牛繁缕对镉的积累特性研究

以牛繁缕为试材,采用盆栽试验研究其在不同镉浓度条件下的镉积累特性。结果表明:牛繁缕根系生物量、地上土壤部分生物量和总生物量均随土壤镉浓度的升高而降低。在土壤镉浓度小于100 mg kg-1时,牛繁缕的抗性系数均大于0.5;当土壤镉浓度为25 mg kg-1时,抗性系数最大,为0.931。在不同镉浓度条件下,牛繁缕光合色素的合成会受到一定程度的抑制,叶绿素b、类胡萝卜素和叶绿素总量均随镉污染浓度的增加而逐渐降低,但叶绿素a和a/b值则表现为波动变化的趋势。随土壤镉浓度的增加,牛繁缕根系及地上部分镉含量呈增加的趋势;当土壤镉浓度为100 mg kg-1时,牛繁缕地上部分镉含量为118.94 mg kg-1,大于镉超富集植物临界值(100 mg kg-1)。牛繁缕根系和地上部分富集系数均大于1,但转运系数小于1。牛繁缕根系、地上部分和整株的镉积累量最大分别能达到449.05、126.07、532.83μg plant-1,生物富集量系数及转运量系数均随土壤镉浓度的增加而降低。在土壤镉浓度不高于75 mg kg-1时,牛繁缕生物富集量系数大于1 g plant-1,但各个镉处理下的转运量系数均小于1。由此可见,牛繁缕是一种镉富集植物,具有较强的镉富集能力,可用于镉污染农田的修复。     

菜地土壤铅、镉有效态与生物有效性研究

通过野外采样、室内测试分析,探讨重庆市北碚区菜地土壤铅、镉的有效态含量及生物有效性。结果表明：研究区菜地土壤铅、镉有效态平均含量为3.114,0.051mg/kg,生物有效性系数分别为7.7%,25.1%;小白菜可食部分铅、镉平均含量分别为0.123,0.021mg/kg,富集系数分别为0.4%,9.8%;从富集系数和生物有效性系数看,研究区菜地土壤镉的潜在生态风险要大于铅的。研究区菜地土壤理化性质中pH对有效态镉有显著影响;砂粒、粘粒和有机质对有效态铅含量有显著影响;铅、镉有效态与全量变化一致,全量是有效态含量的主要影响因素;土壤类型对铅、镉有效态含量有影响;在人类活动中交通对有效态铅含量有影响,肥料的施用对有效态镉含量有影响。菜地土壤中铅、镉有效态含量与小白菜可食部分铅、镉的含量相关性优于全量的,用土壤中铅、镉的有效态表征铅、镉的生态风险更准确。     

我国主要土壤剖面酶活性状况

本世纪五十年代以来,由于科学的发展以及新技术的引入,土壤酶的研究愈来愈为人们所重视。试验研究已证明,土壤酶是土壤的组成分之一。     

青藏高原农田生态系统碳平衡

为探讨青藏高原农田生态系统碳平衡规律及其影响因子 ,并揭示其对全球含碳温室气体源、汇变化的贡献与响应 ,1 998～ 1 999连续 2年在拉萨农业生态站农田用静态箱法和生物量取样法开展土壤—植被界面CO2 吸收与排放的试验研究。农作物生长季 ,以冬小麦为例 ,生长前期 (从播种到拔节 )土壤碳排放量高于植被碳固定 ,生长后期 (灌浆到成熟 )则是植被碳固定高于土壤碳排放量 ,从全年来看 ,土壤碳排放量略高于植被碳固定     

太仓菜地土壤硝态氮状况

本文研究了不同种植制度对农田土壤NO3--N含量的影响。结果表明,由于管理方式不同,大棚蔬菜地土壤中NO3--N明显高于其它管理方式下的土壤,NO3--N含量依次为:大棚蔬菜地>露天蔬菜地>传统菜地>稻田。此外,大量的N肥投入带来了土壤pH的改变。土壤pH(y)值与土壤NO3--N含量(x)呈线性负相关(y = -9.961x 98.095 R2 = 0.151 n=84),经统计检验相关性达极显著水平。 -     

云南省烟区土壤中的放射性核素

核辐射危害人类健康，是造成多种全身性疾病，如造血功能障碍，白血病、神经系统疾病和恶性肿瘤等的重要诱因。与所有的食品相比较，烟叶中的天然^238U、^232Th、^226Ra和^137Cs等放射性核素含量较高而引起对人体的危害。因此，有效降低烟叶中的放射性核素含量对于保护吸烟者的身体健康至关重要。     

植物不对称体细胞杂交的研究进展

本文就不对称体细胞杂交研究的方法 ,不对称体细胞杂种的形态学、细胞学、同工酶分析及分子生物学等方面的研究进行了综述。