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共存阳离子对土壤镉有效性影响及其机制

宋正国  
【摘要】:镉污染在世界范围内广泛存在并日益严重,我国镉污染的土地面积已超过20万亩。与其它重金属和有机污染物相比,镉在较低浓度时就可对动植物和人产生毒害作用,且这种危害具有一定的隐蔽性和潜伏性。有鉴于此,美国、日本和欧盟诸国先后将其列入优先控制有机无机污染物黑名单,对镉在肥料、农用污泥中的含量都作出了强制性规定。长期以来有关镉在环境中的迁移动态、形态转化和生态效应逐渐成为国际环境科学领域的研究热点。 吸附作用作为土壤保持离子和分子最重要的反应,控制着土壤镉的有效性。因此,降低土壤镉有效性的方法大多以吸附作用作为其理论基础,如施入石灰、粘土矿物、磷酸盐等物质能提高土壤对镉的吸附,降低镉的有效性。共存阳离子作为土壤溶液的重要组成部分,深刻影响土壤对镉的吸附。本研究在深入了解钙、锌、钾单一离子对镉吸附、镉植物有效性影响机制的基础上,探讨两两离子共存时对镉吸附、镉植物有效性的影响,进一步揭示镉离子间与土壤间相互作用的本质;并为镉污染防治时施肥的实行提供理论依据。 以镉污染黄棕壤、赤红壤为对象,采用平衡法、双室法并结合常规分析方法,系统研究了钙、钾、锌单一及共存下土壤镉的吸附及植物有效性。结果表明:在相同离子强度和不同浓度下,钙、钾和锌离子单一或两两与镉共存,均能降低赤红壤中镉的吸附量;明显降低镉的在土壤固液相的分配系数(K_d~(Cd))。其中,三种离子单一体系中降低赤红壤镉吸附能力的次序为单锌单钾≈单钙;两两共存时降低赤红壤镉吸附能力的次序是锌钾≈钙锌钙钾。与单钠体系相比,钙、钾、锌共存时镉的吸附量降低68.6-98.7%。三种离子中,锌离子降低土壤对镉吸附的能力最强;钙、钾和锌离子两两共存时,锌对降低赤红壤吸附镉的能力具有决定作用。共存离子中锌的用量与K_d~(Cd)值呈显著负相关,二者间存在显著的线性(n=7)或多项式(n=16)回归关系,表明锌和钙、钾两两与镉共存,锌离子所起的作用最大。 在镉高污染土壤上(镉污染水平1mg·kg~(-1)),增加钾用量,小油菜镉含量升高。钾的用量越多,促进效果越明显。与不施钾肥相比,高钾用量时,小油菜镉含量提高6.20%-29.7%。显示钾与镉共存时,土壤竞争吸附作用控制镉的植物有效性。钙用量的高低对土壤镉的植物有效性的影响具有相对不确定性。中钙用量时,钙可以降低土壤镉的作物吸收量,较不施钙时降低4.47%-15.1%。增加锌用量,土壤镉的吸附作用不再是控制小油菜镉吸收的主控因子。锌用量的增加,小油菜体内镉含量明显降低。高锌用量时,小油菜体内镉含量较不施锌肥降低28.4%-31.8%。低、高镉污染赤红壤上,土壤溶液中钙/镉比、锌/镉比与小油菜体内镉含量呈显著相关关系。其中,钙/镉比的影响为正效应;锌/镉比的影响为负效应。小油菜植株镉含量越低,其植株中钙/镉比、锌/镉比越大。在低镉污染的赤红壤上,钙/镉比对小油菜体内钙/镉比的影响为负效应;在镉污染赤红壤上,锌/镉比对小油菜体内锌/镉比的影响为正效应。 在镉高污染土壤和低污染赤红壤上(镉污染水平0.6mg·kg~(-1)),施用钙、钾、锌对土壤溶液镉含量的影响为正效应(p0.05),锌为控制土壤溶液镉含量的主要因素。钙、钾用量的减少,锌用量的增加,小油菜体内镉含量明显减少,施用钙、钾、锌对土壤镉有效性为负效应(p0.05),锌为控制小油菜植株镉含量的主控因子。增加锌的比例明显抑制土壤镉的植物有效性。低镉污染赤红壤,施钙量的减少,钾用量的增加,促进小油菜对镉的吸收。在高镉污染的赤红壤上,连续


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