土壤改良剂对广西岩溶地区污染土壤重金属生物有效性的影响

摘要

土壤改良剂被广泛应用于重金属污染农田的改良及作物的增产。本研究以玉米为供试植物，采用盆栽试验，在广西岩溶地区某铅锌矿区周边受重金属污染的农田土壤上施用不同改良剂（石灰、石灰+泥炭、石灰+泥炭+硅肥、石灰+泥炭+海泡石、石灰+胡敏酸钠、石灰+胡敏酸钠+硅肥、石灰+胡敏酸钠+海泡石、石灰+泥炭+硅肥+海泡石、石灰+胡敏酸钠+硅肥+海泡石，分别简称S、SN、SNG、SNP、SH、SHG、SHP、SNGP、SHGP)，通过研究不同改良剂处理下，土壤pH、土壤重金属形态及生物有效性、玉米生物量及籽粒产量、玉米不同器官富集和转运重金属等的差异，揭示不同改良剂对土壤-玉米系统中重金属Zn、Cu、Pb的生物有效性的影响及其机理，以期为本地区农田污染土壤的改良、作物安全生产研究与实践提供参考。主要研究结果如下:
　　 1、施用土壤改良剂显著增加了玉米根部、地上部的生物量及籽粒的产量，各改良剂增产效应顺序为:SHGP≥SNGP＞SHG≥SHP≥SNG＞SNP≥SH≥SN≥S。
　　 2.土壤改良剂施用前期，提高土壤pH的效应最明显，但随培养时间的增加逐渐降低，最后趋于稳定;施入不同土壤改良剂，不同程度降低土壤Zn、Cu、Pb的弱酸可溶态和可还原态含量及比例，提高可氧化态和残渣态的含量及比例。随培养时间的增加，Zn各形态呈稳定的持续变化趋势，Cu和Pb各形态均在玉米苗期至拔节期变化明显，至玉米生长后期变化趋势减缓并趋于稳定。总体上，SHGP和SNGP处理改良效应最明显，其次是SHG、SNG、SHP、SNP、SH、SN处理，S改良效应最小。
　　 3.无论施用改良剂与否，玉米植株各器官对重金属的吸收和富集能力为锌根≥茎＞叶＞籽粒，Cu和Pb的分布规律均为根＞叶＞茎＞籽粒。玉米同一部位Zn、Cu和Pb的吸收和富集能力依次为Zn＞Cu＞Pb。施入土壤改良剂均降低了玉米各器官中Zn、Cu、Pb的含量，SHGP和SNGP处理降低效应最明显，S和SN降低效应最小。相关分析结果表明，植株体内Cu和Pb的含量与土壤pH及土壤中重金属的可氧化态和残渣态比例呈显著负相关;植株体内Zn、Cu、Pb的含量与土壤中重金属的弱酸可溶态和可还原态的比例呈极显著正相关。
　　 4.玉米根部吸收Zn、Cu、Pb向地上部转运的能力大小均为叶部＞茎部＞籽粒，Pb向籽粒的转运能力最小且明显低于Zn和Cu。施入不同土壤改良剂可促进Zn向茎部和籽粒转运，降低向叶部的转运;促进Cu向茎部和籽粒转运;Pb向茎部和叶部的转运系数有增有减，但促进Pb向籽粒转运。各改良剂处理间影响Zn、Cu和Pb在玉米体内的转运系数的效应相差较小。
　　 研究结果表明，施入不同土壤改良剂显著提高了土壤pH，并通过降低土壤中重金属的弱酸可溶态和可还原态的质量分数和比例、提高重金属的可氧化态和残渣态的质量分数和比例等，促进重金属由高生物可利用态向低生物可利用态转化，从而降低土壤中重金属的有效性和迁移活动性，有效抑制了作物对重金属的富集和转运，减轻了重金属的毒害。其中，SHGP和SNGP处理的改良效应最明显，其次是SHG、SNG、SHP、SNP、SH、SN处理，S改良效应最小。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 重金属铜、锌、铅污染的危害

1．2 土壤中重金属的赋存形态及其分布的影响因素

1．2．1 土壤中Zn、Cu、Pb的赋存形态

1．2．2 影响土壤中Zn、Cu、Pb赋存形态及分布的因素

1．3 改良剂对土壤重金属形态及生物有效性的影响

1．3．1 碱性物质

1．3．2 有机物料

1．3．3 磷酸盐类化合物

1．3．4 粘土矿物类

1．3．5 不同改良剂的配施

1．4 土壤改良剂对玉米吸收和转运重金属的影响

1．5 研究内容及目的意义

2 材料与方法

2．1 供试材料

2．2 试验设计

2．2．1 试验设计方案

2．2．2 样品采集及处理方法

2．2．3 测定项目及方法

2．3 试验数据处理方法

3 结果与分析

3．1 施用土壤改良剂对玉米生物产量的影响

3．2 土壤改良剂对玉米不同生育期土壤pH值的影响

3．3 施用土壤改良剂对土壤Zn、Cu、Pb各形态含量变化的影响

3．3．1 施用土壤改良剂对土壤Zn各形态含量动态变化的影响

3．3．2 施用土壤改良剂对土壤Cu各形态含量变化的影响

3．3．3 施用土壤改良剂对土壤Pb各形态含量变化的影响

3．4 施用土壤改良剂对土壤Zn、Cu、Pb各形态比例的影响

3．4．1 施用土壤改良剂对土壤Zn各形态比例的影响

3．4．2 施用土壤改良剂对土壤各形态Cu比例的影响

3．4．3 施用土壤改良剂对土壤Pb各形态比例的影响

3．5 施用土壤改良剂对玉米吸收和分配Zn、Cu、Pb的影响

3．5．1 施用土壤改良剂对玉米吸收和分配Zn的影响

3．5．2 施用土壤改良剂对玉米吸收和分配Cu的影响

3．5．3 施用土壤改良剂对玉米吸收和分配Pb的影响

3．5．4 植物重金属含量与土壤pH、土壤重金属各形态比例的相关性分析

3．6 施用土壤改良剂对Zn、Cu、Pb在玉米体内富集及转运的影响

3．6．1 施用土壤改良剂对Zn、Cu、Pb在玉米体内富集系数的影响

3．6．2 施用土壤改良剂对Zn、Cu、Pb在玉米体内转运系数的影响

4 讨论与结论

4．1 讨论

4．1．1 不同改良剂对土壤pH及重金属形态变化的影响

4．1．2 不同改良剂对作物产量及生物量的影响

4．1．3 不同改良剂对玉米吸收、富集和转运Zn、Cu、Pb的影响

4．2 结论

致谢

参考文献

附录