重金属污染对水稻土有机碳稳定性的影响机制研究

发布时间：2020-11-21 05:11

　　 土壤是重要的自然资源,是农业发展和粮食安全的基础,也是维持生命存在的关键因素。当前我国土壤污染十分严重,特别是农田土壤的重金属污染问题,已经受到了全世界的广泛关注。农田中重金属主要来源于污水的灌溉,采矿业、冶金业的大力发展以及农田化肥和农药的大量施用等。重金污染会造成土壤中微生物生物量的减少,从而影响土壤中有机碳的矿化与分解。水稻土作为我国有机碳密度最高的农田土壤,其有机碳的稳定性关系到农田生态系统的碳库储存及大气温室气体浓度。本文以宜兴地区废旧冶炼厂长期重金属(Pb/Cd)污染的南方代表性地区的典型水稻土为研究对象,以重金属污染对土壤有机碳的团聚体物理保护、化学稳定性及微生物稳定性的影响机制为主要研究内容,利用团聚体分组、有机碳库分析以及红外光谱测定等手段理定重金属污染影响水稻土有机碳稳定性的途径和机制,从而为进一步认识生境改变下的土壤微生物生态过程和污染环境下农田土壤的碳评估和管理提供重要参考。主要研究结果如下:1.重金属污染可能会改变土壤团聚体的颗粒组成。通过对水稻土不同种植季土壤采样进行研究发现,与未污染土壤相比,随着重金属污染程度的增加,小麦季土壤中2-0.2 mm与0.2-0.02 mm粒级的团聚体含量呈显著降低趋势,0.02-0.002 mm与0.002 mm粒级团聚体含量显著增加,但这种现象在水稻收获期表现不显著;小麦季与水稻季的结果均表明重金属污染降低了团聚体MWD(Mean Weight Diameter)值,降低了土壤的团聚程度,使得土壤稳定性下降。2.与未污染土壤相比,重金属污染土壤中活性有机碳含量显著增加。其中微生物生物量碳随着污染程度的增加呈先增加后降低趋势,即重度污染降低了 土壤中微生物碳含量,而轻度重金属污染使微生物碳显著增加。这一现象表明重度污染严重抑制了微生物生长及功能多样性,而低浓度重金属污染能刺激微生物的生长,增加土壤中微生物量碳的含量。试验还发现土壤中颗粒态有机碳含量亦随着污染程度的增加呈增加趋势,说明重金属污染可能增加土壤中颗粒态有机碳的含量,使土壤中有机碳变得易于分解与流失。3.重金属污染同样可以改变土壤中有机质的结构,试验结果表明与未污染土壤相比,受重金属污染土壤中酚羟基含量增加,各污染之间相比随着污染程度的降低,酚羟基含量呈增加趋势;与酚羟基相反,氨基与多糖官能团含量受重金属污染影响呈降低趋势,并且随着污染程度的增加,降低趋势更加明显。综上所述,重金属污染可能会影响土壤团聚体的颗粒组成,增加小粒级团聚体的含量,降低了大团聚体颗粒组成,且随着污染程度的增加,这种现象更加显著;重金属污染会增加土壤中活性有机碳的含量,使有机碳变得易于分解和利用,从而降低土壤中有机碳的含量,但各重金属污染处理间有机碳含量变化没有显著性差异;同时可以发现重度污染降低了微生物碳的含量,而中度及轻度污染可以增加微生物碳的含量,刺激微生物的生长。
【学位单位】：南京农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：X53;S153.6
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 文献综述
    研究背景
    1.1 农田土壤重金属污染现状
    1.2 重金属污染下土壤有机碳的物理保护机制
        1.2.1 土壤团聚体的形成机制研究
        1.2.2 团聚体的稳定性
        1.2.3 团聚体对有机碳的物理保护机制
    1.3 土壤有机碳的化学保护机制
    1.4 重金属污染对土壤有机碳结构形态的影响
        1.4.1 傅立叶红外光谱在土壤有机碳结构测定中的应用
        1.4.2 有机碳的化学结构稳定性
    1.5 研究目的和意义
    1.6 研究内容
    1.7 技术路线
第二章 材料与方法
    2.1 供试土壤及材料概况
        2.1.1 研究区域概况
        2.1.2 样品的采集
        2.1.3 供试土壤基本性质测定
    2.2 土壤样品的测定方法
        2.2.1 土壤重金属样品的消化
        2.2.2 土壤团聚体分级与样品制备
        2.2.3 微生物生物量碳、氮测定
        2.2.4 颗粒态有机碳的测定
        2.2.5 易氧化态有机碳的测定
        2.2.6 铁铝键结合态碳的选择性提取与测定
        2.2.7 土壤有机碳傅里叶红外光谱（FTIR）分析
    2.3 数据统计及分析
第三章 不同重金属污染水平对土壤团聚体结构及稳定性的影响
    3.1 结果与分析
        3.1.1 不同重金属污染程度土壤重金属含量及内罗梅指数
        3.1.2 不同重金属污染程度对土壤团聚体质量组成的影响
        3.1.3 不同重金属污染程度对土壤团聚体稳定性的影响
    3.2 讨论
    3.3 小结
第四章 重金属污染对土壤不同形态有机碳含量及结构的影响
    4.1 结果与分析
        4.1.1 不同重金属污染程度对原土及各粒级有机碳含量的影响
        4.1.2 不同重金属污染程度对土壤微生物量碳的影响
        4.1.3 不同重金属污染程度对原土颗粒态有机碳含量的影响
        4.1.4 不同重金属污染程度原土及各粒级易氧化态碳含量影响
        4.1.5 不同重金属污染程度对原土结合态有机碳的影响
        4.1.6 不同重金属污染程度对原土有机碳形态及结构的影响
    4.2 讨论
        4.2.1 不同重金属污染程度对土壤微生物生物量的影响
        4.2.2 不同重金属污染程度对土壤中各形态有机碳含量影响
        4.2.3 不同重金属污染程度对土壤中有机碳结构形态影响
    4.3 小结
第五章 全文结论及展望
    5.1 全文主要结论
    5.2 文章创新点
    5.3 存在的不足与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文
致谢

【引证文献】

相关硕士学位论文 前1条

1 邓媓;水稻土中重金属形态分布的多表面模型预测[D];华中农业大学;2018年

本文编号：2892575