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滇东地质高背景土壤镉的稳定和植物吸取修复及作物安全生产研究

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滇东地质高背景土壤镉的稳定和植物吸取修复及作物安全生产研究

作者：吴拓铮四川农业大学

学位级别：硕士

我国重金属地质高背景土壤广泛分布于西南与华南地区,高背景农田土壤镉(Cd)富集特征与人为来源Cd污染有很大不同,Cd地质高背景土壤类型多样、成因复杂而且存在大范围农田稻米Cd超标情况,威胁着区域粮食安全生产。云南是我国典型的重金... 详细信息

我国重金属地质高背景土壤广泛分布于西南与华南地区,高背景农田土壤镉(Cd)富集特征与人为来源Cd污染有很大不同,Cd地质高背景土壤类型多样、成因复杂而且存在大范围农田稻米Cd超标情况,威胁着区域粮食安全生产。云南是我国典型的重金属地质高背景地区之一,土壤Cd超标风险较高,目前关于地质高背景区农田土壤的重金属稳定修复效果和植物吸取修复潜力,尚鲜有研究。本论文以云南典型Cd地质高背景土壤为研究对象,开展:(1)石林高背景区土壤-作物重金属污染情况田间调查,分析土壤pH、重金属全量和养分状况,当地主栽作物(辣椒和旱稻)可食用部位Cd浓度,推导辣椒和旱稻安全生产的土壤Cd阈值;(2)田间小区试验,研究不同稳定修复材料对土壤Cd有效性的降低作用和农作物安全生产的改善情况;(3)Cd超积累植物伴矿景天吸取修复盆栽试验,研究植物吸取修复潜力及其对后茬水稻生长和Cd吸收的影响,以期探究不同土壤重金属修复方式(稳定和吸取修复)对云南地质高背景农田Cd的修复效果,为地质高背景土壤Cd风险管控和农作物安全生产提供科学依据。论文取得的主要研究结果如下:(1)以云南石林Cd地质高背景农田土壤为对象,田间采样比较研究了土壤理化性质和重金属污染特征。结果表明:调查区内土壤整体偏酸,土壤Cd积累明显,为背景值的11.6倍;其次是砷(As)和铅(Pb)。Cd、As、Pb表现出明显的“土壤总量高但有效态较低”地质高背景特征。试验区调查的21个辣椒品种和3个水稻品种可食部位均存在Cd超标现象。(2)开展当地主栽的旱稻、辣椒两种作物的稳定修复田间小区试验,探究了不同用量碳酸钙、硒肥、有机肥等对土壤有效态重金属浓度和农作物重金属积累特征的影响。结果表明:碳酸钙施用可显著提高土壤pH,土壤盐酸提取态Cd浓度随碳酸钙施用量增加而降低,并显著降低了辣椒和旱稻可食部位Cd浓度,其它处理对Cd的钝化修复效果不显著。(3)选取云南石林、富源、罗平三地不同Cd地质高背景土壤,开展Cd/Zn超积累植物伴矿景天吸取修复盆栽试验,研究伴矿景天对土壤Cd的吸取修复潜力。结果表明:生长在石林、富源和罗平等三地高背景土壤上的伴矿景天吸取修复三季,对Cd的吸取修复效率分别为30.4%、50.4%和67.4%,对Zn的修复效率分别为9.7%、5.1%和18.3%;伴矿景天在富源Cd地质高背景土壤上的长势最好,而对罗平土壤上Cd的吸取修复效率最高。三地Cd地质高背景农田土壤经伴矿景天吸取修复三季后,土壤全量和有效态Cd大幅下降;在淹水管理下,后茬水稻的糙米和秸秆Cd浓度大幅降低。

关键词：镉地质高背景稳定修复植物吸取修复水分管理辣椒旱稻

镉污染酸性红壤植物吸取与钝化修复长效性研究

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镉污染酸性红壤植物吸取与钝化修复长效性研究

作者：程晨贵州大学

学位级别：硕士

治理重金属污染土壤有两种方法:一种是将重金属从土壤中移除,降低重金属总量;另一种是削减土壤中重金属的生物有效性,减少作物对重金属吸收。本研究以镉污染酸性农田土壤为研究对象,在课题组前期研究的基础上,继续评估田间伴矿景天镉吸... 详细信息

治理重金属污染土壤有两种方法:一种是将重金属从土壤中移除,降低重金属总量;另一种是削减土壤中重金属的生物有效性,减少作物对重金属吸收。本研究以镉污染酸性农田土壤为研究对象,在课题组前期研究的基础上,继续评估田间伴矿景天镉吸取修复效率以及后续种植农作物的安全性,探究田间钝化修复试验的长效性;同时通过盆栽和田间试验比较了不同浓度钾肥对伴矿景天生长及其锌镉吸收的影响,为镉污染农田的高效修复和效果评估提供理论依据和技术支撑。本研究的修复示范基地位于湖南省湘潭县,2016年伴矿景天种植面积约1公顷(11块田)。监测结果表明,截止2016年,示范区各田块累计有效种植和收获伴矿景天1-3次,2016年伴矿景天地上部干重范围为1.8～3.1 t hm-2,较2014、2015年地上部生物量整体呈现下降趋势。2016年地上部镉锌浓度范围分别为30.4～70.1、1872～3849 mg kg-1,土壤镉累计降低效率达到57.8%。随着伴矿景天的修复,土壤镉全量逐年降低,但有效态镉占全量的比例却在增加,翻土-撒播-覆盖稻壳方式有利于伴矿景天生长,不同的种植方式对伴矿景天镉吸收影响不大。伴矿景天吸取修复至土壤镉浓度达标后,直接种植9个当地主栽水稻品种,糙米镉浓度依然超标。对钝化修复田间试验的长效性研究结果表明,2016年早晚稻季(钝化修复后第三季、四季的田块)土壤pH值与2015年比较,无显著变化。“海泡石加石灰”混合钝化剂高量处理,糙米Cd浓度维持达标水平,而钝化剂低量处理则第四季糙米Cd出现超标现象。此外,钾肥强化盆栽试验结果表明,施用钾肥(96、193、386 mg kg-1)对伴矿景天镉吸收无显著影响;但田间试验条件下可提高伴矿景天地上部干重。

关键词：重金属污染伴矿景天植物吸取修复钝化修复长效性

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镉污染酸性红壤植物吸取与化学钝化修复研究

镉污染酸性红壤植物吸取与化学钝化修复研究

作者：高文娅贵州大学

学位级别：硕士

我国耕地土壤重金属污染状况总体不容乐观,南方酸性红壤区镉污染问题尤为突出,“镉米”事件频发,严重威胁我国的食品安全和人体健康,污染治理迫在眉睫。植物吸取修复与化学钝化修复作为土壤重金属污染原位修复的两个重要手段,是当前土... 详细信息

我国耕地土壤重金属污染状况总体不容乐观,南方酸性红壤区镉污染问题尤为突出,“镉米”事件频发,严重威胁我国的食品安全和人体健康,污染治理迫在眉睫。植物吸取修复与化学钝化修复作为土壤重金属污染原位修复的两个重要手段,是当前土壤修复研究和应用的热点。本研究在课题组前期工作基础上,针对南方典型的镉中低污染酸性红壤,开展了植物吸取修复技术与化学钝化修复技术田间示范和修复效率评估工作。主要研究结果如下:(1)示范区位于湖南省湘潭县,土壤pH 4.7,耕层土壤平均Cd浓度为0.49.71 mg kg。示范区种植的1 hm超积累植物伴矿景天(Sedum plumbizincicola),生长状况良好,地上部干重产量1.8.9 t hm,Cd浓度53.14.9 mg kg,Cd吸收量为16953 g hm,平均244 g hm;伴矿景天修复1季后,耕层土壤Cd浓度由0.49.71 mg kg降低到0.32.56 mg kg,年去除率11.54.7%,平均21.7%;伴矿景天修复2季的土壤,Cd浓度由0.64 mg kg降低到了0.29 mg kg,低于了土壤环境质量二级标准的0.3 mg kg(GB15618-1995),累计去除率达到了54.7%。对土壤剖面分析表明,土壤镉浓度的降低主要集中在25 cm处,与伴矿景天根系分布一致。(2)田间和盆栽试验结果表明,伴矿景天修复后镉达标土壤,种植的低积累水稻品种糙米Cd浓度低于0.2 mg kg,而种植普通品种则需适当施加钝化。(3)钝化修复田间示范结果表明,施加海泡石和石灰组成的复合钝化剂,使土壤pH升高1.5.3个单位,CaCl提取态Cd浓度降低85%以上,可以实现早稻和晚稻糙米Cd达标生产。本研究为我国大面积镉中低污染土壤修复治理提供了基础数据。

关键词：重金属污染植物吸取修复钝化修复伴矿景天田间示范

滇东地质高背景区土壤镉的伴矿景天修复及其对后茬水稻的影响

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土壤学报 2024年第5期61卷 1349-1359页

作者：吴拓铮詹娟周嘉文周通李柱胡鹏杰黄化刚李廷轩张锡洲骆永明土壤与农业可持续发展全国重点实验室(中国科学院南京土壤研究所) 南京211135 四川农业大学资源学院成都611130

云南是我国典型的重金属元素地球化学高背景区,超积累植物能否有效修复镉(Cd)地质高背景土壤,从而实现农产品安全生产,尚鲜见报道。以云南石林、富源和罗平等三地的典型Cd地质高背景农田土壤为对象,开展温室盆栽试验,探究Cd、锌(Zn)超... 详细信息

云南是我国典型的重金属元素地球化学高背景区,超积累植物能否有效修复镉(Cd)地质高背景土壤,从而实现农产品安全生产,尚鲜见报道。以云南石林、富源和罗平等三地的典型Cd地质高背景农田土壤为对象,开展温室盆栽试验,探究Cd、锌(Zn)超积累植物伴矿景天对土壤Cd的吸取修复效果,及对后茬水稻生长和Cd吸收的作用。结果表明,种植三季伴矿景天使三地土壤全量Cd分别下降24.8%、30.9%和58.8%;伴矿景天在富源玄武岩风化物母质发育的土壤上长势最好,与富源土壤肥力相对最高有关;伴矿景天在罗平石灰岩风化物发育的土壤上重金属吸取修复效果最佳,与罗平土壤呈中性、酸化作用更为明显有关,这些差异由土壤母质、养分与重金属有效性等综合影响所致。经伴矿景天吸取修复三季后,全生育期淹水种稻,其糙米和秸秆Cd浓度均大幅降低,可实现糙米Cd安全生产。未经植物吸取修复,旱作处理下水稻糙米Cd存在超标风险。植物吸取修复后种植水稻,再结合水分管理措施,可进一步降低稻米中Cd浓度,实现稻米安全生产,为Cd地质高背景区土壤的农作物安全生产提供理论依据和技术支撑。

关键词：土壤镉地质高背景植物吸取修复水稻水分管理

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重金属污染土壤及场地的植物修复技术发展与应用

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环境监测管理与技术 2011年第3期23卷 39-42页

作者：胡鹏杰吴龙华骆永明中国科学院土壤环境与污染修复重点实验室南京土壤研究所江苏南京210008 中国科学院研究生院北京100049 中国科学院烟台海岸带研究所山东烟台264003

重金属污染土壤及场地的治理工作迫在眉睫,植物修复技术以其成本低、不破坏土壤生态环境、无二次污染、易被公众接受等优点,受到了学术界的广泛关注。近年来,国内外在植物修复技术的植物资源筛选、调控技术、修复植物产后处理等方面进... 详细信息

重金属污染土壤及场地的治理工作迫在眉睫,植物修复技术以其成本低、不破坏土壤生态环境、无二次污染、易被公众接受等优点,受到了学术界的广泛关注。近年来,国内外在植物修复技术的植物资源筛选、调控技术、修复植物产后处理等方面进行了广泛的研究。植物修复已经从实验室阶段走向了田间示范和推广应用阶段。现就近年来植物修复技术在重金属污染土壤和场地的发展和应用方面进行了综述。

关键词：重金属污染土壤与场地植物吸取修复植物稳定修复调控技术

土壤紧实度对伴矿景天生长及镉锌吸收性的影响研究

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土壤 2017年第5期49卷 951-957页

作者：王丽丽周通李柱周嘉文吴胜春吴龙华浙江农林大学环境与资源学院浙江临安311300 中国科学院土壤环境与污染修复重点实验室(南京土壤研究所) 南京210008

采集黏土、壤黏土和砂质壤土,分别设置无压实、低紧实度及高紧实度3种处理,通过盆栽试验研究了土壤紧实度对Cd、Zn超积累植物伴矿景天生长和Cd、Zn吸收性的影响。结果表明,与无压实处理比较,砂质壤土、壤黏土和黏土中伴矿景天地上部生... 详细信息

采集黏土、壤黏土和砂质壤土,分别设置无压实、低紧实度及高紧实度3种处理,通过盆栽试验研究了土壤紧实度对Cd、Zn超积累植物伴矿景天生长和Cd、Zn吸收性的影响。结果表明,与无压实处理比较,砂质壤土、壤黏土和黏土中伴矿景天地上部生物量在低紧实度下显著下降66.8%~83.5%、59.9%~60.4%和57.9%~71.4%;高紧实度处理却显著提高了伴矿景天的根系活力(142%~241%)。高紧实度处理显著降低了壤黏土上伴矿景天地上部Cd和Zn含量,但低紧实度对砂质壤土和黏土上伴矿景天地上部Cd和Zn含量无显著影响。与无压实处理比较,低紧实度显著降低了砂质壤土、壤黏土和黏土上伴矿景天的Cd吸取量,分别下降50.4%~73.8%、61.4%~74.9%和43.4%~63.3%,Zn吸取量下降48.7%~79.5%、73.6%~79.0%和46.1%~63.5%;土壤紧实度对壤黏土上伴矿景天的镉锌吸取效率影响最明显。

关键词：植物吸取修复重金属污染紧实度水稻土土壤质地

伴矿景天和鹅掌柴间作系统中根系相互作用对植物生长和镉锌吸收的影响

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土壤 2021年第4期53卷 771-778页

作者：孙曦李柱彭洪柳赵婕朱仁凤吴龙华中国科学院土壤环境与污染修复重点实验室(南京土壤研究所) 南京210008 中国科学院大学北京100049 江苏萤火虫环境科技有限公司南京210008

为明确不同物种根系间的相互作用对植物生长和重金属元素吸收的影响,以Cd、Zn超积累植物伴矿景天与花卉植物鹅掌柴为材料,研究二者根系相互作用及对植物生长和Cd、Zn的影响。结果发现,二者根系具有相互抑制生长的作用。单作条件下伴矿... 详细信息

为明确不同物种根系间的相互作用对植物生长和重金属元素吸收的影响,以Cd、Zn超积累植物伴矿景天与花卉植物鹅掌柴为材料,研究二者根系相互作用及对植物生长和Cd、Zn的影响。结果发现,二者根系具有相互抑制生长的作用。单作条件下伴矿景天的Cd、Zn吸收量最高,分别达0.812、19.6 mg/盆;较单作相比,无分隔间作条件下伴矿景天对土壤Cd、Zn吸收降低分别达30.0%和30.6%。两种植物根系改变了土壤养分性质,对土壤钾和磷的利用分别具有竞争和互补作用,但其有效态含量并未降低到亏缺水平,养分竞争可能不是两种植物根系相互作用的主要因素。水培试验表明鹅掌柴根系分泌物对伴矿景天的生长和Cd吸收具有抑制作用。

关键词：植物吸取修复间作伴矿景天根系相互作用鹅掌柴

我国农田土壤重金属污染修复技术、问题及对策诌议

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农业现代化研究 2018年第4期39卷 535-542页

作者：胡鹏杰李柱吴龙华中国科学院南京土壤研究所中国科学院土壤环境与污染修复重点实验室农田土壤污染防控与修复技术国家工程实验室江苏南京210008

我国农田土壤重金属污染和农产品重金属超标问题突出,引起了全社会的广泛关注,随着《土壤污染防治行动计划》等各项政策措施的出台,重金属污染农田的修复治理和安全利用迫在眉睫,全国各地启动了多个修复试点工程。基于我国农田土壤重金... 详细信息

我国农田土壤重金属污染和农产品重金属超标问题突出,引起了全社会的广泛关注,随着《土壤污染防治行动计划》等各项政策措施的出台,重金属污染农田的修复治理和安全利用迫在眉睫,全国各地启动了多个修复试点工程。基于我国农田土壤重金属污染修复技术,分析了存在的主要问题,探讨今后重点研究方向和对策建议。目前农田重金属污染修复技术有工程修复、物化稳定—低吸收作物联合阻控、农艺(水分等)调控、植物吸取修复、化学淋洗修复、替代种植与安全利用等。存在的主要问题有,鲜有考虑土壤自净能力,修复目标极少考虑土壤的自然与肥力属性,修复前调查评估难以细致、修复方案可行性不强,修复实施过程监理、第三方检测需规范,以及影响修复成败的非技术因素。因此,针对我国农田土壤重金属污染修复,提出应当加强修复技术基础创新,加快修复技术集成与模式创新,加强污染调查和修复过程管理与评估。

关键词：农田土壤重金属污染修复技术农产品安全植物吸取修复稳定修复