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稻田-水稻系统中重金属铬污染控制机制取得新进展

来源:环境修复室 发布时间:2020-04-02 作者:杨建军 点击量:

       近期,中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所、院青年英才杨建军“退化及污染农田修复”科研团队利用同步辐射技术针对稻田-水稻系统中重金属铬污染控制取得重要进展,发现秸秆还田过程释放的大量溶解性有机碳,可诱导有机铁氧化物复合体形成,并在高有机碳负载量的条件下会抑制土壤有机铁氧化物固定重金属铬(III),增加土壤重金属铬的生物有效性及环境风险;同时发现硫素营养可改变水稻根表铁膜结构,提高对重金属铬的固定能力,减少水稻对铬的吸收累积机制。该研究结果对于在铬超标稻田中合理进行秸秆还田及施用硫肥,保障稻田的安全利用和防止稻米污染具有重要意义。相关研究成果在线发表在国际著名环境学期刊《环境科学与技术(Environmental Science & Technology)》(影响因子 7.149;  JCR 5%)和《危险废物杂志(Journal of Hazardous Materials)》(影响因子 7.650;  JCR 5%)上。

       农田土壤重金属污染是中国目前面临的重大环境问题,其中铬(Cr)是我国八种主要重金属污染元素之一,而秸秆还田是我国农业废弃物主要的处理方式。通过提取水稻和油菜秸秆中溶解性有机碳,制备不同有机碳负载量的有机铁氧化物复合体;研究发现高有机碳负载条件下,有机铁氧化物复合体通过吸附和共沉淀两种过程固定Cr(III)的能力显著降低,并利用同步辐射技术揭示了高有机碳抑制土壤有机铁氧化物复合体中铁氧化物形成而降低铬固定的分子机制,导致土壤铬的活性及其向作物体内运移风险提升。

        研究还发现在水培条件下,两个水稻品种(Hashemi和Lemont)在硫素添加下对Cr(III)和Cr(VI)的吸收量均降低,同步辐射X射线吸收精细结构谱(XANES)技术表明硫处理促进铁膜表面还原态和氧化态硫富集,提高了根表铁膜对铬的固定作用。选用高氧化电位水稻栽培品种以及合理施用硫肥可以通过优化水稻根系铁膜结构,阻止土壤中的Cr元素被吸收转运到植株体内,从而有望实现污染稻田的安全利用和防止稻米污染。
上述研究工作得到国家重点研发计划项目、国家自然科学基金面上项目和大科学装置联合基金项目、中国农业科学院科技创新工程以及农业农村部农业环境重点实验室基础研究项目等项目资助。


原文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.9b06510;
                 https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2019.121803.


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