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.     

蚯蚓对土壤中铜、镉生物有效性的影响

以第四纪红黏土红壤和长江冲积物形成的高砂土为供试土壤、分别加入3个浓度的Cu^2 (100、200、400mg／kg)或Cd^2-(5.10、20mg/kg)模拟土壤污染．设置接种蚯蚓(Pheretima sp.)处理与不加蚯蚓对照．并种植黑麦草(Lolium multiflorum)、研究蚯蚓活动对土壤中Cu、Cd生物有效性的影响．以揭示蚯蚓在植物修复重金属污染土壤中的作用。结果表明：蚯蚓活动显著增加红黏中DTPA提取态Cu的含量、只有在浓度低于200mg／kgCu的处理中．才能增加CaCl2提取态Cu的含量．对H2O提取态Cu影响甚微;而对高砂土上Cu、Cd的各种形态影响均不显著;除红黏中浓度高于100mg／kgCu和10mg／kgCd处理外．蚯蚓活动显著提高了两种土壤上黑麦草地上部的生物量;接种蚯蚓后各种重金属处理中黑麦草对Cu的吸收量也显著增加,而Cd的吸收量变化不大。蚯蚓可能通过提高重金属的生物有效性而间接影响植物对重金属的修复效率。     

碱性土壤盐化过程中阴离子对土壤中镉有效态和植物吸收镉的影响

镉是土壤环境中对土壤质量有着极其重要影响的污染物之一,低含量下就能对人体和动物产生危害.镉在土壤中的有效态既决定了它的生物有效性及对环境的危害程度,又是人们对受污染土壤进行治理和修复的基础.作为盐化土壤中的典型组分,无机盐不可避免对镉的有效态及生物有效性等地球化学行为产生明显影响.研究了碱性土壤盐化过程中无机盐阴离子对土壤中镉有效态和植物吸收镉影响.研究方法为:以钠盐为例,实验研究了碱性土壤盐化过程中无机盐阴离子对土壤中镉有效态的影响;通过油菜种植试验,分析了无机盐阴离子对土壤中镉生物有效性的影响.研究结果表明,土壤盐化过程中,土壤溶液中Cl-浓度较低时,土壤中镉的有效态含量随Cl-浓度增加而增大,但当土壤中Cl-/Cd的比值大于100∶1时,土壤中镉的有效态含量达到最大值.土壤溶液中SO42-含量对土壤中镉有效态含量的影响不明显;随着土壤溶液中HCO3-含量的增加,土壤中镉的有效态含量明显减少.由于Cl-、SO42-是土壤溶液中的主要成分,随着盐度的增加,镉的有效态含量增加.油菜种植试验显示,当土壤中Cl-的含量增加时,土壤中镉的有效态含量增加,有利于植物对镉的吸收,因此油菜中镉的含量随土壤中Cl-的含量增加而增加,但当土壤有效态含量超过2 mg/kg后,油菜吸收镉已经达到最大.随着土壤溶液中SO42-浓度的增加,油菜中镉含量基本不变;土壤溶液中HCO3-的含量增加,植物中镉的含量随土壤中HCO3-含量增加而减少.这些特征与土壤镉有效态变化相吻合.通过各种措施控制土壤盐度和调节阴离子类型和含量,有利于降低土壤中镉的有效态含量,减轻镉的活化;农业生产中适当调整无机肥料的种类,可以减少农作物对镉的吸收.     

有机物料对土壤镉形态及其生物有效性的影响

采用盆栽试验,研究了淹水种稻条件下添加猪粪和泥炭对红壤和潮土中内源和外源Cd形态及其生物有效性的影响。结果表明,土壤中内源Cd在各形态之间的分布比较均匀;添加外源Cd时Cd主要分布于交换态,从分蘖期到成熟期,内源Cd交换态普遍升高,添加外源Cd时交换态普遍降低。有机物料对内源Cd交换态的影响不显著,但当添加外源Cd时则对交换态有显著影响,在不添加外源Cd的条件下,有机物料普遍促进水稻根系对Cd的吸收。在添加外源Cd的条件下,有机物料普遍抑制水稻根系对Cd的吸收,猪粪的抑制效果强于泥炭,水稻根系对Cd与Fe的累积呈显著抑制作用。     

有机物质对土壤镉有效性的影响研究综述

土壤中的低分子有机酸和腐殖酸对镉的有效性有重要作用。根系分泌的低分子量有机酸能提高土壤镉的可提取率、移动性和生物有效性,但是更大分子量的有机酸EDTA却抑制植物对镉的吸收,腐殖酸促进土壤镉的溶解性;因腐殖酸组分和环境条件,腐殖酸能够促进也能抑制土壤镉活性,因此有必要深入研究影响腐殖酸固定镉的因素,以达到利用有机质抑制土壤镉活性的目的。     

土壤镉含量对高粱属植物生理生化特性的影响

通过盆栽模拟试验研究了土壤镉(Cd)含量对一年生高粱属植物(甜高粱、高丹草和苏丹革)根系活力、叶片脯氨酸含量和细胞膜透性等生理生化指标的影响.结果表明,土壤Cd含量＞25 ng·kg-1时,3种高粱属植物根系活力均显著下降(P＜0.05);3种高粱属植物叶片中脯氨酸的含量在各浓度处理下均显著增加(P＜0.05);Cd胁迫影响了3种高粱属植物叶片和根系的细胞膜通透性,表现为不同程度的增加.     

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。     

外来植物入侵对土壤氮有效性的影响

外来植物入侵对土壤氮循环和氮有效性的影响是入侵成功或进一步加剧的重要原因。通过对比相同研究地点入侵区域和无入侵区域的土壤原位氮状态差异, 探讨了外来植物入侵对土壤氮有效性的影响程度和生理生态学机制。基于107篇相关研究文献数据的整合, 发现植物入侵区域相对于无入侵区域土壤总氮、铵态氮、硝态氮、无机氮、微生物生物量氮含量显著增加, 增幅分别为(50 ± 14)%、(60 ± 24)%、(470 ± 115)%、(69 ± 25)%、(54 ± 20)%。土壤硝态氮含量增幅较大反映硝化作用增强, 这可能增加入侵植物硝态氮利用以及喜硝植物的共存。温带地区植物入侵后土壤的硝态氮含量增幅显著高于亚热带地区。固氮植物入侵后土壤的总氮和无机氮含量增幅均显著高于非固氮植物入侵。木本和常绿植物入侵后土壤的总氮含量增幅分别高于草本和落叶植物入侵; 而土壤铵态氮含量的增幅没有显著差异且与固氮入侵植物占比无明显关系; 然而硝态氮含量的增幅普遍较高且与固氮入侵植物占比显著正相关。外来入侵植物固氮功能以及凋落物质量和数量是影响土壤氮矿化和硝化过程的关键因素。该研究为理解外来植物入侵成功和加剧的机制以及入侵植物功能性状与土壤氮动态之间的关系提供了新的见解。     

不同有机肥对土壤镉锌生物有效性的影响

在南方典型稻田设置连续4年施用猪粪、鸡粪、稻草的定位试验,监测施用不同有机肥条件下土壤及水稻植株镉(Cd)、锌(Zn)含量的变化,研究有机肥对土壤Cd、Zn活性及其交互作用的影响.结果表明:施用有机肥(猪粪、鸡粪、稻草)对土壤全Cd、有效态Cd含量及Cd活性皆无显著影响,但有增加土壤Cd全量的趋势,且显著增加土壤全Zn、有效态Zn含量及Zn活性.施用猪粪、鸡粪、稻草皆可降低稻米Cd含量,降Cd效果为猪粪>鸡粪>稻草,猪粪处理水稻稻米、茎、叶Cd含量分别比对照下降37.5%、44.0%、36.4%;鸡粪处理水稻米、茎、叶Cd含量分别比对照下降22.5%、33.8%、22.7%;而稻草处理水稻米Cd含量比对照下降7.5%,但茎、叶Cd含量比对照分别增加8.2%、22.7%;施用猪粪、鸡粪降低稻米Cd含量主要是降低了水稻植株对土壤Cd的富集,而施用稻草则主要是降低了水稻茎Cd向稻米的转运.施用有机肥还增加了水稻茎Zn含量,施用猪粪、鸡粪、稻草的水稻茎Zn含量比单施化肥分别增加53.4%、41.2%、13.9%,但对水稻稻米、叶Zn含量无显著影响.Zn、Cd在土壤、植株茎中皆表现出显著的拮抗作用,土壤及水稻茎Zn含量的增加显著抑制了水稻米、茎、叶对Cd的吸收积累,且随土壤有效态Zn/Cd含量比值的增加,Zn、Cd竞争土壤吸附不是抑制水稻吸收积累Cd的主控因子,而Zn、Cd竞争吸收才是影响水稻吸收积累Cd的主控因子.     

有机物料对污染土壤上水稻生长和重金属吸收的影响

采用盆栽试验,研究了施用有机碳源、菜籽饼和猪粪对污染土壤上水稻生长和重金属吸收特性的影响.结果表明： 施用菜籽饼和猪粪均能缓解重金属对水稻的毒害作用,促进水稻生长,显著增加地上部生物量和籽粒产量,降低糙米中重金属浓度;而有机碳源抑制水稻生长.与施用化肥相比,施用菜籽饼和猪粪处理的水稻籽粒产量分别增加128.3%和67.9%;施用菜籽饼处理的糙米Cd、Cu和Zn浓度分别降低47.6%、35.2%和21.5%,施用猪粪处理分别降低9.5%、21.2%和9.3%.土壤中DTPA提取态重金属浓度与水稻地上部生物量和重金属积累总量呈显著负相关.     

钙对土壤镉有效性的影响及其机理

采用盆栽试验,研究了赤红壤上两种镉污染水平下,施用4种钙量（0、40、100、200 mg·kg^-1）对小油菜生物量、镉吸收量及土壤溶液中钙、镉浓度的影响.结果表明：在低镉或者高镉污染水平下,与对照相比,小油菜干质量均以高钙用量处理的增幅最大,两季平均增加了5.5%（低镉）和17.3%（高镉）;增加钙的施用量,使土壤溶液中钙浓度明显增加,小油菜体内钙浓度也明显增加;当钙施用量为100 mg·kg^-1时,土壤溶液中镉浓度较对照分别增加74.5%（低镉）和31.0%（高镉）,而小油菜体内镉浓度较对照分别降低4.5％（低镉）和13.1％（高镉）.两种镉污染水平下,土壤溶液中钙/镉（质量比）值与小油菜体内镉浓度均呈显著正相关.土壤溶液中钙/镉比值影响土壤镉的有效性,进而影响小油菜对镉的吸收.     

Effects of biochar and nitrogen addition on nutrient and Cd uptake of Cichorium intybus grown in acidic soil

Biochar is an organic amendment used for soil remediation, there are only a few studies documenting the effects of nitrogen on the role of biochar in contaminated soils. A pot experiment was conducted to investigate the impacts of biochar (0%, 1%, and 2.5%, w/w) and nitrogen (0, 100, and 200 mg N kg^?1) on plant growth, nutrient and cadmium (Cd) uptake of Cichorium intybus. N, P, Ca, Mg, and Cd concentrations increased with N level in 0% and 1% biochar treatments. In plants treated with 2.5% biochar, 200 mg N kg^?1 addition caused significant reductions of N, P, Ca, Mg, and Cd concentrations in comparison to 100 mg N kg^?1 treatments. Nitrogen promoted shoot biomass at all biochar treatments, while biochar had no effect on shoot biomass in 0 and 200 mg N kg^?1 addition treatments. Nitrogen also significantly increased N, P, K, Ca, Mg, and Cd contents in the 0% and 1.5% biochar addition treatments. Although soil DTPA-extractable Cd concentration showed the lowest values in 1% biochar in combination with 100 and 200 mg N kg^?1 addition treatments, lowest shoot Cd concentration, and relatively high shoot biomass occurred in the 2.5% biochar + 200 mg N kg^?1 treatment. Based on these results, biochar application at its highest rate (2.5%) in combination with high N supply (200 mg N kg^?1) contributed to both crop yield and agricultural product safety. N input alone might increase the risk of human health, and the optimum N dose should be determined during phytostabilization process.     

速效氮肥配施双氰胺对减控小白菜镉积累的作用

本文以小白菜为试材,研究了镉(Cd)污染土壤中配施双氰胺(DCD)对不同速效氮肥(硫酸铵,简称全铵;硝酸钠,简称全硝;11硫酸铵和硝酸钠,简称硝铵;尿素)下小白菜生长及Cd含量的影响。结果表明: 与对照相比,Cd污染土壤中配施DCD使全铵、硝铵和尿素处理下的小白菜可食部分鲜重分别增加583.3%、41.5%和206.8%,耐受系数(TI)和光合作用速率均大幅度提高;全硝处理则无明显变化。配施DCD使各氮肥处理下小白菜叶片的丙二醛、过氧化氢含量和超氧自由基产生速率均不同程度地下降,且以全铵和尿素处理的下降幅度最大。与对照相比,全铵、硝铵和尿素处理的小白菜叶片的Cd含量分别减少58.3%、34.0%和44.5%;叶柄的Cd含量分别减少61.8%、29.4%和55.6%。全硝处理下小白菜叶片和叶柄的Cd含量与对照相比无明显差异。配施DCD不同程度降低了各处理根际土壤的酸化可能是造成上述结果的主要原因。在缓冲能力较弱的Cd污染土壤中,施用全铵、硝铵和尿素氮肥时配施DCD可以缓解Cd污染土壤对小白菜生长的胁迫,并有效减少Cd在植物体内的积累。     

Immobilization and phytoavailability of cadmium in variable charge soils. I. Effect of phosphate addition

The effect of phosphate on the surface charge and cadmium (Cd) adsorption was examined in seven soils that varied in their variable-charge components. The effect of phosphate on immobilization and phytoavailability of Cd from one of the soils, treated with various levels of Cd (0–10 mg Cd kg^–1 soil), was further evaluated using mustard (Brassica juncea L.) plants. Cadmium immobilization in soil was evaluated by a chemical fractionation scheme. Addition of phosphate, as KH₂PO₄, increased the pH, negative charge and Cd adsorption by the soils. Of the seven soils examined, the three allophanic soils (i.e., Egmont, Patua and Ramiha) exhibited greater increases in phosphate-induced pH, negative charge and Cd²⁺ adsorption over the other four non-allophanic soils (i.e., Ballantrae, Foxton, Manawatu ad Tokomaru). Increasing addition of Cd enhanced Cd concentration in plants, resulting in decreased plant growth (i.e., phytotoxicity). Addition of phosphate effectively reduced the phytotoxicity of Cd. There was a significant inverse relationship between dry matter yield and Cd concentration in soil solution. Addition of phosphate decreased the concentration of the soluble + exchangeable Cd fraction but increased the concentration of inorganic-bound Cd fraction in soil. The phosphate-induced alleviation of Cd phytotoxicity can be attributed primarily to Cd immobilization due to increases in pH and surface charge.     

广西典型红壤旱地施用钙镁磷肥对玉米产量及其镉累积的影响

在广西典型类型红壤旱地布置玉米磷肥施用量的田间试验,研究不同钙镁磷肥施用量(磷肥Cd含量为0.0651 mg/kg)对玉米产量及地上部Cd累积的影响。结果表明,与不施磷肥处理(CK)相比,施磷肥可分别显著提高春、秋玉米籽粒产量8.2%—13.1%和13.7%—20.0%。高磷(600 kg P2O5/hm2)处理的春玉米秸秆产量比CK显著提高11.4%;施磷处理春、秋玉米秸秆Cd含量分别下降2.7%—45.8%和11.0%—43.6%;而籽粒Cd含量分别下降13.0%—40.6%和9.9%—31.5%,且秸秆和籽粒的Cd含量及累积量均随施磷量的增加而逐渐降低,其中以高磷处理最为显著。玉米秸秆及籽粒Cd累积量在高磷处理下(600 kg P2O5/hm2)分别比低磷处理(75—300 kg P2O5/hm2)降低13.6%—41.5%和8.8%—29.3%。相关分析表明,玉米Cd含量与土壤pH呈显著负相关,与土壤有效Cd含量呈显著正相关。施磷提高土壤pH,而降低土壤有效Cd含量。高量磷肥施用降低土壤Cd的有效性进而降低玉米对Cd的吸收累积。     

Immobilization and phytoavailability of cadmium in variable charge soils. II. Effect of lime addition

The effect of pH-increases due to Ca(OH)₂ and KOH addition on the adsorption of cadmium (Cd) was examined in two soils which varied in their variable-charge components. The effect of Ca(OH)₂ on immobilization and phytoavailability of Cd from one of the soils, treated with various levels of Cd (0–10 mg Cd kg^–1 soil), was further evaluated using mustard (Brassica juncea L.) plants. Cadmium immobilization in soil was evaluated by a chemical fractionation scheme. The addition of Ca(OH)₂ and KOH increased the soil pH, thereby increasing the adsorption of Cd, the effect being more pronounced in the soil dominated by variable charge components. There was a greater increase in Cd²⁺ adsorption in the KOH-treated than the Ca(OH)₂-treated soil, which is attributed to the greater competition of Ca²⁺ for adsorption. Increasing addition of Cd enhanced Cd concentration in plants, resulting in decreased plant growth (i.e., phytotoxicity). Although addition of Ca(OH)₂ effectively reduced Cd phytotoxicity, Cd uptake increased at the highest level, probably due to decreased Cd²⁺ adsorption resulting from increased Ca²⁺ competition. There was a significant inverse relationship between dry matter yield and Cd concentration in soil solution. Addition of Ca(OH)₂ decreased the concentration of the soluble + exchangeable Cd fraction but increased the concentration of inorganic-bound Cd fractions in soil. Since there was no direct evidence for CdCO₃ or Cd(OH)₂ precipitation in the variable charge soil used for the plant growth experiment, alleviation of phytotoxicity can be attributed primarily to immobilization of Cd by enhanced pH-induced increases in negative charge.     

不同有机肥对烤烟根际土壤微生物的影响

通过田间小区试验,研究了不同有机肥(精制有机肥、生物有机肥)与减量20%化肥配施对烤烟根际微生物、青枯病防效及产量和品质的影响.结果表明: 与常规化肥(CF)相比,化肥减量20%配施有机肥(OF)或生物有机肥(BIO)均显著提高了烤烟根际的细菌数量和微生物总量,配施生物有机肥还显著提高了烤烟根际放线菌的数量,比OF增加44.3%,且真菌数量呈下降趋势.与CF处理相比,OF或BIO处理均显著提高了烤烟根际微生物利用碳底物的能力,BIO还显著提高了根际微生物利用酚类碳源的能力.OF和BIO处理均显著降低了烤烟青枯病的发生及危害程度,与CF相比,OF处理的烤烟青枯病发病率和病情指数分别下降了4%和8%,BIO处理的烤烟青枯病发病率和病情指数分别下降了23%和15.9%.OF和BIO处理均显著提高了烤烟的上等烟比例,比CF分别增加了10.5%和9.7%.BIO处理的产量和产值比OF分别提高17.1%和18.9%.     

减施化肥配施有机肥对荔枝园土壤微生物区系的影响

有机肥替代部分化肥对荔枝生产有提质增效作用。为进一步探讨荔枝土壤微生物学机制,本试验以19年生“妃子笑”荔枝为对象,以化肥处理(CF)为对照,研究2018—2020连续两年减施化肥(平均减施化肥总养分21.5%)配施羊粪(OF)和配施生物有机肥处理(BIO)对土壤微生物多样性、群落组成及差异微生物等的影响,为荔枝科学施肥提供理论指导。结果表明: 与CF相比,连续两年OF和BIO处理均可有效提高荔枝产量和品质,产量平均增幅分别为23.1%和39.0%。土壤有机质含量和pH值均明显提高,土壤有效磷、有效钾、有效钙、有效镁、有效铁、有效锰、有效铜和有效锌含量均有不同程度增加。施用两种有机肥均能提高根际土壤细菌和真菌多样性,对非根际土壤影响不明显,同时改变土壤微生物群落结构,增加拟杆菌门、变形菌门和芽单胞菌门等富营养型细菌类群,减少酸杆菌门、绿弯菌门等贫营养型细菌类群。与CF相比,OF处理下MND1属和BIO处理下TK10属、芽单胞菌属、黄色杆菌属、木霉属、毛匍孢霉属的相对丰度均显著提高,并与产量呈显著正相关关系。综上,在荔枝上连续两年采用有机肥替代部分化肥可有效提高土壤pH值和养分有效性,增加根际土壤微生物丰富度和多样性,改变土壤微生物群落结构,从而形成更有利于产量提高和品质提升的微生物区系。