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南方典型污染区土壤稻米镉安全性及其调控技术研究

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目录

第一章 前言

1.1 文献综述

1.1.1 土壤镉污染的来源

1.1.2 土壤镉污染的现状

1.1.3 土壤镉污染的危害

1.1.4 镉在水稻中的积累及影响因素

1.1.5 稻米镉污染调控技术研究现状

1.2 选题背景、目的和意义

1.2.1 选题背景

1.2.2 目的和意义

1.3 研究内容、研究方法和技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 创新点

1.3.3 研究方法

1.3.4技术路线

第二章 南方典型污染区土壤稻米镉安全性研究

2.1 材料与方法

2.1.1 样品的采集

2.1.2 样品的分析

2.1.3 土壤与稻米重金属镉污染评价方法

2.1.4 数据处理

2.2 结果与分析

2.2.1 土壤中镉污染的统计特征

2.2.2 稻米中镉含量特征分析及人体健康风险评价

2.3 讨论

2.3.1不同污染区域稻田土壤与水稻可食部分镉污染特征

2.3.2 土壤镉全量、有效态对水稻可食部分镉富集的影响

2.4 小结

第三章 南方典型污染区土壤稻米镉富集特性研究

3.1 材料与方法

3.1.1 供试材料

3.1.2 试验设计

3.1.3样品分析

3.1.4 水稻籽粒的镉富集系数

3.1.5数据处理

3.2结果与分析

3.2.1不同质地污染土壤稻米镉积累性研究

3.2.2 不同积累性品种稻米镉含量比较

3.3讨论

3.4 小结

第四章 南方典型污染区土壤钝化处理对水稻镉累积的影响

4.1 材料与方法

4.1.1 供试材料

4.1.2 试验设计

4.1.3 样品分析

4.1.4 数据处理

4.2 结果与分析

4.2.1 施用不同钝化剂对水稻产量的影响

4.2.2 施用不同钝化剂对土壤pH的影响

4.2.3 施用不同钝化剂对土壤有效态镉含量的影响

4.2.4 施用不同钝化剂对水稻稻米吸收镉的影响

4.3 讨论

4.4 小结

第五章 主要结论与展望

5.1 结论

5.2 研究展望

参考文献

附录

致谢

作者简介

声明

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摘要

稻米镉超标问题已成为粮食安全的巨大威胁,并随着工、农业发展而日趋严峻,引起社会的广泛关注。调查水稻主产区镉污染土壤现状,评价稻米镉积累特征,探索合理的镉污染调控措施,是保障粮食安全的有效途径。本研究通过对南方典型污染区土壤-水稻成对样品镉的浓度调查、评价,并利用采集的污染水稻土进行盆栽试验,研究了上述典型区稻米的土壤镉富集特征,筛选出最优稳定修复调控措施,以支持粮食主产区等急需修复田块的决策制定,最终实现粮食安全。本研究取得的主要结果如下: (1)污染区农田土壤重金属调查结果表明,五个采样区域,湘潭(XT,湘江流域污染)、株洲(ZZ,湘江流域污染)、衡阳(HY,工业园污染)、郴州(CZ,矿区污染)和韶关(SG,矿区污染),土壤镉浓度范围分别为0.34~0.79、0.89~3.01、0.47~27.6、0.38~0.91和0.38~18.1mg·kg-1,超标率分别为100、100、100、11.8和91.4%,变异系数由大到小依次为HY>SG>ZZ>CZ>XT,其中变异系数大于0.3的有SG和HY,高变异、高超标率显示了这两个地区镉污染受人为因素影响较大。五个历史污染区域土壤镉污染单因子指数统计结果显示,CZ11.8%土壤受到轻度镉污染,其余土壤均不受镉污染;XT5.00%土壤受到中度镉污染,95%土壤受到轻度镉污染;ZZ3.18%土壤受到中度镉污染,96.8%土壤受到重度镉污染;SG8.57%为清洁土壤,28.5%土壤受到轻度镉污染,22.9%土壤受到中度镉污染,40.0%土壤受到重度镉污染;HY16.7%土壤受到轻度镉污染,25.0%受到中度镉污染,58.3%受到重度镉污染。五个采样区域潜在生态风险程度(E)很高,XT、CZ、ZZ、HY土壤E平均值依次升高分别为71.1、85.8、248、430,潜在风险程度分别为中等、强、很强、极强;SG土壤E平均值为1700,潜在风险程度为极强,因其土壤镉背景值较低,极强潜在危害生态风险达到了全覆盖。以上研究表明,矿区、工业园区和湘江流域周边水稻产区土壤镉污染需引起重视。 (2)污染区稻米重金属调查结果表明,五个采样区域稻米镉浓度均存在超标现象,其超标率分别为XT(90.0%)、ZZ(95.2%)、HY(79.2%)、CZ(2.94%)和SG(77.1%)。仅CZ地区稻米Cd平均值低于国家安全标准值,可以安全生产。健康风险指数(HQ)分析结果显示,除CZ水稻籽粒镉的成人与儿童HQ值小于1.0外,其他四区HQ值都大于1.0,表明这些区域水稻糙米可能不宜食用,尤其是ZZ地区所调查的大米中镉浓度最高,对人体潜在健康的危害相对最大,且五个区域中儿童通过食用稻米摄入量镉的健康风险均比成人高,因此需重视并警惕镉超标稻米对儿童的潜在健康风险。 (3)水稻产区镉污染土壤水稻盆栽试验结果表明,污染土稻米镉浓度均超过食品安全标准,仅未超标土壤上的稻米镉达标;稻米镉浓度随着土壤污染程度的加重而呈现升高趋势;分析污染土壤质地对水稻富集系数的影响,砂壤土的富集系数最高(1.24),最低的为黏土(0.49),砂壤土中水稻富集土壤镉的能力强于壤黏土和黏土,土壤砂粒含量越大,水稻富集土壤镉的能力呈现越强的趋势。 (4)土壤氯化钙(CaCl2)提取态有效镉浓度与高、低镉积累水稻积累能力影响品种镉吸收的相关分析结果显示,随着有效态浓度的升高,高积累水稻品种“土杂交”对镉的积累性明显大于低积累水稻品种“和两优1号”,有效态镉浓度对稻米镉浓度的影响较土壤全量镉更显著;当有效态镉浓度分别为0.45、0.29、0.15mg·kg-1时,高积累品种富集系数为低积累品种的2.32、1.24、1.20倍;同一水稻品种在不同土壤上对镉的富集系数差异显著,高、低积累水稻品种在不同质地土壤上的富集系数表现为:砂壤土>壤土>黏土。 (5)镉污染土壤钝化稳定修复盆栽试验结果显示,南方酸性镉污染水稻土施加石灰、海泡石、生物炭、腐殖酸和钙镁磷肥,对土壤pH、有效态镉浓度和稻米产量、镉浓度都有不同程度的影响。施加0.5%石灰,土壤pH增幅最高(增加了1.54个单位),有效态镉浓度降幅最大(下降96.3%);其次是0.1%石灰,pH提高了0.44,有效态镉浓度降幅为63.9%;施加0.5%海泡石后稻米增产最为显著,增幅为37.9%,其次是钙镁磷肥0.1%,增幅为27.9%;施加0.1%钙镁磷肥后稻米镉下降最为明显,降幅为58.2%,其次是1%海泡石,降幅为51.7%。综上所述,施石灰可以有效降低土壤有效镉,适用于高污水稻田的快速修复,而施海泡石和钙镁磷肥可以兼顾稳保产和土壤修复。

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