紫色水稻土中镉的生物有效性研究

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本研究以酸性、中性和石灰性紫色水稻土为对象,通过吸附解吸实验和水稻盆栽实验研究了镉在土壤中的吸附解吸特征及水分管理对水稻的生物有效性,以探讨镉在紫色土-水稻系统中的迁移转化规律及其影响因素,了解污染水稻土中镉的环境风险,为紫色水稻土中镉的归趋阐明以及镉污染的治理提供参考资料和科学依据。吸附解吸试验表明:3种水稻土对镉的吸附量均随平衡浓度的提高而增加,吸附能力以石灰性水稻最高,酸性和中性水稻土相近,吸附等温线均能很好地用langmuir方程和Freundlich方程拟合。3种土壤镉解吸量和解吸率均随吸附量的提高而增大,其中石灰性水稻土的平均解吸率低于50%,而酸性和中性水稻土的解吸率均明显高于50%。土壤理化性质对镉的吸附解吸的影响较为明显,其中pH对镉吸附解吸的的影响极为显著,体系pH增加,镉吸附量迅速上升、解吸率下降;去除有机质后3种土壤镉的最大吸附量和吸附能力明显降低,表明有机质对土壤对镉的吸附容量和固持力均有明显影响;碳酸钙对3种土壤吸持固定镉均有不同程度的贡献。吸附能力(Kf)与土壤性质的拟合结果也表明,pH为主要影响因素,在此前提下,非晶质铁锰氧化物和黏粒等的作用被弱化。热力学研究表明,土壤吸附镉均为自发吸热反应,温度升高有利于镉的吸附,3种土壤对镉吸附机理主要为物理吸附,由△G值大小推测土壤对镉固持能力以石灰性水稻土最强,且镉在3种土壤中的有效性具有季节差异。水稻盆栽试验表明:(1)淹水后3种土壤的pH值有向中性靠拢的趋势,并随水稻生长曲折上升,各处理的非晶质铁锰氧化物含量呈上升趋势。根际土壤pH和非晶质铁锰含量均高于非根际土壤,分蘖期晒田相比淹水处理降低了根际土壤的pH值和非晶质铁锰氧化物含量。(2)外源镉明显提升了3种土壤中的交换态镉和有效镉的含量,随着水稻生长,部分交换态镉向其余形态转化,尤其促进了根际土铁锰氧化物结合态和有机结合态比例的升高,是土壤有效镉降低的主要原因。石灰性水稻土交换态镉和有效镉均相对较低,表明镉在石灰性水稻土活性较低。与淹水处理相比,晒田能抑制外源镉向碳酸盐结合态、有机结合态、残渣态等形态的转化,提高镉的生物有效性。各处理根际土有效镉含量小于非根际土,这与根际土pH上升与有机质积累有关。(3)外源镉对水稻生长无明显影响,与淹水处理相比,分蘖期晒田促进了水稻的干物质积累。石灰性水稻土中水稻产量较其余两种土壤高,这可能是因为石灰性水稻土中有机质和阳离子交换量较高的缘故。(4)外源镉明显提高了各器官镉的吸收和累积。石灰性水稻土各处理水稻器官镉含量明显低于其余两种土壤,表明镉在石灰性水稻土的植物有效性和潜在危害较低。各生育期水稻器官镉含量与土壤易移动性镉间显著正相关,与根表铁锰氧化物含量无明显关系。与淹水处理相比,分蘖期晒田促进3种土壤中水稻对镉的吸收,尤其增加了酸性和中性水稻土中镉污染的环境风险。
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