碱性废弃物及添加锌肥对污染土壤镉生物有效性的影响及机制

采用盆栽方法,以石灰作对比研究了2种碱性废弃物(纸厂滤泥和赤泥)及添加锌肥对酸性镉污染稻田土壤的修复效应及其相关机制,同时利用大田试验进行了验证.结果表明,盆栽条件下施用石灰、纸厂滤泥和赤泥(2 g·kg^-1)后土壤 pH显著提高,在淹水平衡7 d和水稻移栽后30 d时土壤交换性钙含量显著高于不施的对照,增幅分别为33.1%～76.0%和31.0%～78.3%,同时土壤有效态镉含量显著降低,淹水平衡7 d时降幅为38.4%～45.0%,水稻移栽后30 d和60 d时降幅分别为37.4%～52.9%和33.2%～38.7%,水稻根系和糙米镉含量显著降低,降幅分别为24.0%～48.5%和26.3%～44.7%.等量碱性物质对提高土壤 pH和降低水稻镉累积的效果为石灰＞赤泥＞纸厂滤泥.纸厂滤泥和赤泥添加锌肥(0.2 g·kg^-1)对降低水稻镉累积的效果均比两者单施更明显.大田试验结果趋势基本相同,施入不同量的纸厂滤泥、赤泥及与锌肥配施后两季作物镉累积量显著减少,当季水稻糙米和第二季油菜籽粒镉含量分别较对照降低了27.1%～65.1%和16.4%～41.6%,糙米镉含量基本达到国家粮食卫生标准(GB 2715-2005).因此,对于中轻度酸性镉污染稻田土壤,利用纸厂滤泥、赤泥及与锌肥配合施用是一种可行的修复方法,通过构建与土壤镉污染程度等特征相适应的碱性废弃物用量与锌肥配施比例,可确保稻米质量安全.     

不同粒径羟基磷灰石对污染土壤铜镉磷有效性和酶活性的影响

为研究不同粒径羟基磷灰石对重金属污染土壤的修复效果,采用向污染土壤添加常规磷灰石（150 μm）、微米（3 μm）和纳米（40 nm）羟基磷灰石的田间原位试验方法,考察其钝化修复5 a后对土壤铜镉磷有效性和酶活性的影响.结果表明:3种粒径羟基磷灰石均提高了土壤pH,降低了土壤交换性酸和交换性铝的含量,且微米羟基磷灰石处理效果最好.常规磷灰石、微米和纳米羟基磷灰石处理分别使w（离子交换态铜）降低了62.6%、74.3%和70.4%,w（离子交换态镉）降低了15.7%、25.3%和26.7%.3种材料均增加了土壤w（TP）,其中4.61%~17.4%和73.4%~89.8%分别转化为树脂磷和稳定态磷.微米羟基磷灰石处理分别使土壤脲酶活性和微生物量碳含量提高了4.66和0.66倍.研究显示,微米羟基磷灰石更有利于铜和镉由活性态向非活性态转化,增加土壤磷的有效性,提高土壤微生物活性,在我国南方重金属污染红壤区具有较好的应用潜力.      

淹水条件下不同氮磷钾肥对土壤pH和镉有效性的影响研究

针对稻田土壤镉污染的问题,探讨常用氮、磷、钾肥料品种对土壤镉有效性的影响,采用淹水培养方法,研究了在水稻生长季节施用不同肥料或添加酸、碱对土壤中镉有效性的影响.结果表明,土壤淹水后pH显著增加,特别是培养初期;随着培养时间的延长,pH逐渐回落,并趋向中性.土壤中有效Cd的变化趋势与pH变化趋势相反,两者间存在显著的线性负相关,淹水使土壤有效Cd下降58.2%~84.1%.肥料类型/品种对土壤镉有效性的影响存在显著差异,氮肥的影响较为复杂,钾肥其次,磷肥最小.在所有肥料中,氯化铵对土壤pH降低最多,对Cd的有效性增加最大;其他肥料依次为尿素、过磷酸钙和氯化钾.硫酸铵、硫酸钾和磷酸一铵都显著降低了土壤Cd的有效性.无论是否经过淹水培养,添加酸、碱后土壤pH与土壤有效Cd呈显著负相关,相关系数(R)分别为-0.994和-0.919.本研究进一步表明,在受Cd污染的酸性水稻土上,应避免施用氯化铵,选用含硫肥料,配合施用碱性物质,并在水稻生长过程中保持淹水状态,可有效降低土壤Cd的有效性.     

碱渣对土壤中镉有效性的影响

用盆栽试验研究碱渣及其用量对小白菜(Brassica chinesis)产量、镉吸收量,土壤pH及有效态镉含量的影响,以期为碱渣的利用提供新的途径。结果表明:碱渣对小白菜生长有促进作用,用量3 g/kg时增产效果最佳,与对照相比,增加了48.1%,继续增加用量小白菜产量增加幅度降低;施用碱渣显著提高土壤pH,且pH与施用量呈显著正相关(R=0.792,P<0.05)关系,但土壤有效态镉含量随着碱渣用量的增加呈递增趋势,与对照处理相比,用量为6 g/kg时增加22.0%,达显著水平;碱渣促进根系对镉吸收累积,与对照相比,碱渣处理根系镉含量增加了29.7%~61.0%,达显著水平,并有增加小白菜地上部镉含量的趋势。这说明碱渣能提高土壤镉有效性,促进植物对镉吸收,可用来强化镉污染土壤的植物修复。     

氯基和硫基肥对土壤镉水稻生物有效性的影响

为探明氯基和硫基化肥单施或混施对土壤镉（Cd）水稻生物有效性的影响,选取典型水稻土红黄泥（第四纪红色黏土母质发育）,按不同比例添加氯基肥（KCl、NH₄Cl）和硫基肥［K₂SO₄、（NH₄）₂SO₄］,在3种外源Cd水平下（0、0.5和2.0 mg ·kg^-1）进行水稻盆栽试验,研究土壤pH、Cd形态、水稻植株各部位和糙米Cd富集情况.结果表明,施用氯基和硫基肥均会使土壤酸化,但氯基肥的影响更显著.水稻灌浆期,单施氯基肥较单施硫基肥的土壤pH值平均降低了0.28;水稻成熟期,氯基肥对残渣态Cd具有活化作用,而硫基肥会将酸可提取态Cd钝化为残渣态;氯基和硫基肥混施较单施同种肥料更易促进水稻植株富集Cd;糙米Cd富集量在氯基和硫基肥1 ：1处理时最高,为0.21 mg ·kg^-1（2.0 mg ·kg^-1外源Cd水平）,较单施氯基肥提高了16.4%,较单施硫基肥显著提高了113.3%.因此,氯基肥和硫基肥混施会使水稻糙米Cd富集量上升,为保障粮食品质安全,水稻种植更宜单施硫基肥.     

钾肥对镉的植物有效性的影响

采用室外盆栽模拟试验,研究了在镉单一污染及镉、铅复合污染的土壤中,钾肥（K₂SO₄）的施用及其施用水平对镉的植物有效性的影响.结果表明,施用钾肥可显著(p<0.05)促进小麦干重的增长,缓解重金属镉及镉、铅复合污染对小麦的毒害作用.不同施用水平的钾肥均减少了小麦对镉的吸收,降低了镉的植物有效性.随着钾肥施用水平的增加,小麦植株不同部位（根、茎叶和籽实）镉的浓度先逐渐降低而后上升,小麦植株不同部位的富集系数也呈现先降低而后上升的趋势,并且钾肥在K2水平时对镉的缓解效果最佳.施用钾肥降低了根际、非根际土壤交换态镉的含量,钾肥主要影响了小麦根际、非根际土壤中交换态、碳酸盐态镉的含量,而对铁锰氧化物结合态、有机质硫化物态和残渣态镉的影响较小.镉、铅复合处理与镉单一处理相比较,铅可促进小麦对镉的吸收,提高镉的植物有效性.     

淹水对污染土壤镉形态转化的影响

研究了受铜冶炼厂“三废”污染的土壤在栽种小麦－水稻－小麦的过程中土壤镉形态的转化。结果表明，淹水后交换态镉形态所占比例明显下降，下降幅旗与土壤氧化铁活化度呈极显负相关。所下降的部分向着活性较低的紧结合有机态，晶形氧化铁结合态及石灰性土壤的碳酸盐结合态转化。     

谷壳灰对稻田土壤镉、砷生物有效性及糙米镉、砷累积的影响

为研究富硅材料谷壳灰（HA）对稻田土壤Cd、As生物有效性及糙米中Cd、As累积的影响,以稻壳为原料制备中性HA（总硅量6.26×10⁵ mg·kg^-1）,开展水稻盆栽试验.HA按质量比设置4个添加水平（0、0.5%、1%、2%）,种植3种水稻（黄华占、湘晚籼13、隆优4945）.研究结果表明：①在土壤Cd总量为2.30 mg·kg^-1、As总量为90.45 mg·kg^-1的复合污染土壤中,HA施用后,与对照相比,土壤Cd的TCLP提取态、CaCl₂提取态及酸可提取态含量呈现不同程度的降低,分别降低了7.8%~18.7%、7.4%~18.7%、0.9%~16.7%;土壤As的交换态和TCLP提取态含量也有降低,分别降低了6.1%~47.1%、4.3%~26.7%.②HA施用可促进土壤中酸可提取态Cd向难溶态Cd的转变,水稻湘晚籼13、隆优4945根际土壤残渣态Cd含量分别增大9.8%~23.5%、5.9%~28.1%;土壤中As主要以残渣态存在,HA的施用对土壤专性吸附As含量有增大效应.③HA施用能够降低糙米中Cd和无机As含量,施用0.5%~2% HA能使水稻隆优4945和湘晚籼13糙米Cd含量降低到0.2 mg·kg^-1以下,施用2% HA能使黄华占糙米无机As含量降低到0.2 mg·kg^-1以下.施用HA能够有效降低土壤Cd、As生物有效性和糙米Cd、As含量,同时增大土壤有效Si含量,有利于提高土壤质量.     

根茬连续还田对镉污染农田土壤中镉赋存形态和生物有效性的影响

通过盆栽试验研究不同镉污染土壤上分别连作3茬玉米和菜豆,根茬连续还田后对后茬作物生长、镉吸收及土壤中镉赋存形态的影响.结果表明,两种镉污染土壤上分别连作3茬菜豆和玉米,根茬累计还田量占土壤质量的0.4%～1.1%,通过根茬累计还田的镉占土壤全镉的1.3%～3.5%.玉米和菜豆根茬连续还田对后茬大白菜和冬小麦生长均无显著影响,但在镉污染土壤上根茬连续还田后显著增加了后茬大白菜地上部镉含量.根茬连续还田对后茬小麦吸收镉无影响.根茬连续还田增加了土壤轻组有机质含量和模拟镉污染土壤中轻组有机质中镉占土壤全镉的比例.镉污染土壤连续还田玉米根茬后土壤碳酸盐结合态镉含量显著降低,在模拟镉污染土壤上菜豆根茬连续还田显著降低了土壤交换态镉含量,根茬连续还田增加了土壤中氧化物结合态镉含量.     

组配改良剂联合硅肥对Cd污染稻田的修复效果

选取湖南省浏阳市某Cd污染稻田进行田间试验,研究组配改良剂石灰石+海泡石（LS）、基施硅肥及叶面喷施硅肥对Cd污染稻田修复效果,结果表明：（1）基施硅肥90kg/hm²和叶面喷施硅肥（0.2,0.4g/L）对土壤pH值无明显影响,添加LS（2250,4500kg/hm²）的各处理均显著提高土壤pH值（P < 0.05）.（2）基施硅肥90kg/hm²分别降低土壤交换态、毒性特征浸出（TCLP）提取态Cd含量20.0%和18.5%,叶面喷施硅肥对土壤Cd两种提取态含量无明显影响,添加LS的各处理（2250,4500kg/hm²）分别使土壤交换态、TCLP提取态Cd含量降低25.8%~49.9%、26.4%~44.5%.（3）3种单一技术措施均能明显降低水稻各部位Cd含量,但降低糙米中Cd含量的效果低于3种技术措施的组合处理;“组配改良剂LS+基施硅肥+叶面喷施硅肥”各处理（JL1F1、JL1F2、JL2F1、JL2F2）使水稻糙米中Cd含量降低25.6%~70.5%.（4）“组配改良剂LS+基施硅肥+叶面喷施硅肥”的组合技术处理能显著降低土壤中Cd的有效性,显著降低水稻各部位中Cd含量,其中JL2F2处理效果最佳,能使对照糙米Cd含量从0.66mg/kg降低到0.19mg/kg,实现中重度Cd污染稻田的水稻安全生产.     

不同阴离子钠盐对土壤Cd形态与微生物群落的影响

为了探明污染土壤在盐碱胁迫条件下镉（Cd）有效性与微生物群落的响应,采集污灌区Cd污染农田土壤,模拟北方土壤典型盐碱胁迫情景,设置不同阴离子钠盐配置处理,利用微生境培养实验,采用高通量测序技术,结合对土壤性质、土壤Cd形态等的测定.结果表明：施用钠盐可显著提高钠吸附比（SAR）、碱化度（ESP）,降低有机碳（SOC）含量、阳离子交换量（CEC）;促进土壤中小粒径团聚体（<0.002mm）的形成,增加了Cd在小颗粒团聚体的质量负载;与对照相比,两种土壤中T1处理（主要阴离子为SO₄^2-、Cl^-）均显著（P<0.05）增加交换态Cd含量（27.06%和11.00%）.钠盐的添加降低了土壤中细菌的丰度和多样性,其中T1处理的微生物群落均匀度最低;盐碱胁迫处理改变了土壤细菌的关键类群,如增加了耐盐碱腈基降解菌科、葡萄球菌科、假单胞菌科和耐重金属芽孢杆菌科的菌群丰度,不同处理菌群结构差异与土壤阴离子组成有关,如相比而言,T1处理可增加变形菌门、芽单胞菌门、拟杆菌门的丰度.冗余分析结果表明土壤pH值、交换态Cd含量、SAR和ESP是影响细菌群落组成变化的关键环境因子,拟杆菌门、芽单胞菌门和变形菌门的丰度与pH值呈正相关,而酸杆菌门、绿弯菌门的丰度与交换态Cd含量、SAR呈现显著正相关.可见,盐碱胁迫增加了土壤Cd的有效性,显著改变了土壤微生物群落结构.     

氮肥管理措施对黑土玉米田温室气体排放的影响

采用静态箱-气相色谱法研究了不同氮肥管理措施(农民常规施肥、减氮20%、添加硝化抑制剂、施用控释肥)对黑土玉米田温室气体排放的影响.结果表明:黑土玉米田施肥(基肥和追肥)后1~3d出现N2O排放峰,施肥后16d内N2O排放量占生育期总排放量的28.8%~41.9%.减施氮肥20%显著降低土壤N2O排放,生育期内的N2O累积排放量减少了17.6%~46.1%,综合温室效应降低30.7%~67.8%,温室气体排放强度降低29.1%~67.0%.等氮量投入时,添加吡啶抑制剂土壤N2O排放量、综合温室效应和温室气体排放强度最低.玉米拔节~乳熟期出现了较强的土壤CO2排放,黑土玉米田是大气中CH4的一个较弱的“汇”,施氮和添加硝化抑制剂对黑土玉米田CO2排放和CH4吸收没有显著影响.添加硝化抑制剂和施用控释肥不影响玉米产量.在本试验条件下,减氮20%并添加吡啶抑制剂在保证玉米产量的同时, 减排增收效果优于其他施肥措施,适宜在黑土区玉米种植中推广使用.     

不同改良剂对微碱性土壤镉形态及小麦吸收的影响

研究过磷酸钙、石灰和硅钙镁肥单一施用对土壤Cd形态和小麦植株不同器官Cd含量的影响,以期为微碱性Cd污染土壤安全利用提供理论参考.通过盆栽试验,研究不同改良剂对小麦成熟期土壤Cd形态以及二乙基三胺五乙酸（DTPA）提取态镉含量的影响,分析小麦不同器官中Cd的含量.结果表明：过磷酸钙显著降低了土壤的pH值,石灰和硅钙镁肥显著提高了土壤的pH值.3种改良剂均可以显著降低土壤DTPA提取态镉含量,其中施用硅钙镁肥（3%）的效果最好,降幅为73.60%.添加硅钙镁肥可显著降低土壤可交换态镉含量,同时增加残渣态镉含量,其中硅钙镁肥（3%）处理效果最佳,土壤可交换态镉含量降幅为63.30%,残渣态镉含量增幅为56.20%.3种改良剂均可显著降低小麦地上部、地下部Cd含量,其中硅钙镁肥处理对小麦地上部及地下部Cd含量降低效果最佳.硅钙镁肥（1.2%）处理对小麦籽粒镉含量降低效果最好,降幅为90.85%.土壤pH值与土壤DTPA提取态Cd含量达到了极负显著水平,土壤DTPA提取态Cd含量与小麦各器官中Cd呈极显著正相关.因此,施用不同改良剂可不同程度的降低土壤中Cd的生物有效性和小麦植株不同器官中Cd的含量,缓解Cd对植株的胁迫效应. 3种改良剂在同等剂量水平下,硅钙镁肥对小麦器官中镉的降低效果最佳.     

Effect of incubation temperature and wet-dry cycle on the availabilities of Cd, Pb and Zn in soil

The effect of incubation temperature and wet-dry cycle on the availabilities of Cd, Pb and Zn was studied. Three soils with pH ranging from 3.8 to 7.3, organic carbon （OC） from 0.7% to 2.4%, and clay from 12.3% to 35.6% were selected. Soils were spiked with reagent grade Cd（NO3）2, Pb（NO3）2, and Zn（NO3）2 at concentrations of 30 mg Cd/kg soil, 300 mg Zn/kg soil and 2000 mg Pb/kg soil. The soils were incubated at 35, 60, 105℃, respectively and went through four wet-dry cycles. Metal availability in soils was estimated by soil extraction with 0.1 mol/L Ca（NO3）2. According to this study, the effect of the spiking temperature on the metal availabilities was different among the metals, soils and wet-dry cycles. Mostly, 35 ~C was the first recommended spiking temperature for Cd and Pb while no spiking temperature was obviously better than others for Zn. Three wet-dry cycles was recommended regardless of the type of metals and incubation temperature.     

不同淋洗剂淋洗对镉污染农田土壤微生物群落结构的影响

土壤微生物群落对重金属污染土壤修复效果有较好的响应.为评价不同淋洗剂淋洗对镉（Cd）污染农田土壤微生物群落结构的影响,选用Cd污染土壤常用的乙二胺四亚甲基膦酸（EDTMP）和乙二胺四乙酸（EDTA）作为供试淋洗剂,对采自矿区周边Cd重度污染农田土壤进行室内浸提试验,分别测定了浸提后土壤微生物群落结构、Cd的化学形态和部分理化性质.结果表明,EDTMP和EDTA浸提对土壤Cd都具有一定的去除效果,其单次浸提率分别为14.23%和38.93%.浸提后土壤优势菌群结构发生明显变化,经EDTMP浸提土壤变形菌门相对丰度显著提高,而土壤酸杆菌门和硝化螺旋菌门的相对丰度则显著降低;经EDTA浸提土壤拟杆菌门相对丰度显著降低.经EDTMP浸提土壤的变形菌门、拟杆菌门和浮霉菌门的相对丰度显著高于经EDTA浸提土壤,芽单胞菌门和硝化螺旋菌门的相对丰度则显著低于经EDTA浸提后的土壤（p<0.05）.冗余分析（RDA）结果表明,2种淋洗剂主要通过降低土壤Cd含量、改变土壤pH及主要养分含量来影响微生物群落结构.     

不同pH值灌溉水对土壤Cd生物有效性及稻米Cd含量的影响

通过盆栽种植实验研究了pH值为3.5~6.5的灌溉水对稻田土壤pH值、土壤Cd生物有效性以及2种水稻品种各部位Cd含量的影响.结果表明:1不同pH值灌溉水对土壤pH值影响显著.灌溉水pH为3.5~6.5的处理下,湘晚籼土壤pH值下降了0.6~0.3个单位,威优46号土壤pH值下降了0.7~0.4个单位.2随着灌溉水pH值的升高,土壤交换态和TCLP提取态Cd含量(生物有效性)均有降低的趋势,但TCLP提取态Cd含量不显著.3随着灌溉水pH值从3.5上升到6.5,湘晚籼12号水稻植株各部位Cd含量均逐渐下降,而威优46号水稻植株各部位的Cd含量逐渐上升.与pH=3.5处理相比,浇灌pH值为4.5~6.5的灌溉水,湘晚籼12号根系、茎叶、谷壳和糙米中Cd含量分别下降32.3%~48.0%、16.5%~48.0%、40.0%~56.2%和45.6%~73.9%;相反,威优46号根系、茎叶、谷壳和糙米中Cd含量分别上升30.5%~446.3%、5.3%~201.1%、70.3%~316.7%和71.0%~177.2%.显然,升高灌溉水的pH值有利于降低湘晚籼12号(常规稻)糙米中的Cd含量,但不利于降低威优46号(杂交稻)糙米中的Cd含量.     

缓控释肥深施对黏性土壤麦田氮素去向的影响

黏性土壤严重影响土壤水肥运移.采取适宜的农艺措施优化土壤无机氮分布,减少该类型土壤的氮素损失是农业绿色可持续发展的关键.为明确缓控释肥种肥深施对黏性土壤麦田氮素损失的影响,选择常规化肥(CN)和缓控释肥(RCU)这2种类型肥料,采用撒播撒施(B)和机械化条播深施(D),研究了缓控释肥种肥深施对黏性土壤小麦产量、季节麦田氮素径流流失、氨挥发和N₂O排放的影响;并分析了其耕层土壤的无机氮时空分布特征.结果表明,相同肥料类型下,D处理的小麦产量显著高于B处理;而相同施肥方式下,RCU处理的产量显著高于CN处理.D-RCU处理的小麦产量最高,达6.97 t·hm^-2.季节径流和氨挥发氮损失量高于N₂O形态的氮损失,且不同损失途径对肥料类型和施肥方式的响应不同.肥料类型和径流发生时间是麦田径流氮素流失的主要影响因素.受监测年份降雨年型分配影响,RCU处理的季节径流氮素流失量(20.35 kg·hm^-2)较CN处理(10.49 kg·hm^-2)显著增加.生育后期是麦田氨挥发损失的主要时期,...     

Cd胁迫下复合叶面肥对水稻幼苗生长及Cd积累特征的影响

为探究叶面喷施肥料是否可有效缓解重金属对水稻的毒害作用,以湘晚籼17和五优369基因型水稻品种为材料,通过盆栽试验法测定复合叶面肥对土壤不同浓度Cd胁迫下水稻幼苗的生长情况和地上、地下部Cd积累效应。结果表明:喷施自制复合叶面肥不仅能促进2种水稻幼苗株高和干重的增长,且能有效地抑制水稻地上部Cd积累,对湘晚籼17的抑制效果优于五优369。这说明多养分复合叶面肥对水稻Cd积累的调控效果可能与水稻自身品种差异和土壤Cd的浓度有关。     

污染场地土壤中Cd人体可给性影响因素及对筛选值的影响

采用Unified bioaccessibility model (UBM) 模拟胃肠消化的方法测试了来自湖南、广西和大连12个污染土壤样品中Cd的人体可给性.结果显示,Cd在胃提取阶段的可给性为12.24%~81.10%,平均值为53.60%,肠提取阶段的可给性为2.01%~43.30%,平均值为19.74%.胃提取阶段的可给性浓度仅与总镉(TCd) (P<0.000, n=12)和总锰(TMn) (P=0.04, n=12)显著正相关,肠提取阶段的可给性浓度与TCd (P<0.001, n=12)、胃阶段Cd的可给性浓度(P<0.001, n=12)以及TMn(P=0.05, n=12)均显著正相关.胃阶段基于土壤中TCd和TP含量能较好的预测Cd在胃阶段的可给性浓度,模型决定系数(R2)达到0.992,肠阶段基于Cd在胃阶段的可给性浓度及土壤pH值能较好的预测其在肠阶段的可给性浓度,R2达到0.999.考虑土壤中Cd在胃中的可给性时,居住及工商业情形下土壤筛选值分别提升至未考虑可给性时的1.8倍(以可给性平均值计算)和1.2倍(以可给性最大值计算).考虑土壤中Cd在肠阶段的可给性时,居住及工商业情形下土壤筛选值分别提升至未考虑可给性时的5.0倍(以可给性平均值计算)和2.3倍(以可给性最大值计算).