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钾肥伴随阴离子对土壤铅和镉有效性的影响及其机制

刘平  
【摘要】:探明离子共存时,土壤中Cd、Pb的形态转化与迁移,理论上可以揭示离子与土壤间相互作用的本质、丰富对土壤生态系统中土壤表面化学性质的认识和Cd、Pb行为调控;实践上可为Cd、Pb污染防治的改良剂和施肥等化学措施提供理论依据。施入不同钾肥其伴随阴离子(Cl~-,NO_3~-,SO_4~(2-),H_2PO_4~-)通过改变土壤表面性质而影响铅、镉的吸附-解吸,形态转化过程,进而改变重金属的生物有效性。本研究采用室内培养、等温平衡法及盆栽生物试验等方法,较系统的研究了不同钾肥对两种典型土壤—黄棕壤、赤红壤中铅、镉形态转化和吸附解吸规律及植物有效性的影响,旨在为施用钾肥调控污染土壤中铅、镉的生物有效性提供科学依据。主要研究结果及结论如下: (1) 两种土壤镉、铅污染下施用四种钾肥后,与不施钾肥的对照相比土壤有效态镉、铅均有所下降,以施用K_2SO_4、KH_2PO_4处理的效果较为显著,特别是KH_2PO_4一直表现为降低镉、铅有效态的作用。只是KH_2PO_4在复合污染的土壤上效果较低于单一污染,黄棕壤上镉、铅单一污染时各自的有效态平均分别下降了29.63%、33.73%,而复合污染时分别下降仅为12.53%、27.91%。总体来看,相同的污染水平下,赤红壤上有效态镉、铅显著低于黄棕壤,因为赤红壤对两种金属离子的吸附能力强于黄棕壤。 (2)四种伴随阴离子存在下,两种土壤对铅、镉的吸附等温线均可用Freundlich方程来拟合:其表征吸附容量参数A表明,赤红壤上几种阴离子的影响顺序依次为H_2PO_4SO_4~(2-)Cl~-≈NO_3~-。总体来看,阴离子对赤红壤上铅、镉的吸附影响更大些。磷酸根增强了土壤对铅或是镉离子的吸附,次之为硫酸根。铅在两种土壤上的解吸量平均仅占吸附量的0.06-1%,说明两种土壤上吸附铅均以专性吸附为主;而镉在赤红壤的解吸率3%,黄棕壤解吸率为1.4-19.2%,表明镉在赤红壤仍以专性吸附为主,而黄棕壤还存在部分非专性吸附。从吸附过程看,磷酸根使土壤中镉或铅离子吸附量增加,土壤溶液镉或铅离子的有效性极大地下降,硫酸根较之作用小些,氯离子和硝酸根的影响很小。由于两种土壤对镉、铅吸附机理不同,对其有效性的影响也各异,伴随阴离子对镉有效性的影响更大。 (3)在镉中度污染土壤上连续种植作物并在每季施用不同的钾肥,第一季作物上KCl并未明显改变作物对镉的吸收量,从第二季开始,施用KCl的作物镉吸收量开始增加,且第三季高于第二季;KCl影响植物铅吸收的效果与镉的情况相似。这说明KCl促进植物铅、镉的吸收即提高铅镉的生物有效性只有在KCl施用量较高时才会表现出来。在三季作物种植中,KH_2PO_4始终表现为显著降低植株对铅、镉的吸收。另外,复合污染与单一污染相比,总趋势是镉的吸收略为增高,而铅的吸收并无明显差别,说明铅的存在提高了镉的植物有效性,而镉对铅的植物有效性无影响。 (4)土壤铅、镉形态转化分析表明,SO_4~(2-)和H_2PO_4~-特别是后者可促进水溶交


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