沈阳张士灌区重金属污染再评价及镉的形态分析

评价了沈阳张士灌区土壤及稻田的重金属污染状况.结果表明,研究区镉污染仍很严重,样品糙米含镉量为0.435～0.855mg.kg-1,均超过国家食品卫生标准,该浓度与20年前相比有上升的趋势,增加了335%～755%.回归分析表明,土壤的pH值与糙米含镉量呈显著负相关,生物有效态镉与糙米含镉量呈显著正相关.土壤pH值下降使土壤酸化,导致土壤中的镉更多地转变为生物有效态镉,占总量的22.8%～52.0%,易被作物吸收,导致水稻含镉量超标.重金属污染物随着地表径流、地下水及飘尘等移动方式发生迁移转化,使污染范围逐渐扩大.     

不同镉污染土壤下水稻镉富集与转运效率

选取适合湖南种植的48个水稻品种(系)在中轻度和重度镉污染土壤上进行盆栽试验,通过分析水稻籽粒产量、各器官富集系数、转运系数及植株净化效率,探明不同镉污染土壤对水稻镉富集、转运及净化效率的影响。结果表明:中轻度和重度镉污染土壤下糙米Cd含量、籽粒产量分别为0.010~0.048 mg·kg~(-1)、96.63~152.55 g·盆~(-1)和0.105~0.476mg·kg~(-1)、101.10~165.12 g·盆~(-1),重度镉污染土壤明显促进糙米镉含量增加,但对籽粒产量影响不大;中轻度和重度镉污染土壤下糙米镉富集效率和产量均不存在显著相关性;依据产量和糙米镉富集效率进行聚类分析,将所有品种在中轻度镉污染土壤下分为低镉低产组、低镉高产组;重度镉污染土壤分为高镉低产组、高镉高产组;两种镉污染土壤水稻各器官镉富集大小顺序均为糙米叶茎秆根系,转运效率则为土-根茎-叶茎-糙米根-茎,土壤镉主要转运至根部并富集于根部;水稻镉富集及转运效率受产量因素影响较小,但受土壤镉浓度影响较大;重度镉污染土壤明显增强水稻各器官镉富集和根-糙米各环节镉转运效率,较中轻度镉污染土壤增幅显著;水稻根部的净化效率远高于地上部分。     

不同类型土壤小麦-水稻轮作体系施用含重金属污泥的环境效应

采用贵州黄壤、石灰土和浙江水稻土,通过盆栽试验探讨了在3种土壤上施用含不同浓度重金属的污泥对小麦、水稻生长及锌(Zn)镉(Cd)吸收性的影响.结果表明： 不同土壤施用同种污泥所产生的重金属污染风险不同,在黄壤和水稻土上施用高浓度重金属污泥对作物的污染风险较高.一次施用Zn、Cd浓度分别为1789、8.47 mg·kg-1的污泥1.6%,使黄壤小麦籽粒中Zn、Cd浓度分别达109、0.08 mg·kg-1;第二次施用后种植水稻,糙米中Zn、Cd浓度达52.0、0.54 mg·kg-1.而施用污泥后石灰性土壤的两种作物其可食部分均无重金属污染风险.土壤醋酸铵提取态Zn是影响麦粒和糙米中Zn浓度的主要因素,而土壤醋酸铵提取态Cd对麦粒和糙米中Cd浓度无明显影响.施用高浓度重金属污泥使3种土壤Zn、Cd全量显著提高,且两次施用后土壤全量Zn均超过国家土壤环境质量二级标准.     

施用尿素对土壤中Cd、Pb形态分布及植物有效性的影响

采用室外盆栽试验,研究了在镉(25mg·kg-1)、铅(1000mg·kg-1)单一污染及其复合污染的土壤中,施用不同剂量尿素(0、100、200、400、800mg·kg-1)对小麦根际和非根际土壤镉、铅形态、小麦植物体镉、铅浓度的影响,为重金属污染土壤的防治提供依据。结果表明:增加尿素施用水平显著提高了小麦不同部位镉、铅浓度,尿素施用促进小麦对镉、铅的吸收与其对土壤中镉、铅形态分布的影响紧密相关,尿素施用引起土壤pH下降,提高土壤中交换态镉、铅含量,而交换态是最易被植物吸收利用的部分,这是尿素施用提高镉、铅植物有效性的主要原因;与单一污染相比,镉、铅复合污染抑制了小麦对铅的吸收,但促进了小麦对镉的吸收。     

霞多丽苗木中镉的积累、亚细胞分布及化学存在形态

以一年生盆栽葡萄品种霞多丽(Vitis vinifera L.cv.Chardonnay)自根苗及SO4砧嫁接苗为试材,采用CdCl2和CaCl2根部灌入的方法,研究了镉在霞多丽植株内的亚细胞分布和存在形态,以及外源添加氯化钙对植株镉吸收的影响.结果表明:大部分镉积累在霞多丽自根苗及嫁接苗的地下部器官;4 mmol·L-1浓度的CdCl2处理下,镉在自根苗根及根颈部分的积累量占77.1％,在叶片中的积累量占1.4％,而嫁接苗中镉在嫁接口以下部分的积累量高达93.9％,叶片中的积累量仅占0.1％;5 mmol·L-1外源钙缓解了植株对镉的吸收积累,而10mmol ·L-1外源钙则显著增加了植株对镉的吸收积累.镉在根系和叶片中的亚细胞分布规律为细胞壁＞可溶性部分＞细胞器,且在细胞壁中积累50％以上;镉在根系中主要以氯化钠提取态存在,其次为乙酸提取态,去离子水提取态含量最少.随着镉处理浓度的增加,各提取态含量有所变化.     

工业污染土壤中镉的化学形态及植物修复研究

对工业污染地中重金属镉的分布及存在的化学形态进行了系统研究.结果表明,土壤中吸附的镉可被水所溶出,pH值越低（酸度越强）,镉的溶出率越大,移动性越强,越容易被作物所吸收.中性条件下,此类污染土壤可溶态（水溶态、交换态和络合态）镉含量较低,分别为0.68%、12.70%和12.40%;不可溶态镉（颗粒态）约为74.40%.箩卜的茎部为此类镉污染地中镉的超富集植物器官.     

磷肥对土壤中镉的植物有效性影响及其机理

为寻求保障镉污染农田稻米质量安全的有效措施,采用盆栽方法研究了低镉磷肥(Cd＜0.2 mg·kg^-1)及不同施磷量(0.10、0.20 g P₂O₅·kg^-1)对污染稻田土壤中(潮泥田)镉的植物有效性影响,并探讨了相关机理.结果表明： 在0.10 g·kg^-1磷剂量水平下,与对照(无磷肥)相比,钙镁磷和磷酸二氢钾处理显著提高了土壤pH和降低了土壤镉活性,钙镁磷和过磷酸钙处理显著降低了水稻对镉的吸收累积;当施磷量增至0.20 g·kg^-1时,磷酸氢钙处理显著提高了土壤pH和降低了土壤镉活性,钙镁磷、磷酸二氢钾和磷酸氢钙处理下DTPA提取态镉含量降低11.8%、9.8%和11.8%,NH₄OAc提取态镉含量降低9.5%、7.1%和7.1%;5种磷肥处理均显著降低了水稻茎叶中镉含量(降幅24.9%～50.8%),除磷酸氢钙处理外,糙米镉含量的降幅均达到显著水平,钙镁磷和过磷酸钙处理下糙米镉含量接近国家粮食卫生标准(GB 2715-2005).5种供试磷肥中,能提高土壤pH的磷肥(钙镁磷、磷酸二氢钾和磷酸氢钙)降低土壤镉有效性的效果显著,含钙磷肥(钙镁磷和过磷酸钙)降低水稻镉积累的效果较好.磷肥化学性质的差异可能是影响其效果的主要原因,选择碱性含钙磷肥对控制污染农田中作物吸收累积镉更有效.     

磷肥对土壤中镉的植物有效性影响及其机理

为寻求保障镉污染农田稻米质量安全的有效措施,采用盆栽方法研究了低镉磷肥(Cd＜0.2 mg·kg-1)及不同施磷量(0.10、0.20 g P2O5·kg-1)对污染稻田土壤中(潮泥田)镉的植物有效性影响,并探讨了相关机理.结果表明:在0.10 g·kg-1磷剂量水平下,与对照(无磷肥)相比,钙镁磷和磷酸二氢钾处理显著提高了土壤pH和降低了土壤镉活性,钙镁磷和过磷酸钙处理显著降低了水稻对镉的吸收累积;当施磷量增至0.20 g·kg-1时,磷酸氢钙处理显著提高了土壤pH和降低了土壤镉活性,钙镁磷、磷酸二氢钾和磷酸氢钙处理下DTPA提取态镉含量降低11.8％、9.8％和11.8％,NH4OAc提取态镉含量降低9.5％、7.1％和7.1％;5种磷肥处理均显著降低了水稻茎叶中镉含量(降幅24.9％ ～ 50.8％),除磷酸氢钙处理外,糙米镉含量的降幅均达到显著水平,钙镁磷和过磷酸钙处理下糙米镉含量接近国家粮食卫生标准(GB 2715-2005).5种供试磷肥中,能提高土壤pH的磷肥(钙镁磷、磷酸二氢钾和磷酸氢钙)降低土壤镉有效性的效果显著,含钙磷肥(钙镁磷和过磷酸钙)降低水稻镉积累的效果较好.磷肥化学性质的差异可能是影响其效果的主要原因,选择碱性含钙磷肥对控制污染农田中作物吸收累积镉更有效.     

镉胁迫下春小麦中镉的分布、富集及转移规律

采用盆栽试验,研究了镉胁迫下重金属镉(Cd)在春小麦中的分布、富集及转移规律。结果表明:Cd胁迫下,小麦根、茎、叶和籽粒中Cd积累量随外源Cd的增加而增加,小麦不同部位Cd积累量为根叶茎籽粒;籽粒中Cd含量与土壤中Cd显著相关;小麦不同部位对Cd的富集能力差异显著,且随外源Cd处理浓度的增加,各部位富集系数逐渐降低,低Cd浓度时各部位更易富集Cd;小麦植株地上部的转移系数亦呈递减趋势为茎、叶籽粒;在春小麦全生育期,土壤中Cd含量无明显变化,根对外源Cd的富集吸收于生育期70d左右达峰值,小麦植株中的Cd也在80d左右达到峰值后逐步减少,表明植株中的Cd,随籽粒的成熟逐步转移至籽粒。     

农作物体内铅,镉,铜的化学形态研究

本文报道了农作物体内重金属存在的化学形态。用逐步提取法分析了生长在污染土壤上的水稻、小麦的根与叶。结果表明,在两种作物中,根部的铅以活性较低的醋酸可提取态与盐酸可提取态占优势,而叶中的铅以盐酸可提取态占优势。不论根部或叶部,在各种形态镉中,以氯化钠可提取镉所占比例较高,作用较重要。作物体内的铜活性较强,根部以乙醇可提取态占优势,叶中以水提取态占优势。各种结合形态的重金属迁移能力、毒性效应有显著差异。作物体内重金属化学形态特征与其表观毒性效应有密切联系。     

曼陀罗和苍耳对污染土壤中镉的吸收与富集

目的:研究曼陀罗和苍耳对重金属镉的吸收与富集特征.方法:室外盆栽试验和室内原子吸收测定曼陀罗和苍耳体内的镉含量.结果:土壤中的镉刺激了植物的生长,曼陀罗和苍耳的生物量都比对照有所增加;曼陀罗和苍耳体内的镉含量随土壤中镉浓度的增加而增加;当土壤中镉浓度为100mg·kg-1时,曼陀罗地上部分富集系数为1.15,大于1,而在其它测试浓度下均小于1;苍耳地上部分的富集系数在所有测试浓度下都小于1.结论:曼陀罗和苍耳都不属于镉的超富集植物.     

镉在土壤-金丝垂柳系统中的迁移特征

以金丝垂柳为试验对象,采用盆栽试验方式,设置无植物和金丝垂柳两组试验,分别对两组试验的土壤做梯度浓度Cd处理:0(无镉处理)、2(低浓度处理)、20(中浓度处理)、80(高浓度处理) mg/kg 土壤干重,无植物组各处理分别定义为CK(无镉处理)、L(低浓度处理)、M(中浓度处理)、H(高浓度处理),金丝垂柳组各处理分别定义为CKP(无镉处理)、LP(低浓度处理)、MP(中浓度处理)、HP(高浓度处理)。通过对土壤中各形态Cd含量及金丝垂柳叶、韧皮部、木质部、根部的Cd含量测定,分析了金丝垂柳及不同浓度Cd处理对土壤中中性交换态、螯合态和残渣态Cd含量的影响,并评价了富集指数(BCF)、转移系数(TF)和生物有效性(BF),明确了Cd在土壤-金丝垂柳系统中的转移特征及金丝垂柳对土壤中Cd的清除效果。结果表明:(1)金丝垂柳对土壤中中性交换态、有效态Cd含量及总Cd量的降低具有极显著影响,HP组与无植物H组相比,中性交换态及有效态Cd含量分别降低了52.73%、25.34%,MP、HP组与对应的无植物处理组的总Cd量相比分别降低了11.33%、13.89%;(2)金丝垂柳各处理组的Cd积累量随Cd处理浓度的增加和处理时间的延长而增加,处理90 d后,HP处理中木质部和根部的Cd含量可达170.64 mg/kg、212.49 mg/kg;(3)各浓度Cd处理下,金丝垂柳各部位生物富集系数呈根>木质部>韧皮部、叶,且随着Cd处理浓度的增加而显著降低,随处理时间的延长而升高;与40 d相比,90 d时LP组叶的生物富集系数增加了6.90倍,增幅最大。(4)各部分转移系数均随处理时间的延长而降低,90 d时LP、MP的转移系数分别比40 d时的结果低47.94%、41.34%。(5)金丝垂柳LP、HP组土壤Cd的生物有效性显著低于相应的无植物处理L、H组,分别低70.73%、88.46%,MP组与M组无显著差异。研究结果表明,金丝垂柳能有效地吸收土壤中的有效态Cd,降低土壤中Cd的生物有效性及总Cd量,提高土壤的安全性,并能将吸收的Cd有效地转移至地上部分,尤其是木质部储存。随着植株不断生长,生物量的增加,金丝垂柳可有效地清除土壤中的Cd,适用于对Cd污染地区进行长期植物修复。     

放射性钴在模拟水稻田中的迁移模型

研究了放射性钴（^60Co）在模拟水稻田中的迁移、消长的动力学模型。结果表明,水稻田表水中^60Co浓度随时间延长单调降低;水稻植株中^60Co浓度在经历一最大值后下降,其各部位中^60Co浓度大小顺序是：稻根＞稻草＞＞稻壳＞糙米;各处理土壤中^60Co浓度随距表层深度按单项指数衰减,不同处理的土壤中^60Co的平均浓度则与时间负相关。^60Co在田表水、土壤、水稻植株中浓度的大小顺序是：水稻植株＞土壤＞田表水。     

珠江三角洲典型肝癌高发区土壤锰形态及其生态效应

通过对珠江三角洲典型肝癌高发区及低发区表层、深层土壤样品和作物样品的系统采集,分别对土壤中各化学形态Mn含量及其与土壤Mn全量、土壤理化性质、蔬菜Mn富集之间的相关关系进行研究.结果表明: 研究区土壤Mn主要来自成土母质,受人类活动影响很小,肝癌高发区土壤Mn平均含量为577.65 mg·kg^-1,显著低于肝癌低发区（718.04 mg·kg^-1）和全国土壤Mn平均含量（710 mg·kg^-1）;肝癌高发区土壤Mn以残渣态和铁锰态为主,水溶态和交换态等生物有效态含量较少,二者分配系数之和不超过4%,低发区土壤Mn形态分布也有相似的分布特征,但其绝对含量显著高于肝癌高发区.Mn全量负荷水平和pH对各形态Mn的含量有重要影响,尤其是铁锰结合态、腐植酸结合态、碳酸盐态和残渣态的含量与土壤Mn全量呈显著正相关;水溶态、有机态Mn与pH呈显著负相关.5类蔬菜中,肝癌高发区油麦菜和大白菜Mn含量及富集系数显著低于肝癌低发区,其它蔬菜品种无显著差异.Mn在蔬菜中的累积量与土壤中有效态Mn（水溶态Mn与离子交换态Mn之和）呈显著正相关,而与土壤Mn全量和其他形态均无显著相关性.     

稻草和紫云英对土壤外源铜的形态及生态效应的影响

研究稻草和紫云英对红壤和潮土中外源铜的形态及其对水稻有效性的影响,结果表明稻草和紫云英均显著降低了交换铜的含量,提高了紧有机结合态和无定形氧化铁结合态铜的含量,交换态铜含量与土壤ｐＨ值及有机态铜含量呈显著负相关,稻草和紫云英显著地抑制了水稻根对铜的吸收,但在一定程度上促进了根铜向茎叶及茎叶铜向谷粒迁移,稻草显著降低了低糙米中铜的含量,紫云英降低潮土处理糙米中铜的含量但对红壤处理的糙米的铜含量则没有     

碳酸钙对水稻吸收重金属(Pb、Cd、Zn)和As的影响

选用重金属(Pb、Cd、Zn)和As复合污染土壤进行水稻盆栽试验,结果表明,碳酸钙的添加显著提高了土壤pH值,显著降低了土壤中交换态Pb、Cd、Zn和As的含量,与对照相比,交换态Pb、Cd、Zn和As含量分别最多降低了98.35%,93.72%,98.52%和69.48%。碳酸钙对水稻根、稻谷干重和总生物量没有显著影响,添加量过高时显著降低了水稻分蘖数和茎叶干重,说明过量施用碳酸钙对水稻生长会产生负面作用。因为碳酸钙的添加,水稻植株各部位重金属Zn含量显著降低,糙米中Zn含量最多减少了34.95%;根、谷壳中Pb、Cd含量显著降低,但糙米中含量却未显著降低;水稻各部位As含量均没有显著降低。参照《食品中污染物限量》(GB2762—2012),试验糙米中Pb、Cd、无机As含量均未达到限量标准。显然,碳酸钙的添加降低了Pb、Cd、Zn的生物有效性(水稻根系对Pb、Cd、Zn的吸收累积减少),但并未有效地抑制Pb、Cd向糙米转运;碳酸钙显著降低了土壤的交换态As含量,但并未使土壤中As的生物有效性明显降低(水稻植株各部位的As含量并未显著减少)。     

贵州兴仁煤矿区农田土壤重金属化学形态及风险评估

为了解煤矿区周边农田土壤重金属污染状况,采集了贵州省兴仁县某典型煤矿区农田土壤样品64份,测定了土样中重金属(As、Cr、Pb、Zn、Cd、Hg、Cu、Ni)总量及各形态含量,采用单因子指数法、潜在生态风险指数法(Hkanson法)和风险评估编码法(RAC)对研究区主要土壤利用类型(水稻土、薏米地、植烟土和菜园土)中重金属进行潜在生态风险评估和环境风险评价.结果表明： 不同利用类型土壤中重金属含量除Zn外,其他元素均明显超过贵州省背景值.单因子指数法评价结果表明,As、Pb、Hg和Cu污染较为严重,均属重度污染.形态分析表明,土壤中重金属形态构成差异明显,酸可提取态As、酸可提取态Cd所占比例较高;Cr、Zn、Cu、Ni主要以残渣态为主;Pb主要以可还原态和残渣态为主;而Hg的酸可提取态、可还原态、可氧化态均占有相当比例,三者之和大于55%.重金属可利用度大小顺序为:As(63.6%)>Hg(57.3%)>Cd(56.4%)>Pb(52.5%)>Cu(45.7%)>Zn(32.8%)>Ni(26.2%)>Cr(13.2%).潜在生态风险指数表明,各类型土壤潜在生态风险(RI)〖JP2〗为:菜园土(505.19)>薏米地(486.06)>植烟土(475.33)>水稻土(446.86),均处于较高风险.风险评估编码法结果显示,As在水稻土、薏米地及植烟土中均处于高风险,在菜园土中处于中等风险;Cd、Hg均处于中等风险,Cr、Pb、Zn、Cu和Ni均处于低风险.因此,对该区域农田土壤进行管控时应重点考虑As、Cd和Hg污染.     

麦季间作伴矿景天对不同土壤小麦-水稻生长及锌镉吸收性的影响

采用黑龙江黑土、河南潮土和浙江水稻土等我国粮食主产区典型土壤开展盆栽试验,研究小麦/伴矿景天间作、水稻轮作模式下Zn、Cd超积累植物伴矿景天对当季小麦和后茬水稻生长及重金属吸收性的影响,探索粮食作物主产区污染土壤边生产边修复技术的可行性.结果表明:麦季间作伴矿景天,土壤硝酸钠提取态Zn、Cd浓度较小麦单作处理显著提高,间作处理下水稻土、潮土与黑土的提取态Zn较单作处理分别提高55％、32％和110％,水稻土与黑土提取态Cd较单作分别提高38％和110％,潮土的提取态Cd与对照处理没有差异.间作处理水稻土、潮土和黑土上小麦地上部重金属浓度是单作处理的1.1～1.9倍.麦季间作伴矿景天对后茬水稻生长及其地上部重金属吸收性无显著影响,虽然后茬水稻糙米中Cd含量仍高于0.2 mg·kg-1的“食品中污染物限量”标准,但种植过伴矿景天处理的水稻糙米重金属与前季单作小麦处理相比呈下降趋势.表明通过伴矿景天/小麦-水稻的间作和轮作种植模式,可吸取修复污染土壤中有害重金属,降低后茬水稻的食物链风险.     

土壤镉污染与作物

通过土壤镉污染对作物影响的盆栽模拟试验,以揭示重金属镉在土壤—植物系统中的转移、分布规律及其对植物生长、发育的影响。试验证明不同化合形态的镉施入土壤(砂壤质褐土,pH值8.2),水稻对镉吸收的多寡依次为CdCl2>CdSO4>CdO>CdS>CdCO3。白菜的镉吸收表现为CdSO4>CdCl2>CdO>CdCO3。土壤的不同镉浓度(施加CdCl2,以纯镉计)对作物影响的试验结果表明,可食部位达到食品污染标准(谷物含镉量0.4ppm、蔬菜0.2ppm为暂定标准)时的土壤镉污染临界值分别为：小麦、莴苣、白菜<1ppm,茄子、萝卜<2.5ppm,番茄、菜豆<20ppm。土壤因子的处理影响镉的活动性;降低土壤pH值,水稻的镉吸收增加。增施有机肥、ZnSO4、S、CaO、CaSO4可降低糙米含镉量13.4%一30%。白菜的镉吸收,由于增施有机肥、FeSO4、Fe2O3、CaO或S而降低菜叶含镉量28%一61%。以Cd,Zn比1:100或1:200施入土壤,叶内含镉量分别下降61%和76.4%,但白菜产量减少61%和76%。     

镉胁迫下植物促生菌密歇根克雷伯氏菌TS8和Lelliottia jeotgali MR2对拟南芥生长及镉富集的影响北大核心CSCD

为了研究镉胁迫下植物促生菌密歇根克雷伯氏菌(Klebsiella michiganensis)TS8和Lelliottia jeotgaliMR2对拟南芥(Arabidopsis thaliana)生长及镉富集的影响,文中以野生型拟南芥为试验材料,将其种植在不同镉浓度的土壤基质中,并施入MR2和TS8菌悬液。低浓度镉处理组(LC)为购买的基质营养土,初始镉浓度为14.17 mg/kg,高浓度处理组(HC)为在购买的基质营养土上额外喷洒200 mg/kg Cd^(2+)。结果表明,相比对照组,不同浓度镉胁迫下喷施MR2菌悬液均可显著促进拟南芥的生长,而TS8和MR2_TS8混合菌液仅在高浓度镉胁迫下表现出一定的促生效果。但值得关注的是,不同浓度镉胁迫下TS8菌悬液可显著降低拟南芥的地下部对重金属镉的富集(60%和59%),并有效提高地上部对重金属镉的富集(234%和35%)。此外,单菌和混合菌均能显著提高土壤中可还原态镉向酸可提取态镉转化,促进植物吸收,降低土壤总镉含量。因此,针对不同环境下,合理配施植物促生细菌在提高作物产量或修复土壤镉污染中具有一定的应用价值。