纳米级二氧化锰阻控土壤砷向水稻迁移的研究

发布时间：2019-09-10 18:16

【摘要】：中国湖南以“有色金属之乡”之称和“鱼米之乡”而闻名于天下,然而由于大量的采矿和冶炼等人为活动所产生的“三废”随意堆放和排放,导致周围的农田土壤和水稻受到严重的重金属污染。砷是一种广泛存在并具有类金属特性的元素,土壤中过量的砷不仅影响水稻的生长发育,而且严重影响水稻的产量和品质,甚至威胁到人们的身体健康。近年来,土壤重金属污染和稻米中重金属含量超标问题越来越受到人们的关注,因此,须采取有效措施阻控土壤砷的生物有效性和减少稻米中砷含量。本研究以湖南省某典型的砷污染土壤-水稻为研究对象,通过制备纳米级二氧化锰并表征,开展吸附实验、温室盆栽实验和野外稻田实验,分析土壤理化性质、土壤溶液、土壤中砷形态变化和水稻中砷含量及形态变化,探究纳米级二氧化锰材料阻控砷在土壤-水稻体系中的迁移机理,为纳米级二氧化锰材料在修复砷污染土壤上的利用提供科学依据,主要结果如下：(1)制备出的二氧化锰结晶程度高,成团簇状,结构均匀、分散的球状团聚结构,团簇微球的尺寸为1000~(-1)500 nm,单个的纳米针是直径约为50 nm,长度约为500 nm。其颗粒之间的缝隙很多,其比表面积和总空体面积很大。且热稳定性和抗氧化性都很强。(2)纳米级二氧化锰材料对砷的吸附,随着时间的增加,呈逐渐增加的趋势,但时间越长,吸附效率越趋于饱和；纳米级二氧化锰材料对砷的吸附率随着pH值的升高而呈现减少的趋势,酸性条件下更利于砷的吸附,但是过度的酸性条件会引起纳米级二氧化锰的溶解；用Langmuir方程能很好的拟合纳米级二氧化锰对砷的吸附,其相关性达到了0.98,最大吸附量为27.16 mg·g~(-1)。(3)某典型砷污染土壤中As的形态以残渣态为主,占50%左右,其次是铁砷结合态和钙砷结合态。相对于空白土壤,添加了纳米级二氧化锰材料的土壤中钙砷结合态随着添加浓度的增加逐渐减少,松散结合态As所占的比例很小,且添加了纳米级二氧化锰材料后的土壤一定程度上减少了As的有效形态,增加了As的残渣态含量,表明纳米级二氧化锰能有效的控制土壤中As的生物有效性,减少土壤中As的危害。(4)温室盆栽实验中,无论是否添加纳米级二氧化锰材料,水稻中砷的含量是根茎叶谷壳糙米；添加纳米级二氧化锰材料对土壤溶液pH值影响不大,土壤溶液中锰的含量都是先上升后降低,砷浓度在处理量为0.5%、1.0%、2.0%的土壤溶液中有先上升后降低的趋势,促进水稻中砷的累积量减少；水稻植株中锰和砷的关系呈显著负相关(p0.05),可见,纳米级二氧化锰材料能够有效的降低糙米的砷含量,且添加量为1.0%时,糙米的砷含量低于食品中砷限量指标。(5)野外大田试验中,水稻中砷的含量是根茎叶谷壳糙米,且水稻根部大量富集了砷,是土壤背景值的2-7倍；添加纳米级二氧化锰之后,水稻中根表铁膜含量反而减少了,As从水稻根表铁膜、根、茎和叶向籽粒中的转运系数在不同浓度纳米级二氧化锰处理间差异非常显著(p0.05),水稻根表铁膜量与根表铁膜中砷含量存在显著的正相关关系；纳米级二氧化锰材料对水稻生长的土壤pH没有显著影响,土壤溶液中锰的含量都是先上升后降低,砷浓度在处理组中持续降低；纳米级二氧化锰材料同样能够有效的降低糙米的砷含量,且添加量为0.2%、0.5%、2.0%时,糙米的砷含量都低于食品中砷限量指标,进一步验证了纳米级二氧化锰材料能阻控砷在土壤—水稻中的迁移。
【学位授予单位】：湖南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X53;X56

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