不同类型固化材料对Cu污染水稻土的修复效果差异

通过室内实验,比较有机肥、钙镁磷肥、海泡石和石灰石等4种固化剂对铜污染土壤的pH和铜赋存形态的影响,从而筛选出最优的固化剂及其添加量.实验结果表明,添加钙镁磷肥、有机肥与石灰石均能显著提高土壤pH值,提高幅度依次为石灰石钙镁磷肥有机肥,海泡石对土壤pH值几乎无影响.依据作物生长最适pH值,石灰石和钙镁磷肥的添加量分别控制在4 g·kg~(-1)、8 g·kg~(-1)以下为宜;钙镁磷肥、有机肥和石灰石对土壤中Cu赋存形态的影响均表现出可交换态比例下降,有机结合态比例升高;3种固化剂的固化效果为:4 g·kg~(-1)石灰石8 g·kg~(-1)钙镁磷肥≈8 g·kg~(-1)有机肥,而海泡石的固化效果较差,不宜用于改良该Cu污染的土壤.     

改良剂施用对干旱盐碱区棉花生长及土壤性质的影响

新疆是中国盐碱土重要分布区,也是棉花等经济作物的主产区,因此探究不同盐碱改良材料对其土壤性质和棉花生长的影响可为干旱区盐碱土壤改良和提高作物产量提供理论依据。以新疆巴音郭楞蒙古自治州水利管理处灌溉试验站盐碱棉田为研究对象,试验设置对照处理(CK)、腐植酸(F)、黄腐酸(H)、石膏(S)和聚丙烯酰胺(P)5个处理,以微区试验的方式开展改良试验,通过对比分析不同处理棉花收获后表层0-20 cm土壤盐分、pH、有机质、土壤过氧化氢酶活性、脲酶活性和碱性磷酸酶活性及对棉花株高和产量的影响,探究干旱区最适盐碱改良材料。结果表明:F、S、H和P处理,棉花产量较CK处理分别增产24.8%、11.1%、8.5%和4.8%。各改良措施处理均降低了土壤盐分含量,以F处理降低最多,较CK处理降低26.2%;S和F处理下土壤pH值较CK降低最多,分别降低0.1和0.09个单位;H、P和F处理下土壤有机质质量分数显著高于CK处理,分别增加26.5%、23.9%和23.6%;除S处理土壤过氧化氢酶活性低于对照处理外,其他改良措施均提高了土壤过氧化氢酶、碱性磷酸酶和脲酶活性及土壤酶活参数,其中腐植酸处理土壤酶活参数较CK处理提高77.2%。综合各改良材料对土壤性质和棉花产量的影响,腐植酸改良剂是该试验区较适宜改良剂。     

石灰、硅钙镁改良剂对不同土壤-水稻系统Cd吸收累积的影响

为研究改良剂(石灰、硅钙镁肥)对典型稻田土壤-水稻系统Cd吸收累积的影响,选取河沙泥(潮土母质发育)和紫泥田(紫色砂页岩母质发育)模拟制备成中度Cd污染土壤,施加不同用量的石灰和硅钙镁肥,进行水稻盆栽试验,分析土壤pH、土壤Cd形态以及水稻各部位Cd含量变化,探讨不同改良剂对不同土壤-水稻系统Cd吸收累积的影响.结果表明,施用石灰和硅钙镁肥能显著提高河沙泥土壤pH值,分别提高0.62—0.79个单位、0.35—0.46个单位,但对紫泥田pH值无显著影响.向河沙泥中施用石灰能降低其土壤酸提取态Cd含量,且在S3.0处理时降幅最大;而紫泥田施用硅钙镁肥能显著降低其酸提取态Cd.施用石灰和硅钙镁均能降低河沙泥水稻糙米Cd含量,分别降低23.5%—35.9%、9.5%—21.9%,且随着施用量的提高,糙米Cd含量降低幅度逐渐增大;施用硅钙镁肥能显著降低紫泥田糙米Cd含量,下降幅度为23.5%—34.1%.同种改良剂对水稻Cd吸收累积的影响因土壤类型不同而存在差异,向河沙泥中施用石灰和紫泥田中施用硅钙镁能最大程度抑制水稻对Cd的吸收累积,降低糙米Cd含量,提高稻米品质.     

双氰胺对施氮肥引起的红壤酸化的抑制作用

通过室内培养试验,研究双氰胺(DCD)对采自安徽郎溪和江西鹰潭的2种红壤中硝化反应的抑制作用,以及对氮肥引起的土壤酸化的抑制效果.结果表明,当不添加氮肥时,DCD抑制了土壤残留铵态氮的硝化作用及由此引起的土壤酸化,培养结束时添加DCD处理的安徽郎溪和江西鹰潭红壤pH值分别比不添加DCD处理高0.37和0.40.当添加尿素和碳酸氢铵时,DCD抑制了来自氮肥的铵态氮的硝化作用以及由此引起的土壤酸化;同时由于尿素水解和碳酸氢根与H+的缔合消耗质子,添加DCD还使2种氮肥对红壤酸度起到一定程度的改良作用.培养结束时,DCD+尿素和DCD+碳酸氢铵处理的安徽郎溪红壤pH值分别比单加尿素和碳酸氢铵处理提高0.62和0.46,江西红壤pH值分别比单加尿素和碳酸氢铵处理提高0.82和0.69.添加DCD处理土壤交换性酸含量也显著低于不添加DCD处理.因此,氮肥与DCD配合施用可以有效缓解氮肥引起的红壤酸化.     

生物炭和环保酵素对盐碱化土壤特性的影响

寻求行之有效的盐碱化土壤改良措施对于农业可持续发展具有重要理论和实践意义。利用环境友好型材料生物炭和环保酵素进行室内土培试验,分别单独施加4%(12 g)玉米秸秆生物炭(BC)和胡麻秸秆生物炭(BF),灌施60 g环保酵素(GE),同时将12 g BC和BF分别与60 g GE配施(BC+GE和BF+GE),以不添加任何材料处理为对照(CK),在培养第3、5、10、25、60天时,研究生物炭和环保酵素的施用对pH值、EC值、碱化度(ESP)、土壤基本养分、阳离子交换量及水溶性有机碳的影响,同时,通过相关性分析探讨盐碱化土壤盐碱指标与肥力指标的关联性。结果表明,随着培养时间的延长,GE加入土壤后能降低土壤pH、ESP,降幅分别达10.15%、28.06%,且效果比生物炭显著(P0.05),4%BC和4%BF处理改良效果无显著性差异;4%BC和4%BF中EC的变化呈先降低再增加的趋势,且效果比GE显著(P0.05);与生物炭相比,GE更能增加土壤CEC含量,最大增幅为30%;4%BF处理中DOC最高增幅为56.3%,效果优于4%BC,与GE相比无显著性差异;4%的生物炭能显著提高土壤中有机质、速效钾、有效磷含量,分别比对照增加63.4%、50.45%、46.1%,其效果优于GE。试验还发现,生物炭和环保酵素复配对降低土壤pH、EC、DOC、ESP的效果都优于单施,但单施生物炭有更高的增加阳离子交换量和养分含量的能力。土壤肥力指标与盐碱指标呈负相关性。本研究结果可为生物废弃物的资源化利用和盐碱化土壤的改良提供理论依据。     

小麦秸秆不同还田方式下土壤微生物碳代谢多样性特征

秸秆还田是影响稻田土壤固碳潜力的重要措施,研究秸秆不同还田方式下土壤微生物碳源代谢特征对提高农作物秸秆利用和增加土壤碳固定具有重要意义,为此采用自动微生物鉴定系统(Biolog-ECO)研究在短期耕作条件下小麦秸秆不同还田方式对稻田耕层土壤微生物群落结构和多样性的影响。以江苏省六合区黄棕壤为研究对象,对等氮量秸秆发酵床垫料化还田(SP)、秸秆炭化(补施化肥)还田(BR)、秸秆+猪粪发酵还田(OF)、传统施用化肥(CF)和不施肥(CK)对照处理土壤进行分层采样,采用Biolog-ECO方法揭示微生物群落结构的多样性,并采用主成分分析法(PCA)探讨土壤微生物群落结构的变化特征。结果表明,不同秸秆还田方式能显著影响土壤微生物碳代谢特征,OF处理土壤微生物碳代谢能力、微生物多样性各项指数及糖类、氨基酸、胺类和多聚物利用率明显高于其他处理;而SP处理土壤微生物的影响明显小于OF、BR处理;不同秸秆还田方式能显著影响土壤表层(0~5 cm)和耕作亚表层(5~10 cm)微生物碳利用,而对耕作底层(10~20 cm)的影响较小;不同秸秆还田方式影响土壤微生物多样性,与CF和BR处理相比,OF和SP处理增加了土壤微生物多样性。认为OF和BR处理可在短期内显著提高土壤微生物碳代谢多样性和对碳源的利用。     

长期施肥对旱地红壤肥力和酶活性的影响

为了明确不同施肥种类对旱地红壤肥力与酶活性的影响,以30年（1981年至今）长期定位试验地为基础,研究不同施肥处理（CK,N,NP,NPK,2倍NPK,猪粪,NPK＋猪粪）旱地红壤玉米田耕层（0～20 cm）土壤酶活性与养分的变化趋势及其相关性。结果表明：1）全N含量各处理间差异不显著,单施N肥显著增加土壤速效N,施有机肥处理（NPK＋猪粪,猪粪）土壤的pH值、有机质、全P、速效P均显著增加;2）除了2倍NPK处理土壤脲酶活性最高外,施有机肥土壤的转化酶、脱氢酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶活性也较其他处理显著增加;3）酸性磷酸酶、过氧化氢酶、脱氢酶、脲酶与全N、有机质、速效N呈显著或极显著正相关;因此,红壤旱地通过长期施用有机肥或与无机肥配施,不仅能显著提高土壤肥力,而且能增加土壤酶活性,从而显著提高土壤持续生产力。     

生物炭对旱作农田土壤理化性质及作物产量的影响

生物炭因其结构和功能特性受到国内外学者广泛关注,在农业土壤改良培肥、固碳减排等方面展现出巨大的应用潜力,但基于田间长期定位试验,开展生物炭对大田土壤理化性质及作物产量的影响研究尚不多见。以西南地区玉米(Zea mays L.)-油菜(Brassica campestris L.)轮作农田为研究对象,通过不同生物炭添加比例的田间定位试验研究了生物炭施用对旱作农田土壤容重、pH值、有机质、矿质态氮、有效磷、含水量等理化性质以及作物产量的影响,试验共设4个处理:单施复合肥、尿素(C0);复合肥、尿素+20 t·hm-2生物炭(C2);复合肥、尿素+50 t·hm-2生物炭(C5);复合肥、尿素+100 t·hm-2生物炭(C10)。结果表明:与C0对比,C5和C10处理均显著降低了土壤容重,降低幅度分别为14.6%和32.5%;C2、C5和C10处理土壤年均pH比对照组分别提高了0.10、0.17和0.15个单位;处理组土壤中有机质含量比对照组分别提高44.9%、137.7%和297.2%;土壤硝态氮含量比对照组分别提高了38.0%、26.3%和88.4%;土壤有效磷含量分别提高了34.8%、135.0%和232.2%;生物炭处理下土壤年均含水量比对照组分别提高了8.8%、29.1%和44.7%。玉米、油菜籽实和均表现为生物炭处理高于对照组。玉米籽实提高7.6%~20.3%,玉米根茎叶生物量提高8.6%~46.8%;油菜籽实产量提高显著,高于对照组15.7%~35.4%,根茎叶生物量提高-17.2%~30.3%。综合来看,本试验条件下,生物炭施用有利于降低土壤容重,提高土壤pH、有机质含量、NO3--N含量、有效磷含量、含水量,显示出生物炭作为土壤改良剂施用于农田能有效改良土壤理化性质和提高耕作性能。     

煤矸石对盐碱土壤理化性质的改良效果

盐碱土壤物理结构差,植物成活率低,煤矸石具有改善盐碱土壤物理结构和化学性质的潜力,将煤矸石应用于盐碱地,能够达到煤矸石废弃资源循环利用和盐碱地改良的双重效果。为阐明煤矸石对盐碱土壤的改良效果和对土壤物理化学性质的影响,将不同用量(0、10%、20%、30%、40%、50%)和不同粒径(小粒径<1 mm、中粒径1—5 mm、大粒径>5 mm以及小中大等比例混合粒径)煤矸石施用于盐碱土壤,通过紫花苜蓿(Medicago sativa)盆栽试验,测定土壤的物理化学性质。结果表明,随着煤矸石用量的增加,紫花苜蓿株高和生物量呈现先增后减的趋势,20%用量煤矸石处理的株高和生物量分别比对照平均提高了21.45%和25.89%;团聚体平均重量直径(MWD)呈现先减后增再减的趋势;土壤饱和含水量、田间持水量呈现先稳定后降低的趋势;土壤EC值、pH值、碱解氮含量呈现持续降低的趋势,其中20%用量煤矸石处理的土壤pH比对照平均下降了0.51个pH单位;土壤总碳、总氮、总磷、有效磷含量呈现持续上升的趋势。从粒径角度考虑,对土壤EC、pH降幅以及团聚体含量、总养分、速效养分含量,小粒径>混合粒径≈中粒径>大粒径。土壤综合指数(SQI)随煤矸石用量增加先升后降;各粒径煤矸石处理下的SQI峰值大小表现为小粒径>混合粒径>中粒径>大粒径;20%用量下小粒径和混合粒径煤矸石处理的土壤SQI最高,分别比对照显著提高了68.27%和57.13%。综上,煤矸石可以改良盐碱土壤质量,促进植物生长,20%用量的小粒径和混合粒径煤矸石效果最好。     

基质诱导硝化测定的土壤中锌的毒性阈值、主控因子及预测模型研究

选取我国有代表性的16种土壤,通过基质诱导硝化(SIN)的方法,研究了淋洗与未淋洗处理后,土壤中外源Zn对不同土壤潜在硝化速率(PNR)的影响。结果表明:在未淋洗处理土壤中Zn毒性的EC50(使PNR降低至对照一半土壤中Zn的浓度)值的范围为197～1874mg·kg-1,相差近9.51倍;总体而言,土壤pH、有机碳及粘粒含量的提高可以降低土壤中Zn的毒性。偏相关分析结果表明,影响土壤中Zn对潜在硝化速率抑制作用的主要因子依次为土壤pH、有机碳含量及粘粒含量;淋洗处理明显提高了土壤中外源Zn的毒性阈值浓度,在不同土壤中,淋洗因子(定义为淋洗后的土壤Zn毒性的EC50与非淋洗EC50的比值)范围为1.16～1.43;基于土壤主要性质的多元回归预测模型结果表明,利用土壤性状(pH、有机碳和粘粒含量)可以很好地预测土壤中Zn对硝化速率抑制的毒性阈值。     

海泡石和磷酸盐对镉铅污染稻田土壤的钝化修复效应与机理研究

采用盆栽实验,研究了海泡石、酸改性海泡石以及二者与磷酸盐联合使用对镉铅复合污染稻田土壤的钝化修复效果,并通过培养实验和重金属形态分析探讨了不同钝化剂处理的作用机理。结果表明：添加海泡石可以显著提高污染土壤pH值,而磷酸盐和改性海泡石则对土壤pH值无显著影响。钝化处理能显著降低土壤TCLP提取态Cd、Pb的质量分数,最大降低率分别可达23.3%和47.2%,钝化剂复配处理对土壤TCLP提取态重金属的抑制效果优于单一处理。施用海泡石和磷酸盐,通过提高土壤pH值、物理化学吸附以及生成矿物沉淀等作用,可以促进污染土壤中的Cd、Pb由活性高的交换态向活性低的残渣态转化,从而显著降低Cd、Pb的生物有效性和迁移能力。添加钝化剂可以显著提高水稻各部位的产量,稻谷和稻草的最大增产率分别为34.3%和26.6%;钝化剂复配处理对水稻的增产作用明显优于单一处理。施用钝化剂可以显著降低水稻各部位的Cd、Pb质量分数,最大可使精米的Cd、Pb质量分数分别降低35.8%和40.9%,钝化剂复配处理对水稻吸收Cd、Pb的抑制作用明显优于单一处理,海泡石和磷酸盐复配处理中精米的Cd、Pb质量分数符合国家食品卫生标准要求。综合分析不同钝化处理的增产作用、降低作物Cd、Pb吸收以及土壤Cd、Pb可迁移性的作用可知,海泡石与磷酸盐复配处理对稻田土壤Cd、Pb复合污染的钝化修复效果最佳。     

铅锌矿区农田土壤重金属有效态空间分布及其影响因子分析

利用地统计学方法,研究了广西岩溶地区某铅锌矿区农田土壤中Cd、Zn、Pb、Cu四种重金属有效态含量的空间分布特征及其影响因子.结果表明:研究区域不同程度地受到Cd、Zn、Pb、Cu的污染,且水田污染较旱地严重;与广西土壤背景值相比,污染程度最严重的是Cd,在水田和旱地中超标率均为100%,平均超标倍数分别为312.94和33.67;其次是Zn,在水田和早地中超标率分别为100%和34%,平均超标倍数分别为38.34和2.11;污染最轻的为Cu,超标率仅为7%.空间分析表明,有效态Cd、Zn、Pb、Cu的块金系数分别为2.7%、0.2%、6.5%、0.13%,体现了强烈的空间自相关性,且四种重金属空间分布特征相似,在离原铅锌选矿厂较近的西北偏西面有效态Cd、Zn、Pb、Cu含量最高,沿着西北偏西至东南偏东的灌溉渠流向,有效态Cd、Zn、Pb、Cu的含量呈递减趋势,东部旱地有效态Cd、Zn、Pb、Cu含量相对较低.土壤有效态Cd、Zn、Pb、Cu在污染区的空间分布与土壤基本理化性质关系密切,有效态Cd、Zn、Pb、Cu与pH、阳离子交换量、粘粒都呈极显著负相关,与有机质含量则呈极显著正相关.     

利用非活体生物质去除废水中重金属的研究

为了解非活体牛物质去除废水中重金属的效果，选择了玉米芯、水稻谷壳、花生壳、松树树皮和茶叶等5种非活体生物质，州室内模拟方法比较研究了它们对重金属的吸附能力。结果表明，生物质对重金属的吸附是一个快速反应，可在20-30min内达到平衡。pH值对牛物质吸附阳离子型重金属有很大的影响，吸附量随pH值上升而增加，pH值在4．5以上时可达到较高水平。5种生物质对重金属都有较高吸附能力，它们吸附重金属的能力依次为：花生壳〉松树树皮〉玉米芯〉水稻谷壳〉茶叶。生物质去除废水中重金属的效果一般为：Cu、Pb〉Cd〉Zn。用碱、柠檬酸和磷酸对生物质进行改性处理可显著增强其对重金属的去除能力。生物质是一种廉价、有效的吸附剂，可替代商品吸附剂用于废水中重金属的去除，主要重金属的移除率在85％以上。     

石灰泥炭对镉铅锌污染土壤上小白菜生长和元素吸收的影响

采用盆栽方法研究了在镉、铅、锌污染土壤上,石灰和泥炭对小白菜生长状况及对污染元素(Ｃｄ,Ｐｂ,Ｚｎ)和养分元素(Ｎ,Ｐ,Ｋ,Ｃｕ,Ｍｎ,Ｆｅ)吸收的影响。结果表明,石灰消除了重金属的毒害症状．显著促进小白菜的生长、显著抑制小白菜对镉、铅、锌的吸收。石灰对氮、钾、铜、锰的吸收也有显著抑制作用。泥炭对小白菜生长的改善效果及对铜、铅、锌吸收的抑制效果较石灰差。提高酸性土壤ｐＨ值是减少作物对重金属吸收的有效方法。     

氧化与还原条件下水稻土重金属形态特征的对比

还原状态下的水稻土被风干处理后氧化还原等性质发生明显变化,对重金属的形态特征产生影响,进而影响对作物有效性的评价.利用BCR连续萃取法研究了张家港市南部不同pH水稻土在还原和氧化条件下Cu、Pb、Ni和Cd的形态变化状况.结果显示,氧化还原对重金属形态分配具有显著影响,而pH对Ni在还原状态下的形态分配有显著影响,对Cu、Pb和Cd形态分布影响不显著.样品经风干氧化处理后,氧化物结合态重金属均表现为不同程度的降低;Cu残渣态比例增加25%,氧化物结合态和有机结合态比例有所降低;Pb有机结合态比例增加33%,残渣态减少33%,酸可提取态和氧化物结合态变化不大;Ni受氧化还原条件影响更为强烈,表现为酸可提取态所占比例降低超过25%,氧化物结合态亦明显降低,残渣态提高超过60%;对Cd的影响主要表现为有机结合态所占比例降低约15%,残渣态提高约35%,酸可提取态和氧化物结合态变化不明显.氧化状态下的重金属形态并不是重金属在田间的真实状况,可能高估了Pb,低估Cu、Ni和Cd重金属在土壤中的危害性.     

重金属Cu,Pb,Zn,Cr,Cd在水稻植株中的富集和分布

研究了外源可溶性重金属进入水稻土环境后，在水稻植株中的迁移、在水稻植株不同部位的分布及其分布随时间的变化。在水稻生长季节，重金属在水稻植株中迁移能力的大小依次为：Cd,Cr＞Zn,Cu＞Pb。重金属在水稻植株不同部位的积累分布是：根部＞根基茎＞主茎＞穗＞籽实＞叶部。水稻分蘖期重金属在根部、茎干部和叶片的积累量达到最大，随着时间的延长，在根部积累的重金属愈来愈少；在茎干部积累的重金属在拔节期降至最小，随后含量又稍微上升；叶片上的重金属含量在拔节期迅速下降，随后趋于稳定。     

施用石灰对Pb、Cd、Zn在土壤中的形态及大白菜中累积的影响

重金属的不同形态对于作物吸收重金属及受害具有十分密切的关系,通过施用石灰改变重金属的形态、毒性以及对作物的影响具有重要的意义。以大白菜(Brassica pekinensis)为研究对象,通过盆栽试验,探讨了在铅、镉和锌污染土壤上,施用石灰对土壤中不同形态镉、铅和锌含量及在大白菜中累积的影响。结果表明,施用石灰后,土壤中碳酸盐结合态Pb、Cd和Zn含量明显减少,铁、锰氧化物结合态和有机物结合态Pb、Cd和Zn含量明显增加;对大白菜吸收Pb、Cd和Zn均起到较好的抑制作用,石灰用量为5g·kg-1土时,对大白菜吸收Pb、Cd和Zn的抑制效果最好。     

Zn,Cu和Ni污染土壤中重金属的化学固定

利用化学固定剂处理被污泥中Zn,Cu和Ni污染的土壤,研究不同化学药剂对重金属离子的固定技术.结果表明,石灰、硫化物和硅酸盐对Zn都有较好的稳定效果,硫化物对Cu的稳定效果较好,硅酸盐和石灰对Ni的稳定效果较好;对于被Zn,Cu和Ni污染的土壤,混合药剂对重金属污染物的固定效果最佳.研究表明通过调解系统的pH和生成稳定化合物形态使土壤中Zn,Cu和Ni得以固定.通过硫化物 石灰化学固定处理,固定前后Zn,Cu和Ni的不稳定形态含量分别减少了69%,56%和59%.     

Accumulation of heavy metals in soil and paddy crop (Oryza sativa), irrigated with water of Ramgarh Lake,Gorakhpur, UP,India

Heavy metals, a highly polluting group of constituents known to exert adverse effects, tend to accumulate in living organisms. The objective of this study was to determine the accumulation and translocation of heavy metals in soil and in paddy crop irrigated with lake water compared to soil and paddy crop irrigated with bore-well water. The quantities of heavy metals (Cd, Cr, Cu, Pb, Zn, As, Mn, and Hg) were determined in different parts of rice plants (Oryza sativa). Results revealed that the mean levels of soil Cd, Cr, Pb, Zn, As, Mn, and Hg in experimental soil and in different parts of rice plant (root, straw, and grain) were higher than the control except for Cu. The content of eight toxic metals was significantly higher in root than in aerial parts of the rice (straw and grains). Rice roots were enriched in Cd, As, Hg, and Pb from the soil, while Cr, Cu, Zn, and Mn were hardly taken by the roots. Bioaccumulation factor for Hg was significantly higher than other heavy metals. Metal transfer factors from soil to rice plants were significant for Cd, Cr, Cu, Pb, Zn, As, Mn, and Hg. The concentrations of metals in lake water were found to be within the permissible limit of Indian standard prescribed by Central Pollution Control Board (2000), except for Hg and As, which were higher than the limit of Indian standard. However, the concentrations of heavy metals in soil and rice grains were still below the maximal levels, as stipulated by Indian Prevention of Food Adulteration Act (PFA, 1954) and World Health Organization (WHO, 1993) guidelines.     

Spatial distribution and controlling factors of heavy metals contents in paddy soil and crop grains of rice–wheat cropping system along highway in East China

There is consensus concerning the heavy metal pollution from traffic emission on roadside agricultural land. However, few efforts have been paid on examining the contamination characteristics of heavy metals in roadside paddy-upland rotation field, and especially in combination with detailed quantitative analysis. In this study, we investigated the concentrations of heavy metals (Pb, Cd, Cr and Zn) in soil and crop grains of the rice-wheat cropping system along a major highway in East China in 2008 and analyzed the spatial distribution characteristics of heavy metals and their influencing factors with GIS and Classification and Regression Trees (CART). Significantly elevated levels of heavy metals in soil, rice and wheat grains indicated the heavy metals contamination of traffic emission in roadside rice-wheat rotation field. The contamination levels of Cd, Cr and Zn in wheat grain were higher than rice grain, while that of Pb showed an opposite trend. Obvious dissimilarities in the spatial distributions of heavy metals contents were found between in the soil, rice and wheat grains, indicating that the heavy metals contents in the roadside crop grains were not only determined by the concentrations of heavy metals in the paddy soil. Results of CART analysis showed that the spatial variation of the heavy metals contents in crop grains was mainly affected by the soil organic matter or soil pH, followed by the distance from highway and wind direction. Our findings have important implications for the environmental assessment and crop planning for food security along the highway.