水肥耦合对海泡石钝化修复镉污染土壤的影响行为与机制

摘要

我国土壤污染形势日趋严峻，尤其是农业土壤镉污染问题已引起人们的广泛关注。原位钝化修复技术具有成本低、修复速率快、操作简单等优点，尤其适用于修复大面积轻中度农田土壤镉污染。海泡石是一种环境友好型的天然粘土矿物，但是，在实际大田修复应用中修复效果会受到施肥、灌溉等农艺措施的影响。本论文通过研究不同水肥耦合模式对海泡石钝化效应的影响和机制，为农田镉污染土壤海泡石钝化修复下建立良好的水肥管理措施提供科学依据。取得的主要结果如下: 1.试验表明，施用不同有机肥和提高土壤持水量均促进油菜生长。不同田间持水量条件下，施用海泡石均降低油菜可食部镉含量。土壤保持60-65％田间持水量，海泡石钝化土壤中施用鸡粪，增大油菜可食部镉含量，原因是鸡粪降低pH，增大土壤DOM含量;土壤保持100％田间持水量，钝化土壤中施用鸡粪，油菜可食部镉含量变化不显著，原因是土壤pH降幅更小，土壤DOM增幅更小。土壤保持60-65％田间持水量，钝化土壤中施用羊粪、蚯蚓粪对油菜可食部镉含量影响较小，原因是虽然羊粪、蚯蚓粪增大土壤DOM，但是增大土壤pH，降低有效态镉含量;土壤保持100％田间持水量，钝化土壤中施用羊粪、蚯蚓粪降低可食部镉含量。原因是土壤DOM增幅更小。 2.研究表明，湿润和间歇淹水的管理模式下，单一海泡石处理根部Cd含量最低，海泡石钝化修复下施用鸡粪，增大土壤中可溶性Cd含量，促进根部吸收Cd，原因是水稻生殖生长阶段土壤pH低于单一海泡石处理。长期淹水的管理模式下，未施用海泡石和有机肥的对照组根部Cd含量最低，单一海泡石处理增大根部Cd含量，原因是水稻生殖生长阶段土壤Eh高于对照;钝化修复下施用鸡粪，增大土壤中可溶性Cd含量，进一步促进根部吸收Cd，原因是水稻生殖生长阶段土壤pH低于单一海泡石处理。 3.海泡石钝化修复下，淹水处理使水稻糙米中镉含量低于食品安全国家标准0.2mg/kg，淹水处理中，钝化土壤中施用鸡粪，糙米Cd含量增大，一方面是因为施用鸡粪增大土壤有效态Cd的含量，另一方面是因为鸡粪降低根表铁膜含量;但是，湿润以及间歇淹水灌溉模式下，进一步施用鸡粪对糙米Cd含量的影响较小。淹水处理中，钝化土壤中施用羊粪增大糙米Cd含量，随着羊粪浓度增大，增幅降低，原因是羊粪增大土壤有效态Cd的含量，促进Cd向较高活性组分的转化;但是湿润以及间歇淹水灌溉模式下，进一步施用羊粪降低糙米Cd含量，原因是羊粪促进Cd向较低活性组分的转化。 4.两年连续定位试验研究表明，单一海泡石处理，第二年糙米镉含量升高。海泡石钝化土壤中，长期淹水模式与施用鸡粪、羊粪耦合，保证水稻稳产的同时，第二年糙米镉含量进一步降低，原因是单一海泡石处理第二年土壤中有效态镉含量增大，而海泡石钝化修复下，水肥耦合处理，第二年土壤中有效态镉含量变化不大，水肥耦合强化海泡石钝化修复稳定性的效果。 综上所述，无论旱作还是水作，不同水肥耦合措施对海泡石钝化效应的影响存在显著差异，选择科学的水肥管理模式可以对土壤镉污染海泡石钝化修复起到良好的效果。