钛石膏对水稻土中镉、铅、砷稳定化效果的研究

发布时间：2020-07-07 02:21

【摘要】：当前我国农田土壤的重金属污染问题不容乐观,而水稻作为我国的主要粮食作物之一,在南方多个省份均受到不同程度的污染,其中镉、铅、砷等重金属对人体健康的威胁较大,因此如何减少水稻对土壤中镉、铅、砷的吸收是当前研究的热点。钛石膏是一种主要含有硫酸钙和铁氧化物的工业副产物,其综合利用率较低且主要用作天然石膏的替代品,国内外将其用于壤中多种重金属稳定化调控的研究尚少。为探讨钛石膏对重金属污染农田是否具有改良作用,本文首先研究添加模拟钛石膏(STG)与实际钛石膏(TG)对淹水纯培养方式下土水体系中镉、铅、砷含量与有效性变化的影响;进一步,将模拟钛石膏一次性施入土壤后连续种植两季水稻,研究其对土壤中镉、铅、砷有效性和水稻重金属积累的影响,及其在重金属稳定化方面是否具有长效性;最后通过添加实际钛石膏的水稻盆栽试验,验证钛石膏对土壤中多种重金属稳定化的可行性并初步探讨其机理。主要结论如下:(1)通过土壤淹水纯培养试验,分析了两个添加量(0.15%和0.3%)下STG和TG对淹水土壤中镉、铅、砷的稳定化效果。淹水培养28天之前,STG和TG的添加显著促进了土壤pH的降低及土壤中可溶性有机碳(DOC)含量的减少,但对可溶性有机氮(DON)含量的影响较小;淹水培养28天后,STG和TG对土壤pH、DOC、DON的影响均逐渐变小;添加0.3%的STG和TG使土壤溶液中镉、铅、砷的含量显著降低,镉含量分别下降75.5%和70.2%,铅含量分别下降86.7%和79.0%,砷含量分别下降69.3%和72.5%。添加STG和TG对土壤中重金属元素提取形态分配系数的影响不大,而淹水条件可能是STG和TG影响土壤中重金属有效性的关键因素之一。(2)一次性施用模拟钛石膏(STG)后,通过连续两季盆栽水稻的种植,研究STG在减少水稻重金属积累方面的长效性。结果表明,添加STG明显增加了第一季水稻的地上部干重,改善其长势,但也会引起土壤pH的降低,而由于大量肥料的施入,第二季各处理水稻长势均较好;同时,添加STG显著减少了根际土壤中DOC的含量,但对DON含量的影响较小。一次性施入STG后,减少了两季水稻根部和地上部(包括糙米)对镉、铅、砷的吸收或积累,且添加0.3%STG效果更佳。本试验中STG促进根表胶膜的形成可能是减少水稻镉、铅、砷积累的作用机制之一。(3)施用实际钛石膏(TG)到土壤中后,分析其对于水稻中多种重金属稳定化的效果。通过盆栽水稻试验结果表明,添加TG显著改善了作物长势并一定程度上减少了水稻各部位中镉、铅、砷的积累,且使土壤pH略有降低,同时也使根际土壤的DON含量和非根际土壤的DOC含量显著降低,但对非根际土壤的DON含量及根际土壤的DOC含量无明显影响。TG对土壤中镉、砷的钝化效果不如STG,主要由于TG中镉、砷含量相对较高,因此过量添加TG到土壤中存在一定的环境风险。添加0.15%和0.3%TG的对水稻根表胶膜中铁含量没有显著影响,但锰含量有一定的增加,而镉、铅、砷的含量有所下降,这可能与根表胶膜的形成有一定关系。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X503.231
【图文】：

钛石膏,图谱,分层图,宏观形貌

（ａ）逦（ｂ）逡逑图２．１铁石膏宏观形貌（ａ：烘干前，ｂ：烘干研磨后）逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｍａｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｔｉｔａｎｉｕｍ邋ｇｙｐｓｕｍ逡逑ｍｍ逡逑（ａ）逦一逦（ｂ）逡逑图２．２钛石膏微观形貌（ａ：扫描电镜图，ｂ：邋ＥＤＳ分层图）逡逑Ｆｉｇ．邋２．２邋Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｔｉｔａｎｉｕｍ邋ｇｙｐｓｕｍ逡逑■■Ｈｈｈ逡逑ｉＨ逡逑图２．３钛石膏ＥＤＳ图谱逡逑Ｆｉｇ．邋２．３邋ＥＤＳ邋ｉｍａｇｅｓ邋ｏｆ邋ｔｉｔａｎｉｕｍ邋ｇｙｐｓｕｍ逡逑１３逡逑

分层图,钛石膏,分层图,微观形貌

钛石膏,土壤,可溶性有机碳,分解代谢

全还原需要４周以上的时间（Ｂｕｒｔｏｎ等，２０１４），本试验中ＳＴＧ和ＴＧ中ＳＯ疒的浓度换算约逡逑为８？１６邋ｍＭ，因此相比与对照，ＳＴＧ和ＴＧ处理土壤的ｐＨ到第２８邋ｄ时才明显上升。逡逑从图２．５中可以看出，原始土壤可溶性有机碳（ＤＯＣ）含量为２０４．６７邋ｍｇ邋ｋｇ＇第７ｄ逡逑时随着土壤ｐＨ升高的同时各处理土壤的ＤＯＣ含量均不同程度增加，其中对照增加幅度逡逑最大；与ＳＴＧ和ＴＧ处理相比，对照土壤的ｐＨ更高，相应的ＤＯＣ含量也更高，这在众逡逑多学者的研究中也有提及（Ａｎｄｅｒｓｓｏｎ等，２０００；邋Ｍａｒａｎｇｕｉｔ等，２０１７；邋Ｄｉｎｇ等，２０１９；邋Ｍａ等，逡逑２０１９）。第７ｄ至第１４ｄ时，两种添加量的ＳＴＧ和ＴＧ均导致了土壤ＤＯＣ含量的减少，可逡逑能是因为ＳＴＧ和ＴＧ中均含有大量的Ｃａ２＋，被认为是一种有效的ＤＯＣ凝固剂（Ｋｉｍ等，２０１８）。逡逑硫酸盐还原需要经历三个阶段：分解代谢、电子传递、氧化（胡凯光等，２００７），分解代谢过逡逑程主要在厌氧环境中进行有机碳源的降解，因此可溶性有机碳（ＤＯＣ）可作为微生物的有逡逑效碳源

【参考文献】