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Migration and risks of potentially toxic elements from sewage sludge applied to acid forest soil

林业研究:英文版 2023年第6期34卷 2011-2026页

作者： Shuangshuang Chu Lihua Xian Can Lai Wenjun Yang Jing Wang Mandi Long Jianhui Ouyang Dandan Liao shucai zeng School of Environmental Science and Engineering Sun Yat-sen UniversityGuangzhou 510275People’s Republic of China College of Forestry and Landscape Architecture South China Agricultural UniversityGuangzhou 510642People’s Republic of China College of Horticulture and Landscape Architecture Zhongkai University of Agriculture and EngineeringGuangzhou 510225People’s Republic of China College of Life Sciences Guizhou UniversityGuiyang 550025People’s Republic of China

`The application of sewage sludge(SS)to forested lands may lead to the downward migration of potentially toxic elements(PTEs)through rainfall and thus pose risk to the subsoil and groundwater.Batch column experiments were conducted using leaching water equivalent to the rainfall amount in the study area over 3 years to investigate changes in concentrations of PTEs,including copper(Cu),zinc(Zn),lead(Pb),cadmium(Cd),and nickel(Ni)in the leachate from the acidic forest soil.Water quality index of leachate,potential ecological risk and human health risk in soil at different leaching stages were compared.Sewage sludge was applied at SS/soil mass ratios of 0:100(controls),15:85(T1),30:70(T2),45:55(T3),60:40(T4),and 75:25(T5).All treatments resulted in increased PTEs concentration in the upper 20 cm soil,T3-T5 increased potential ecological risk from"low"(control)to"moderate"or"considerable".During first year leaching,PTEs concentration increased with increasing SS/soil ratios,but the water quality index of T1-T3 was"excellent"or"good".Pb,Cu,Cd,and Ni in the 20-40 cm soil depth,and Zn in the 60-80 cm soil depth were also enriched,but potential ecological risk was"low".In subsequent leaching,PTEs concentration of leachate gradually returned to the background value and water quality index was"excellent".There were no significant changes in PTEs and ecological risk observed.During the monitoring process,the health risk caused by the migration of PTEs to the human body was always within the acceptable range.Overall,this study provides a reference for the management of risks from the application of SS on forestlands,i.e.,SS/soil ratios<45:55 is recommended on forestlands,and special attention should be given to early leaching risk.In addition,it also provides an important assessment method for the risk of PTEs leaching and migration in forested land application.

关键词： Water quality Soil column Rainfall simulation Risk assessment Forest management

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Dissolution of different zinc salts and Zn uptake by Sedum alfredii and maize in mono-and co-cropping under hydroponic culture

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Journal of Environmental Sciences 2013年第9期25卷 1890-1896页

作者： Cheng'ai Jiang Qitang Wu shucai zeng Xian Chen Zebin Wei Xinxian Long College of Natural Resources and Environment South China Agricultural University College of Forestry South China Agricultural University

Previous soil pot and field experiments demonstrated that co-cropping the hyperaccumulator Sedum alfredii with maize increased Zn phytoextraction by S. alfredii and decreased Zn uptake by maize shoots. This hydroponic experiment was conducted to investigate whether the facilitation of Zn phytoextraction by S. alfredii resulted from improved dissolution in this co-cropping system and its relation to root exudates. S. alfredii and maize were mono-and co-cropped （without a root barrier） in nutrient solution spiked with four Zn compounds, ZnS, ZnO, Zn3（PO4）2 and 5ZnO·2CO3·4H2O （represented as ZnCO3 ） at 1000 mg/L Zn for 15 days without renewal of nutrient solution after pre-culture. The root exudates were collected under incomplete sterilization and analyzed. The results indicated that the difference in Zn salts had a greater influence on the Zn concentration in maize than for S. alfredii, varying from 210-2603 mg/kg for maize shoots and 6445-12476 mg/kg for S. alfredii in the same order： ZnCO3 〉 ZnO 〉Zn3（PO4）2 〉 ZnS. For the four kinds of Zn sources in this experiment, co-cropping with maize did not improve Zn phytoextraction by S. alfredii. In most cases, compared to co-cropped and mono-cropped maize, mono-cropped S. alfredii resulted in the highest Zn2＋ concentration in the remaining nutrient solution, and also had a higher total concentration of low molecular weight organic acids （LMWOA） and lower pH of root exudation. Root exudates did partly influence Zn hyperaccumulation in S. alfredii.

关键词： zinc compounds dissolution co-cropping root exudates hydroponic

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Changes in soil properties under Eucalyptus relative to Pinus massoniana and natural broadleaved forests in South China

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Journal of Forestry Research 2018年第5期29卷 1299-1306页

作者： Shuangshuang Chu Douglass F.Jacobs Joshua L.Sloan Li Xue Daoming Wu shucai zeng College of Forestry and Landscape Architecture South China Agricultural University Department of Forestry and Natural Resources Purdue University

The ecological effects of eucalypt plantations（EPs） have garnered increasing attention.To understand their effect on soil quality at a landscape scale,and to determine whether soil quality parameters differ due to different stand types,we evaluated soil characteristics in twenty-one groups of EPs,Pinus massoniana Lamb.plantations（PMPs） and natural broadleaved forests（NBFs）across Guangdong Province,China.Both the physical characteristics of soil hydrology and the properties of soil nutrients in A and B horizons were determined.Results showed that,compared to NBFs,EPs and PMPs produced a shallower litter layer,reduced canopy density,higher soil bulk density,significantly lower total porosity,non-capillary porosity,total water volume,and hygroscopic water in the A horizon（P〈0.05）.Moreover,total N,available K,and soil organic carbon（SOC） in EPs and PMPs were significantly lower than in NBFs.EPs and PMPs did not differ significantly in N,P or K content,but PMPs had significantly lower SOC and boron in the A horizon than EPs.Low p H and poor capacity to buffer acidification generally occurred in all cover types.Both EPs and PMPs showed a decline in soil properties relative to NBFs,but EPs and PMPs exhibited no significant difference.These results indicate that actions are needed to ameliorate the potential negative effects on soil quality in forestry plantations.

关键词： Eucalyptus Pinus massoniana Plantations Soil organic matter Soil acidification Moisture retention capacity

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皇竹草生长和生理特性对疏浚土含水量变化的响应

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华南农业大学学报 2024年第2期45卷 227-236页

作者：郭勤莉苏立城郑峰霖谢姗宴吴道铭曾曙才华南农业大学林学与风景园林学院广东广州510642

【目的】研究在不同含水量疏浚土中皇竹草Pennisetum hydridum的生长、生理特性及动态变化规律,探明皇竹草在疏浚土上生长的最适含水量,为新近吹填疏浚土的生态固化提供理论依据。【方法】选用皇竹草为供试植物,通过盆栽试验,设置20%(T1... 详细信息

【目的】研究在不同含水量疏浚土中皇竹草Pennisetum hydridum的生长、生理特性及动态变化规律,探明皇竹草在疏浚土上生长的最适含水量,为新近吹填疏浚土的生态固化提供理论依据。【方法】选用皇竹草为供试植物,通过盆栽试验,设置20%(T1)、30%(T2)、40%(T3)、50%(T4)4个含水量(w)处理,分析皇竹草的生长、养分吸收、水分蒸腾、叶片和根系生理特性。【结果】皇竹草在T2处理中生长表现最佳,T2处理的株高(152 cm)、单株干质量(88.51 g)以及单株氮、磷、钾吸收量(505.72、99.39、1703.45 mg)等数值均显著高于其他处理(P40%>50%>20%。【结论】综合各项指标,30%(w)疏浚土含水量最有利于皇竹草的生长、养分吸收和蒸腾耗水,皇竹草在水淹胁迫(T3、T4)中的各项生长指标优于干旱胁迫(T1)。以上结果可供实际生产应用中疏浚土的浅层固化、植物资源利用等参考。

关键词：含水量疏浚土皇竹草生长生理

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施用复合肥对巴戟天产量、养分吸收和寡糖累积量的影响

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华南农业大学学报 2024年第1期45卷 71-79页

作者：冯为迅杨源通苏立城盛晗隆曼迪储双双曾曙才华南农业大学林学与风景园林学院广东广州510642 中山大学环境科学与工程学院/广东省环境污染控制与修复技术重点实验室广东广州510006

【目的】研究复合肥施用量对巴戟天产量、养分吸收和主要有效成分寡糖累积量的影响,为巴戟天的施肥管理提供理论依据。【方法】以巴戟天为研究对象,通过盆栽试验,设置每株施用复合肥0、2、4、6、8和10 g(CK、T1、T2、T3、T4和T5)共6个处... 详细信息

【目的】研究复合肥施用量对巴戟天产量、养分吸收和主要有效成分寡糖累积量的影响,为巴戟天的施肥管理提供理论依据。【方法】以巴戟天为研究对象,通过盆栽试验,设置每株施用复合肥0、2、4、6、8和10 g(CK、T1、T2、T3、T4和T5)共6个处理,测定巴戟天在不同施肥处理下的产量、养分含量和寡糖含量,分析各指标间的相关性,并运用主成分分析方法进行综合评价。【结果】施用复合肥可以显著提高巴戟天产量和N、P、K含量,并有利于提高寡糖的累积量。其中,单株施肥量为6 g处理的巴戟天产量和寡糖总累积量最高,与CK相比,分别提升114.47%和75.36%。施肥在一定程度上降低了巴戟天的寡糖含量,与CK相比,降幅最高达35.65%。巴戟天对复合肥中养分的利用效率表现为N>K>P,其中T3处理N、P、K累积量均高于其他处理。影响巴戟天寡糖累积量的最关键因素是产量,巴戟天产量与全株N/P/K含量、4种寡糖累积量呈显著或极显著正相关,但耐斯糖、1F−果呋喃糖基耐斯糖含量与产量、全株N/P/K含量呈显著或极显著负相关。主成分分析的综合得分由高到低为T3>T5>T4>T2>T1>CK,T3处理最佳。【结论】建议巴戟天的种植以N肥为主,适量补充K和P肥,适当施肥可显著提高巴戟天药材产量和寡糖累积量。

关键词：巴戟天复合肥产量寡糖养分吸收

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氮添加对森林土壤有机碳库固存及CO_(2)排放的影响研究进展

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生态学报 2024年第7期44卷 2717-2733页

作者：苏立城陈晓珊罗志忠胡英陈煜佳吴道铭曾曙才华南农业大学林学与风景园林学院广州510642

氮添加会引起土壤理化性质和养分有效性的改变。受此影响,森林植物的地上碳同化能力和地下碳分配格局也会相应地发生变化,总体表现为促进植物生长固碳,增加凋落物和植物根系沉积碳输入土壤,并改变上述植物源有机质的数量和化学成分。与... 详细信息

氮添加会引起土壤理化性质和养分有效性的改变。受此影响,森林植物的地上碳同化能力和地下碳分配格局也会相应地发生变化,总体表现为促进植物生长固碳,增加凋落物和植物根系沉积碳输入土壤,并改变上述植物源有机质的数量和化学成分。与此同时,土壤微生物的群落结构和生态功能也会受到氮添加的影响,由于土壤中的有机碳分解、转化和稳定等过程均受到微生物的驱动,因此,氮添加所引起的底物供应差异和微生物响应会影响森林土壤有机碳的矿化,并最终影响森林土壤有机碳库固存、稳定和CO_(2)排放。但目前关于氮添加对森林土壤有机碳库固存能力和CO_(2)排放特征的影响机制仍不清楚,为此,以森林土壤的碳循环过程为线索,综述了氮添加对底物供应、土壤有机碳激发效应、微生物碳代谢等过程的影响,并尝试梳理在氮添加影响下森林土壤有机碳分解、转化和稳定的微生物驱动机制。这有助于预测氮添加对森林土壤“氮促碳汇”的实际效果,以便研究人员在未来氮沉降日益严重背景下更好地预测森林土壤的碳循环特征,寻找提高森林土壤有机碳库固存能力和降低CO_(2)排放相关途径提供参考。同时,还分析了目前相关研究中存在的问题,并对该领域未来的研究热点进行了展望。

关键词：氮添加森林土壤有机碳库土壤微生物有机碳矿化激发效应 CO_(2)排放

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污泥施用下团花与鹅掌藤鲜叶和凋落叶重金属变化

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广西植物 2024年第5期44卷 925-935页

作者：鲍利安董晓全赖明丽朱会军吴嘉希曾曙才吴道铭华南农业大学林学与风景园林学院广州510642

该研究通过单种鹅掌藤(Schefflera arboricola)、单种团花(Neolamarckia cadamba)和混种团花与鹅掌藤的大根箱实验,跟踪分析表施2%(W/W)污泥后3个月(2020年9月、10月和11月)的鲜叶和凋落叶Cu、Zn、Cd和Hg含量以及凋落叶产量变化,分析鲜... 详细信息

该研究通过单种鹅掌藤(Schefflera arboricola)、单种团花(Neolamarckia cadamba)和混种团花与鹅掌藤的大根箱实验,跟踪分析表施2%(W/W)污泥后3个月(2020年9月、10月和11月)的鲜叶和凋落叶Cu、Zn、Cd和Hg含量以及凋落叶产量变化,分析鲜叶与凋落叶重金属含量关系以及凋落叶重金属回归量变化。结果表明:(1)污泥施用下团花鲜叶和凋落叶Cu含量均显著高于鹅掌藤,而Zn和Cd含量均显著低于鹅掌藤。(2)鹅掌藤鲜叶Zn含量在11月最低,而Hg含量在11月最高。(3)单种和混种团花鲜叶Zn、Cd和Hg含量在11月最高。(4)混种的团花凋落叶Hg含量随污泥施用时间延长而显著增加,而Cu、Zn和Cd含量变化不明显。(5)9月和11月鹅掌藤鲜叶Cd含量均与凋落叶Hg和Cd含量显著正相关。(6)鹅掌藤和团花凋落叶产量及Cu、Zn、Cd和Hg回归量分别在污泥施用1个月后(9月)和2个月后(10月)最高。综上所述,污泥施用时间对团花和鹅掌藤的鲜叶重金属含量影响较大,而对凋落叶重金属含量影响较小;鹅掌藤鲜叶Cd含量与凋落叶Cd和Hg含量存在正相关;鹅掌藤和团花分别在污泥施用1个月后(9月)和2个月后(10月)凋落叶重金属污染风险较高。该研究为污泥园林利用和凋落叶的合理处置提供了借鉴。

关键词：污泥资源利用重金属园林植物凋落叶混种

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水体镉铅铜复合污染对玉蕊生长及元素吸收的影响

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华南农业大学学报 2024年第3期45卷 336-343页

作者：彭远航朱洁怡陆洁阮可瑾冯嘉仪黎炜彬刘颂颂曾曙才华南农业大学林学与风景园林学院广东广州510642 广东省东莞市林业局广东东莞523106 广东省东莞市林业科学研究所广东东莞523003

【目的】探究水体Cd-Pb-Cu重金属复合污染对玉蕊Barringtonia racemosa生长和元素吸收的影响,为玉蕊在重金属复合污染湿地修复方面的应用提供理论依据。【方法】以玉蕊为材料,采取室内盆栽试验模拟湿地环境,研究Cd-Pb-Cu复合污染对玉蕊... 详细信息

【目的】探究水体Cd-Pb-Cu重金属复合污染对玉蕊Barringtonia racemosa生长和元素吸收的影响,为玉蕊在重金属复合污染湿地修复方面的应用提供理论依据。【方法】以玉蕊为材料,采取室内盆栽试验模拟湿地环境,研究Cd-Pb-Cu复合污染对玉蕊生长、养分吸收和重金属吸收分配的影响。【结果】玉蕊株高在20 mg·L^(−1)Cd+200 mg·L^(−1)Pb+400 mg·L^(−1)Cu污染水平下受到显著抑制,与CK(无污染)相比减少14.20%,各处理地径生长均未受显著影响;在5 mg·L^(−1)Cd+100 mg·L^(−1)Cu+50 mg·L^(−1)Pb污染水平下玉蕊的总生物量较CK显著增加;玉蕊在各处理下氮磷钾养分含量均与CK无显著差异,但全株各养分元素累积量均显著高于CK;Cd-Pb-Cu复合污染增加了玉蕊全株Cd、Pb、Cu含量和累积量,各部位Cd、Pb、Cu含量和累积量均随污染浓度升高呈先升后降趋势;相关性分析表明,复合污染下K和Cu对玉蕊的株高、环境适应能力的影响比其他元素更明显;综合转移系数和聚类分析表明,玉蕊在10 mg·L^(−1)Cd+100 mg·L^(−1)Pb+200 mg·L^(−1)Cu污染水平下具有更强的重金属富集能力和转移能力。【结论】玉蕊对Cd-Pb-Cu复合污染水体具有较强的适应性和修复潜能,在Cd、Pb、Cu污染湿地的生态修复中有较好应用前景。

关键词：重金属复合污染玉蕊元素吸收湿地生态修复

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银叶树对Pb、Cd、Cu污染模拟湿地的适应性和修复潜力

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福建农林大学学报（自然科学版） 2024年第2期53卷 276-283页

作者：陆洁彭远航朱洁怡龙凤玲阮可瑾郑峰霖刘颂颂曾曙才华南农业大学林学与风景园林学院广东广州510642 广东省东莞市林业科学研究所广东东莞523003

【目的】探究银叶树(Heritiera littoralis)对重金属污染湿地环境的修复潜力。【方法】以银叶树为研究对象,在盆栽条件下模拟湿地环境,以不添加重金属为对照(CK),探究T_(1)(50 mg·L^(-1)Pb+5 mg·L^(-1)Cd+100 mg·L^(-1)Cu)、T_(2)(10... 详细信息

【目的】探究银叶树(Heritiera littoralis)对重金属污染湿地环境的修复潜力。【方法】以银叶树为研究对象,在盆栽条件下模拟湿地环境,以不添加重金属为对照(CK),探究T_(1)(50 mg·L^(-1)Pb+5 mg·L^(-1)Cd+100 mg·L^(-1)Cu)、T_(2)(100 mg·L^(-1)Pb+10 mg·L^(-1)Cd+200 mg·L^(-1)Cu)、T_(3)(200 mg·L^(-1)Pb+20 mg·L^(-1)Cd+400 mg·L^(-1)Cu)3个复合污染水平(处理)对银叶树幼苗生长、养分吸收及Pb、Cd、Cu累积量的影响。【结果】与CK相比,T_(1)对银叶树根部生物量无显著影响,而T_(2)、T_(3)显著抑制根部生物量生长,3个处理银叶树的株高、地上生物量、总生物量与CK无显著差异;T_(1)处理银叶树的耐性系数为103.96%,T_(2)、T_(3)处理分别降至95.18%、80.80%;3个处理银叶树的N、P、K吸收量无显著变化。随着重金属含量的提高,银叶树对Pb、Cd、Cu的吸收量均不断增加,且大部分储存在根部;3个处理银叶树对Pb、Cu的转运系数较对照均显著下降,对Cd的转运系数则呈现先上升后下降的变化趋势。熵权TOPSIS模型评价结果表明,T_(3)处理银叶树的修复潜力最好,T_(2)、T_(1)次之。【结论】银叶树对复合重金属污染湿地的适应性较高,但高浓度重金属显著抑制根系生长;在ρ(Pb)≤50 mg·L^(-1)、ρ(Cd)≤5 mg·L^(-1)、ρ(Cu)≤100 mg·L^(-1)的重金属污染湿地中,银叶树生长不受影响。

关键词： Pb Cd Cu 银叶树植物修复湿地重金属污染

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适用植物根系生长观察的半固态凝胶配方筛选

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江西农业大学学报 2024年第1期46卷 161-172页

作者：吴嘉希朱会军邢鹤严陈佳倩谢子曦邓文琪于珊曾曙才吴道铭华南农业大学林学与风景园林学院广东广州510642

【目的】植物根系是植物吸收土壤水分和养分的重要器官,研究植物根系有助于了解植物根系与地上部相互作用以及植物对环境变化的响应机制。本研究分析高分子吸水树脂(SAP)和卡波姆U20(U20)单配和复配的稳定性和植物生长安全性,尝试建立... 详细信息

【目的】植物根系是植物吸收土壤水分和养分的重要器官,研究植物根系有助于了解植物根系与地上部相互作用以及植物对环境变化的响应机制。本研究分析高分子吸水树脂(SAP)和卡波姆U20(U20)单配和复配的稳定性和植物生长安全性,尝试建立植物根系生长观察的半固态凝胶开放培养方法。【方法】借助根箱试验,以草本植物黑叶芋(Alocasia longiloba)和灌木鹅掌藤(Schefflera actinopylla)为试验对象,基于营养液和SAP与U20复配半凝胶配方,分析1/4 Hoagland’s营养液(CK)、0.3%SAP凝胶营养液(T1)、0.5%U20凝胶营养液(T2)、0.4%U20+0.3%SAP凝胶营养液(T3)和0.5%U20+0.2%SAP凝胶营养液(T4)的稳定性以及在这些培养介质中植物生长、叶片叶绿素、根系形态变化和养分吸收差异。【结果】放置5周后,各处理培养介质均没有观察霉变和长菌现象,T1、T2和T3出现水化或絮凝分层,T4与CK一样性质稳定且澄清透明。动态观察叶片叶绿素变化发现,同一时间内,鹅掌藤各处理SPAD值和总叶绿素含量均与CK无显著差异,黑叶芋各处理SPAD值也均与CK无显著差异(P>0.05)。与CK相比,T1和T2均对鹅掌藤和黑叶芋根系生长产生抑制作用,T1和T2处理鹅掌藤总根长分别显著降低了51.59%和47.48%(P0.05);与CK中根系多下垂于营养液不同,T4中根系舒展自然,侧根和细根均呈一定角度展开在半固态凝胶中,较好的模拟了根系在土壤介质的生长状态。【结论】0.5%U20+0.2%SAP凝胶营养液可在较长时间内保持稳定的半固态凝胶状态,较好满足了模拟植物根系在土壤中生长的要求,并且短时间内在该营养液中植物生长、叶片叶绿素、根系形态变化和养分吸收与纯营养液无显著差异,可考虑选择该凝胶配方来建立植物根系生长观察的半固态凝胶开放培养方法。

关键词：原位观察根系形态根系构型凝胶培养高分子吸水树脂卡波姆

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