水肥处理对土壤Cd赋存形态及作物吸收特征的影响

发布时间：2020-04-16 12:19

【摘要】：由于自然因素和人为因素的共同影响,我国耕地土壤Cd污染呈加剧趋势。Cd污染土壤不仅对农作物生长产生胁迫作用,亦导致农产品中Cd浓度超限,损害人体健康。面对可耕土地面积锐减和土壤污染严重的现状,需要加强对已污染耕地的修复与利用。为解决这一问题,需从低积累作物培育和合理的农艺与调控措施两方面考虑。基于此,本研究选取沈阳地区具有代表性的地带性土壤之一的棕壤作为研究对象,添加CdCl_2溶液陈化后形成浓度为10 mg/kg的Cd污染土壤,以土壤水分(40%、60%、80%WHC)与尿素施用量(0.00、0.125、0.25、0.375 N mg/kg)两因素完全组合设置试验,污染土壤混肥后装盆种植油菜,待油菜长出3片真叶后每盆定植6株,分别于第10天(油菜生长前期)、20天(油菜生长中期)、35天(油菜生长后期)将油菜植株和土样破坏性取出供试验分析。本试验采用盆栽方法系统地研究了:(1)不同水/肥条件对油菜生长及其植株内Cd含量的影响;(2)土壤—油菜系统中重金属Cd的赋存形态特征及其影响因素。主要研究结果如下:1.油菜在10 mg/kg的Cd污染土壤上可生长,对Cd胁迫具有一定耐受性。试验条件下,油菜生物量在46.0-255.2 g/盆之间。单一控制因素下,该因素的增加显著增加油菜生物量。水分、尿素的交互作用对油菜生物量产生明显影响,在不施用N肥时,水分条件对油菜生物量的影响并不显著(P0.05);在N肥充足的情况下,水分条件将成为油菜生长的限制性因素。2.油菜生长前期、中期、后期根系对Cd积累量分别在7.2-32.7、10.2-38.0、11.8-42.2 mg/kg之间,茎叶对Cd积累量分别在14.4-41.1、20.2-53.9、23.9-58.5mg/kg之间,表明油菜茎叶对Cd具有富集积累作用,且随着油菜的生长其富集作用越明显;高量水/肥条件油菜对Cd的积累明显高于水/肥不足处理。在养分不足的情况下,油菜根系积累的Cd更容易向茎叶迁移,造成更大的食品安全风险。油菜茎叶在全生育期内均可作为食材,但在Cd污染水平为10 mg/kg条件下,其可食用部位Cd浓度均远高于食品中0.2 mg/kg限量标准,不宜食用。表明在该水平Cd污染土壤上不适合直接种植油菜作为食材,但油菜可以作为修复材料修复Cd污染土壤。3.油菜生育期内,各时期土壤pH分别在5.23-5.67、5.20-5.41、4.59-5.14之间。至油菜收获时,土壤pH较种植油菜前下降0.30-0.85个单位,土壤发生明显的酸化,酸化趋势随着尿素施用量的增加而加剧,土壤的酸化势必对土壤中Cd赋存形态产生影响。4.油菜全生育期内,土壤中Cd赋存形态含量次序为:交换态碳酸盐结合态残渣态铁锰氧化态有机结合态;至油菜收获时,土壤中交换态Cd的含量在3.12-4.42 mg/kg之间,碳酸盐结合态Cd含量在2.35-3.31 mg/kg之间,铁锰氧化态Cd含量在1.01-1.06 mg/kg之间,土壤中有机结合态Cd含量在0.10-0.15mg/kg之间,残渣态Cd含量在1.21-3.30 mg/kg之间。其中,铁锰氧化态与残渣态所占比例在全生育期内基本未发生变化,部分有机结合态在油菜收获时转变为交换态或碳酸盐结合态,生物有效性增加。表明不同水/肥条件对活化土壤中Cd起到一定促进作用。5.油菜生长前期和中期,土壤酸度(pH)与土壤中交换态Cd含量、碳酸盐结合态Cd含量、铁锰氧化态Cd含量及有机结合态Cd含量呈现负相关关系,与残渣态Cd含量呈现正相关关系,但相关性均不显著;对于油菜生长后期,其趋势与油菜生长前期和中期类似,但土壤酸度与碳酸盐结合态Cd含量显著负相关,与残渣态Cd含量显著正相关。表明在酸性土壤中,土壤酸度的增加利于交换态、残渣态Cd向其它几种赋存形态转变,增加其生物有效性。6.土壤中Cd赋存形态与油菜植株体内Cd含量关系密切。油菜Cd积累量与土壤中铁锰氧化态Cd含量及有机结合态Cd含量关系不大,与交换态Cd含量及碳酸盐结合态Cd含量呈正相关关系,且与后者的相关性达到显著水平,与残渣态Cd含量呈现显著负相关关系。表明土壤中生物活性较高的Cd的赋存形态为碳酸盐结合态Cd与交换态Cd,残渣态Cd的生物有效性最低。
【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X53;S311

【参考文献】