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不同形态氮肥对土壤中重金属化学行为变化及植物吸收的影响

楼玉兰  
【摘要】:污泥农业利用作为污泥处置的一种较好方式已越来越被世界各国广泛采用。然而,被暂时固定在污泥中的重金属在土壤中是否会被活化而被植物吸收也成了人们担忧的问题。本研究主要采用室内模拟培养试验、吸附—解吸试验、根箱法玉米吸收试验和根系分泌物收集鉴定等手段,研究了不同形态氮肥对模拟污泥农用土壤中重金属形态转化、重金属吸附-解吸行为、植物根际对重金属活化和吸收的影响及机理,为生产上如何采取措施减少植物对重金属的吸收、保障农产品安全提供理论依据。主要研究结果如下: 1、不同形态氮肥对污泥农用土壤理化性质、重金属形态的影响:在为期10周的培养期内,双氰胺(DCD)对硝化作用的抑制只能维持4周左右时间;硝态氮和污泥处理均显著降低土壤pH,这很可能与污泥中因有机氮矿化而来的铵态氮的硝化作用有关;在污泥和铵态氮处理中配施DCD,两处理土壤的pH均表现为前4周上升,然后迅速下降的态势。在所有处理中,铵态氮处理的pH下降幅度最大,这主要是由铵态氮的硝化作用引起的。污泥施入土壤后,活性态重金属含量随培养期延长而明显增加,直至第8周才达到平衡;施硝态氮可进一步促进污泥中重金属向活性态重金属转化;在污泥中加入DCD或铵态氮配施DCD,在培养前4周几乎可使污泥中所有重金属钝化,但4周后重金属又被迅速活化,到第8周以后,所有加污泥的处理三种重金属的活性均大幅提高,尤其是加铵态氮和硝态氮处理。各处理土壤中的活性态重金属与pH之间存在着很好的负相关关系,土壤中的重金属活性主要受土壤pH的控制。土壤中的活性态重金属与易活性念和锰氧化物结合态重金属之间存在着平衡关系,相互间的转化主要受土壤pH的制约,在低pH条件下,有利于向活性态转化,在高pH条件下则有利于向易活性态和锰氧化物结合态转化。有机结合态、无定形铁氧化物闭蓄态、结品态铁氧化物闭蓄态和残余态四种形态重金属,在10周的培养过程中几乎不发生变化,在土壤中保持相对稳定,不易受外界环境条件变化的影响。 2、不同形态氮肥对土壤中铜、锌吸附-解吸行为的影响:青紫泥对Cu~(2+)和Zn~(2+)的吸附容量比小粉土高,而小粉土的吸附强度则比青紫泥大。这主要是由两种土 壤的主要吸附类型不同引起的。在低起始吸附浓度(80林gml一’cu和60林gmr’zn) 条件下,小粉土对Cu和Zn的吸附量与青紫泥基本相当,甚至超过青紫泥,但吸 附饱和度则比青紫泥高得多;当起始浓度大于以上数值以后,青紫泥的吸附量则 明显大于小粉土,随着起始浓度的提高,两者的吸附饱和度也趋向一致。说明小 粉土对这两种重金属的吸附性状或吸附类型有别于青紫泥,即小粉土主要以吸附 能较高的粘土矿物表面专性吸附为主,而青紫泥则以吸附能相对较低的有机胶体 吸附为主。Langm山r方程能较好地描述两种土壤对铜和锌的吸附特性,拟合相 关系数达0.98以上。外源加入的NH4气N和NO3一N对土壤重金属吸附的直接形 响儿乎没有,但经10周培养后,可一定程度降低土壤对重金属的吸附,这主要 由氮素转化过程发生的pH降低引起的。土壤对重金属的吸附随着土壤pH的升 高而增加,pH降低而减小。当土壤对cu和zn的附饱和度低于30%时,其解吸 量随吸附量增加而增加的幅度较小;当高于30%以后,解吸量则随吸附量的增 加而迅速增加。说明在低吸附饱和度区域,被土壤吸附的重金属较难解吸,而在 l吸附饱和度较高区域内吸附的重金属易被解吸。重金属吸附饱和度有可能作为评 价土壤重金属有效性、土壤重金属污染程度以及土壤重金属允许输入最大量控制 的一个较好指标。被土壤吸附的cuZ+和znZ十只有部分可解吸下来,其解吸率随 吸附量或吸附饱和度的增加而增加。zn的解吸率比cu高出1倍多。外加NH4气N 和No3一N对土壤重金属解吸的直接影响并不大,但在其形态转化过程中因pH 更化带来的影响不能忽视。污泥中所带的大量有机物和氮素的转化对增加土壤重 金属解吸的作用更应引起重视。 3、氮肥形态对污泥玉米根际土壤重金属活性及对其吸收的影响:不同氮肥形态 对植物吸收重余属有明显影响,施丁口NH;+一N可促进杭物对垂余属的吸收,而 NO3一N的作用刚好相反。其主要机理是植物吸收不同形态氮所产生的生理酸J性 或生理碱性而改变了根际土壤的pH,进而影响了根际土壤中重金属的有效性。 氮肥形态的选择和施肥方式可作为控制作物吸收重金属、提高农产品安全性的一 项措施。比如对已受重金属污染的土壤,若土壤呈酸性,施用氮肥时可考虑使用 ca伽03)2,因ca倒03)2属生理弱碱性,而且其l一卜,的caZ十离子可以与重金属离一子 竞争植物根表的交换位点,而硝酸盐可以使重金属的甲基化过程减弱,从而降低 重金属的的毒害。硝化抑制剂常被用来抑制土壤中氮的硝化作用、提高氮肥利用 率。但它对土壤重金属的作用是双向的,它既可通过抑制硝化作用引起的土体酸 化,这对防止土壤中重金属被活化是有利的,但又因硝化作用被抑制,植物吸收 NH4气N可使根际土壤酸化,对重金属起活化作用。并且,根际土壤重金属的有 效性与土体相比,对当季作物来说前者更为重要。因此,是否施用硝化抑制剂得 因具体情况而定。 4、不同形态氮肥对植物根


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