有机物料对紫色水稻土颗粒有机质及镉生物有效性的影响

摘要

土壤有机质是土壤质量和功能的核心，也是影响土壤重金属迁移转化和生物有效性最重要的土壤性质之一。有机质对土壤重金属迁移转化行为的影响不仅与其含量有关，还与其组成有关，特别是土壤颗粒有机质（POM）。POM是指土壤中粒径在0.053mm以上的土壤有机物质，是动植物残体向土壤腐殖质转化的活性中间产物和一类腐殖化程度较低、但活性较高的有机碳库。近年的研究表明POM对土壤重金属有显著的富集作用，但有关POM中重金属的富集与植物吸收重金属等的关系还不清楚。
　　镉是农田土壤污染最普遍的重金属元素，水稻是一种镉富集能力较强的农作物，有机物料是影响土壤POM的重要因素之一，也是重金属污染土壤常用的修复剂。为探讨有机物料施用条件下POM在水稻镉吸收中的作用，本研究通过盆栽试验研究了化肥（CF）和猪粪沼渣（PMBR）、牛粪沼渣（CMBR）、牛粪秸秆堆肥（CSCM）、污泥堆肥（CS）和农家肥（FYM）5种有机物料对酸性(APPS)和石灰性(CPPS)水稻土pH、有机质含量与组成的影响，分析了Cd在土壤-水稻体系中的生物有效性及紫色水稻土不同粒径组成（>0.05mmPOM、>0.05mm砂粒、<0.05mm细土）中有机质和重金属Cd含量的分布特征，并探讨POM及其Cd含量与水稻各器官Cd含量的关联规律，获得的结论如下：
　　（1）与CF相比，酸性水稻土中，除CMBR处理外，其余有机物料显著提高了pH值，而石灰性水稻土中pH的变化不明显。且两种土壤中均以CSCM和CS处理下pH最高。
　　（2）不同有机物料对土壤有机质含量和组分的影响也不同。与 CF相比，有机物料显著提高了酸性和石灰性土壤有机质含量，提升幅度分别为11.72~27.15％和8.49~19.38%，酸性水稻土中以CMBR和PMBR处理最明显，石灰性水稻土中以CS和CMBR处理最明显。水稻全育期内，各处理DOC含量上下波动，在抽穗期达到最高，有机物料使土壤溶液中DOC平均含量也呈升高的趋势。2种土壤中粒径组成以细土为主，POM组分最低，仅占2.03~3.58%。有机质含量大小均为（>0.05mmPOM）>（<0.05mm细土）>（>0.05mm砂粒），酸性和石灰性水稻土中，POM占总有机质比例分别为31.76~44.70%和24.86~33.55%。与CF相比，有机物料可提高酸性和石灰性水稻土 POM中有机质含量，提升幅度分别为52.50%和46.53%；有机物料也增加了POM组分对有机质的贡献率，增加幅度分别为40.74%和34.96%。
　　（3）有机物料对土壤Cd含量的影响因土壤类型不同而不同。与CF相比，有机物料对酸性水稻土中Cd总量无明显影响，但在石灰性水稻土中，除FYM处理下无明显变化外，其余有机物料处理下 Cd总量均显著降低，降低幅度为12.26~17.42%。与CF相比，酸性水稻土中，CMBR、CSCM、CS和FYM处理显著降低土壤有效Cd含量，PMBR处理下无明显变化；而石灰性水稻土中有机物料对有效Cd影响不明显。相关分析结果表明，POM与有效Cd含量在石灰性水稻土中呈显著负相关关系，与酸性水稻土中有效 Cd含量也呈负相关关系，但不显著。表明POM对Cd具有固定作用，且在石灰性水稻土中强于酸性水稻土，可能与土壤中各因素的交互作用有关。
　　（4）2种紫色水稻土各粒径组成中Cd含量和富集系数均为（>0.05mmPOM）>（<0.05mm细土）>（>0.05mm砂粒），分布均以细土为主。POM组分对Cd有较强的富集作用，最高达5.40，且在酸性水稻土中的富集作用显著大于石灰性水稻土。有机物料对POM中Cd富集系数和分配比例的影响与有机物料种类和土壤类型有关，相比于酸性水稻土，更能提高石灰性水稻土Cd在POM组分中的富集系数和分布。且各粒径组成中Cd含量对有机质含量的变化在酸性水稻土中（k=0.017）较石灰性水稻土（k=0.009）的反应更敏感。
　　（5）酸性水稻土中，有机物料降低了水稻各器官Cd含量；石灰性水稻土中，有机物料降低了水稻根系Cd含量，但PMBR和CSCM处理促进了茎叶对Cd的吸收，CMBR和FYM处理也增加了籽粒中的Cd含量，表明有机物料对水稻镉吸收的影响因土壤的不同而异。2种水稻土中，POM组分有机质含量和其中Cd含量与根系和茎叶中Cd含量均呈负相关关系，而与籽粒中Cd含量呈正相关关系，且石灰性水稻土中相关系数均大于酸性水稻土。说明POM及其Cd含量能抑制根系和茎叶对Cd的吸收，促进籽粒对Cd的吸收，且在石灰性水稻土中这2种作用更明显，可能与土壤中其它因素间的交互作用有关。

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第1章 文献综述

1.1 土壤Cd的来源、污染状况及危害

1.2 有机质对农田土壤镉迁移转化及影响因素研究

1.3 展望

第2章 引言

2.1 研究目的和意义

2.2 研究内容

2.3 技术路线

第3章 材料与方法

3.1 试验材料

3.2 试验设计

3.3 分析方法

3.4 数据统计与分析

第4章 结果与讨论

4.1 有机物料对水稻土pH的影响

4.2 有机物料对水稻土有机质含量和组分的影响

4.3 有机物料对水稻土Cd含量及有效量的影响

4.4 不同有机物料下POM对Cd的富集特征

4.5 有机物料对水稻镉吸收和转运的影响

第5章 结论和建议

5.1 结论

5.2 建议

参考文献

致谢

攻读硕士期间取得研究成果