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酸化紫色土中镉的生物有效性调控及机理研究

林仁漳  
【摘要】: 镉是一种环境危害较大的典型重金属污染物。其污染危害与控制长期以来一直是环境科学关注的热点问题之一。尽管对环境镉污染的来源、水平、危害有了较全面的认识,并依据对土壤-植物系统中镉迁移转化规律的认识提出了许多防治措施,但这些措施或者因为治理成本过高,或者因为所需时间太长而难以被广泛应用,应对目前严峻的镉污染问题的经济有效的手段仍主要依靠以施用化学改良剂为主的农艺措施。 以往在调控剂的筛选方面已作了不少工作,但由于研究对象的复杂性及实验条件的差异,所得到的结果往往缺乏一致性,甚至出现截然相反的情况,已有的方法在不同地区间难以直接套用。并且,由于缺乏对同一条件下,不同调控剂及其类型、剂量的不同组合对镉污染的控制效果及控制机理的系统比较,因而,就具体的立地条件究竟采用何种调控剂配方及如何使用最为有效与合理仍缺乏依据。本研究针对重庆市农业土壤的污染状况,选取镉活性较高的酸化紫色土为供试土壤,采用盆栽试验、培养试验、化学热力学与动力学吸附试验相结合的方法,系统研究和比较多种调控剂及其不同组合方式对镉生物活性的效应,并揭示镉在土壤—植物系统中的迁移转化规律及影响因素,进一步分析调控剂的作用机理,探寻具有实际应用价值的调控剂配方及合理使用的方法,这不仅可以为重庆市农业土壤镉污染的防治提供可靠的技术保障,而且对于其它重金属污染的治理也有一定的理论意义。 本研究选用的调控剂有碱性物质石灰、硅肥、粉煤灰,有机物料秸秆堆肥、猪粪、胡敏酸,离子拮抗剂ZnSO_4。按不同类型调控剂的比较、有机物料与石灰的组合效应、石灰不同用量的比较等原则设计试验。盆栽试验采用莴苣为供试植物,共设27个处理,分为不同调控剂及其组合的比较和不同污染水平下石灰用量的效应两部分,各处理重复4次,研究调控剂对生物量及植物吸收镉的调控效应;培养试验处理与盆栽试验相同,各重复两次,培养期间室内温度控制在25±1℃,土壤水分保持在20%左右,分别在不同的培养时间取样分析,研究调控剂对镉的形态转化及其有效性的影响;吸附-解吸试验的土壤按照既定方案处理后,在25±1℃,土壤水分20%左右条件下培养2个月,待调控剂与土壤的反应 基本稳定后制样进行等温吸附一解吸实验和吸附动力学实验,研究调控剂作用下 土壤对廉吸附一解吸的热力学和动力学特征及其与铜的生物有效性的关系。 结果表明,施用调控剂对离首生物量有显著的影响,生物量最大(猪粪处理) 与最小CnSO。处理)相差达2.38倍。添加外源钢使离售生物量下降;添加堆 肥、猪粪、胡敏酸、猪粪十石灰的处理使生物量大大提高,提高幅度在 11二8%~ 47.49%,尤以单施猪粪增产效果最佳;添加石灰、硅肥、粉煤灰、ZnSO4、堆肥 十石灰、胡敏酸十石灰的处理均使葛育生物量下降,下降幅度在2.31%~56.37%间。 锅污染水平和石灰添加量对离它生物量都有显著影响,污染水平越高,离营生长 受抑制越明显;各污染水平下,随石灰施用量增加,生物量下降,离营生物量 O,以Pot)随石灰添加量k,%)的变化关系能很好地用多项式:y=ax勺bx+c加以描 述。调控剂对作物生物量的影响是其对锅毒害的调控和对作物生长环境的调节两 方面共同作用的结果,是抑制还是促进作物的生长,与调控剂的性质、施用量、 土壤环境、作物种类有关。 所选用的调控剂对植物吸收铜都有不同程度的抑制作用,以猪粪与石灰混施 的控制效果最佳,使植株银含量比对照平均下降60%,ZnSO。的控制效果最差, 使植株锅下降2.58%,并导致植物锌毒害。三种碱性物质中,硅肥对植物吸收锅 的抑制作用最明显,石灰次之,粉煤灰的抑制作用最弱;三种有机物料中施用猪 粪和堆肥可以明显降低植物对铺的吸收,而胡敏酸效果不明显;有机物料与石灰 混施可以提高对钢的抑制效果,其中胡敏酸与石灰的协同效应最明显。石灰施用 量对植株吸收锅有显著影响,植株各部位锅含量k)与石灰添加量…,%)的 关系可以很好地用方程 y叫/(ax斗bx化)描述,石灰对植株锅累积的调控存在一个 最佳抑制效应剂量,低于或高于这一剂量均不能达到最佳抑制效果,但对于不同 植株部位和不同污染水平,最佳抑制效应剂量不同;低用量下,单位石灰添加量 对植株吸收锅的抑制作用比高用量时大,因此若综合考虑调控剂的施用成本及其 对生物量的影响效应,则在本试验条件下以施用石灰0.40%~0.55%较合理,这 时对作物吸收锅的抑制效应可达最佳抑制效应的90%左右,同时不致于显著降低 离营生物产量。 植物对铜的累积与土壤锅的存在形态密切相关。交换态锅对植物铜吸收的影 响最大,它与高艺根、茎、叶锅含量的偏相关系数分别为0.727‘\0.708”\ 2 0.719””(n=26),都呈极显著正相关,其次是水溶态和碳酸盐结合态,呈显著正相 关,偏相关系数在0.389“~0.4旷…刁6X松结有机态和锰氧化物结合态未达显 著相关。而紧结合有机态、残留态与植株各部位铜都呈负相关?


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