绿洲土Cd、Pb、Zn、Ni复合污染下重金属的形态特征和生物有效性

通过模拟基于干旱区绿洲土壤Cd-Pb-Zn-Ni复合污染下的油菜盆栽试验,采用Tessier五步连续浸提法探究了重金属复合污染对油菜生长的影响及其各形态的转化归趋和生物有效性.结果显示,随着Cd-Pb-Zn-Ni复合胁迫水平的升高,油菜的干重先增加后减小,根系的生长由促进作用转变为抑制作用;对照土壤中4种重金属元素均以残渣态为主要赋存形态,可交换态的含量均很小;随着外源重金属的添加,油菜种植土壤中4种重金属元素的各形态含量随之增加,Cd、Pb、Zn的可交换态和Ni的碳酸盐结合态对外界胁迫响应强度最大,Cd、Pb、Zn、Ni的活性增加,且Cd、Pb的主要赋存形态迅速转变为碳酸盐结合态和铁锰氧化态,Zn的主要赋存形态由残渣态和碳酸盐结合态过渡到碳酸盐结合态和铁锰氧化态,Ni的主要赋存形态为碳酸盐结合态;Cd、Zn在茎叶中的含量大于根系,Pb、Ni反之,油菜能将Cd、Zn更多的运输至茎叶,Pb、Ni则主要积累在根系;油菜茎叶吸收Cd和油菜各部位吸收Zn的主要贡献形态为可交换态,根吸收Cd的主要贡献形态由可交换态转变为有机结合态,根吸收Pb和油菜各部位吸收Ni的主要贡献形态为碳酸盐结合态.     

河北主要土壤中Cd、Pb形态与油菜有效性的关系

当今土壤重金属污染日趋严重而表征土壤污染程度 的指标不够完善、相关性亦较差。为此,采用网室盆栽试验,研究了河北平原主要土壤类型潮土和潮褐土上Cd、Pb的化学形态特征及其与油菜植株干物重、油菜吸收重金属含量的关系。结果表明Cd对油菜的毒害作用大于Pb。总量及各形态Cd、Pb含量与油菜可食部分干物重呈负相关,对油菜干物重影响最大的是交换态Cd、Pb。而对油菜吸收Cd、Pb贡献最大的形态是碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态。深入研究重金属形成与植物有效性间的关系,可为进一步揭示重金属的生物有效性,为更准确评价土壤重金属污染程度提供理论依据,具有重要的理论意义和实际应用价值。     

在蚯蚓影响下土壤Pb、Cd有效态的变化及小白菜对Pb、Cd的富集转移作用

研究了在蚯蚓影响下Pb、Cd添加量不同(Pb:500～1 700 μg·g-1;Cd:1～30 μg·g-1)的土壤中Pb和Cd有效态及其含量的变化以及小白菜(Brassica chinensis L. )对土壤中Pb和Cd的富集和转移作用.结果显示,在蚯蚓的影响下,Pb添加量为500～1 400 μg·g-1的土壤中酸提取态和可还原态Pb含量显著提高,有效态Pb总含量也随土壤中Pb添加量的提高逐渐增加;Cd添加量为5～20 μg·g-1的土壤中酸提取态Cd含量显著提高,有效态Cd总含量也随土壤中Cd添加量的提高而逐渐增加;当土壤中Pb和Cd添加量分别达到1 700和30 μg·g-1时,蚯蚓对Pb和Cd基本无活化作用.在蚯蚓的影响下,小白菜地上部分Pb含量显著提高,对Pb的转移系数也均高于各自的对照,地上部分和地下部分对Pb的富集系数分别为0.037～0.061和0.401～0.628.在蚯蚓影响下,在Cd添加量较低(1～5 μg·g-1)的土壤中小白菜地上部分和地下部分的Cd含量以及对Cd的富集系数均高于各自的对照;而在Cd添加量较高(10～30 μg·g-1)的土壤中小白菜地上部分和地下部分的Cd含量以及对Cd的富集系数均低于各自的对照,并随土壤中Cd添加量的提高逐渐降低;小白菜地上部分和地下部分对Cd的富集系数分别为1.196～11.516和1.744～20.425;各处理组小白菜对Cd的转移系数与各自的对照差异不显著.研究结果显示,蚯蚓主要对土壤中酸提取态和可还原态Pb以及酸提取态Cd有活化作用,并且可促进Pb由小白菜地下部分向地上部分的转移,但对Cd的转移无明显促进作用;此外,小白菜对Pb的富集作用不明显,但对Cd有一定的富集能力,这种能力的大小与土壤Cd含量有关.     

石灰配施猪粪对Cd、Pb和Zn污染土壤中重金属形态和植物有效性的影响

通过盆栽试验,研究在镉、铅和锌污染土壤上,石灰和猪粪配施对土壤中不同形态镉、铅和锌含量及在蔬菜中累积的影响.结果表明:施入石灰(L)、石灰加低量猪粪(LP1)、石灰加高量猪粪(LP2)后,土壤中碳酸盐结合态Cd、Pb和Zn含量明显降低,土壤中铁、锰氧化物结合态和有机物结合态Cd、Pb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.单施石灰处理,石灰用量为5 g·kg-1土时,对大白菜吸收Pb、Cd和Zn的抑制效果最好;石灰配施猪粪处理,其中石灰5 g·kg-1土配施猪粪7.5 g·kg-1土以及石灰5 g·kg-1土配施猪粪15 g·kg-1土对大白菜吸收Pb、Cd和Zn的抑制效果最好.研究同时发现,低量猪粪配施石灰的效果强于高量猪粪配施石灰的效果.     

渗滤液溶解性有机物对土壤Cd、Pb有效性的影响

在Cd、Pb污染土壤中,通过生物盆栽试验,研究了2种不同填埋年龄的垃圾渗滤液溶解性有机物(DOM)对黑麦草生长的影响及其对重金属Cd、Pb吸收的影响.鲜样、水阁样分别为填埋年龄0和12年的垃圾渗滤液.结果表明,垃圾渗滤液DOM施入土壤,残留在土壤中的DOM平均浓度为对照的1.39倍(鲜样)和1.47倍(水阁样).2种垃圾渗滤液DOM处理的土壤水溶态Cd、Pb和交换态Cd、Pb均在前期呈波动变化,到后期则上升.在Cd污染土壤中,鲜样和水阁样垃圾渗滤液DOM处理土壤水溶态Cd、交换态Cd分别高出对照37.44%、4.81%,48.97%、14.94%;在Pb污染土壤中,鲜样和水阁样垃圾渗滤液DOM处理土壤水溶态Pb、交换态Pb分别高出对照8.56%、7.22%,18.99%、11.47%.鲜样和水阁样垃圾渗滤液DOM处理黑麦草总Cd浓度分别高于对照19.59%和104.4%,总Pb浓度分别高36.03%和44.66%;但两处理的黑麦草总生物量下降14.03%～52.24%.因此,垃圾渗滤液DOM进入污染土壤后,有利于土壤重金属生物有效性的提高和植物体内重金属的累积,却抑制植物的生长, 尤以填埋年龄长的垃圾渗滤液DOM影响更大.     

采用浇灌方式施用甲酸钙消减当季叶菜镉污染

中轻度Cd污染农业土壤修复多采用以pH调控为主的钝化措施,但在pH中性土壤中综合效果不佳。本研究提出在蔬菜生长时期用甲酸钙溶液强化根际土壤交换态Cd向碳酸盐结态Cd的转化,在基本不改变土壤pH的情况下,阻控蔬菜对pH中性土壤Cd的吸收。室内模拟实验表明,低浓度甲酸钙(1.3~3.9 g·L~(-1))可以促使土壤交换态Cd转化为水溶态Cd;24 h内甲酸根生物降解后,土壤碱度有所提高,但pH变化不大,利于土壤交换态Cd转化为水溶态Cd后继续转化为生物有效性相对更低的碳酸盐结合态Cd。采用全Cd含量为1.03 mg·kg~(-1)、pH为7.3的棕壤开展油菜盆栽实验,结果显示,在油菜生长中后期2次以灌溉形式按76、152或228 mg·kg~(-1)土的剂量添加甲酸钙后,收获时油菜Cd含量分别比对照组减少31.6%、32.7%和39.4%,但不同处理土壤pH变化很小;在第二茬盆栽实验中,不同处理油菜Cd含量差异消失。甲酸钙阻控当季蔬菜吸收土壤Cd的作用主要归因于其对土壤交换态Cd向碳酸盐结合态Cd转化的促进作用,但土壤交换性阳离子组成与含量、铁锰氧化物和有机质等因素对甲酸钙阻控效果的影响还有待进一步研究。     

镉与豆磺隆复合胁迫下小麦根－土界面镉形态的变化

通过根际箱试验,研究了Cd与豆磺隆复合胁迫下小麦根 土界面Cd形态变化的空间和时间效应.在空间上将根－土界面(0～5 mm)细化到1 mm,在时间上将取样时间分为14、21、28、35和42 d,并将小麦体吸收的Cd与根 土界面各形态Cd作相关分析,从而得出影响小麦体生长的Cd形态.结果表明,在小麦不同的生长时间内,可交换态Cd表现出的空间效应明显不同.在小麦生长的第14天,根－土界面可交换态Cd大体上由根中心区(6.186 mg·kg^-1)向根外区(6.482 mg·kg^-1)逐渐增加;从小麦生长第21天到42天,根-土界面可交换态Cd呈现出由根中心区到某一层升高,之后又由该层到土体下降的趋势.根-土界面各层碳酸盐和铁锰结合态Cd向可交换态Cd转化的趋势由根中心区向根外区逐渐减弱,而向残留态Cd转化的趋势逐渐加强,有机结合态Cd浓度变化在近根区较大.碳酸盐结合态Cd、铁锰结合态Cd、有机结合态Cd浓度随时间而逐渐下降;残留态Cd浓度则表现出明显的上升趋势.相关分析表明,近根层的可交换态Cd和有机结合态Cd是小麦能直接利用的两种Cd形态.豆磺隆对可交换态Cd含量变化以及碳酸盐和铁锰结合态Cd的转化有明显影响.     

稻麦轮作下水稻土重金属形态特征及其生物有效性

在成都平原稻麦轮作下86个土样中重金属全量和各形态含量分析的基础上,采集分析相应点位上种植的主要粮食作物小麦和水稻籽粒的重金属含量,通过描述性统计分析、相关性分析及线性回归方程的模拟,研究了土壤中重金属的形态分布特征及其生物有效性。统计分析结果表明：土壤中Cr、Cu、Pb、Zn各形态含量的分配顺序为：残渣态〉有机物结合态〉铁锰氧化物结合态〉碳酸盐结合态〉可交换态,而Cd各形态含量的分配顺序为：铁锰氧化物结合态〉残渣态〉碳酸盐结合态〉有机物结合态〉可交换态。若以活性态（非残渣态含量）而论,Cd的活性最高,Cr的活性最低。除Cr外,各元素全量与各活性形态之间的关系较为密切。土壤中全Cd含量与4种活性形态Cd含量间的相关性均达极显著水平;Cu、Zn全量分别与其铁锰氧化物和有机物结合态含量,Pb全量分别与其可交换态和铁锰氧化物含量间的相关系数达显著或极显著水平。用卫生部颁布的食品中重金属限量卫生标准评价稻麦籽粒重金属累积情况,其结果表明,小麦籽粒（旱作）中的Cd、Cr、Cu、Pb分别超标14.71%、8.70%、6.50%和17.40%,而水稻籽粒（水作）仅有Pb和Cd含量超标10.90%和8.70%。不同形态重金属对水稻和小麦籽粒中重金属累积的影响效应不同，从多元线性回归方程的回归系数来看：稻一麦籽粒中Cd含量受到土壤中各活性形态Cd含量的影响。除铁锰氧化态Cd和有机物结合态Cd含量分别对小麦和水稻籽粒中Cd的累积表现出负效应外，其余均为正效应。可交换态Cu含量对稻-麦籽粒Cu累积的效应最大，其次受碳酸盐结合态Cu含量的影响。稻一麦籽粒Pb含量的累积受土壤各活性态Pb含量影响效应的差异不甚明显。稻-麦籽粒Zn含量与土壤各活性态Zn含量间无显著线性关系。     

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)。     

根际环境中铅的形态转化

用根际箱试验研究了红壤植麦和植稻后根际中Pb的形态转化 ,讨论了与Cd复合处理对Pb形态的影响 .结果表明 ,Pb在红壤根际、非根际的主要形态为酸解态 +碳酸盐态、交换态和铁锰氧化物结合态 .交换态Pb都是根际 >非根际 ;不同Pb处理浓度和Pb Cd交互作用都对Pb的形态分布产生影响 ,小麦根际随加入Cd浓度增大 ,根际交换态Pb和铁锰氧化物结合态Pb下降 ;水稻根际交换态Pb与Cd复合处理浓度密切相关 ,5mgCd·kg-1复合处理 ,根际交换态Pb的活化较单元素弱 ,10mgCd·kg-1复合处理 ,根际交换态Pb的活化较单元素要强 .     

芜湖钢铁厂周边土壤及油菜籽中镉、铜、锌、铅含量和形态分布研究

研究了污染土壤、油菜籽中Cd、Cu、Zn、Pb含量、形态分布特征和重金属富集状况及可能存在的生物毒性.结果表明,土壤中Cd、Zn、Pb以铁锰氧化物结合态、Cu以残留态占5种形态最高比例,分别为31.1%、39.3%、53.79%、46.24%;Cd、Pb交换态比例较高,为23.47%、16.32%,Cu、Zn的交换态比例较小,为3.14%、0.54%;土壤中不同重金属与各重金属形态相关关系有差别,5种重金属形态转化为有效态重金属难易程度不同;油菜籽和油菜籽壳中不同重金属累积趋势有差异,Cu易在油菜籽壳中累积,Cd、Zn、Pb易在油菜籽中累积;油菜籽中不同重金属累积率不同,Cd累积率最高,为0.56.油菜籽中重金属累积率与土壤中重金属总量呈显著负相关关系(P＜0.05),土壤中重金属的形态、转化差异是此种负相关关系的主要原因;油菜籽中Cd、Cu、Pb以氯化钠态为主,分别为32.50%、22.94%、34.69%,Zn以EDTA态为主,为45.97%.油菜籽中重金属形态可能影响其毒性,但其毒性的人类膳食风险还需进一步研究证实.油菜籽中重金属形态与油菜中重金属总量相关性不好.     

蕹菜典型品种中Cd、Pb、Cr、Ni 等重金属含量及其相关性

目的:蕹菜(Ipomoea aquatica Forsk.)Cd(镉)积累典型品种对Cd、Pb(铅)、C(r铬)、N(i镍)等多种重金属的吸收积累及相互关系。方法:采用盆栽试验,分析4个蕹菜Cd积累典型品种在6种土壤上的两茬茎叶及根Cd、Pb、Cr、Ni含量及相关性。结果:①品种和土壤对供试蕹菜典型品种Cd含量的效应均达显著水平(P<0.05),对Pb、Cr和Ni含量的效应因重金属、收获时期及部位而不同,二者对Cd、Pb含量具一定的交互效应。②两茬茎叶Cd含量平均值均为T308>GDB>QLB>QLQ,根Cd平均含量高于茎叶Cd平均含量;除Cr外,根Pb和Ni平均含量均高于茎叶。③Cd、Pb、Cr、Ni含量呈现复杂的相关关系。茎叶Cd含量与Pb含量正相关,且第一茬相关性极显著(P<0.01);Pb含量与Ni含量相关关系明显,第一茬茎叶、根Pb含量与Ni含量的正相关达到显著(P<0.05)或极显著水平(P<0.01),但第二茬茎叶Pb含量与Ni含量却显著负相关(P<0.05);Pb含量与Cr含量的相关性仅第一茬茎叶显著(P<0.05);Cr含量与Ni含量的相关性仅第二茬茎叶达极显著水平(P<0.01)。结论:蕹菜典型品种对Cd、Pb、Cr、Ni的吸收积累存在协同和拮抗两种作用。     

Assessing the Tolerance of Castor Bean to Cd and Pb for Phytoremediation Purposes

This study evaluated Cd and Pb accumulation by castor bean (Ricinus communis cv. Guarany) plants grown in nutrient solution, aiming to assess the plant’s ability and tolerance to grow in Cd- and Pb-contaminated solutions for phytoremediation purposes. The plants were grown in individual pots containing Hoagland and Arnon’s nutrient solution with increasing concentrations of Cd and Pb. The production of root and shoot dry matter and their contents of Cd, Pb, Ca, Mg, Cu, Fe, Mn, and Zn were evaluated in order to calculate the translocation and bioaccumulation factors, as well as toxicity of Cd and Pb. Cadmium caused severe symptoms of phytotoxicity in the plant’s root and shoot, but no adverse effect was observed for Pb. Castor bean is an appropriate plant to be used as indicator plant for Cd and tolerante for Pb in contaminated solution and it can be potentially used for phytoremediation of contaminated areas.     

Chemical speciation of cadmium and lead and their bioavailability to cole (Brassica campestris L.) from multi-metals contaminated soil in northwestern China

A pot experiment was conducted to study the relationship between speciation distribution of cadmium (Cd) and lead (Pb) and their availability to cole (Brassica campestris L.) grown on the Cd–Pb polluted soil in northwest of China. The results showed that Cd in the unpolluted soil was mainly bound to carbonate fraction (F2) and Fe–Mn oxide fraction (F3), and Pb was mainly bound to carbonate fraction (F2) and residual fraction (F5). However, marked change of Cd and Pb fractionation was observed with increasing soil Cd and Pb concentrations, where the concentrations of Cd in F1 (exchangeable fraction), F2 and F3 increased significantly (p < 0.001 for F1, F2 and F3), and Pb in F1, F2, F3 and F4 increased significantly (p < 0.001 for F1, F2, F3 and F4).The correlation analysis between the fraction distribution coefficient of Cd and Pb in the soil and Cd and Pb concentration accumulated in cole showed that both Cd and Pb in F1 fraction in the soil made the greatest contribution on the accumulation of Cd and Pb in cole. Higher bio-concentration factors (BCFs) and translocation factors (TFs) for Cd and lower BCFs and TFs for Pb were observed in the cole, respectively. Cd had higher accumulation in the edible parts of the cole, but Pb had lower accumulation in that. Therefore, Cd has higher risk to human health than Pb when people eat the coles grown in Cd–Pb polluted soil in northwestern China.     

模拟酸雨对污染土壤中Cd、Cu和Zn释放及其形态转化的影响

研究了模拟酸雨连续浸泡下污染红壤和黄红壤中重金属释放及形态转化．结果表明。随着模拟酸雨pH值下降,污染土壤中重金属释放强度明显增大;Cd、Zn释放量与酸雨pH值呈线性极显著负相关．Cu与酸雨pH值呈线性显著负相关．模拟酸雨作用下,污染红壤和黄红壤中Cd均以交换态为主;Cu则以有机结合态和氧化锰结合态为主;Zn在污染红壤中以残留态和交换态为主．在污染黄红壤中以残留态和有机结合态为主．土壤有机质含量和阳离子交换量对Cd、Cu、Zn的释放产生一定的影响并影响Cd、Zn的形态转化,但对Cu形态转化影响不明显,随着模拟酸雨酸度增大,污染红壤和黄红壤中重金属Cd、Cu的生物可利用态明显增多,但难解吸态Zn向生物有效态转化效应不明显．     

盐角草在Cd、Pb、Li污染盐土修复中的应用潜力

滩涂和内陆盐碱地是重要的后备土地资源。近年来镉(Cd)、铅(Pb)等土壤重金属和锂(Li)污染对盐碱地开发利用和生产安全造成严重威胁。利用盐生植物修复污染盐土是最经济有效的方法。本研究以盐生植物盐角草SalicorniaeuropaeaL.为材料,采用盆栽方式,通过比较分析盐角草在不同浓度Cd(0-50mmol/L)、Pb(0-50 mmol/L)和Li(0-400 mmol/L)处理下的生长和生理生化指标及离子含量的变化,研究盐角草对3种金属污染物胁迫的耐性及积累特性,以期探讨盐角草在Cd、Pb、Li污染盐土修复中的应用潜力。结果显示,随着Cd、Pb处理浓度升高,盐角草的株高、鲜重和干重均显著下降。低浓度Li(≤20 mmol/L)处理促进盐角草的生长,而高浓度Li(≥20mmol/L)处理则抑制植物生长。盐角草对Cd、Pb、Li的耐受性顺序为Li>Pb>Cd。Cd、Pb、Li胁迫可能降低了盐角草对Na和K的吸收与转运而影响植株的生长。另一方面,盐角草抗氧化酶系统对Cd、Pb、Li胁迫表现出不同的响应机理,多种抗氧化物酶协同作用,抵制Cd、Pb、Li胁迫造成的氧化毒害。盐角草根和地上部分Cd、Pb、Li含量随着处理浓度的升高而增加,其中Cd和Pb的分布特征为根>地上部分,Li的分布特征为地上部分>根。研究结果表明盐角草对Cd、Pb、Li的胁迫均具有较强的耐受性与自我调节能力,且具有富锂特性,具备修复Cd、Pb、Li污染盐土的潜力。本研究为深入研究盐角草耐受Cd、Pb、Li胁迫的机制奠定了基础,揭示了利用盐角草修复高盐碱土壤中Cd、Pb、Li污染的应用潜力。     

小麦根际铅、镉的生态效应

通过水培试验研究小麦根际铅镉的生态效应,研究培养介质于铅、镉胁迫,介质ＰＨ校较照发生变化,铅处理使介质ＰＨ上升,面的是铅处理介质ＰＨ还是下降,只是较对照变化缓慢,铅、镉胁迫根必出糖类含量增高,且铅－交互作用对糖泌了的影响也达到显著水平。根系形貌照相观察及电子探铁能是表明,铅、镉对根系的毒害机制可能不同。     

Effects of Sludge and pH Adjustment on Cd Speciation in Soil and Growth and Cd Accumulation in Pak Choi

The objective of this study was to assess the effects of soil pH adjustment and treatment with sludge on plant growth and cadmium (Cd) accumulation in Chinese cabbage (pak choi) grown in Cd-contaminated soils. Soil was artificially spiked to raise its final Cd concentration to 10 mg/kg, adjusted to different pH values, and then supplemented with 5% sludge: either biosolids (BS) from wastewater treatment or sludge from drinking water treatment (WTS). Pak choi seeds were sown and the seedlings potted in the treated soil, then grown in a greenhouse for 45 days. The added Cd was present mainly in the exchangeable fraction and its concentration correlated to Cd accumulation in the roots and shoots. Adjustment of pH and application of sludge affected the Cd concentration in different fractions. Addition of WTS and adjustment to pH 7.0 inhibited growth and Cd accumulation in the pak choi. Addition of BS increased the soil nutrient content and thus enhanced growth and Cd accumulation. If pak choi were the only form of vegetable intake, consumption of pak choi grown in the Cd-spiked soils used in this study would exceed the maximum acceptable intake (60 μg/day) proposed by the World Health Organization.