紫色水稻土颗粒有机质(POM)及其对重金属的富集特征

摘要

土壤有机质是土壤的重要组成成分，也是影响土壤重金属迁移转化和生物有效性最重要的土壤性质之一。有机质对土壤重金属迁移转化行为的影响不仅与其含量有关，还与其组成有关。土壤颗粒有机质（POM）是指土壤中粒径在0.053~2mm的土壤有机物质组分，是动植物残体向土壤腐殖质转化的活性中间产物和一类腐殖化程度较低、但活性较高的有机碳库。近年的研究表明，POM对土壤重金属有显著的富集作用。紫色水稻土在西南地区具有重要的农用价值，但有关紫色水稻土中POM的含量水平及其对重金属富集的特征还不明确。
　　本研究在川渝地区采集白垩纪夹关组（K2j）、侏罗纪自流井组（J1z）、遂宁组（J2sn）、沙溪庙组（J2s）及蓬莱镇组（J3p）、三叠纪飞仙关组（T1f）共6种典型成土母质发育的紫色水稻土，测定了其pH、有机碳（SOC），总氮（TN），阳离子交换量（CEC），机械组成等性质；采用颗粒分级的方法分离土壤POM，测定其含量水平、碳、氮含量与形态结构、重金属（Cu，Zn，Pb和Cd）含量及其形态，计算其对土壤重金属的贡献率，研究了其对重金属的富集情况；采用相关分析的方法研究了土壤性质对POM含量、其有机碳含量和总量以及POM中重金属含量和总量的影响。获得的结果如下：
　　（1）采样区紫色水稻土POM的含量为0.44％~9.68%，平均值为3.39%，远低于细土和砂粒；各粒级 POM百分含量随粒径的减小而升高，其中POM（0.053~0.25mm）为POM的主要成分，其含量范围和平均值分别为总POM的42.14%~86.03%和70.83%。与现有报道相比，本研究采集的紫色水稻土POM百分含量在农用地中处于较高水平。
　　（2）采样区紫色水稻土颗粒有机碳（POM-C）、颗粒有机氮（POM-N）对土壤有机碳和氮素有显著富集的作用，其贡献率分别为11.77%~85.24%和4.71%~42.48%，平均值为30.18%和15.36%，代表了一大部分土壤有机碳库和土壤氮库。各粒级POM-C含量随粒径减小而降低，POM（1~2mm）的有机碳含量最高，为168.15~299.63g·kg-1，平均值为231.72g·kg-1；对SOC的贡献率则随粒径减小而增大，POM（0.053~0.25mm）贡献率最高，为33.28~82.49%，平均值为56.55%。0.25~1mm是POM-N的优势粒径，含量范围为6.06~18.13g·kg-1，平均值为10.65g·kg-1；各粒级POM对POM-N的贡献率也随粒径减小而增大，也以粒径为0.053~0.25mm的POM贡献率最大，范围在42.14~86.03%，平均值为70.83%。
　　（3）电镜观察下发现采样区发育于J2sn，T1f，J1z母质的水稻组土壤POM形态较为完整，而J2s、K2j、J3p组土壤POM降解程度较高。红外光谱测试结果表明，随着POM粒径的减小，POM上含氧、芳香、脂肪类官能团均明显减少；发育于T1f，J2sn组母质的水稻土土壤POM的3个粒级吸收峰均较弱，而粒径为0.053~0.25mm时J3p组土壤POM吸收峰最强。
　　（4）采样区紫色水稻土POM对Cu、Zn、Pb和Cd均有富集作用，其中对Cu、Pb的富集系数和贡献率较大。紫色水稻土POM中Cu、Zn、Pb和Cd主要以有机质紧结合态和络合态为主。POM中4种重金属的有机质紧结合态的比例随POM粒径降低而降低，3个粒级POM中Cu、Pb的有机质紧结合态的平均百分比含量较高，Zn、Cd的络合态平均百分比含量更高，而Cd的交换态平均百分比含量最高。
　　（5）采样区紫色水稻土中K2j组土壤POM的平均含量最高，达5.86±1.95%，其余差异不显著。SOC、TN、CEC、粘粒、粉粒含量与POM含量呈显著或极显著相关，SOC是影响土壤POM含量的关键因子。采样区土壤中仅J2s组土壤POM含量与pH呈显著相关。
　　（6）采样区紫色水稻土J3p组的POM-C含量最低，为129.59±19.59g·kg-1，J1z和T1f组土壤中POM-C含量最高，分别为214.64±49.98g·kg-1、191.08±53.37g·kg-1，其余3种母质土壤差异不显著。TN、SOC和CEC与POM-C总量呈显著或极显著相关，SOC是关键因子。采样区土壤性质与POM-C含量相关性较弱；J2s，J1z，J3p组土壤土壤性质与POM-C总量相关性较强。
　　（7）采样区紫色水稻土J3p组土壤POM中重金属含量最低，T1f土壤POM中重金属的含量最高且对Cu富集系数较大，而K2j组发育的水稻土对Pb、Zn和Cd富集能力较强。所测试土壤性质与POM-Pb含量均呈显著或极显著相关性，而与POM中其他重金属含量相关性较弱。TN、粉粒、粘粒含量、POM-C总量、SOC与POM中的Zn、Pb和Cd总量表现为极显著相关，POM-C是关键因子。POM中的重金属受土壤性质的影响较为显著，有34.9%~89.3%的变化与土壤性质有关，POM中Zn的总量与土壤性质的回归系数最高，关系最为密切。

目录

声明

第1章 文献综述

1.1 土壤重金属污染现状

1.2 有机质对土壤重金属移转化的影响

1.3 POM对土壤重金属迁移转化的影响

1.4 展望

第2章 引言

2.1 研究目的和意义

2.2 研究内容

2.3 技术路线

第3章 材料与方法

3.1 土壤样品的采集

3.2 样品制备及与分析

3.3 分析方法

3.4 数据统计与分析

第4章 结果与讨论

4.1 颗粒有机质（POM）基本研究

4.2颗粒有机质（POM）与重金属的作用

4.3颗粒有机质（POM）及其中重金属的影响因素

第5章 结论和建议

5.1 结论

5.2 建议

参考文献

致谢

发表论文及参与课题