镉污染土壤施硒对植物生长及根际镉化学行为的影响

采用根箱培养的方式,研究了在不同镉污染水平(0.5 mg·kg-1、5 mg·kg-1土壤)的酸性黄棕壤中施用外源硒对小白菜生长、光合特性及根际土壤中镉的化学行为影响.结果表明:镉污染土壤中施硒可显著增加小白菜的生物量,增强小白菜叶片的光合速率和蒸腾速率;镉污染严重时,施硒还可提高小白菜的气孔导度;施用适量硒(0.25 mg·kg-1)可显著降低小白菜地上部镉含量,其中镉污染浓度较低(0.5 mg·kg-1)时,该效果达显著水平.在镉污染程度低(0.5 mg·kg-1)的土壤施用适量硒(0.25 mg·kg-1),可显著降低土壤交换态镉含量,其中,根际和非根际土壤交换态Cd含量分别降低了22.20%和43.79%.外源Se有效地降低了土壤Cd的生物有效性,这种作用在Se的施用浓度较低时表现更加明显;当Cd污染浓度较高时,土壤Cd形态分布相对稳定,外源Se对根际和非根际土壤Cd形态分布的影响不显著.研究结果为深入揭示Se对菜地Cd污染的调控机理提供理论参考.     

Cd2+、Pb2+在根际和非根际土壤中的吸附-解吸行为

采用1次平衡法对Cd2 、Pb2 在小麦根际和非根际土壤中的吸附-解吸行为进行比较研究.结果表明,根际土对Cd2 和Pb2 的吸附能力高于非根际土,2类土壤对Cd2 的吸附等温线与Freundlich方程有较好的拟合性,Pb2 的等温吸附过程可由Langmuir方程与Freundlich方程来描述.双常数方程是描述根际、非根际土Cd2 和Pb2 吸附动力学行为的最优模型,其次为Elovich方程,最差模型是一级动力学方程.Cd2 、Pb2 的解吸存在滞后现象,相比于非根际土,根际土吸附态Cd2 、Pb2 的解吸率更低,Cd2 、Pb2 的解吸量与其初始吸附量之间的关系符合2次幂方程.2类土壤Cd2 、Pb2 的解吸速率随重金属初始浓度的增加而增加,随解吸时间的延长而不断降低.描述根际和非根际土Cd2 、Pb2 的解吸动力学过程的最优模型均为双常数方程,其次为Elovich方程,一级动力学方程拟合效果不佳.     

磺胺嘧啶在作物根际土壤中的吸附/解吸特性研究

采用根际袋盆栽实验,研究了在小麦和玉米根际效应作用下,土壤对磺胺嘧啶(Sulfadiazine,SD)吸附/解吸热力学与动力学特性.结果表明,小麦和玉米根际与非根际对SD的吸附/解吸均较快,描述2种作物根际与非根际对SD吸附过程最优动力学方程皆为Elovich方程,其次是双常数方程和抛物线方程.在实验所采用的SD浓度范围内,不同处理小麦和玉米根际与非根际对SD的吸附量均随着SD浓度的增加而增加,但根际对SD的吸附能明显高于非根际.用Freundlich方程描述小麦和玉米根际与非根际对SD等温吸附行为最为适宜.SD在小麦和玉米根际与非根际的解吸过程都是非线性的,且在根际的解吸能力明显低于非根际.此外,将小麦和玉米根际与非根际的平均吸附常数(Kf-ads)及平均解吸常数(Kf-des)与土壤有机质、pH、黏粒3种理化性质关系进行逐步回归分析发现,有机质是影响根际SD吸附/解吸行为的关键因素.     

大型铜尾矿库区节节草(Hippochaete ramosissimum)根际土壤重金属形态分布与影响因素研究

通过野外调查和实验分析,对安徽省铜陵市铜官山铜尾矿库、狮子山铜尾矿库及狮子山铜尾矿库周边农田3处生长的节节草根际与非根际土壤中重金属(Cu、Cd、Pb、Zn)的形态、含量和分布进行了研究.结果表明,节节草根际与非根际土壤重金属的主要形态分布基本一致,均表现为矿物态含量占据了重金属全量的大部分,而交换态含量偏低.与非根际土壤相比较,根际土壤中交换态、有机态重金属所占比例显著增加,其中Cu的有机结合态所占比例增加了53 25%、Cd、Pb的有机结合态所占比例增加超过17%,Zn则增加了5.67%;与此同时,碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态含量有所下降.统计分析表明,Cu、Cd、Pb、Zn在根际土壤中的形态分布与土壤pH值、有机质含量、植物生长等因素密切相关.     

重金属在根际中的化学行为--Ⅰ.土壤中铜吸附的根际效应

在第四纪红壤性水稻土(QP)、淀浆白土(WP)、第四纪红土(QR)和赤红壤(LR)上种水稻后,用自制根盒制得各自的根际土和非根际土,以铜为指示离子,研究了土壤对铜吸附的根际效应。结果表明,根系生长使土壤中铜专性吸附载体、pH等因子改变,从而使根际土吸附铜量大于非根际土。QR的铜吸附特征可用Freundlich方程表征,其余土壤可用Langmuir方程描述。铜吸附的根际效应大小依次为QP>WP>LR>QR。起始铜浓度对根际土壤中铜吸附的影响较复杂。除QR外,随样品铜吸附量增加,平衡液pH下降、铜吸附会引起根际土与非根际土pH的差异。     

蒙脱石-OR-SH复合体材料对土壤镉的钝化及机制

通过吸附解吸实验、盆栽实验及材料的表征测试分析,探讨了蒙脱石-OR-SH复合体对土壤中Cd的钝化效果和机制.结果表明,蒙脱石改性后对镉的饱和吸附容量明显提高;蒙脱石-OR-SH复合体对Cd2+的吸附很稳定,不易解吸;在原土、Cd 3mg·kg-1和Cd 10 mg·kg-1污染土上,添加蒙脱石-OR-SH复合体能够不同程度地提高作物产量,小白菜Cd含量分别比对照降低61.00%、62.10%和83.73%.表征测试显示,Cd成功地吸附到了复合体上,并与巯基发生了配位反应,复合体表面的絮状物增多.蒙脱石-OR-SH复合体与镉的反应机制除了静电吸附、离子交换吸附和羟基配位吸附外,主要存在巯基配位吸附.     

上海滴水湖周边土壤和沉积物对磷的吸附特征

采集滴水湖沉积物及其引水河与排水河沉积物、湿地沉积物以及周边农田土壤进行磷的等温吸附实验,探讨不同来源物质对磷吸附特性的差异.结果表明,滴水湖沉积物的吸附/解吸平衡质量浓度(EPC0值)为0.11~0.63 mg·L-1,高于其他来源土壤和沉积物,更容易向上覆水体释放磷.Langmuir模型和Freundlich模型对磷的等温吸附都有较高的拟合程度.由Langmuir模型计算的最大吸附量(Qm)表明,不同来源土壤和沉积物对磷的吸附能力由高到低为河流沉积物(1 003.05~2 977.65 mg·kg-1)>滴水湖沉积物(669.77~1 717.94 mg·kg-1)>湿地沉积物(368.60~1 145.51 mg·kg-1)>农田土壤(441.36~702.30 mg·kg-1).这表明农田土壤对磷的吸附能力最弱,当过量使用化肥时,农田会成为滴水湖磷的源.     

土壤铜硒复合污染中金属形态转化及其对生物有效性的影响

采用土培盆栽试验和室内分析相结合的方法,研究了Cu、Se复合污染土壤中2种金属的形态转化及其对生物有效性的影响.结果表明,在未污染土壤中,Cu主要以残渣态存在,Se主要以有机结合态和残渣态存在.在外源Cu、Se污染土壤中,平衡后(14 d),外源Cu主要以铁锰氧化物结合态存在,Se主要以可交换态及碳酸盐结合态存在;小白菜收获后,土壤中的Cu向有机结合态转化,而Se向铁锰氧化物结合态转化.外源Cu与土壤结合程度(IR值)均随外源Cu和Se浓度升高而逐渐降低;而Se与土壤结合程度(IR值)与外源Cu浓度无关,随外源Se浓度升高而下降.S型曲线拟合方程表明,适量的Se(≤10mg.kg-1)可以促进小白菜对Cu的吸收,同样适量的Cu(≤400 mg.kg-1)能促进小白菜对Se的吸收.土壤的Cu、Se的IR值与小白菜体内Cu、Se含量呈显著负相关(P<0.05),小白菜种植前后土壤中可交换态和有机结合态铜和硒的变化量与小白菜地上、地下含量也呈显著相关(P<0.05).因此,土壤元素的IR值和作物种植前后该元素形态的变化量均可作为评价重金属生物有效性的指标.     

胶质芽孢杆菌对印度芥菜富集土壤Cd及土壤pH的影响

采用根袋法盆栽试验,研究接种活菌量浓度分别为1×1010 cfu·kg-1 (T1)和2×1010 cfu·kg-1(T2)的胶质芽孢杆菌,对印度芥菜富集土壤Cd、土壤有效态Cd含量及土壤pH的影响.结果表明,以不接种菌液作为对照,处理T1、T2地上部分生物富集系数分别为13.58、16.83,与对照相比分别提高42.95％、77.16％;地下部分生物富集系数分别为4.35、4.83,分别比对照提高24.64％、38.40％;土壤的净化率分别是对照的1.73、2.20倍.对照组土壤有效态Cd含量随着时间的延长而降低,根际和非根际土壤分别降低32.93％和45.54％;但T1和T2处理中,根际、非根际土壤有效态Cd含量分别提高15.15％、31.73％和36.54％、45.28％.收获时,处理T1、T2根际土壤pH降低率分别是对照的1.08、1.10倍.不同浓度胶质芽孢杆菌处理下土壤pH与有效态Cd含量均呈显著负线性关系.综上,胶质芽孢杆菌主要是通过改变土壤pH来影响土壤Cd生物有效性,从而促进超富集植物的修复效果.本研究可为微生物辅助植物修复重金属污染土壤提供一定理论依据和实践指导.     

毫米级根际微域磺胺嘧啶的降解动态研究

采用特制根际箱,研究了玉米根际效应作用下磺胺嘧啶在土壤中的降解动态.在空间上将根-土界面(0~5 mm)细化到1 mm,箱内磺胺嘧啶剂量分别设为1 mg·kg-1和5 mg·kg-1,分别在出苗后第20、40和60 d取样,并将磺胺嘧啶降解率与根-土界面4种有机酸含量进行回归分析,从而得出影响磺胺嘧啶在根际土壤降解的关键因素.结果表明,种植作物可有效促进磺胺嘧啶的降解,且磺胺嘧啶的最大消减水平发生在距离根室3 mm的近根区,降解顺序依次为:近根际根室远根际.通过对不同剂量磺胺嘧啶胁迫下有机酸响应的相关分析发现,苹果酸和乙酸是影响磺胺嘧啶在根际土壤中降解的关键因素之一.     

矿业废弃地复垦土壤-作物硒吸收特征及其对重金属拮抗效应

针对矿业废弃地复垦土壤硒与重金属"双高"现象,为充分开发其富硒土地资源,确保作物安全,本文基于"点对点"采集的土壤和玉米样品,利用反距离权重（inverse distance weighted,IDW）、多元线性回归（multiple linear regression,MLR）、偏最小二乘回归（partial least squares regression,PLSR）和随机森林回归（random forest regression,RFR）等方法,开展了西南某硫磺矿复垦区玉米硒元素吸收预测的同时,分析硒（Se）对重金属（Hg、As、Cd和Cr）的拮抗效应.结果表明研究区土壤中硒资源丰富,土壤Se平均含量达到0.83mg·kg^-1,是中国土壤Se平均含量的2.87倍,玉米籽粒硒含量处于0.02~0.16mg·kg^-1之间.由相关性分析和模型预测可知,研究区玉米籽粒硒含量主要影响因素为土壤硒、pH值、有机质和重金属As等,多元线性回归（MLR）对其预测最为有效,决定系数R²为0.52.通过比较研究区土壤硒不同含量梯度下玉米对重金属（Hg、As、Cd和Cr）富集特性,表明了土壤Se对重金属Hg、As、Cd和Cr存在一定的拮抗作用.本研究结果可为今后同类矿业废弃地复垦土地发展特色富硒农业提供依据.     

陕西泾惠渠灌区土壤-小麦体系中硒的空间分布特征

查明一个地区土壤和主食中硒含量及其空间分布特征,是探究该地区人体硒营养状况的重要基础.基于陕西泾惠渠灌区104个表层土壤样品和对应的小麦籽粒硒含量的测定,运用地统计的方法,对该地区硒含量的空间分布特征进行了分析,评价了土壤硒的有效性及其对人体硒摄入量的影响.结果表明:泾惠渠灌区土壤总硒含量变化为0.020~0.603 mg·kg-1,平均为(0.154±0.085)mg·kg-1,76.9%的地区处于临界缺硒状态,其中以阎良区土壤硒含量显著高于高陵区、临潼区、泾阳县和三原县;小麦籽粒硒含量为0.003~0.485 mg·kg-1,平均为(0.076±0.070)mg·kg-1,各地区间无显著差异,69.2%达到适度硒水平.造成土壤硒含量处于临界缺硒水平而小麦硒含量达到适度硒水平的原因是该地区土壤有效硒占土壤总硒含量的11.6%,硒的有效性相对较高.该灌区土壤和小麦的硒含量分布存在显著空间分布不均一性,在粮食硒强化中应综合考虑土壤供硒及作物硒吸收两个方面.     

洋河流域不同土地利用类型土壤硒(Se)分布及影响因素

基于洋河流域土地利用方式、海拔高度、土壤、植被类型等采集流域上下游171个代表性表层土壤(0~10 cm),系统地分析了土壤总硒(Se)含量、分布及影响因素.结果表明,洋河流域土壤总Se含量(以干重(dw)计,下同)在0.02~3.24mg·kg-1之间,几何平均值为0.30 mg·kg-1,高于北京平原(0.20 mg·kg-1)、河北平原(0.19 mg·kg-1)和全国平均值(0.29mg·kg-1).洋河流域少Se(0.13~0.18 mg·kg-1)土壤主要分布在怀安县、宣化县以及怀来县,多数地区土壤处于足Se水平(0.18~0.45 mg·kg-1),除此之外,在万全县、兴和县、天镇县及阳高县分布有富Se(0.45~2.0 mg·kg-1)土壤.不同土地利用类型中Se含量有所差异,Se平均含量由高到低分别为:林地城镇工矿用地草地农业用地,其中农业用地平均含量为0.28 mg·kg-1.成土母质、土壤类型对洋河流域Se含量影响较小.黏粒含量与洋河流域表层土壤中Se相关性最好.Se含量随海拔增高显著增加,随p H增加显著减小.TOC、Fe和Al含量也是影响土壤Se含量的重要因素.     

三元土壤调理剂对田间水稻镉砷累积转运的影响

通过镉砷复合污染稻田的土壤调理剂原位治理,研究了三元土壤调理剂QFJ（羟基磷灰石+沸石+改性秸秆炭）对稻田土壤基本理化性质和水稻各部位镉砷累积转运的影响.结果表明,在土壤Cd总量3.58 mg·kg^-1,As总量124.79 mg·kg^-1污染程度下,施用QFJ后,水稻根际土壤pH值、阳离子交换量及有机质含量有增大的趋势;土壤交换态Cd和As含量可分别从0.37 mg·kg^-1、0.07 mg·kg^-1下降到0.12 mg·kg^-1、0.04 mg·kg^-1.QFJ的施用,可有效降低水稻各部位中Cd和As含量,在9.00 t·hm^-2施用量水平,可将糙米中Cd含量从0.46 mg·kg^-1下降到0.18 mg·kg^-1,无机As含量从0.25 mg·kg^-1降低到0.16 mg·kg^-1,同时低于国家食品污染物限量标准0.2 mg·kg^-1的要求,实现水稻安全生产.施用QFJ减少了水稻根系对Cd和As的富集,降低了水稻植株将Cd从地下部转运到地上部的能力,降低了根系转运Cd的能力以及茎叶、谷壳转运As的能力.     

粤北山区连州市土壤硒含量分布特征及影响因素研究

以粤北山区连州市为研究区,采集了3009个耕地表层土壤（0~20 cm）样品,利用GS+软件构建的半方差变异函数模型、ArcGIS中的克里金插值法以及SPSS相关性分析等方法,分析了研究区耕地表层土壤硒含量的空间分布特征、硒元素的形态特征及影响因素.结果表明,土壤硒含量的均值为0.432 mg·kg^-1,变化范围为0.048~4.650 mg·kg^-1,耕地土壤整体处于富硒和足硒的水平,富硒土壤较为丰富.在空间分布上,富硒土壤主要连片分布在连州市的南部和东北部,中西部地区则呈斑状分布.土壤中硒的赋存形式主要以残渣态和强有机结合态为主,二者占全量的60.5%;土壤硒全量与残渣态硒、强有机结合态和腐殖酸结合态硒有显著的相关性.土壤pH和TOC对土壤硒含量具有重要的影响作用,而成土母质是影响连州市耕地表层土壤硒含量分布状况的决定性因素.     

基施硅肥对土壤镉生物有效性及水稻镉累积效应的影响

为研究硅肥对土壤Cd生物有效性以及水稻累积重金属Cd的影响,模拟土壤低Cd污染水平(Cd总量为0.72mg·kg~(-1))和土壤高Cd污染水平下(Cd总量为5.08 mg·kg~(-1)),土壤基施0、15、30、60 mg·kg~(-1)的硅肥,进行水稻盆栽种植实验.结果表明,施用15~60 mg·kg~(-1)硅肥能提升水稻各生育期土壤的pH值,降低土壤交换态Cd含量和TCLP提取态Cd含量24.2%~43.7%,12.7%~46.8%,土壤中Si能与Cd形成Si-Cd复合物,降低土壤Cd的生物有效性,且降低效果在土壤低Cd污染水平时优于高Cd污染水平.硅肥提升水稻地上部的生物量尤其是产量.土壤低Cd污染水平下,Si对土壤Cd向水稻地上部的转运有促进和阻碍两种作用,施用量过低(Si 15 mg·kg~(-1))或过高(Si 60 mg·kg~(-1))时均促进土壤Cd向水稻地上部转运,施用量为30 mg·kg~(-1)时则阻碍Cd向上转运.随着Si施用量的增大,糙米Cd含量先上升后下降,范围为0.07~0.15 mg·kg~(-1),均低于0.2 mg·kg~(-1).土壤高Cd污染水平下,Si阻碍Cd向水稻地上部的转运,糙米、谷壳、茎叶的Cd含量分别降低38.7%~48.5%、35.7%~70.7%、30.9%~40.7%,糙米Cd含量范围0.23~0.28 mg·kg~(-1).综合考虑产量和糙米Cd含量,土壤低Cd污染水平下,建议施用30 mg·kg~(-1)的Si;高Cd污染水平下,建议施用Si 15~60 mg·kg~(-1).     

低浓度含磷水体除磷填料的选择研究

通过对不同填料进行初筛,选择红瓦、环保砖和水泥砖作为研究对象,对低浓度含磷水体进行磷吸附能力试验研究.结果表明,Langmuir 和Freundlich方程均能合理地描述低浓度含磷水体中各填料的等温吸附特性,Langmuir方程中3种填料对磷的理论饱和吸附量由大到小依次为：红瓦（38.13 mg·kg^-1）>环保砖（25.79 mg·kg^-1）>水泥砖（8.85 mg·kg^-1）,Freundlich方程中反应吸附能力的K值由大到小的规律同Langmuir方程的饱和吸附量一致.一级动力学方程、Elovich方程和双常数速率方程均能很好地描述填料对磷素的吸附动力学特征,从可决系数来看,Elovich型方程的拟合效果最好.从磷释放及其安全性分析,3种填料没有向水体释放磷,释放的重金属元素非常低,不会对水体造成二次污染.各填料出水均偏碱性,因此,选择湿地植物时必须具有较强的耐碱性.综合考察得出,红瓦和环保砖可作为处理低浓度含磷水体的除磷填料.