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赤铁矿与巯基坡缕石复配对砷镉复合污染土壤修复效应研究

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农业环境科学学报 2024年第2期43卷 285-293页

作者：景睿裴楠狄雪荣梁学峰秦旭彭云英徐应明黄青青孙约兵东北农业大学资源与环境学院哈尔滨150030 农业农村部产地环境污染防控重点实验室农业农村部环境保护科研监测所天津300191

为探讨巯基坡缕石(MPAL)和赤铁矿(Fe2O3)对土壤重金属污染钝化阻控效应,以江西某农田Cd-As复合污染水稻土为供试土壤,采用盆栽试验研究了巯基坡缕石、赤铁矿单一以及复配处理下土壤pH值、Cd-As有效态与形态分布及水稻生物量和Cd、As、F... 详细信息

为探讨巯基坡缕石(MPAL)和赤铁矿(Fe2O3)对土壤重金属污染钝化阻控效应,以江西某农田Cd-As复合污染水稻土为供试土壤,采用盆栽试验研究了巯基坡缕石、赤铁矿单一以及复配处理下土壤pH值、Cd-As有效态与形态分布及水稻生物量和Cd、As、Fe含量。结果表明:施加不同材料后水稻籽粒生物量较对照显著增加了2.37~2.45倍,土壤中DTPA-Cd含量显著降低16.94%~22.57%(P<0.05)。土壤连续浸提形态分析显示,MPAL和Fe2O3复配处理提高了土壤中无定形态铁氧化物结合态Cd、As含量。MPAL和Fe_(2)O_(3)复配处理下水稻根系Cd和As含量降幅分别达7.14%、25.13%,不同处理下稻米Cd含量降幅为40.00%~60.00%,但籽粒As含量处理间差异不显著。研究表明,巯基坡缕石和赤铁矿复配材料可以有效降低土壤中Cd和As含量,减少水稻对Cd和As的吸收,具备Cd-As复合污染农田修复和安全利用的潜在应用价值。

关键词：巯基坡缕石赤铁矿水稻镉砷复合污染土壤

土壤施用钝化剂与复合微生物肥对冬小麦镉积累的影响

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中国农业科学 2024年第1期57卷 126-141页

作者：王宇宋一凡张荣牟海萌孙丽芳付凯霞武紫君黄青青徐应明李鸽子王永华郭天财河南农业大学农学院/国家小麦工程技术研究中心农业农村部环境保护科研监测所/农业农村部产地环境污染防控重点实验室河南粮食作物协同创新中心

【目的】研究土壤施用钝化剂与复合微生物肥对豫北轻度镉污染弱碱性农田土壤中镉活性的钝化效果，及其对冬小麦品种不同器官间镉积累转运和产量的影响特征，旨在筛选出高效修复镉污染土壤、降低冬小麦籽粒镉含量的修复材料及低镉积累小... 详细信息

【目的】研究土壤施用钝化剂与复合微生物肥对豫北轻度镉污染弱碱性农田土壤中镉活性的钝化效果，及其对冬小麦品种不同器官间镉积累转运和产量的影响特征，旨在筛选出高效修复镉污染土壤、降低冬小麦籽粒镉含量的修复材料及低镉积累小麦品种，为豫北镉轻度污染弱碱性农田的小麦安全高效生产提供技术支撑。【方法】于2020—2022年连续两个冬小麦生长季，在豫北镉污染弱碱性农田设置不同土壤修复材料(CK：不进行土壤修复处理，CMF：复合微生物肥单施处理，GP：土壤钝化剂单施处理，CMF+GP：复合微生物肥和土壤钝化剂等量配施处理)和6个冬小麦品种(鑫华麦818、漯麦163、郑麦9023、鑫麦296、郑麦136、郑麦7698)的两因素裂区田间大区对比试验，研究土壤有效态镉、冬小麦地上部各器官镉含量、富集系数(BCF)、转运系数(TF)及其相关性、冬小麦产量及其构成因素的变化。【结果】(1)在连续两年冬小麦生长季，与CK相比，钝化剂和复合微生物肥的单施和等量配施均可降低土壤有效态镉含量，CMF+GP处理的效果最好，可使6个供试品种的根系表层土壤有效态镉含量显著降低17.6%—22.4%。土壤有效态镉含量降低与冬小麦地上部各器官镉含量的变化具有相关性，且不同品种的同一器官间也存在一定差异。(2)土壤钝化剂和复合微生物肥单施和等量配施可使鑫华麦818、漯麦163、郑麦9023降低TF茎鞘—叶、TF茎鞘—籽粒，增大TF(茎鞘—(穗轴+颖壳))、TF(叶—(穗轴+颖壳))，使BCF茎鞘、BCF叶降低、使小麦体内镉含量向穗轴+颖壳转移，以减小BCF籽粒，与之不同的是，未能有效降低鑫麦296的TF茎鞘—叶、BCF茎鞘，增大了郑麦136、郑麦7698的BCF茎鞘。(3)土壤施用钝化剂和复合微生物肥可综合调控冬小麦穗数、穗粒数、千粒重，提高冬小麦产量，但土壤修复处理与品种的方差分析结果表明两者的交互作用主要是通过调控穗数实现增产。CMF+GP处理中郑麦136连续两个冬小麦生长季的产量均为当季所有处理最高值，分别为7 317.17和10 485.32 kg·hm-2。【结论】施用复合微生物肥和土壤钝化剂可降低豫北弱碱性轻度镉污染麦田冬小麦根际土壤有效态镉含量，调控冬小麦各器官对土壤镉的富集系数及各器官转运系数。复合微生物肥和土壤钝化剂等量配施处理优于单施处理，可最大程度降低冬小麦籽粒镉含量，并显著提高参试冬小麦品种产量，且与本试验筛选出的低镉积累高产品种郑麦136搭配种植模式，可实现豫北弱碱性镉污染农田冬小麦的高产栽培与安全生产。

关键词：冬小麦土壤镉污染土壤镉钝化剂复合微生物肥镉富集系数镉转运系数石灰性潮土

不同水分管理模式下坡缕石修复稻田土壤镉污染效果

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土壤通报 2022年第4期53卷 965-971页

作者：李剑睿徐应明太原工业学院山西太原030008 农业农村部环境保护科研监测所天津300191

【目的】探究在合理的水分管理模式下提高坡缕石钝化稻田土壤镉的效率,及坡缕石施加对土壤理化性质、环境质量和水稻抗氧化胁迫的影响。【方法】采用盆栽试验方法,试验设置长期淹水、传统灌溉和湿润灌溉 3 种水分管理措施,每一水分管理... 详细信息

【目的】探究在合理的水分管理模式下提高坡缕石钝化稻田土壤镉的效率,及坡缕石施加对土壤理化性质、环境质量和水稻抗氧化胁迫的影响。【方法】采用盆栽试验方法,试验设置长期淹水、传统灌溉和湿润灌溉 3 种水分管理措施,每一水分管理模式下设 0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0% 和 2.5% 6 个坡缕石施加浓度,共 18 个处理,通过测定土壤 pH、zeta 电位、有效态镉、稻米生物量、稻米镉含量、土壤酶和叶抗氧化酶活性,分析不同水分管理措施与坡缕石用量组合修复镉污染的效果。【结果】长期淹水、传统灌溉和湿润灌溉下,坡缕石处理土壤 pH 分别增加 0.49 ~ 1.24、0.49 ~1.47 和 0.42 ~ 1.64 个单位,0.025 mol L^(-1) HCl 提取态镉含量分别下降 15.4% ~ 46.2%,11.5% ~ 39.7% 和 11.4% ~ 32.4%,毒性浸出法提取态镉最大降幅分别为 47.4%、42.4% 和 40.2%(P < 0.05)。未施加坡缕石条件下,与传统灌溉比,长期淹水、湿润灌溉的稻米生物量降低 11.2% 和 19.3%(P < 0.05)。3 种水分管理模式下,坡缕石处理的稻米镉含量分别下降 21.9% ~ 75.0%,17.8% ~ 70.2% 和 17.4% ~ 66.5%,土壤磷酸酶活性最大增幅分别为 40.0%、57.1% 和 40.9%,叶超氧化物歧化酶活性最大增幅分别为 33.9%、50.2% 和 37.4%(P < 0.05)。【结论】长期淹水下坡缕石钝化土壤镉的效率最高,1.0% 坡缕石施加使稻米镉含量降至我国食品污染物含量限量标准 0.20 mg kg^(-1)(GB 2762—2012)以下,长期淹水联合坡缕石施加组合为镉污染稻田土壤修复技术。

关键词：稻田土壤镉水分管理坡缕石修复

污灌区土壤-小麦系统中重金属富集特征及其对人体健康风险评价

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环境化学 2022年第10期41卷 3231-3243页

作者：王伟全徐冬莹黄青青徐应明孙约兵农业农村部环境保护科研监测所农业农村部产地环境污染防控重点实验室/天津市农业环境与农产品安全重点实验室天津300191 东北农业大学资源与环境学院哈尔滨150030 新疆农业大学资源与环境学院乌鲁木齐830052

以河南省某污灌区小麦农田为研究对象,土壤与小麦籽粒点对点样品采集,分析土壤与小麦籽粒重金属含量特征和空间分布规律,探究影响小麦籽粒重金属累积的关键土壤理化因子,采用单一目标危害商数(THQ)与综合目标危害商数(TTHQ)评估研究区... 详细信息

以河南省某污灌区小麦农田为研究对象,土壤与小麦籽粒点对点样品采集,分析土壤与小麦籽粒重金属含量特征和空间分布规律,探究影响小麦籽粒重金属累积的关键土壤理化因子,采用单一目标危害商数(THQ)与综合目标危害商数(TTHQ)评估研究区小麦籽粒重金属对人体健康风险.研究表明,研究区土壤Cu、Zn、Cd、Pb、Cr和Ni总量分别为6.40、35.52、0.95、24.35、319.60、21.71 mg·kg^(−1),其中Cd、Pb和Cr含量超过河南省土壤重金属含量背景值,而Cr和Cd含量超过《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》(GB 15618—2018)筛选值.小麦籽粒中Cu、Zn、Cd、Pb、Cr和Ni含量分别为4.14、28.07、0.09、0.45、0.54和0.42 mg·kg^(−1),分别有54、18、59、5份籽粒样品Cd、Pb、Cr和Ni含量超过食品安全标准(GB 2762—2017).小麦籽粒重金属含量与土壤理化性质呈现出较高的非线性关系.小麦籽粒重金属健康风险评价结果表明,儿童Cu和Zn的THQ值范围分别在0.50—1.62和0.49—1.47,其中>1%的样品占比分别为29.32%和17.28%,部分小麦籽粒中Cr、Cd、Pb同时对成人和儿童也有一定的健康风险;成人与儿童TTHQ均值分别为3.30和5.58,范围分别在1.38—18.15与2.30—30.66之间,TTHQ值>1的样品数为100%.THQ与TTHQ风险值均表现为儿童>成人.

关键词：土壤小麦籽粒重金属健康风险

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不同冬小麦品种镉富集转运及离子组特征差异

环境科学 2022年第3期43卷 1596-1605页

作者：刘畅徐应明黄青青陶雪莹王林孙约兵赵立杰农业农村部环境保护科研监测所天津300191 农业农村部产地环境污染防控重点实验室天津300191

为揭示影响冬小麦籽粒镉(Cd)含量品种差异的关键因素,通过大田试验种植3种Cd低积累小麦和2种Cd高积累小麦,研究不同品种各器官Cd的富集转运特征及离子组特征,并通过相关性分析和主成分分析探讨造成不同冬小麦品种籽粒Cd含量差异的关键... 详细信息

为揭示影响冬小麦籽粒镉(Cd)含量品种差异的关键因素,通过大田试验种植3种Cd低积累小麦和2种Cd高积累小麦,研究不同品种各器官Cd的富集转运特征及离子组特征,并通过相关性分析和主成分分析探讨造成不同冬小麦品种籽粒Cd含量差异的关键器官、关键过程及关键元素.结果表明,颖壳、穗轴、节间1和节点1等器官的Cd富集系数,以及穗轴到籽粒、穗轴到颖壳、节间1到穗轴和节点1到节间1等转运过程的Cd转运系数,均与籽粒Cd富集系数显著相关,在主成分分析中Cd高低积累小麦品种的区分上贡献较大,且在高低积累品种间存在显著差异,因此这4个器官是影响小麦籽粒Cd含量基因型差异的关键器官,而这4个过程是控制小麦籽粒Cd累积品种差异的关键过程.离子组分析表明,在影响小麦籽粒Cd累积品种差异的关键器官中Mg和Mn的富集系数,以及关键转运过程中Mo、Cr和Pb的转运系数,均与籽粒Cd富集系数显著相关,且在主成分分析中高低积累小麦品种区分方面贡献较大,因此在上述关键器官和转运过程中,Mg、Mn、Mo、Cr和Pb是影响小麦籽粒Cd累积品种差异的关键元素.

关键词：小麦镉(Cd) 基因型差异富集系数转运系数离子组

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叶面施锌对油菜镉锌生物可给性与形态的影响

农业环境科学学报 2022年第4期41卷 735-745页

作者：陶雪莹徐应明王林刘畅孙约兵梁学峰农业农村部环境保护科研监测所天津300191 农业农村部产地环境污染防控重点实验室天津300191

为探究叶面施锌(Zn)对叶用油菜镉(Cd)和Zn生物可给性的影响与调控机理,通过盆栽试验,采用体外消化和连续提取方法,研究喷施不同浓度ZnSO_(4)和EDTA·Na_(2)Zn对两种油菜(Cd低积累品种华骏和普通品种寒绿)地上部Cd/Zn含量、生物可给性以... 详细信息

为探究叶面施锌(Zn)对叶用油菜镉(Cd)和Zn生物可给性的影响与调控机理,通过盆栽试验,采用体外消化和连续提取方法,研究喷施不同浓度ZnSO_(4)和EDTA·Na_(2)Zn对两种油菜(Cd低积累品种华骏和普通品种寒绿)地上部Cd/Zn含量、生物可给性以及化学形态的影响,并通过相关性分析和线性拟合方法研究叶面施Zn影响下Cd/Zn生物可给性的变化与形态占比的关系。结果表明,叶面施Zn对油菜地上部Cd含量无显著影响,Zn含量显著升高。喷施ZnSO_(4)降低了油菜Cd和Zn的生物可给性比例,最大降幅分别为24.37%和6.07%;而喷施4 mmol·L^(-1) EDTA·Na_(2)Zn则显著提高了油菜生物可给态Cd含量,同时提高了Zn的生物可给性比例,最大增幅分别为49.19%和8.40%。喷施ZnSO_(4)明显降低油菜乙醇提取态Zn的占比,最大降幅为10.88%;而喷施EDTA·Na_(2)Zn则明显提高油菜乙醇、H_(2)O提取态Cd以及乙醇提取态Zn的占比,最大增幅分别为25.59%、52.74%以及13.23%。油菜Cd/Zn的乙醇和H_(2)O提取态含量与其生物可给态含量、乙醇和H_(2)O提取态占比与其生物可给性比例分别呈极显著的正相关性,这表明油菜Cd/Zn的乙醇和H_(2)O提取态对其生物可给性贡献最大,叶面施Zn主要通过影响乙醇和H_(2)O提取态Cd/Zn进而调控其生物可给性。

关键词：油菜叶面施锌镉生物可给性化学形态

纳米氧化铜对镉胁迫下小油菜生理生化和重金属累积的影响

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环境科学 2023年第9期44卷 5204-5213页

作者：王诗琪孙约兵黄青青徐应明董如茵孟庆尧农业农村部环境保护科研监测所农业农村部产地环境污染防控重点实验室天津市农业环境与农产品安全重点实验室天津300191 东北农业大学资源与环境学院哈尔滨150030

为探究纳米氧化铜(CuO NPs)在镉(Cd)胁迫下对作物生长、生理特性和重金属吸收的影响,采用水培实验,以夏绿2号小油菜为供试植物,研究了CuO NPs(0、 10、 20和50 mg·L^(-1))和Cd(0、 1和5μmol·L^(-1))单一和复配处理下小油菜鲜重、光... 详细信息

为探究纳米氧化铜(CuO NPs)在镉(Cd)胁迫下对作物生长、生理特性和重金属吸收的影响,采用水培实验,以夏绿2号小油菜为供试植物,研究了CuO NPs(0、 10、 20和50 mg·L^(-1))和Cd(0、 1和5μmol·L^(-1))单一和复配处理下小油菜鲜重、光合色素、丙二醛含量(MDA)、抗氧化酶活性[过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽还原酶(GR)]以及Cu和Cd含量.结果表明,在单一CuO NPs处理下,小油菜鲜重以及CAT、 POD、 GR酶活性总体上受到抑制,叶绿素含量和SOD活性随浓度增加呈现出先增加后降低趋势,而小油菜叶部、根部MDA含量以及亚细胞中Cu含量随投加量增加而增加.1μmol·L^(-1)Cd处理下,添加CuO NPs促进了小油菜生长,鲜重较对照增加了8.70%~44.87%,当Cd浓度达到5μmol·L^(-1)时,低浓度CuO NPs(10 mg·L^(-1))处理表现为促进植物生长,高浓度(50 mg·L^(-1))处理则呈抑制效应.不同Cd处理下添加CuO NPs均提高了小油菜的光合色素和MDA含量,其中小油菜叶部MDA含量较对照增加了4.34%~36.27%,根部MDA含量增加了13.43%~131.04%. Cd浓度为1μmol·L^(-1)处理下施加CuO NPs后,小油菜叶部CAT和GR活性均下降,POD活性上升;当Cd浓度达到5μmol·L^(-1)时,CuO NPs提高了小油菜叶部POD活性,抑制了SOD和GR活性,CAT活性随浓度升高呈现先上升后下降的趋势.CuO NPs与Cd表现出拮抗作用,添加CuO NPs后,1μmol·L^(-1)Cd处理下小油菜叶部和根部Cd含量最大降幅分别为45.64%和33.39%, 5μmol·L^(-1)Cd处理下叶部和根部Cd含量最大降幅分别为18.25%和25.35%,小油菜亚细胞器中Cu和Cd质量分数下降,可溶性组分质量分数上升.综上所述,低浓度下CuO NPs可以促进Cd胁迫下植物生长,抑制植物对Cd吸收,但会增加植物氧化损伤.

关键词：纳米氧化铜镉胁迫小油菜生理生化吸收与累积

赤铁矿与巯基坡缕石复配对砷镉复合污染土壤修复效应研究

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农业环境科学学报 2023年

作者：景睿裴楠狄雪荣梁学峰秦旭彭云英徐应明黄青青孙约兵农业农村部产地环境污染防控重点实验室农业农村部环境保护科研监测所东北农业大学资源与环境学院

为探讨巯基坡缕石(MPAL)和赤铁矿(Fe2O3)不同处理对土壤重金属污染钝化阻控效应，以江西某农田Cd-As复合污染水稻土为供试土壤，采用盆栽试验研究了巯基坡缕石、赤铁矿单一以及复配处理下土壤pH值、Cd-As有效态与形态分布、水稻生物量... 详细信息

为探讨巯基坡缕石(MPAL)和赤铁矿(Fe2O3)不同处理对土壤重金属污染钝化阻控效应，以江西某农田Cd-As复合污染水稻土为供试土壤，采用盆栽试验研究了巯基坡缕石、赤铁矿单一以及复配处理下土壤pH值、Cd-As有效态与形态分布、水稻生物量及Cd、As和Fe含量。结果表明，施加不同材料后显著提高了水稻籽粒生物量，较对照增加了2.37～2.45倍。土壤中DTPA-Cd含量显著降低(P<0.05)，降幅达16.94%～22.57%，土壤连续浸提形态分析显示，MPAL和Fe2O3复配处理提高了土壤中无定形态铁氧化物结合态Cd和As含量。MPAL和Fe2O3复配处理下水稻根系Cd和As含量降幅分别达16.90%、25.13%，不同处理下稻米Cd含量降幅可达48.69%～60.23%，但对籽粒As含量影响不显著。研究表明，巯基坡缕石和赤铁矿复配材料可以有效降低土壤中Cd和As含量，减少水稻对Cd和As吸收，具备Cd-As复合污染农田修复和安全利用潜在应用价值。

关键词：巯基坡缕石赤铁矿水稻镉砷复合污染土壤

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海泡石对镉污染稻田钝化修复效果的稳定性

农业环境科学学报 2022年第2期41卷 277-284页

作者：裴楠梁学峰秦旭赵立杰黄青青徐应明孙约兵农业农村部产地环境污染防控重点实验室农业农村部环境保护科研监测所天津300191 东北农业大学资源与环境学院哈尔滨150030

为探究海泡石对镉污染稻田土壤的钝化修复效果及其稳定性影响,通过开展连续两年4季的大田试验,分析成熟期稻米镉含量和土壤有效态镉含量,研究海泡石在异地对镉污染水稻土壤修复的适应性以及其修复效果的持久性效应,并通过分析稻米品质... 详细信息

为探究海泡石对镉污染稻田土壤的钝化修复效果及其稳定性影响,通过开展连续两年4季的大田试验,分析成熟期稻米镉含量和土壤有效态镉含量,研究海泡石在异地对镉污染水稻土壤修复的适应性以及其修复效果的持久性效应,并通过分析稻米品质以及土壤酶活性,考察海泡石钝化修复对稻米品质和土壤环境的影响。结果表明:一次性施用不同剂量海泡石后,海泡石对镉污染稻田具有持续的钝化效果,能够显著降低糙米镉含量,但是其钝化作用随着时间延长有减弱趋势。海泡石钝化处理使第一年早稻和晚稻糙米镉含量分别比对照降低了21.0%~79.0%和63.8%~88.0%,其中当海泡石的添加量达到1.00 kg·m^(-2)时,可以使第一年早稻糙米镉含量降到我国食品中污染物限量标准(GB 2762—2017)中规定的限值(0.20 mg·kg^(-1))以下,但只有海泡石的添加量达到最大2.00 kg·m^(-2)时,才能使第一年晚稻糙米镉含量降到该标准限值以下;第二年,海泡石钝化处理使早稻和晚稻糙米镉含量分别比对照降低了4.0%~73.5%和21.4%~81.0%,但是只有海泡石施用剂量达到最大2.00 kg·m^(-2)时,才能使第二年早稻糙米镉含量降到标准限值0.20 mg·kg^(-1)以下,达到安全生产的目的,而其余处理的早稻和晚稻糙米镉含量均高于限量标准。研究表明,海泡石对镉污染稻田土壤镉具有较好的钝化修复效果,可以保障水稻的安全生产,但是在田间修复过程中,需要跟踪监测海泡石的钝化效果,必要情况下需要复施以确保其修复效果的持久稳定性。

关键词：水稻镉海泡石钝化修复持久性