施用不同化肥对海泡石钝化镉污染土壤修复效果影响的研究

摘要

相关统计表明我国污染的农田总面积高达2.3×107hm2。在重金属污染中，土壤中Cd污染问题尤为突出。农田土壤Cd污染对我国粮食安全构成了巨大威胁，如何安全有效地修复并利用这些受污染的农田土壤已经成为当前我国亟需解决的环境和社会问题。原位钝化修复技术是基于降低重金属污染风险为目的一种修复手段，因其具有修复成本较低、操作方便、效果好等优点，使得其在我国中轻度重金属Cd污染农田土壤治理中得到了广泛的应用。施肥作为一种重要的农艺措施，是农业生产增产保产的重要手段。在现有的土壤重金属污染钝化修复研究中往往忽略了施用化肥对钝化修复的影响，不同种类的化肥对钝化修复效应具有协同促进作用还是抑制抵消作用，目前鲜有研究涉及。本研究采用水稻/油菜盆栽实验，探究了施用不同化肥对海泡石钝化修复Cd污染农田土壤修复效果的影响，旨在为大田重金属Cd污染钝化修复过程中科学合理施肥提供理论依据。主要研究结果及结论如下:
　　(1)水稻盆栽实验研究结果表明，海泡石钝化修复下，淹水灌溉和湿润灌溉处理时，施用不同量尿素显著性降低二乙基三胺五乙酸(DTPA)浸提态Cd含量。与海泡石单一钝化处理相比，淹水灌溉和湿润灌溉下海泡石钝化处理时，施用不同量尿素可使水稻根系铁氧化物胶膜中的Fe含量分别降低39.61％～55.59％和22.51％～53.63％。淹水管理下施用尿素对水稻根膜吸附土壤中Cd有抑制作用，而湿润管理下施用尿素对水稻根膜吸附土壤中Cd有激活作用。淹水灌溉和湿润灌溉下海泡石钝化处理时，施用不同量尿素可使水稻根系中的Cd含量分别增加36.11％～71.30％和58.20％～89.42％。与海泡石单一钝化处理相比，淹水灌溉下钝化处理时，施用低量尿素和中量尿素时可使糙米中Cd含量分别增加28.89％和8.89％，而施用高量尿素时则使糙米中Cd含量降低22.22％;湿润灌溉下钝化处理时，施用低量尿素、中量尿素和高量尿素时水稻糙米Cd含量与S处理间并无明显差异。土壤微生物的非加权组平均法和主成分分析表明，实验条件下的钝化处理不会对土壤中微生物的结构与分布产生明显影响。
　　(2)水稻盆栽实验研究结果表明，海泡石钝化处理，钙镁磷肥处理以及在海泡石钝化处理的基础上施钙镁磷肥和普钙均显著降低糙米和秸秆中Cd含量，糙米中Cd含量的降幅分别为32.66％，36.53％～60.32％，30.62％～61.86％和26.45％～36.67％;秸秆中Cd含量的降幅分别为38.89％，49.77％～65.75％，49.36％～74.23％和35.81％～60.68％。与空白对照相比，海泡石钝化处理，钙镁磷肥或普钙处理，以及在海泡石钝化的基础上施钙镁磷肥或普钙处理均显著的降低了土壤DTPA浸提态Cd含量。对照空白处理中水稻根系SOD、POD和CAT等抗氧化物酶活性以及MDA、GSH和NPT等抗氧化物质均比其它处理要高。不同处理间在门水平上土壤中最占优势的微生物大致相同。
　　(3)油菜盆栽实验结果表明，与单施海泡石钝化相比，在海泡石钝化时施用KCl和K2SO4两种钾肥，油菜地上部茎叶中Cd含量分别增加了16.38％～60.73％和15.62％～25.19％;施用KCl和K2SO4对土壤pH未产生显著性影响，却显著地增加了土壤中有效态Cd含量，其增幅分别为25.51％～34.65％和18.5％～24.96％。添加海泡石可使土壤的Zeta电位向负值方向移动，提高土壤对Cd的负载能力;但施用KCl和K2SO4均能提高土壤的Zeta电位，降低土壤对Cd的负载能力。等温吸附实验同样表明，添加KCl和K2SO4均能降低海泡石对Cd的吸附量，在水溶液中海泡石对Cd的最大吸附量为5.30mg·kg-1，添加KCl和K2SO4后吸附量分别降低至2.87mg·g-1和4.92mg·g-1。KCl和K2SO4显著地改善了土壤中K、Mn、Cu和Zn等营养元素的有效态含量。
　　(4)从整个研究结果可以发现，以水稻糙米中Cd含量为主要考察指标，在海泡石钝化修复Cd污染土壤过程中，施尿素、钙镁磷肥、普钙和K2SO4对钝化效果不会产生明显不利影响，施KCl在一定程度上降低了海泡石的钝化效果。

目录

声明

摘要

第一章 引言

1．2．1 化学吸附和离子交换

1．2．2 沉淀作用

1．2．3 氧化还原

1．2．4 有机络合

1．3 农田土壤原位钝化修复现状

1．4 农田土壤原位钝化修复影响因素

1．4．1 土壤pH

1．4．2 土壤有机质

1．4．3 水分管理

1．4．4 施肥对土壤中重金属活性影响

1．5 研究目的与意义

第二章 不同水分管理下施尿素对海泡石钝化镉污染土壤修复效果的影响

2．1 材料与方法

2．1．1 实验材料

2．1．2 实验设计

2．1．3 样品分析

2．1．4 数据分析

2．2 结果与分析

2．2．1 不同处理对糙米和根系中镉含量的影响

2．2．2 不同处理对水稻根系铁氧胶膜中Fe和Cd含量

2．2．3 不同处理对土壤pH和土壤有效态镉含量影响

2．2．4 不同处理对水稻整个生育期Eh的影响

2．2．5 水稻糙米中Cd含量与不同参数间的相关性分析

2．2．6 不同处理对土壤中微生物的分布与结构影响

2．3 讨论

2．4 小结

第三章 不同磷肥对海泡石钝化镉污染土壤修复效果的影响

3．1 材料与方法

3．1．1 实验材料

3．1．2 实验设计

3．1．3 样品分析

3．1．4 数据分析

3．2 结果与分析

3．2．1 不同处理对土壤pH和土壤有效态Cd含量影响

3．2．2 不同处理水稻不同部位中Cd含量影响

3．2．3 不同处理水稻根系中抗氧化物酶活性影响

3．2．4 不同处理下土壤微生物的分布和结构

3．3 讨论

3．4 小结

第四章 不同钾肥对海泡石钝化镉污染土壤修复效果的影响

4．1 材料与方法

4．1．1 实验材料

4．1．2 实验设计

4．1．3 样品分析

4．1．4 土壤Zeta电位的测定

4．1．5 钾肥对海泡石吸附镉的等温实验

4．1．6 数据分析

4．2 结果与分析

4．2．1 不同处理对油菜鲜重的影响

4．2．2 不同处理对油菜茎叶中Cd含量的影响

4．2．3 不同处理对土壤pH值和可交换态Cd含量影响

4．2．4 不同处理对土壤有效态K、Cu、Zn和Mn含量影响

4．2．5 不同处理对土壤Zeta电位的影响

4．2．6 KCI和K2SO4对海泡石吸附镉的影响

4．3 讨论

4．4 小结

第五章 全文结论

参考文献

致谢

作者简历