有机物料分解对土壤生物化学性状及铜形态影响的研究

摘要

随着现代工农业的迅速发展，铜污染土壤面积逐渐扩大。铜在土壤中的存在状态与有效性与有机物料的分解密切相关。研究土壤中有机物料的分解对铜形态的转化以及铜污染土壤上作物生长及其对铜的累积效应，对于提高作物品质和修复铜污染土壤具有重要的意义。本文采用室内模拟、盆栽试验相结合的方法，研究了蘑菇渣、玉米秸秆等有机物料对土壤铜形态分布特征和土壤生物化学性质的影响，以油菜为试材，研究作物对铜的吸收积累与反应及其与生物有效性的关系。主要研究结果如下： 1.有机物料的种类显著影响土壤铜形态的分布和变化趋势。有机物料的添加提高了可交换态、有机物结合态、残渣态铜的分配系数，降低了碳酸盐结合态铜分配系数。蘑菇渣、鸡粪、玉米秸秆的添加提高了铁锰氧化物结合态铜分配系数，牛粪降低了铁锰氧化物结合态铜分配系数。有机物料的添加降低了松结合态铜的分配系数，蘑菇渣、牛粪的降低作用达极显著水平(P<0.01)，土壤松结合态铜的分配系数与有机物料添加量呈负相关，添加有机物料各处理呈现先下降再升高再下降的趋势。在种植油菜土壤上，有机物料的种类显著影响土壤松结合态铜形态的分布。在Cu0(未添加外源铜)水平上，蘑菇渣和玉米秸秆的添加对松结合态铜的影响不显著，而鸡粪的添加对土壤松结合态铜分配系数的降低达极显著水平(P<0.01)。在Cu1(添加100 mg·kg-1铜)水平上，蘑菇渣、鸡粪、玉米秸秆的添加都降低了土壤松结合态铜。在Cu2(添加200 mg·kg-1铜)水平上，2％、4％、6％蘑菇渣和6％鸡粪的添加，降低了土壤松结合态铜的分配系数，2％、4％鸡粪和2％、4％、6％玉米秸秆的添加，增大了土壤松结合态铜的分配系数。 2.有机物料种类显著影响土壤pH。鸡粪、玉米秸秆的添加对土壤pH的降低达极显著水平，蘑菇渣的添加对土壤pH的提高达极显著水平(P<0.01)，牛粪对土壤pH的影响不显著，各处理土壤的pH逐渐降低。有机物料添加降低了土壤Eh，各处理土壤Eh呈现逐渐上升趋势。 3.添加蘑菇渣对NO3--N含量的降低达极显著水平(P<0.01)，牛粪、鸡粪对NO3--N含量的提高达极显著水平(P<0.01)。有机物料的添加对NH4+-N含量的提高达极显著水平(P<0.01)，各处理NH4+-N含量呈现先下降再升高再下降的趋势。蘑菇渣处理对土壤净矿化氮含量的降低达极显著水平(P<0.01)；而鸡粪和牛粪处理对土壤净矿化氮含量的提高达极显著水平(P<0.01)，各处理呈现先下降再升高最后再降低的趋势。 4.有机物料的添加促进了土壤可浸提有机碳和土壤微生物量碳的增加，提高作用与有机物料所含有机质和易分解有机质的含量有关，有机物料的添加，缓解了土壤微生物量碳受铜污染影响的急剧下降。鸡粪、玉米秸秆提高了土壤微生物商，蘑菇渣和牛粪的添加降低了土壤微生物商。 5.有机物料的添加提高了土壤呼吸释放CO2-C的累积量和释放速率，蘑菇渣、鸡粪、玉米秸秆的提高达极显著水平(P<0.01)，对土壤呼吸所释放CO2-C的累积量和释放速率的提高，玉米秸秆>鸡粪>蘑菇渣>牛粪。 6.本试验中，一定浓度铜(100 mg·kg-1和200 mg·kg-1)促进了油菜的生长。有机物料的添加，降低了油菜的单株生物量。随铜浓度的增大，油菜体内铜含量随之增加。在Cu0(未添加铜)水平上，有机物料的添加降低了油菜体内铜含量。在Cu1(添加100 mg·kg-1铜)水平上，蘑菇渣和玉米秸秆的添加，对油菜体内铜含量的影响不显著，添加2％鸡粪对油菜体内铜含量的影响不显著，添加4％和6％鸡粪对油菜体内铜含量的增大达极显著水平(P<0.01)。在Cu2(添加200 mg·kg－1铜)水平上，有机物料的添加增大了油菜体内铜含量。

目录

文摘

英文文摘

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声明

1引言

1.1土壤铜污染的来源

1.1.1污水灌溉

1.1.2固体废弃物的利用

1.1.3农用物资的施用

1.1.4大气沉降

1.2土壤铜污染的危害

1.2.1对土壤生态结构和功能稳定性的影响

1.2.2对植物的危害

1.2.3对人体健康的危害

1.3土壤中铜的形态

1.4土壤中铜形态与生物有效性的关系

1.5影响土壤铜形态的因素

1.5.1pH

1.5.2有机质

1.5.3土壤Eh

1.5.4土壤CEC

1.6有机物料分解对土壤性质的影响

1.6.1有机物料的分解

1.6.2有机物料的营养作用

1.6.3有机物料对土壤环境的影响

1.7研究目的、内容和技术路线

1.7.1研究目的

1.7.2研究内容

1.7.3技术路线

2材料与方法

2.1室内恒温培养试验

2.1.1供试材料

2.1.2铜污染土壤的制备

2.1.3试验设计

2.2土壤呼吸模拟试验

2.3油菜盆栽试验

2.3.1供试材料

2.3.2试验设计

2.4测定项目及方法

2.5数据处理

2.5.1数据的计算

2.5.2数据分析

3结果与分析

3.1有机物料对土壤铜形态变化的影响

3.1.1有机物料对土壤铜形态分配的总体影响

3.1.2有机物料对土壤可交换态铜分配系数的影响

3.1.3有机物料对土壤碳酸盐结合态铜分配系数的影响

3.1.4有机物料对土壤铁锰氧化物结合态铜分配系数的影响

3.1.5有机物料对土壤有机物结合态铜分配系数的影响

3.1.6有机物料对土壤残渣态铜分配系数的影响

3.1.7有机物料对土壤松结合态铜分配系数的影响

3.2有机物料分解对土壤生物化学性状的影响

3.2.1有机物料对土壤pH的影响

3.2.2有机物料对土壤Eh的影响

3.2.3土壤中NO3--N随培养时间的变化规律

3.2.4土壤中NH4+-N随培养时间的变化规律

3.2.5土壤净矿化氮随培养时间的变化规律

3.2.6不同有机物料中氮的分解残留率

3.2.7有机物料对土壤可浸提有机碳含量的影响

3.2.8有机物料对土壤微生物生物量碳含量的影响

3.2.9有机物料对土壤微生物商的影响

3.3有机物料对土壤呼吸的影响

3.3.1有机物料对土壤呼吸释放CO2累积量的影响

3.3.2有机物料对土壤呼吸CO2释放速率的影响

3.4有机物料对铜污染土壤油菜生长的影响

3.3.1有机物料对油菜生物量的影响

3.3.2有机物料对油菜铜含量的影响

3.3.3有机物料对种植油菜土壤铜形态的影响

4讨论

4.1有机物料对土壤铜形态变化的影响

4.2有机物料分解对土壤生物化学性状的影响

4.2.1有机物料对土壤pH的影响

4.2.2有机物料对土壤Eh的影响

4.2.3有机物料对土壤氮矿化的影响

4.2.4有机物料对土壤碳矿化的影响

4.3有机物料对铜污染土壤上种植油菜的影响

5结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表论文情况