基于土壤-稻米镉传输模型的太湖流域水稻禁产区筛选研究

为了保障太湖流域稻米安全,采用建立土壤-稻米镉传输模型及基于模型输出结果的地质统计学方法筛选稻米禁产区。监测数据的统计结果表明,本区域稻田土壤Cd超过土壤环境质量标准（0.3mg.kg-1）的比率为4.85%,2005年的监测结果与60年代背景值相比土壤Cd平均含量增加了50%。采用逐步回归分析分别建立了晚稻及高、低吸收型早稻土壤-稻米Cd传输模型。结果表明,除水稻自身内因影响其对土壤Cd的吸收外,在大田条件下土壤Cd含量、Zn含量、土壤pH值、土壤质地（土壤粘粒含量、土壤砂粒含量）等是影响水稻吸收Cd的主要环境因子。以土壤-稻米Cd传输模型输出结果为数据源,采用地质统计学中的序贯高斯条件模拟值法计算研究区不同类型稻米禁产区,结果表明研究区有0.05%的区域种植晚稻存在超标情况,1.47%的区域种植高吸收型早稻存在超标情况,所有的稻田如种植低吸收型早稻都不会导致稻米Cd超标,这一结果与采用《土壤环境质量标准》（GB15618—1995）二级值筛选的3.3%的超标区有较大的差别性,说明仅以《土壤环境质量标准》（GB15618—1995）为依据筛选稻米禁产区有其应用限制性。     

稻田土壤和稻米中重金属潜在污染风险评估与来源解析

该文选择贵州省典型城市(都匀市)周边水稻种植区为研究区,系统采集了稻田土壤和稻米样品各110个,测定土壤和稻米中Cd、Hg、As、Pb和Cr含量,基于多元统计分析和污染风险评价等分析方法,揭示了研究区稻田土壤重金属污染的主要来源及土壤和稻米中重金属存在的潜在风险。结果表明,与贵州土壤重金属背景值相比,稻田土壤中Cd、Hg、As、Pb和Cr超标率分别为14.55%、40.00%、16.36%、22.72%和13.64%,主要以Hg污染问题最为突出。稻米中只存在3.64%Cd超标,Hg、As、Pb和Cr平均含量均低于国家食品安全标准限定值(GB 2762-2017),说明当地居民食用稻米存在最大的潜在威胁为Cd污染稻米。稻田土壤重金属来源分析结果表明,稻田土壤中Cd、Hg、As和Pb之间呈显著正相关关系,说明土壤中Cd、Hg、As和Pb具有相同的来源,主要来源于当地铅锌矿冶炼、火电厂等污染点源排放的污染物;Cr与其他元素相关性不显著,主要来源于成土母质,为自然来源元素。     

调理剂配合紫云英还田降低水稻土镉的生物有效性

【目的】研究紫云英(Astragalus sinicus L.)还田及配施石灰或生物炭等不同土壤调理剂,对镉(Cd)污染水稻土中Cd有效性及水稻吸收转运Cd的影响,以期为我国南方Cd污染稻田的修复和水稻的安全生产提供理论依据和技术支撑。【方法】盆栽试验在湖南省土壤肥料研究所科研实验基地进行,供试土壤为重度污染的水稻土(总镉1.27 mg/kg、有效镉0.15 mg/kg)。以水稻收获后冬闲为对照(CT),设冬季种植并翻压等量紫云英3个处理：紫云英单独还田(GM)、紫云英还田+石灰(GL)、紫云英还田+生物炭(GB)。在水稻分蘖期和成熟期,测定土壤主要理化性质和有效Cd含量,测定水稻各器官吸收和富集Cd量,并于成熟期测定水稻产量。【结果】1) GM处理提高了水稻分蘖期土壤有效Cd含量和水稻根部Cd富集系数,但GM处理降低了分蘖期水稻茎叶Cd含量,对稻米中Cd含量没有显著影响;GM处理对水稻成熟期土壤pH无显著影响,但提高土壤微生物量碳(MBC)的效果最好(P<0.05)。2) GL处理和GB处理均显著提高了土壤pH,降低了土壤Cd活化率和有效Cd含量,两处理分别平均降低了分蘖期水稻...     

腐植酸水溶肥部分替代化学氮肥对土壤-水稻体系镉迁移富集的影响

为探明腐植酸水溶肥部分替代化学氮肥对调控镉(Cd)在土壤-水稻体系吸收转运效果,采用盆栽试验方法,设置不施氮肥(CK)、化学氮肥(CF)、替代20%化肥氮(HF1)、替代45%化肥氮(HF2)及替代70%化肥氮(HF3)5个处理,探究腐植酸水溶肥部分替代化学氮肥对Cd高污染酸性稻田土壤有效态Cd含量及水稻各部位Cd吸收、转运和积累的影响。结果表明:施氮和腐植酸水溶肥替代氮肥处理均不同程度降低土壤pH、增加土壤有效态Cd含量,土壤有效态Cd含量随腐植酸水溶肥替代比例增加而升高,但差异不显著;施氮和腐植酸水溶肥替代氮肥处理促进水稻植株各部位对Cd的吸收富集,显著影响器官间Cd的转运。与CF处理相比,HF2和HF3处理分别显著提高Cd转运系数TF叶片/茎秆90.00%和190.00%,分别提高叶片Cd富集系数100.00%和233.33%,分别降低转运系数TF糙米/穗轴35.06%和41.56%,抑制了Cd向稻米迁移分配;施氮能有效促进干物质形成,与CF处理相比,HF2处理显著提高糙米和地上部干物质重,分别达26.82%和23.03%,有利于稻米干物质重形成。本试验条件下,腐植酸水溶肥适宜替代氮肥45%～70%能提高水稻干物质重,有效降低Cd向稻米迁移富集。     

硒与黄腐酸组配对水稻镉吸收的影响

以Cd污染水稻土为研究对象,采用盆栽试验研究不同用量Se(0.5,1.0 mg/kg)与黄腐酸(0.6,1.2 g/kg)组配对水稻吸收积累镉的影响,并探讨其作用机理,以期为Cd污染稻田的安全利用提供科学依据。结果表明:单施Se可使土壤pH提高0.08～0.23个单位,土壤CaCl_2提取态Cd含量降低8.6%～20.9%,水稻地上部各器官Cd含量显著降低29.4%～39.5%,单施Se能有效降低水稻吸收Cd,并阻控Cd向地上部以及籽实中的转运。单施黄腐酸能显著降低土壤pH,但对土壤CaCl_2—Cd含量、水稻各器官Cd和Se含量(除低量黄腐酸处理叶片和糙米Cd含量外)及水稻各器官Cd的分配无显著影响。Se与黄腐酸组配对土壤pH的影响取决于二者的用量,黄腐酸与高量Se组配处理显著降低CaCl_2提取态Cd 16.5%～21.9%。Se与黄腐酸组配处理能显著减少水稻Cd的吸收及向地上部和籽粒的转运,更为有效地降低稻米Cd含量,高量Se与黄腐酸组配的2个处理与对照相比,稻米Cd含量分别降低38.1%和50.2%。总体来看,施Se能有效降低稻米Cd含量,而Se与黄腐酸配合施用降Cd效果更佳。     

不同施用量石灰和生物炭对稻田镉污染钝化的延续效应

为筛选适用于西南地区稻田土壤及农作物Cd污染的修复技术,采用田间小区试验比较了单施石灰、生物炭以及复合施用石灰+生物炭及其不同用量对Cd污染稻田的土壤基本理化性质、稻米Cd含量及其水稻各部位富集转运的影响。结果表明:第1年修复试验中,单施石灰和生物炭以及复合施用均可降低稻米Cd含量以及水稻各部位富集和转运系数,且随着施加量的增加稻米Cd含量呈降低趋势,土壤至水稻根系Cd富集系数呈先降低后增加趋势,复合施用(石灰(1.5 t/hm^2)+生物炭)效果优于单施石灰和生物炭,与对照相比,稻米Cd含量降低57.14%~88.57%,土壤至水稻根系富集系数降低22.06%~32.96%;施用石灰可显著提高土壤pH和降低土壤有效态Cd含量。第2年修复剂施用延续效应试验中,石灰在短时间内降低土壤有效Cd和稻米Cd的效果较好,但其长效性和稳定性不及生物炭,与对照相比,单施石灰和生物炭以及复合施用土壤有效Cd分别降低2.97%~25.19%,13.94%~23.41%,1.93%~21.41%,稻米Cd含量分别降低0.72%~34.87%,12.11%~49.14%,36.55%~51.71%。总体来看,设定试验条件下,复合施用(石灰(1.5 t/hm^2)+生物炭(3.0 t/hm^2)),效果最优。     

稻米镉的生物富集系数与其影响因素的量化关系

为进一步明确田间环境中稻米镉的生物富集系数(BCF)与其影响因素的定量关系,以原农业部环境监测总站对我国南方水稻产地的例行监测数据为基础,系统分析了土壤有效镉、pH、土壤有机质(SOM)及阳离子交换量(CEC)与稻米镉BCF的相关关系,并通过多元线性回归构建了二者间的定量关系模型。结果表明:研究区域土壤全镉范围为0.25～10.34 mg/kg,平均值为1.94 mg/kg,是我国《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB15618—2018)中镉污染风险筛选值(0.4 mg/kg)的4.85倍;简单线性相关分析表明,稻米镉的BCF与土壤有效镉和SOM呈极显著正相关(P<0.01),相关系数分别为0.395和0.474,与p H呈极显著负相关(P<0.01),相关系数为–0.470,与CEC呈显著负相关(P<0.05),相关系数为–0.200;通过多元线性回归得到土壤有效镉、pH和SOM构建的三因子量化关系模型lgBCF=–0.346pH+0.013lgSOM+0.181lgCdavailable+2.001(R2=0.560,P<0.01,n=1...     

不同土壤调理剂对轻度镉污染稻田修复效果比较

为探究轻度镉(Cd)污染稻田的治理修复方法,选用天象土壤调理剂(TX)、秸秆炭材料(JGT)和3种森美思纳米材料(SAX1、PX4、WH4P),在安徽铜陵矿区附近Cd轻度污染水稻田开展了连续两年的田间小区试验,研究了5种土壤调理剂对Cd轻度污染稻田当年与次年土壤有效态Cd含量、土壤pH、水稻产量和Cd含量的影响.结果表...     

湖南两种母质发育土壤的稻米镉积累差异

采用盆栽试验方法,以外源添加镉模拟土壤镉污染,研究了湖南两种母质发育土壤的稻米镉(Cd)积累差异。结果表明,在0.3~3.0 mg kg~(-1)的土壤Cd范围内,Cd对水稻产量无显著影响。水稻茎叶和糙米Cd含量随着土壤Cd浓度的升高而增加,麻砂泥添加Cd至0.9 mg kg~(-1)时,糙米Cd含量为0.20 mg kg~(-1),达到超标临界值,红黄泥添加Cd至3.0 mg kg~(-1)时,糙米Cd含量(0.19 mg kg~(-1))接近超标临界值。2种母质发育土壤上水稻茎叶对Cd的转运效率与土壤Cd浓度呈负相关,当添加土壤Cd至3.0 mg kg~(-1)时,麻砂泥和红黄泥上水稻茎叶对Cd的转运效率分别降低25.0%(P0.05)和27.2%(P0.05)。土壤Cd浓度影响水稻糙米对Cd的富集能力,随着土壤Cd浓度的升高,水稻糙米对Cd的富集能力下降。回归分析表明,麻砂泥和红黄泥上引起稻米Cd超标的土壤Cd含量临界值分别为1.37 mg kg~(-1)和3.56 mg kg~(-1),说明麻砂泥上的稻米Cd超标风险高于红黄泥,而这种差异主要归咎于2种母质发育土壤的p H、CEC、粒径分布及矿物组成差异。     

土壤主要理化性质对湘粤污染农田镉稳定效果的影响

利用盆栽试验研究了稳定剂(石灰、海泡石联合施用)对湖南、广东两省区不同性质土壤上生长的小青菜(Brassica chinensis L.)生物量、重金属吸收以及土壤pH和重金属提取态含量的影响,探讨了影响镉(Cd)稳定修复效果的土壤性质参数。结果表明:施加稳定剂对增加酸性土壤上小青菜生物量效果显著,土壤pH、有机质(OM)、全量Cd和黏粒是影响小青菜生物量变化的主要因素;土壤pH、阳离子交换量(CEC)、OM、黏粒是影响小青菜Cd含量变化的主要因素;土壤pH、CEC、全量Cd和黏粒是影响土壤提取态Cd含量变化的主要因素。     

The bioaccumulation of Cd in rice grains in paddy soils as affected and predicted by soil properties

Purpose

The area of cadmium (Cd)-contaminated soil in China is increasing due to the rapid development of the Chinese economy. To ensure that the rice produced in China meets current food safety and quality standards, the current soil quality standards for paddy soils urgently need to be updated.

Materials and methods

We conducted a pot experiment with 19 representative paddy soils from different parts of China to study the effects of soil properties on bioaccumulation of Cd in rice grains. The experiment included a control, a low treatment concentration (0.3 mg kg^–1 for pH?<?6.5 and 0.6 mg kg^–1 for pH?≥?6.5), and a high treatment concentration (0.6 mg kg^–1 for pH?<?6.5 and 1.2 mg kg^–1 for pH?≥?6.5) of Cd salt added to soils.

Results and discussion

The results showed that the Cd content in grains of the control and low and high Cd treatments ranged from 0.021 to 0.14, 0.07 to 0.27, and 0.12 to 0.33 mg kg^–1, respectively. Stepwise multiple regression analysis indicated that soil pH and organic carbon (OC) content could explain over 60 % of the variance in the (log-transformed) bioaccumulation coefficient (BCF) of Cd in grains across soils. Aggregated boosted trees analysis showed that soil pH and OC were the main factors controlling Cd bioavailability in paddy soils. Validation of the models against data from recent literature indicated that they were able to accurately predict the BCF in paddy soils.

Conclusions

These quantitative relationships between the BCF of Cd in grains and soil properties are helpful for developing soil-specific guidance on Cd safety threshold value for paddy soils.     

有机肥对酸性稻田土壤Cd赋存形态的影响途径和机制

以堆肥后的菜籽饼为有机肥,通过水稻田间试验,研究了有机肥对土壤有机质(OM)、pH、微生物量碳、氮(MBC、MBN)、3种酶活性(酸性磷酸酶,ACP、脲酶,UA、脱氢酶,DH)及土壤Cd的赋存形态的影响,利用通径分析研究了有机肥对土壤Cd赋存形态的影响途径和机制。结果表明:(1)施用有机肥能显著提高土壤OM含量和土壤pH,显著增加土壤中可还原态Cd(Red-Cd)和可氧化态Cd(Oxi-Cd)含量,降低土壤酸可提取态Cd(Aci-Cd)含量。(2)施用有机肥能不同程度增加土壤ACP、UA及DH活性,提高土壤MBC和MBN含量。(3)通径分析结果表明,施用有机肥降低土壤Aci-Cd含量主要是通过提高土壤OM含量、DH活性和MBC含量这3个途径完成。土壤OM含量、土壤DH活性和MBC含量的决策系数分别为0.846,0.257,-0.276,均达到显著水平,是有机肥施用下影响土壤Aci-Cd含量的主控因子。     

不同土壤的还原状况对铁镉形态转化和水稻吸收的影响

采用土壤-蛭石联合培养,以填充蛭石的网袋模拟根际,置于红壤、水稻土、盐土中后淹水栽培水稻13 d.试验结果表明,水稻栽培期问,红壤、水稻土、盐土pH变化范围分别为6.05 ～6.78、6.47 ～7.33、6.42 ～7.44;有机质处理下,除红壤根际pH明显升高外,其余土壤根际和非根际pH均有所下降.各土壤对照根际Eh保持在233 ～ 385 mV;有机质处理使根际Eh下降,同时也导致除盐土外的非根际Eh上升.土壤还原溶解Fe与蛭石吸附Fe的90％以上均米自铁锰氧化物结合态铁(Oxide-Fe)组分,与溶液Eh、pe+ pH均有显著相关性,表明两表面同为Fe的氧化还原反应,但方向相反.水稻根表Fe膜的形成与根际氧化还原状况有关,在对照根际(高Eh)环境下,根表Fe含量随pH升高而降低,在有机质处理根际(低Eh)环境下则随pH升高而升高;在红壤中,根表Fe膜阻碍Fe的吸收,在水稻土和盐土中,根表Fe膜促进Fe吸收.根表Cd含量与根内Cd、地上部Cd有显著正相关;在红壤中,根表Fe膜阻碍了水稻Cd的吸附和吸收;水稻土和盐土中,根表Fe膜促进了水稻Cd的吸附和吸收.     

丘陵区水稻土Cu污染空间变异的协同克里格分析

针对丘陵红壤区铜冶炼厂周围水稻土污染区（1.40km^2）,在景观尺度上,采用协同克里格方法,研究了影响表层土壤Cu含量空间分布预测的辅助因子。基于空间自相关性、间距、长轴方位角以及各种预测误差,评价了辅助变量（包括秸秆全Cu含量StrawCu、籽粒全Cu含量GrainCu、土壤全Cd含量Cd、土壤pH、土壤有机质OM、高程H）对表层土壤Cu含量分布预测精度的影响。结果表明,单辅助变量的协同克里格预测值与实测值相关系数的大小顺序为Cu/Cd〉Cu/H〉Cu/StrawCu〉Cu/GrainCu〉Cu/OM、Cu/pH,而多辅助变量协同克里格预测的相关系数大小顺序为Cu（/Cd,StrawCu）〉Cu（/Cd,StrawCu,H）〉Cu（/Cd,StrawCu,GrainCu）〉Cu/（StrawCu,GrainCu）〉Cu（/Cd,H）。与土壤全Cu含量的普通克里格插值精度相比,利用表层土壤全Cd含量、水稻秸秆全Cu含量、高程作为辅助变量与水稻土表层全Cu含量进行协同克里格插值可以显著提高预测精度;但水稻籽粒全Cu含量作为辅助变量对预测精度影响不显著;而土壤有机质含量和土壤pH作为辅助变量反而降低了预测精度。在对表层土壤全Cu含量分布的多辅助变量协同克里格预测中,表层土壤全Cd含量和水稻秸秆全Cu含量的影响最大,其次是高程,水稻籽粒全Cu含量不能提高对表层土壤全Cu含量分布的预测精度。     

不同土壤类型下重金属Cd对水稻剑叶光合特性和产量构成的影响

以杂交籼稻（K优818）为材料,设置不同Cd浓度水平,采用盆栽试验,研究了不同土壤类型下（潮土和水稻土）重金属Cd对剑叶光合特性和水稻产量及其构成的影响。结果显示,在3mg·kg-1浓度水平下,与对照相比,两种土壤类型下Cd处理均提高了水稻剑叶净光合速率（Pn）,其中潮土条件下Pn提高了6.4%;而当Cd处理浓度达到7mg·kg-1时,两种土壤条件下Pn均显著下降,其中水稻土条件下Pn与对照相比下降了13.8%。Cd在低浓度水平（1～3mg·kg-1）时,两种土壤类型下水稻结实率和单穗重均略有下降;但在高浓度水平（5～7mg·kg-1）下,水稻结实率和单穗重均显著下降（P〈0.05）。不同土壤类型下,Cd的毒害效应差异显著,相同处理水平下水稻土Cd对水稻Pn和单穗重的抑制效应显著高于潮土。     

苏南典型区农田土壤硒-镉拮抗作用研究

以苏南典型区2027套稻米-土壤样品的Se、Cd含量及其相关的元素地球化学调查数据为基础,通过元素相关性统计分析及生物富集系数(BCF)等分布特征研究,本文探讨了农田土壤中Se与Cd的拮抗作用及其控制因素。结果表明：1)土壤中Se和Cd分布共消长特征明显,两者之间具有显著正相关性、相关系数R最高可达0.87；2)有关岩石、陶瓷原料、河泥等均可成为农田富集Se、Cd的物质来源,且多为富Cd强于富Se,只有源于富硒岩石的富硒土壤可排除Cd污染干扰、其开发利用价值最高；3)稻米Se与Cd的生物富集系数多介于0.1～0.8之间,土壤偏碱性有利于稻籽吸收Se、偏酸性则有助于稻籽吸收Cd,受土壤Se、Cd同富集之影响,富硒米与镉超标大米可能同时出现；4)土壤富Se抑制稻米Cd吸收是有条件的,当土壤Se大于0.4mg/kg、总有机碳大于1.5%时,稻米Cd与土壤Se、Cd生物富集系数与土壤Se之间均存在显著负相关性,相关系数R分别为-0.74、-0.56；5)pH与Cd生物富集系数、TOC与Se生物富集系数之间也有显著负相关性,其相关系数R分别为-0.79、-0.65。     

适于轻度Cd、As污染土壤种植的水稻品种筛选

对重金属具有高耐性、低富集的水稻品种可用于轻度重金属污染的水稻土。采用温室盆栽试验研究2种水稻土（红泥田和黄泥田）中Cd、As污染对9种水稻生长的影响,分析不同水稻品种对Cd、As富集能力的差异。结果表明,As污染处理下所有水稻品种的生物量均显著降低,在红泥田上,水稻生物量降低幅度为29.4%～54.3%;在黄泥田上,降低幅度为29.5～53.3%。不同水稻品种对As耐性有显著差异（P〈0.05）,晚粳9707（粳稻）生物量降幅较小,耐性较高;浙1500（籼稻）降幅较大,耐性较低。对于Cd污染处理,在2种类型土壤上9种水稻对Cd耐性差异不显著。不同水稻品种对土壤Cd、As的富集能力有显著差异（P〈0.05）。在2种类型土壤上,德农2000（杂交稻）和浙1500（籼稻）分别对As、Cd的富集系数最高,对As、Cd污染敏感;南粳32（粳稻）对Cd、As的富集系数均较低,对Cd、As污染不敏感。在9个水稻品种中,南粳32对Cd、As的富集能力最低,并且对As耐性较高,适合在Cd、As轻度污染的水稻土上种植。     

土壤组分对广东省酸性水稻土磷吸附参数的影响

Soil components affecting phosphate sorption parameters were studied using acid paddy soils derived from basalt, granite, sand-shale and the Pearl River Delta sediments, respectively, in Guangdong Province.For each soil, seven 2.50 g subsamples were equilibrated with 50 mL 0.02 mol L-1 (pH=7.0) of KCl containing 0, 5, 10, 15, 25, 50 and 100 ng P kg-1, respectively, in order to derive P sorption parameters (P sorption maximum, P sorption intensity factor and maximum buffer capacity) by Langmuir isotherm equation. It was shown that the main soil components influencing phosphate sorption maximum (Xm) included soil clay, pH,amorphous iron oxide (Feo) and amorphous aluminum oxide (Alo), with their effects in the order of Alo ＞Feo ＞ pH ＞ clay. Among these components, pH had a negative effect, and the others had a positive effect.Organic matter (OM) was the only soil component influencing P sorption intensity factor (K). The main components influencing maximum phosphate buffer capacity (MBC) consisted of soil clay, OM, pH, Feo and Alo, with their effects in the order of Alo ＞ OM ＞ pH ＞ Feo ＞ clay. Path analysis indicated that among the components with positive effects on maximum phosphate buffer capacity (MBC), the effect was in the order of Alo ＞ Feo ＞ Clay, while among the components with negative effects, OM ＞ pH. OM played an important role in mobilizing phosphate in acid paddy soils mainly through decreasing the sorption intensity of phosphate by soil particles.     

The Influence of pH and Organic Matter from Sugarcane By-products on Soil Cadmium Fractionation

ABSTRACT

Crop wastes or by-products can have the potential to be used as effective amendments to improve agricultural soil quality and/or crop yields subject to appropriate screening and testing. Sugarcane (Saccharum officinarum L.) waste by-products from an ethanol production plant, including boiler ash, filter cake, and vinasse, were applied as soil amendments at 5%, 10%, 20%, and 40% (w/w) to study the relationship between pH and organic matter (OM) on cadmium (Cd) bioavailability and adsorption via organic matter using the Cd sequential extraction procedure. Soil pH was significantly affected by aging of the treatment with boiler ash, filter cake, and vinasse. At the end of the experiment, the Cd concentrations with all treatments were mainly released in the first two extraction steps of the sequential procedure, i.e., most mobile and easily mobilized fractions. Pearson correlation analyses revealed a negative relationship between pH and bioavailable Cd and between OM and oxidizable Cd. The pH reduction induced by the amendments was a major factor affecting soil Cd bioavailability. The effect of OM on Cd fractionation could not be clearly observed and interpreted in this study.